陶瓷工艺学第3章

陶瓷工艺学课程教学大纲课程名称：陶瓷工艺学课程编号：16118541学时/学分：40/2.5开课学期：6适用专业：材料科学与工程课程类型：专业方向选修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的一门专业方向选修课，主要面对建筑材料方向。

本课程主要掌握陶瓷原料、坯体的工艺基础、釉层的工艺基础及陶瓷的生产过程。

熟悉陶瓷生产过程中发生的物理—化学变化，掌握工艺因素对陶瓷产品结构与性能的影响和基本的实验技能。

能够从技术与经济的角度分析陶瓷生产中的问题和提出改进生产的方案，为毕业后从事专业工作打下必要的基础。

二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。

指标点1.5：掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。

毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析材料复杂工程问题，以获得有效结论。

指标点2.2：能够应用物理、化学知识对材料的组成、结构、物相、性能以及相互关系进行识别、表达和分析，并获得有效结论。

毕业要求4研究：掌握材料结构和性能的分析方法、实验设计和材料的制备与加工工艺，具备设计和开展实验的能力，并能对实验结果进行有效分析并得到合理有效的结论。

指标点4.1：掌握材料制备与加工的方法和相关设备，能够根据材料研究的需求选择不同设备、工艺条件、操作过程，并能对结果进行分析，得到合理有效的结论。

三、课程的教学目标1.掌握陶瓷材料的设计、制备和应用等工程问题的基本原理和专业知识。

2.能够理解陶瓷材料的组成、结构、物相、性能以及相互关系。

3.具备分析复杂工程问题、制定解决方案、评价合理性、开展实施及综合分析的能力。

四、四、课程基本内容和学时安排第一章绪论（2学时）知识点：陶瓷材料在国民经济中的地位及国内外发展概况，陶瓷材料生产的一般工艺流程，陶瓷材料的分类方案；重点：陶瓷材料的分类方案；难点：陶瓷材料生产的一般工艺流程，陶瓷材料的分类方案。

陶瓷工艺学复习提纲一、基本内容：每一章各有重点，表现在基本概念、工艺原理上。

二、复习要点0 章基本概念陶瓷:狭义陶瓷的定义(通过“制粉→成型→烧结”工艺路线制备的无机非金属材料)根据气孔率（材料中的气孔体积分数）的大小，狭义陶瓷可以分为陶与瓷。

广义的陶瓷(无机非金属材料) ,通常按照制造制品的主要工艺，广义的陶瓷分为三块：玻璃、水泥、陶瓷（狭义的陶瓷）；陶瓷工艺:制粉→成型→烧结粉末冶金:通过“制粉→成型→烧结”路线制备金属材料的技术；水泥:无机水硬性胶凝材料，即与适量的水拌和后形成塑性浆体，既能在水中硬化也能在空气中硬化，并能把砂、石或纤维等材料牢固地胶结在一起的无机粉状物的总称。

；固化原理：水泥中的各种矿物首先溶解于水，与水反应生成的水化产物；水化产物由于浓度超过了其溶解度，沉淀结晶出来；反应物继续溶解，水化产物不断沉淀。

如此溶解-沉淀不断进行，伴随结晶沉淀物的相互交联而凝结硬化玻璃:具有玻璃转变点的无机非晶材料；先进陶瓷:采用高度精选或合成的原料生产的、具有能精确控制化学成分的、采用便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计的、并且具有优异特性的陶瓷。

先进陶瓷按特性和用途分为两大类：结构陶瓷指能作为工程结构材料使用的陶瓷。

它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。

功能陶瓷指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的陶瓷。

普通陶瓷:传统陶瓷主要采用一些天然的矿物原料制造，陶瓷的化学成分比较杂，但大体上属于硅酸盐系列；陶:指烧结程度不太高的陶瓷制品，其中通常含有15%左右的气孔率，且多为开孔。

陶有一定的吸水性,陶又分为粗陶器与精陶器炻：密度较陶器高的陶，接近瓷，但仍有3%以下的吸水率。

如日用炻器、卫生陶瓷、化工陶瓷、低压电瓷、地砖、锦砖、青瓷等。

瓷：指烧结程度比较高的陶瓷制品，其中的气孔率在5%以下，孔隙多为闭孔，基本不吸水。

1 章1.1基本概念粉：细小固体颗粒的集合，其中细小颗粒的含义通常是指直径小于100微米的颗粒，粉体可以直接作为材料使用，还可以通过“成型、烧结”的工艺路线制成块状材料使用。

一、绪论及陶瓷原料1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？4、宋代五大名窑及其代表产品？5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？6、陶瓷工艺学的内容是什么？7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？9、陶瓷原料分哪几类？10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？15、粘土在陶瓷生产中有何作用？16、膨润土的特点；17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域；21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？22、钾长石和钠长石的性能比较；23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？27、简述碳化硅原料的晶型及物理性28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。

