材料工藝學實驗講義2教材

1、陶瓷工藝學實驗講義共四次課實驗安排： 第一周：配注漿成型陶瓷工藝品料漿混凝土的制備第二周：注漿成型陶瓷工藝品 第三周：干壓成型陶瓷片陶瓷工藝品修坯燒結(jié)陶瓷工藝品及陶瓷片第四周：耐火材料的制備分析陶瓷工藝品制品缺陷提綱第一講（第一周）實驗課講義 第二講（第二周）實驗課講義 第三講（第三周）實驗課講義 第四講（第四周）實驗課講義第一講實驗課講義注漿成型陶瓷工藝品 陶瓷制品結(jié)構(gòu)中晶相和玻璃相（或膠結(jié)物）的生成，需要一類能生成晶相的原料，如 能生成莫來石晶相的高嶺土或粘土， 能生成石英晶相的石英原料， 能生成斜頑火輝石的滑石 類原料；另一類是能生成玻璃相的所謂熔劑原料，如長石、滑石、鈣鎂的碳酸鹽等。而

2、加工 過程所需的工藝性能， 則往往希望陶瓷原料具有能進行塑性加工的可塑性原料， 能減少干燥 和燒成中收縮的非可塑性原料（也稱脊性原料）等。 綜合上述兩方面的要求， 我們可以把所 需要的陶瓷原料主要歸納為三大類原料：具有可塑性的粘土類原料 具有非可塑性的石英類原來 熔劑原料 一般說來，粘土類原料往往是既有加工所需的可塑性，也能在燒成后形成結(jié)構(gòu)晶相的 原料； 石英類原料既是非可塑性原料， 同時也是能生成晶相的原料； 熔劑原料也具有非可塑 的性質(zhì)。1 各原料的作用鉀長石： K2O Al2O3 6SiO2 作為熔劑的長石，一般希望它具有較低的熔化溫度，較寬的熔融范圍，較高的熔融液 相黏度和良好的熔解其

3、它物質(zhì)的能力。純鉀長石的熔融溫度為 1150 度，其一般熔融范圍為 1130-1450 度。 鉀長石這種熔融后形成黏度較大的熔體，并且隨著溫度升高熔體的黏度逐漸降低的特 性，在陶瓷生產(chǎn)中有利于燒成控制和防止變形。長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用 長石在陶瓷原料中是作為熔劑使用的，因而長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用主要表現(xiàn)為它的 熔融和熔化其它物質(zhì)的性質(zhì)。 長石在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃熔體，是坯料中堿金屬氧化物（氧化鉀、氧化 鈉）的主要來源，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，有利于成瓷和降低燒成溫度。 熔融后的長石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒。液相中氧化鋁和二氧化 硅相互作用，促進莫來石晶體的形成和長大

4、，賦予了坯體的力學強度和化學穩(wěn)定性。 長石熔體能填充于各結(jié)晶顆粒之間，有助于坯體致密和減少空隙。冷卻后的長石熔 體，構(gòu)成了瓷的玻璃基質(zhì)，增加了透明度，并有助于坯體的力學強度和電氣性能的提高。 在釉料中長石是主要熔劑。 長石作為瘠性原料，在生坯中還可以縮短坯體干燥時間，減少坯體的干燥收縮和變 形等。石英 石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用 石英是作為瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯體中主要組分之一，它在陶瓷 生產(chǎn)中的作用不僅在坯體成型時，而且在燒成時都有重要的影響。 在燒成前是瘠性原料，可對泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作用，能降低坯體的干燥收縮，縮 短干燥時間并防止坯體變形。 在燒成時，石英的加熱膨脹可部分地抵

5、消坯體收縮的影響，當玻璃質(zhì)大量出現(xiàn)時， 在高溫下石英能部分溶解于液相中， 增加熔體的黏度， 而未溶解的石英顆粒， 則構(gòu)成坯體的 骨架，可防止坯體發(fā)生軟化變形等缺陷。 在瓷器中，石英對坯體的力學強度有著很大的影響，合理的石英顆粒能大大提高瓷 器坯體的強度，否則效果相反。同時，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。 在釉料中二氧化硅是生成玻璃質(zhì)的主要組分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融 溫度與黏度，并減少釉的熱膨脹系數(shù)。同時它是賦予釉以高的力學強度、硬度、耐磨性和耐 化學侵蝕性的主要因素。粘土 Al2O3 2SiO2 2H2O 紫木節(jié)是軟質(zhì)粘土，可塑性好 大同土是煅燒后的煤矸石，屬硬質(zhì)粘土，可塑

6、性很差粘土礦物的成分是高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石和水云母等。 以高嶺土的加熱脫水為例，其脫水過程如下： 100-110 濕存水（大氣吸附水）與自由水的排出。 110-400 其它礦物雜質(zhì)帶入水的排出（如多水高嶺土中的部分水） 。 400-450 結(jié)構(gòu)水開始緩慢排出。450-550 結(jié)構(gòu)水快速排出。550-800 脫水緩慢，到 800時排水近于停滯。800-1000 殘余的水排出完畢。高嶺石類粘土脫水后先轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石（1A2S ），接著轉(zhuǎn)變?yōu)殇X硅尖晶石（ 2A3S ），鋁硅尖晶石結(jié)構(gòu)盡管較偏高嶺石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 但其結(jié)構(gòu)中空位較多， 因而它也是不穩(wěn)定的， 繼續(xù) 加熱就會轉(zhuǎn)化成熱力學穩(wěn)定的莫來石（

