陶瓷材料的制备101页PPT

H2，CO, CnHm
1100－1200℃
NbC
Nb+炭黑
H2，CO, CnHm
1400－1500℃
真空
1200－1300℃
Nb2O5+炭黑
H2，CO, CnHm
1900－2000℃
真空
1600－1700℃
TaC
Ta+炭黑
H2，CO, CnHm
1400－1600℃
真空
1200－300℃
Ta2O5+炭黑
为了克服直接沉淀的缺点，改变沉淀剂的加入方式，使得溶液本身缓慢反应产生沉淀剂，常用的有尿素： （NH2）2CO+3H2O→2NH4OH+CO2 (70℃) NH4OH在溶液中形成后立即被消耗，尿素继续分解平衡，可用来制备铁、铝、锡、镓、锆等的氧化物。
铝粉和B2O3粉料在刚玉罐中球磨混合1h，经真空干燥后，压坯，置入充满氩气的反应器中，进行燃烧合成。反应器内压力可在500Pa～0.1Mpa之间调节，用钨丝通电点火。热电偶插入试样心部测温。球磨后得到粉料。
Al2O3
AlB12
自蔓延法有以下优点： 1、工艺简单 2、消耗外部能量少 3、可在真空或者控制气氛下进行，得到高纯产品 4、材料烧成与合成可同时完成
900℃5h
1300℃2h
先进陶瓷粉料的制备
固相法制备粉料
可以获得高纯的Al2O3， 粒度小于1μm
用于碳化硅生产的阿奇逊电炉 (a)炉役开始前；(b)炉役结束后
分步反应： SiO2＋C → SiO（气）＋CO SiO＋2C → SiC＋CO SiO＋C → Si（气）＋CO Si＋C → SiC
先进陶瓷粉料的制备
A(S)+B(S)→C(S)+D(g)

特种陶瓷
日用陶瓷
(包括艺术 陈列陶瓷)
建筑卫 生陶瓷
化工陶瓷
电瓷 化学瓷 及其它 结构陶瓷 功能陶瓷
工业用陶瓷
结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热 冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷 材料；
不同形状的特种结构陶瓷件
功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学 功能等陶瓷制品和材料，此外还有核能陶瓷和其它功能 材料等。
五、烧结原理与工艺
(一) 概念
烧结是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减 小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
陶瓷烧结示意图
(a)颗粒间的松散接触；(b)颗粒间形成颈部； (c)晶界向小晶粒方向移动并逐渐消失，晶粒逐渐长大； (d)颗粒互相堆积形成多晶聚合体
(一) 概念
陶瓷的烧结类型可以分 固相烧结、液相烧结。
Tm A
T3 T2 T1
Tm B
烧结过程示意相图
陶瓷的烧结过程一般分 为五个阶段：
(1)低温阶段（室温至 300℃左右）
(2)中温阶段（亦称分解 氧化阶段，300 至 950C）
(3)高温阶段（950C至 烧成温度）
(4)保温阶段
(5)冷却阶段
（二）几种常用烧结方法
１）热压烧结
２）热等静压
最后，随着现代科学技术的飞速发展，使得具有优良性能的特 种陶瓷得到了广泛应用。
二、陶瓷原料
➢粘土类原料 ➢石英类原料 ➢长石类原料 ➢其他矿物原料 （瓷石，叶腊石，高铝质矿物原料，
碱土硅酸盐类原料，碳酸盐类）
➢新型陶瓷原料（氧化物原料，碳化物类原料，氮化物原料）
1.粘土类原料 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石

