陶瓷材料的設(shè)計(jì)與陶瓷

陶瓷（ceramics）是我們?nèi)粘Ｉ罱佑|較多，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有許多重要應(yīng)用的無機(jī)非金屬材料之一。傳統(tǒng)概念的陶瓷是指所有一粘土為主要原料，并與其他礦物原料經(jīng)過破碎混和成型燒成等過程而制得的制品,就是常見的日用陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷等普通陶瓷(ordinaryceramics)。隨著社會(huì)的發(fā)展，出現(xiàn)了有一類性能特殊，在電子、航空、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣泛用途的陶瓷材料，稱之為特種陶瓷(speciealceramics)。

陶瓷綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

將特定的陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝流程與產(chǎn)品性能測(cè)定分析結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體。建立起新的實(shí)驗(yàn)體系。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、系統(tǒng)性，增加學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手的機(jī)會(huì)，強(qiáng)化技能的訓(xùn)練，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，提高分析問題和解決問題的能力。為畢業(yè)論文和將來工作打下一定的基礎(chǔ)

實(shí)驗(yàn)要求

1．掌握陶瓷原料、泥漿性能、坯體干燥性能、燒成性能和產(chǎn)品性能測(cè)試原理、方法和影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素。

2．熟悉陶瓷配料計(jì)算。

3．掌握陶瓷產(chǎn)品的試制工藝和分析影響產(chǎn)品性能的因素。

4．寫出實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)論文。1.1陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)與性能

陶瓷（材料及其制品）都有特定的性能要求。日用餐具要有一定的強(qiáng)度（strength）、白度（whiteness）、抗熱沖擊性（熱穩(wěn)定性）；電瓷有強(qiáng)度和介電性能要求；特種陶瓷對(duì)性能及其熱穩(wěn)定性要求更高。研究表明，陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如熱穩(wěn)定系數(shù)、電阻率、彈性模量等）的影響，同時(shí)又與其顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。而決定顯微結(jié)構(gòu)和本征物理量的是陶瓷的組成及其加工工藝過程。其中陶瓷組成對(duì)顯微結(jié)構(gòu)、性能起決定作用。

1.2陶瓷的理論設(shè)計(jì)根據(jù)材料的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)１.根據(jù)手冊(cè)或其他參考資料進(jìn)行設(shè)計(jì)（相圖是重要的資料）CaO、Al2O3、Si2O系統(tǒng)包括一系列重要的硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品、高爐礦渣、以及某些礦物與巖石。具有實(shí)際意義。

1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)陶瓷坯料（bodymaterial）一般是由幾種不同的原料配只制而成的。性能不同的陶瓷產(chǎn)品，其所用原料的種類和配比不同，也即所謂坯料組成或配方不同。

一.成分設(shè)計(jì)原則1．

根據(jù)科研需要或用戶的要求確定產(chǎn)品（充分考慮產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和實(shí)用性能要求）；2．參考前人的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)；3．了解各種原料對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

；4．應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求；5．了解原料的品位、來源和到廠價(jià)格

1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)傳統(tǒng)概念的陶瓷是指所有以粘土為主要原料，并與其他礦物原料經(jīng)過破碎、混合、成形、燒成等過程而制得的制品。1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)二.本次實(shí)驗(yàn)的參考資料1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)三．坯體組成的表示方法坯體組成的表示方法可分為4

種1.配料量表示法

配料量表示法也稱配料比表示法，是生產(chǎn)中常用的方法。它直接列出所用原料的名稱和質(zhì)量比（各種原料質(zhì)量比之和應(yīng)為100）。這種方法便于工廠計(jì)量配料，直觀方便。

2.化學(xué)組成表示法即用坯料中各種化學(xué)組分所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示坯料組成。其優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)坯料中化學(xué)成分的多少來推斷或比較坯體的某些性能。

1.3陶瓷化學(xué)組成設(shè)計(jì)3.

