陶瓷材料的設計與陶瓷

陶瓷（ceramics）是我們日常生活接觸較多，在國民經濟中有許多重要應用的無機非金屬材料之一。傳統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生陶瓷等普通陶瓷(ordinaryceramics)。隨著社會的發展，出現了有一類性能特殊，在電子、航空、生物醫學等領域有廣泛用途的陶瓷材料，稱之為特種陶瓷(speciealceramics)。

陶瓷綜合實驗設計思路

將特定的陶瓷產品設計、制造工藝流程與產品性能測定分析結為一個有機的整體。建立起新的實驗體系。加強實驗的科學性、系統性，增加學生動腦、動手的機會，強化技能的訓練，調動學生實驗的積極性和主動性，提高分析問題和解決問題的能力。為畢業論文和將來工作打下一定的基礎

實驗要求

1．掌握陶瓷原料、泥漿性能、坯體干燥性能、燒成性能和產品性能測試原理、方法和影響實驗結果的因素。

2．熟悉陶瓷配料計算。

3．掌握陶瓷產品的試制工藝和分析影響產品性能的因素。

4．寫出實驗學術論文。1.1陶瓷的組成、結構與性能

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度（strength）、白度（whiteness）、抗熱沖擊性（熱穩定性）；電瓷有強度和介電性能要求；特種陶瓷對性能及其熱穩定性要求更高。研究表明，陶瓷的性能一方面受到其本征物理量（如熱穩定系數、電阻率、彈性模量等）的影響，同時又與其顯微結構密切相關。而決定顯微結構和本征物理量的是陶瓷的組成及其加工工藝過程。其中陶瓷組成對顯微結構、性能起決定作用。

1.2陶瓷的理論設計根據材料的使用要求進行設計１.根據手冊或其他參考資料進行設計（相圖是重要的資料）CaO、Al2O3、Si2O系統包括一系列重要的硅酸鹽工業產品、高爐礦渣、以及某些礦物與巖石。具有實際意義。

1.3陶瓷化學組成設計陶瓷坯料（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.成分設計原則1．

根據科研需要或用戶的要求確定產品（充分考慮產品的物理化學性能和實用性能要求）；2．參考前人的經驗和數據；3．了解各種原料對產品性質的影響

；4．應滿足生產工藝的要求；5．了解原料的品位、來源和到廠價格

1.3陶瓷化學組成設計傳統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過破碎、混合、成形、燒成等過程而制得的制品。1.3陶瓷化學組成設計二.本次實驗的參考資料1.3陶瓷化學組成設計1.3陶瓷化學組成設計三．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，是生產中常用的方法。它直接列出所用原料的名稱和質量比（各種原料質量比之和應為100）。這種方法便于工廠計量配料，直觀方便。

2.化學組成表示法即用坯料中各種化學組分所占質量百分數來表示坯料組成。其優點是可以根據坯料中化學成分的多少來推斷或比較坯體的某些性能。

1.3陶瓷化學組成設計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.實驗式表示法

實驗式表示法也稱坯式表示法，它是采用各種氧化物摩爾數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，并計算出其摩爾數后按比例排列。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量關系，進而分析坯料的性能。實際工作中，往往是同時用兩種或兩種以上的方法表示組成。

1.4陶瓷實驗流程一.制備工藝流程可以歸納如下1.4陶瓷實驗流程1．配料按計算結果，用藥用天平準確稱量，精確到小數點后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研磨，磨料時間為20～30分鐘。將磨好的料放入干凈而且干燥的白瓷盤內，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，貼上標簽，存放24～48小時即可用于壓制成形。

1.4陶瓷實驗流程4．壓制成形為方便性能測試，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。壓制成形后立即對試樣編號，用游標卡尺量尺寸并記錄。1.4陶瓷實驗流程二.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。對一個特定的產品而言，制定好溫度制度（建立溫度與時間的關系）和控制好燒成氣氛是關鍵。壓力制度起保證前兩個制度順利實施的作用。三者之間互相協調構成一個合理的燒成制度。燒成溫度曲線的性質決定于下列因素：

（1）燒成時坯體中的反應速度。坯體的組成、原料性質以及高溫中發生的化學變化均影響反應的速度。（2）坯體的厚度、大小及坯體的熱傳導能力。（3）窯爐的結構、型式和熱容，以及窯具的性質和裝窯密度。

1.4陶瓷實驗流程二.燒成制度的制定

因為是在實驗室進行燒成，使用硅碳棒電路或硅鉬棒電爐，主要技術燒成最高溫度。最高燒成溫度按下式進行計算：1.4陶瓷實驗流程燒成曲線的制定根據經驗公式計算出最高燒結溫度后，制定燒成曲線。參考數據如下：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確定陶瓷燒結溫度范圍三．確定燒結溫度范圍用氣孔率、吸水率、收縮率的數據繪制曲線圖，求燒結溫度范圍。

1.6陶瓷試樣性能測定四．樣品性能的測定1.試樣干燥強度的測定2.試樣干燥線收縮

3.試樣燒結強度測定

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

……試樣干燥強度的測定試樣吸水率與氣孔率的測定1.7確定陶瓷燒結溫度范圍作圖，確定坯體的燒結溫度和燒結溫度范圍

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．線收縮率曲線實驗學術論文

改變過去一個實驗寫一份實驗報告的作法，要求按陶瓷制備工藝流程