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7.花釉:
两种以上 的颜色釉 交织而成.
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三阳开泰
8.乳浊釉:
釉呈不透明的 乳浊状,一般用 于遮盖胎体的 不良呈色．
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9.虹彩釉: 釉表面有一很薄的金属层,入射光和反射光相互干涉, 使制品表面呈一种特殊的虹彩,如贝壳内部的光泽.
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10..盐釉： 将食盐从火孔中投入窑内，盐即刻变成雾化，
烧成温度 1200-1300 ℃, 吸水率在3%以下; 色白或黄白,胎厚不透明; 胎体上有各种颜色釉; 能经受温度急变; 不易碎,适易机械化洗涤
烧成温度高 (1250 -1450℃), 吸水率在0.5%以下; 色白，胎薄有透光性; 胎体上有无色透明釉; 不能经受温度的急变; 质脆易碎．
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在陶瓷发展的历史上，先有陶后有瓷
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陶 瓷 制 作 工 艺 流 程
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一.陶瓷坯料制备
(一).坯用原料 粘土 瓷石 石英 长石
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高岭土(Al2O3 、 SiO2 、 H2O 、 Fe2O3 、TiO2 )
高岭土俗称瓷土，制造瓷器的主要原料之一。
不能单独成瓷，用量４０～６０％.
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3.瘠性原料－石英
主要成分：SiO2
作用：降低坯收缩，减少干燥和烧成变 形；增加瓷的机械强度、白度和透光度.
烧成.
特点: 呈色淡，颜色种类少，不脱落．
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贴花：将印好的花纸贴粘在制品上 喷花:用镂空的模板(纸或塑料薄膜)贴在 制品上,色料用压缩空气通过喷枪喷出 印花:用印包或皮印将花纹印到制品上
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二.陶瓷釉及其制备
釉是附着在陶瓷胎体表面的玻璃 质层，使陶瓷表面光滑，不透水， 易清洁，并提高陶瓷的装饰性．
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釉的熔融温度必须与坯体的烧成温度相适应 釉和坯体的膨胀系数尽可能地相符合

低温预热阶段所发生的变化是物理现象，实际上是干燥 过程的继续。因此要提高窑炉的生产效率，应当使坯体入 窑水分尽量降低。一般隧道窑的入窑坯体水分不能超过 1%，辊道窑的坯体入窑水分要控制在0.5%以下。
3. 陶瓷材料的制备
（二）氧化分解阶段（温度在300～950℃之间） 1. 碳素和有机物的氧化 2. 硫化铁的氧化 3. 碳酸盐、硫酸盐的分解 4. 结晶水的排出 5. 晶型转变
干燥 排除坯体中水分的工艺过程称为“干燥”。 干燥的目的：
除去坯体中所含的一部分水分，使坯体具有一定 的强度； 提高坯体吸附釉层能力； 缩短烧成周期，提高窑炉的周转率，降低燃料消 耗。
3. 陶瓷材料的制备
干燥方法
3. 陶瓷材料的制备
烧成与烧结
烧成（firing）：将生坯或生料在高温下煅烧而成制品 或熟料的过程。
3. 陶瓷材料的制备
按显微组织结构变化分三个阶段： 初期：坯体（一般含20%—60%的气孔）间颗粒重排，
接触处键联。大气孔消失或形状改变，但固气 总表面积变化不大。 中期：传质过程开始，晶界开始形成并逐渐扩大，连 通气孔缩小，形成晶界网络，晶界移动，晶粒 长大，直至出现孤立的闭气孔。（坯体密度可 达理论密度的90%以上） 后期：孤立的闭气孔扩散至晶界排除或被物质填充； 晶粒正常均匀长大，气孔随晶界移动而排除， 形成致密化结构。若再进一步烧结，气孔有可 能被晶粒包裹，导致气孔不可能被排除，或晶 粒异常长大。
3. 陶瓷材料的制备
（四）冷却阶段 冷却阶段是制品从烧成温度降至常温的全部过程。此 阶段坯釉发生以下变化：
l. 随着温度的降低，液相析晶，玻璃相物质凝固。
2. 游离石英晶型转变。
在573℃α-石英转变为β-石英，体积收缩0.82%。270℃时，α方石英转变为β-方石英，体积收缩2.8%。

注浆的速度不宜过快，以免泥浆内有 过多的空气包住，造成胚体出现针孔 及胚体气泡
The grouting speed not too fast, so as to avoid the mud filled with excessive air wrap, cause the embryo and embryo bubble pinholes
包装，复核，发货
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Review, packaging, shipping
起版雕塑（Since version sculpture）
制模：图稿或实 样—石膏雕塑、泥 雕或电脑雕塑—垫 模—样品模具
Tooling: artwork or samples, plaster sculpture, clay sculpture or computer sculpture - die cushion sample mould
cracking or bubble
phenomenon
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登窑
2019/9/13
（Gordon kiln）
登窑前，土坯都要吹坯 （吹掉灰尘，减少污染)
Gordon kiln front, Adobe to blow the blank (blew the dust off, reduce pollution)
Glaze spraying
制样品模，试样，确版
擦脚
Preparation of sample mould,