二、粉体的制备与合成1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并解释团聚的原因。

2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。

3、粉体颗粒粒度分布的表示方法有哪些？并加以说明。

4、粉体颗粒粒度测定分析的方法有哪些？并说明原理。

5、粉体颗粒的化学表征方法有哪些？6、粉碎的定义及分类，并加以说明。

7、常用的粉碎方法有哪些？画出三种粉碎流程图。

8、机械法制粉的主要方法有哪些？并说明原理。

9、影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？10、化学法合成粉体的主要方法有哪些？并说明原理。

陶瓷工艺学电子教案[1]《陶瓷工艺学》电子教案绪论璀璨的历史文明给我们留下了大量的陶瓷艺术珍品，这些历代名瓷或从造型，或从色彩，或从雕琢，从技术难度上创造了一个又一个的神奇，历久弥新，有强烈的视觉效果，能有效的调动学生的兴趣,在课程内容上,我们将另辟一章,结合专业知识着重介绍我国历代名瓷,不但可显著提高学生听课效果,而且符合当前在自然学科中加强人文修养的要求一、陶瓷的概念1、传统陶瓷：陶器，炻器，瓷器等以粘土为主要原料的制品的通称。

按吸水率分类2、现在陶瓷：无机非金属固体材料的通称。

从概念上可以看出陶瓷内涵的扩大二、陶瓷的发展史概述1、陶器的起源和演变2、由陶到瓷的发展3、我国历代瓷器的成就三、陶瓷在现代化建设中的作用四、现代陶瓷技术１、新技术与新工艺的采用：（１）原料制备：最初采用天然原料，不加任何处理。

现在为适应特殊材料的特殊要求，对原料进行精选，分等级处理，在纯度、粒度、性质等各方面加以控制。

（２）粉料制备：传统的半机械，机械球磨，兑打粉磨等粉碎方法。

现在为制备超细粉末，采用化学气（液）相沉淀，溶胶－凝胶法，气流粉碎，超声波粉碎等方法来制备（胶体颗粒１０-７～１０-９m）。

一些半干压成型的建筑陶瓷，铁氧体及电子陶瓷普遍地采用喷雾干燥法进行坯料加工和造粒。

在特种陶瓷粉末制备中将详细介绍如何用固、液、气相法合成超细粉末。

（3）成型方法：等静压成型法已不仅用于特种陶瓷，也陆续在电瓷，日用瓷的生产中使用，注射成型法开始由塑料工业移植到陶瓷工业中去。

（4）施釉及烧结：国外，施釉方法由传统的釉浆浸釉、喷釉、浇釉发展到用釉粉压制施釉的方法。

煅烧方法除传统的常压烧结外，气氛烧结、压力烧结（如热压、热等静压）已应用于陶瓷生产中去。

2、对陶瓷材料的性能与本质的深入了解一些研究材料成分和结构的技术与仪器的出现，促进了人们对陶瓷的认识进入更高的层次。

例如可用某-射线荧光分析、电子与离子探针、光电子能谱仪、俄歇能谱仪测得陶瓷中微量成分的种类、浓度、价态及其分布特征。

《陶瓷工艺学》课程教学大纲学时：周学时6、6节，全程120学时适应专业：陶瓷工程专业一、课程性质、目的和任务：课程性质：陶瓷工艺学是面向陶瓷工程专业学生专门开设的一门专业课。

课程目的：培养从事陶瓷生产管理，陶瓷产品生产检验、检测及坯、釉料研制的专业高等技术应用性人才。

课程任务：通过课堂教学和专业生产实习，并结合陶瓷生产检验课的工艺实验，使学生了解日用陶瓷及主要工业陶瓷制品的种类、基本性能要求；掌握陶瓷生产主要原料的性质、特点和作用；掌握陶瓷坯料、釉料基本工艺要求和配方设计计算。

同时，结合本课程实践性强的特点，注意培养学生的动手能力，使学生具有结合生产实际，运用理论知识制订常规生产工艺制度和生产操作规程的初步能力以及分析和解决一般生产工艺常见问题的能力，为今后实际工作打下必要的基础。

二、课程教学基本要求：1、根据培养目标和需要，指导学生认真学好专业课，内容以必需和够用为主。

2、以教材为中心，通过课堂理论教学与实际生产相联系，调动学生的学习兴趣与热情。

3、要求学生掌握陶瓷的基本概念及陶瓷生产的工艺原理，为今后实际生产出现的问题提供理论解决的方法和措施。

4、要求学生掌握陶瓷生产过程及相关的工艺参数的控制，为今后的生产管理起指导作用。

5、引导学生阅读专业杂志及专业书籍，鼓励学生在理论学习过程中勤动脑，培养和提高学生分析问题，解决问题的能力。

三、教学内容与学时安排：2、教学内容绪论陶瓷的概念其及分类，我国陶瓷发展概况，陶瓷工业在我国国民经济中的经济作用和地位。

第一章陶瓷原料石英的种类、性质和作用，长石的类型、性质和作用，粘土的成因和分类，粘土原料的组成（化学组成、矿物组成、颗粒组成），粘土原料的工艺性能，粘土原料的加热变化，其它原料（石灰石、白云石、滑石、硅灰石、骨灰）。