示性礦物組成表示法普通陶瓷坯體一般是由粘土、石英及熔劑類礦物原料組成。用這三類礦物的百分含量可表示坯料的組成，這樣的表示方法叫示性礦物表示法。它有助于了解坯料的一些工藝性能，比如燒成性能等。

4.實(shí)驗(yàn)式表示法

實(shí)驗(yàn)式表示法也稱坯式表示法，它是采用各種氧化物摩爾數(shù)來表示坯料組成的一種方法，將坯料中的氧化物分為堿性、中性和酸性氧化物，并計(jì)算出其摩爾數(shù)后按比例排列。坯式是陶瓷理論研究中常用的方法，它可以明顯地表示出各組分之間的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)而分析坯料的性能。實(shí)際工作中，往往是同時(shí)用兩種或兩種以上的方法表示組成。

1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程一.制備工藝流程可以歸納如下1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程1．配料按計(jì)算結(jié)果，用藥用天平準(zhǔn)確稱量，精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。每份料的總量為300克。2．研磨、造粒將稱量好的料放入快速磨內(nèi)研磨，磨料時(shí)間為20～30分鐘。將磨好的料放入干凈而且干燥的白瓷盤內(nèi)，用噴水壺噴入少量的水，造粒。3．陳腐將造好的粒用塑料袋（保鮮袋）裝好，密封袋口，貼上標(biāo)簽，存放24～48小時(shí)即可用于壓制成形。

1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程4．壓制成形為方便性能測(cè)試，可分別壓制成條、片的試樣。條狀試樣，6條，3克/條，成型壓力20～30KN.片狀試樣，24片，13克/片（片徑4cm），或8克/片（片徑3cm），成型壓力30～40KN。壓制成形后立即對(duì)試樣編號(hào)，用游標(biāo)卡尺量尺寸并記錄。1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程二.燒成制度的制定燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。對(duì)一個(gè)特定的產(chǎn)品而言，制定好溫度制度（建立溫度與時(shí)間的關(guān)系）和控制好燒成氣氛是關(guān)鍵。壓力制度起保證前兩個(gè)制度順利實(shí)施的作用。三者之間互相協(xié)調(diào)構(gòu)成一個(gè)合理的燒成制度。燒成溫度曲線的性質(zhì)決定于下列因素：

（1）燒成時(shí)坯體中的反應(yīng)速度。坯體的組成、原料性質(zhì)以及高溫中發(fā)生的化學(xué)變化均影響反應(yīng)的速度。（2）坯體的厚度、大小及坯體的熱傳導(dǎo)能力。（3）窯爐的結(jié)構(gòu)、型式和熱容，以及窯具的性質(zhì)和裝窯密度。

1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程二.燒成制度的制定

因?yàn)槭窃趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行燒成，使用硅碳棒電路或硅鉬棒電爐，主要技術(shù)燒成最高溫度。最高燒成溫度按下式進(jìn)行計(jì)算：1.4陶瓷實(shí)驗(yàn)流程燒成曲線的制定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出最高燒結(jié)溫度后，制定燒成曲線。參考數(shù)據(jù)如下：地磚和仿花崗巖玻化磚T燒=1200～1280℃；釉面磚T燒=1200～1280℃；低溫快燒的釉面磚T燒=1000～1080℃；耐熱瓷T燒=1280～1320℃；1.5確定陶瓷燒結(jié)溫度范圍三．確定燒結(jié)溫度范圍用氣孔率、吸水率、收縮率的數(shù)據(jù)繪制曲線圖，求燒結(jié)溫度范圍。

1.6陶瓷試樣性能測(cè)定四．樣品性能的測(cè)定1.試樣干燥強(qiáng)度的測(cè)定2.試樣干燥線收縮

3.試樣燒結(jié)強(qiáng)度測(cè)定

4．試樣燒成收縮率的測(cè)定5．試樣氣孔率的測(cè)定6．試樣吸水率的測(cè)定7.體積密度測(cè)定

……試樣干燥強(qiáng)度的測(cè)定試樣吸水率與氣孔率的測(cè)定1.7確定陶瓷燒結(jié)溫度范圍作圖，確定坯體的燒結(jié)溫度和燒結(jié)溫度范圍

圖34-4試樣加熱過程氣孔率和收縮率變化1．氣孔率曲線2．線收縮率曲線實(shí)驗(yàn)學(xué)術(shù)論文

改變過去一個(gè)實(shí)驗(yàn)寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告的作法，要求按陶瓷制備工藝流程