sample, accurate version

做硫磺母模，生产KS/石膏模印

Do sulfur master mold, plaster mold printing production KS/

其中wt%表示添加雜質量占主配方的重量百分 比。由於在含鉛壓電陶瓷的製備過程中，鉛有 揮發，根據經驗，需多加鉛1.5wt%。當採用 的原料和純度為表2.5所列時，計算該壓電陶瓷 坯體的配料比。
表2.5 製備某壓電陶瓷採用的原料及純度
名 稱 鉛 丹 碳酸鍶 二氧化鋯 二氧化鈦 三氧化二鐵 三氧化二鉻
分子式 Pb3O4 SrCO3
ZrO2
純度% 98
97
99.5
TiO2 99
Fe2O3 98.9
Cr2O3 99
表2.6 由給定的化學計量式算出的每摩爾坯 料中各氧化物的重量及總量
摩爾數 摩爾質量 重量（g） 1mol坯料重（g）
PbO 0.95 223.20 212.04
SrO
ZrO2
0.05
0.5
成
燃料以電、氣、油為主
以外觀效果和強度為主 性 能
以材料性能和使用效能為主，如耐磨、 耐腐蝕、耐高溫、以及各種敏感特性
加 一般不需加工 工
常需切割、打孔、研磨和拋光
用 炊具、餐具、建築、陳設 主要用於航太、能源、冶金、交通、電
途品
子、信息家用電器業
表2.2 陶瓷按化學成分的分類及有代表性陶瓷材料
陶瓷類別
2.粒徑減小使材料的蒸汽壓上升
ln(P/P∞)=2Mγ/(RTCD)
P和P∞分別表示超細粒子和塊狀物質的蒸氣 壓；M為摩爾質量；R為摩爾氣體常量；Tc為 熱力學溫度。
表2.3 氧化錫粉體的表面能、比表面積、 表面原子百分數與粒徑的關係
粒 原子 表面 表面 q 徑 總數 原子 能Es nm 個 % (J/mol
圖2.2 CVD方法原理及氣相沉積產物示意圖
粉體的粒子學特性
粉體的粒子學特性包括粉體粒徑、粒徑分佈、 粒子形狀、密度、微孔分佈、流動性、堆積密 度等。

最高烧成温度按下式进行计算：1000℃
3. 陶瓷实验流程
烧成曲线的制定
根据经验公式计算出最高烧结温度后，制定烧成 曲线。参考数据如下：
地砖和仿花岗岩玻化砖
T烧 = 1200～1280℃；
釉面砖
T烧 = 1200～1280℃；
低温快烧的釉面砖 T烧 = 1000～1080℃；
耐热瓷
T烧= 1280～1320℃；
6．烧成 上述5种产品种的烧成温度基本一致，但最高烧成温度不同。 因为各地原料的成分不同，每种产品的烧成温度都有波动。
需经烧成实验确定。
3. 陶瓷实验流程
二. 烧成制度的制定
烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。对一个特定 的产品而言，制定好温度制度（建立温度与时间的关系）和控制 好烧成气氛是关键。压力制度起保证前两个制度顺利实施的作用。 三者之间互相协调构成一个合理的烧成制度。
3. 陶瓷实验流程
4．压制成形 为方便性能测试，可分别压制成条、片的试样。
条状试样，3克 / 条 ，成型压力 20 ～ 30 KN . 压制成形后立即对试
样编号，用游标卡尺量尺 寸并记录。
3. 陶瓷实验流程
5．干燥 将试样放入100～105℃的烘箱中烘8～10小时（也可自然干
燥2～3天）后，取出，放入干燥器。 试样冷却后，量取干燥后的尺寸并记录，计算 干燥收缩率 。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
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谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日