第二章坯料配方及其计算坯料组成的表示方法，瓷质的主要类型（长石质瓷、绢云母质瓷、滑石瓷、骨灰瓷的特点、化学组成及配方），不同成形方法的坯料的工艺要求，坯料配方设计的原则，依据及试验步骤，坯料配方的计算。

第三章制陶的工艺流程第一节炼泥炼泥是陶器生产工艺流程中的第一步，炼成的好陶泥能为后期制作陶艺精品提供可靠地保证，反之，会给后期制作带来困难，甚至是功亏一篑的遗憾。

泥的炼制一般可分为手工炼泥和机械炼泥两种。

1. 手工炼泥：（1 ）晒泥。

一般粘土（陶土）从矿山开采出来后，要经过3 ～6 个月的自然风化，通过风吹日晒和雨淋，坚硬的粘土矿会松散，便于粉碎，同时雨水也会冲去部分可溶盐类及其他对制陶无益的矿物，从而提高粘土的纯度；（2 搅泥。

将晒好的陶土放入水中慢慢搅拌，使陶土融化变成泥浆；（3 ）过浆。

把一大块海绵放在竹扁上，使泥浆通过海绵，过滤掉其中的碎屑、杂质，得到干净细腻的泥浆。

再将过滤后的泥浆沉淀，排放掉表层的水，就得到了完全细腻的泥浆；（4 ）晾晒去水。

将完全细腻的泥浆堆放在平台上晾晒，待泥浆边缘出现裂纹、表面已无水分为最宜；（5 ）柔泥。

先用棍子打泥，目的是将经过一系列过程后结成块的泥打松散，然后再用手不断地揉搓，去除泥中的气孔，使泥的质地更细腻，这样才得到最终用来做陶的陶泥。

2. 机械炼泥：开采出来的粘土矿经过晒泥之后得到松散易于粉碎的粘土，将粘土放入打浆机中强行打成浓度较低的泥浆，经除砂间除砂去杂后，放入沉淀池中存放一段时间，再使用水泵抽取沉淀后表层的水，然后直接通过过滤机使泥浆压滤脱水成泥饼，再经真空炼泥机炼泥，炼好的泥需放入真空室，通过压力差，排除泥中的空气，最终得到适合做陶的陶泥。

真空炼泥机的优点：制作陶泥耗时短，可使陶器生产过程连续化，并可排除泥饼中的残留空气，提高泥的致密度和可塑性，并使泥组织均匀，改善其成型性能，提高干燥强度和烧成后的强度。

真空炼泥机的缺点：真空炼泥机在使用时，泥段容易出现螺旋状开裂、断裂等缺陷。

炼好的陶泥要通过割泥器分隔开来，摞成柱状，以便于储存和制作时使用。

第二节泥料成型陶器的造型千变万化，大到数米高的花瓶，小到精巧玲珑的小碗，薄如蝉翼的薄胎瓶、薄胎碗等更是让人惊讶不已。

定义：传统陶瓷: 以无机矿物岩石为原料,经过人工加工和高温处理,历经一系列物理化学变化后而得到的质地坚硬的制品,包括日用陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃等.新型陶瓷：定义一：以氧化物Al2O3、ZrO2、TiO2等人工原料或合成原料为坯料,按传统陶瓷生产工艺而制得的陶瓷,也称特种陶瓷,包括纯氧化物陶瓷、电子陶瓷、工程陶瓷等。

定义二：采用高度精选和合成的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。

第一章原料及原料的合成天然原料：天然岩矿、共生或混入不同杂质的矿物，化学组成不纯，用于普通陶瓷制品。

传统陶瓷原料大致分三类：粘土类原料、瘠性原料、熔剂。

化工原料：将天然原料通过化学或物理方法进行加工提纯，使化学组成得以富集，以达到一定性能和纯度要求的原料，用于配制色坯、色釉、制品的表面装饰及特种陶瓷。

§1.1 氧化物类原料1、石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时能起反应而生成可溶性的硅酸盐。

高温下，石英易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。

石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。

石英在陶瓷生产中的应用（1）起瘠性作用，石英颗粒多呈角尖棱状，提供了水分排出的通道，缩短干燥时间，减少干燥收缩。

（2）石英在高温下的多晶转变产生的体积膨胀可抵消由于粘土矿物的脱水收缩。

（3）高温下部分熔于液相中，形成玻璃相，提高了玻璃体粘度，减少制品变形，可与Al2O3反应形成莫来石，成分瓷胎的骨架。

过多的石英在冷却时会由于晶形转变带来较大的体积效应，降低热稳定性。

（4）石英是釉料的主要成分，增加石英含量，可提高釉料的熔融温度和高温粘度，增加釉的耐磨性、硬度、机械强度、化学稳定性。

2、ZrO2的性质：自然界中，游离ZrO2只有单斜锆石，产量少，杂质多，工业中都是化工原料，是由锆英石提炼而得。

较纯ZrO2粉呈黄色或灰色，高纯的呈白色，但常含有二氧化铪（HfO2），二者性质相似，不易分离，它们对材料的电性能影响也相似。