陶瓷的显微结构及性能

第二章陶瓷的显微结构及性能2.1显微结构概念2.2瓷胎的显微结构2.3瓷器的性质2.1显微结构概念•显微结构是指在不同类型显微镜下观察到的材料组织结构。是构成材料的组成和制备工艺过程诸因素的综合反应。•显微结构分析的任务：1.根据材料研究和生产过程中原料、半制品、成品的显微结构，对它们的品质进行评价。2.通过对材料或制品中缺陷的检测，从显微结构上找出缺陷产生的原因，提出改善和防止的措施，对生产进行控制。3.从显微结构和物理化学的基本观点出发，研究设计新材料或中间产品，以求获得较为理想的显微结构并具有预期优良性能的材料和制品。4.研究工艺条件对显微结构形成的影响规律，促使工艺条件更加合理化，改善材料的使用性能。2.2瓷胎的显微结构晶相：晶相构成陶瓷体的骨架，使制品具有一定强度和防止制品在高温下塌陷变形，其中主晶相的性质和晶界的性质与材料的性质关系极大。玻璃相：玻璃相的作用是填充晶粒间隙，粘结晶粒，使陶瓷材料致密化，赋予制品透光性，降低烧成温度，促进烧结。气相：气相的存在对于陶瓷体通常是有害的因素，使坯体的强度降低，使瓷胎透光度降低。长石瓷瓷胎的显微结构：莫来石、残余石英晶体、玻璃相、气孔。粘土40-60％长石20-30％石英20-30％玻璃40-60％莫来石20-30％残余石英20-30％少量气孔1250-1400℃原料配比相组成瓷胎：陶瓷坯体经过高温烧成瓷化后，称为瓷胎。长石瓷显微结构形成过程•1000℃OHSiOOAlOHSiOOAl2232650~55022322222＋℃高岭石偏高岭石2232950232423)2(3SiOSiOOAlSiOOAl＋℃偏高岭石（一次）莫来石无定形石英ΔV＝+0.82％25732SiOSiO℃•1000℃～1200℃•1200℃～1400℃长石开始熔融，坯体内液相增多，粘度降低。形成二次莫来石，部分石英颗粒被长石溶解，增加了玻璃相粘度，无定形石英转变为方石英。•影响显微结构的因素原料及其配比、粒度大小及形状和烧成温度、气氛、压力等。•决定瓷器性质的基本因素：•1.瓷胎的化学组成以及瓷胎组成中各个岩相的特点及其分布情况；•2.制瓷原料的加工，如选料、陈腐、研磨细度等；•3.坯料的制备和成形方法；•4.烧成制度。2.3瓷器的性质2.3瓷器的性质衡量日用细瓷的质量分为外观质量和内在质量外观质量白度一般要求在60－70％，高白瓷＞80％透光度一般细瓷透光度为Ir为2-20％釉面光泽度高级细瓷光泽度≥114度尺寸规格及装饰等内在质量热稳定性：经受从200℃到20℃水中急冷一次未裂。致密度机械强度硬度坯釉结合性产品表面铅溶出量等2.3.1瓷器的白度•照射在瓷器表面光线的反射光强度决定其白度。1.测定方法：用光电白度计利用照射在瓷器表面光线的反射光，使硒光电池产生电流，来测定反射光强度并同规定化学纯硫酸钡样片白度（100％）比较，得到的读数称为该瓷器的白度。2.影响瓷器白度的主要因素原料纯度：原料杂质中着色氧化物，如氧化铁（Fe2O3）、氧化钛（TiO2）和氧化锰（MnO）等。工艺因素：烧成气氛和釉层封闭前烧尽碳素。3.提高白度的措施1）含氧化钛坯料中加0.02～0.04%CoO以其青蓝色与钛铁尖晶石的棕色互为补色；2）引入一定量滑石，Fe2+和Mg2+半径相近，形成固熔体，使铁以亚铁盐形式存在；3）加入Ca3(PO4)2，因为在硅酸盐玻璃中少量Fe2+呈浅绿色，Fe3+以[FeO4]存在强烈着色，在磷酸盐玻璃中Fe2+高达2％-3％也无色，Fe3+以[FeO6]存在几乎未着色。62.3.2瓷器的透光度•照射在瓷器表面光线的镜面投射光强度决定其透明的特性1.测定方法：光电透明度计用国际标准光源以平行光束垂直投射于被测瓷片的平面上，其透过光线使接收器——硒光电池产生光电效应，得到的读数称为该瓷片的透光度。细瓷透光度Ir（1mm厚坯透光百分数）2％～20％。2.影响瓷器透光度的主要因素减弱透射光线的主要原因是瓷胎内部的散射损失和光的吸收。1）原料成分及制品组成：化学成分中着色成分越多透光度越小；制品的相组成中折射率的差别越小，散射损失越小，透光度越高；晶相粒子和气孔大小越接近可见光波长（0.3-0.7μm），散射损失越大，透光度越低。2）制品厚度3）工艺因素:例如配料中的长石的数量、烧成的温度等。3.提高透光度的措施1）增加玻璃相2）减少气孔3）加入MgO2.3.3瓷器的光泽度•光泽度是瓷器釉层表面的一种特征•照射在瓷器表面光线的镜面反射光强度决定光泽度1.测定方法：光电光泽计用照射在釉表面子镜面反射方向的反光量，并规定折射率为1.567的黑色玻璃的反光量为100％，将被测瓷片的反光能力与此黑色玻璃反光能力相比较得到的数据，作为瓷器的光泽度。2.影响因素：釉的组成（釉表面平滑程度、折射率）和工艺因素均影响光度。镜面反射率R=3.提高光泽度措施釉应具有：1）较高折射率，加入高折射率的氧化物；2）较高始熔点，可减少釉向坯体渗透、减少釉面针孔；3）较低高温粘度，粘度降低,流动性提高，可避免釉的波纹和桔釉，有利于气体排出，减少釉层内微小气孔量；4）适当高的表面张力，把釉层拉平，保持较好的平整度。(n-1)2(n+1)2n:釉层折射率，n越高，R越大2.3.4铅溶出量1、概念含铅的釉料、彩料在酸液作用下可溶性铅会溶出来。由于铅元素及其氧化物对人体健康有害（对儿童影响大，血液/升≤12.7mg），中国高级日用瓷产品质量标准中规定“与食物接触的表面，画面铅溶出量不得超过百万分之七”。2.测定方法（1）样品的浸泡：按要求取样和处理后，在4％的醋酸溶液中，在22±2℃温度浸泡24小时±10分钟；（2）测定浸泡液体积，准确至2％；（3）测定浸泡液中铅的溶出量。3.降低铅溶出量的措施:关键在于提高釉料、彩料的化学稳定性（1）合理的釉料、彩料配比。无论釉中铅含量多少，当釉中按每摩尔SiO2所含网络外体氧化物总量＜0.75摩尔时，各种铅硅酸盐与铅碱硅酸盐的铅溶出量均较低；（2）工艺控制。彩烤时加强通风，单层装窑，适当提高彩烤温度，均为降低铅溶出量的有效措施；（3）无铅釉虽能消除铅溶出，但使釉彩光泽性差，用铋代替铅，但铋太贵，来源困难，也难实施。