陶瓷原料及配方基础
高长石质瓷不变形的原因
在化学组成方面，高长石质瓷中K2O及Na2O的含量 较一般的长石质瓷高，Al2O3的含量也相应的提高 。烧成温度在1290℃左右。在提高半透明度的同 时，瓷坯的高温变形不大，这是因为瓷坯中液相 量虽高，但由于在碱含量一定的情况下，随铝含 量的增多，液相的高温粘度变大，高温变形并不 大。
坯料的类型
• 一般我们按所使用的熔剂原料来进行 分类，主要有长石质瓷、绢云母质瓷， 骨灰瓷、镁质瓷（滑石瓷）等。
陶瓷原料及配方基础
• 假如说不加入石英,有没有 可能烧成陶瓷?
陶瓷原料及配方基础
高长石质瓷 淄博市硅酸盐研究所于1979年研制成功
高长石质瓷是我国目前的高档日用瓷 之一，1984获国家银质奖，被选为中 南海和国务院用瓷
• 耐火度是陶瓷材料抵抗高温作用而不 熔融性质。
陶瓷原料及配方基础
• 高岭土的耐火度 • 纯高岭土的耐火度一般在1740℃—
1770℃
陶瓷原料及配方基础
• 陶瓷烧成的核心是什么？ • 答：熔融 • 如何达到这个核心？
陶瓷原料及配方基础
长石（钾长石、钠长石）
陶瓷原料及配方基础
• 高温时黏土和石英都能溶解于长石之 中。液相中Al2O3和SiO2相互作用， 促进莫来石晶体的形成和长大赋予了 坯体的力学强度和化学稳定性。
陶瓷原料及配方基础
骨灰瓷
• 1794年由英国人发明，骨灰加入量大于40%，一 般都在70%之上。
• 白度高（＞80%）不是纯白色，而是自然的奶白 色，透明度高，瓷质软，光泽柔和，质地轻巧， 釉面也显得更加温润 。
陶瓷原料及配方基础
滑石瓷
• 特点：半透明性好、白度高
陶瓷原料及配方基础

•15
无机非金属材料工学--陶瓷工艺学
②石英原料的性质
石英的外观视其种类不同而异，有的呈乳白 色，有的呈灰白半透明状态，表面具有玻璃光泽 或脂肪光泽，莫氏硬度值为7，相对密度因晶型而 异，波动于2.22—2.65g/cm3之间。
石英的主要化学成分为SiO2，常含有少量杂 质成分，如Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等。
粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类 （包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。
高岭石
叶腊石
•7
伊利石
无机非金属材料工学--陶瓷工艺学
a．高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石
是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
钠长石与钙长石一般呈白色或灰白色，相对密度为2.62 g
／cm3，其他一般物理性质与钾钠长石近似。
•23
无机非金属材料工学--陶瓷工艺学
钠长石 钙长石
钾长石
•24
钡长石
无机非金属材料工学--陶瓷工艺学
长石在陶瓷生产中的作用 ① 长石在高温下熔融，形成黏稠的玻 璃熔体，是坯料中碱金属氧化物(K2O、 Na2O)的主要来源，能降低陶瓷坯体组分 的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。
b．蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主
要组成矿物的粘土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红 色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。
c ．伊利石类 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程
中的中间产物。组成成分与白云母相似，但比正常的白云母多SiO2和H2O而 少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。

▪ 特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与
收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗 粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。
触变性亦称摇变，是指物体（如油漆、涂料）受到剪切时稠 度变小，停止剪切时稠度又增加或受到剪切时稠度变大，停 止剪切时稠度又变小的性质的一“触”即“变”的性质。
a2+、Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离子 不同分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。
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▪ 特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性
能。煅烧时脱水过程长，收缩大，Ａl2Ｏ3含量低，又吸附了其 它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯 体软化变形，用量不宜太多，一般在５％左右。
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1)石英
SiO2在陶瓷生产中的作用
▪ 烧成前，石英为瘠性料（不吸水）， 可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出 的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生 坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体 变形；利于施釉。 ▪ 烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消 坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液 相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗 粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。
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3)粘土
提高坯料可塑性的措施有： ①将粘土原矿进行淘洗，除去所夹杂的非可塑件物
料，或进行长期风化。 ②将湿润了的粘土或坯料长期陈腐。 ③将泥料进行真空处理，并多次练泥。 ④掺用少量的强可塑性粘土。 降低坯料可塑性的措施有： ①加入非可塑性原料如石英、瘠性粘土、瓷粉等。
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2)长石
▪ 种类： • 钾长石：K2O•Al2O3•6SiO2 • 钠长石：Na2O•Al2O3•6SiO2 • 钙长石：CaO•Al2O3•2SiO2 • 钡长石：BaO•Al2O3•2SiO2 ▪ 产状：自然界中，纯的长石较少，共生矿物有：石英，云母，