7、3A2S）而分離出方石英。粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用 粘土的可塑性是陶瓷坯泥賴以成型的基礎。 粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩(wěn)定性。 （水分散性） 粘土一般呈細分散顆粒，同時具有結(jié)合性。這可在坯料中結(jié)合其它脊性原料并使坯 料具有一定的干燥強度， 有利于坯體的成形加工， 另外細分散的粘土顆粒與較粗的瘠性原料 相結(jié)合，可得到較大堆積密度而有利于燒結(jié)。粘土是陶瓷坯體燒結(jié)時的主體，粘土中的氧化鋁含量和雜質(zhì)含量是決定陶瓷坯體的 燒結(jié)程度、燒結(jié)溫度和軟化溫度的主要因素。 粘土是形成陶器主體結(jié)構(gòu)和瓷器中莫來石晶體的主要來源。莫來石晶體能賦予瓷器 以良好的力學強度、介電性能、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性?；?3MgO

8、 4SiO2 H2O 滑石在普通日用陶瓷中一般作為溶劑使用， 在細陶瓷坯體中加入少量滑石， 可降低燒成 溫度， 在較低的溫度下形成液相，加速莫來石晶體的生成，同時擴大燒結(jié)溫度范圍，提高白 度、透明度、力學強度和熱穩(wěn)定性。由于滑石多是片狀結(jié)構(gòu)， 破碎時易呈片狀顆粒并較軟， 故不易粉碎。 在陶瓷制品成形過 程中極易趨于定向排列， 成有序狀態(tài)，燒成時產(chǎn)生各向異性收縮， 往往引起制品開裂。 故在 使用時常采用預燒的方法來破壞滑石原有的片狀結(jié)構(gòu)。無水碳酸鈉作為陶瓷添加劑，起解凝作用減水劑 （解凝劑）對于注漿料和噴霧干燥料都是十分重要、不可缺少的。注漿泥料中低 的含水量可降低坯體的收縮，減小石膏模的吸水量

9、，縮短模型的干燥時間，提高生產(chǎn)效率。 對于噴霧干燥料，含水量的降低使干燥時的能耗減小，并增加粉料輸出量。 據(jù)文獻報道，降 低泥漿中的含水量 1G，粉料輸出率可增加 4H 。減水劑的解凝機理減水劑是一種效果顯著、 來源方便、 有助于改善陶瓷泥漿性能的有效添加劑。 它的加入 使泥漿在水份較低的情況下， 粘度適當， 流動性好， 便于操作。 減水劑的作用機理可概括為： （1）減水劑中的鈉離子可以交換出粘土中的鎂、鈣等離子，從而提高-電位。 （ 2）減水劑的陰離子在水中是以多個陰離子的締合形式存在的， 因其結(jié)構(gòu)特征很容易被粘土的邊面所吸 附，故可以中和粘土顆粒表面所帶的正電荷， 甚至使之帶上負電， 使

10、-電位也隨之增加，從 而提高泥漿的穩(wěn)定性和了流動性。陶瓷料漿的制備全班分為兩個組，每組配 1kg 粉料。（一個小號瓷罐可以裝 1kg 粉料和 1kg 水） 粉料稱量前要用振動磨粉碎。按規(guī)定的配比稱量。 注：無水碳酸鈉不要和其它原料混在一起， 要在球磨罐中加水之后 再加進去。水用量筒取即可。球磨 24 小時，注：兩個球磨罐要對稱放在一排上。陳腐一周。陳腐的作用：球磨后的注漿料放置一段時間后，黏度降低， 流動性增加，空漿性能也得到改善。 陳腐 的作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面： 通過毛細管的作用，使坯料中水分更加均勻。 在水和電解質(zhì)的作用下， 粘土顆粒充分水化和離子交換， 一些非可塑性的硅酸鹽礦物 如

11、白云母、綠泥石、長石等） 長期與水接觸發(fā)生水解反應變?yōu)檎惩廖镔|(zhì)， 從而使可塑性提 粘土中的有機物， 在陳腐過程中發(fā)酵或腐爛， 變成腐殖酸類物質(zhì)， 使坯料的可塑性提 高。 陳腐過程中， 還會發(fā)生一些氧化還原反應， 如：二硫化鐵分解放出硫化氫氣體， 硫酸 鈣還原為硫化鈣， 并與水及二氧化碳作用生成碳酸鈣和硫化氫氣體， 產(chǎn)生的氣體擴散、 流動， 使泥料松散均勻?；炷恋闹苽?混凝土是由膠凝材料、水和粗、 細骨料按適當比例配合、 拌制成拌合物，經(jīng)一定時間硬 化而成的人造石材?；炷恋膬?yōu)點： 可根據(jù)不同要求而配置特種混凝土，如防水混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土等。 在凝結(jié)前具有良好的塑性，因此可以澆制成

12、各種形狀和尺寸的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物。 它與鋼筋有牢固的粘結(jié)力，能制作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。 經(jīng)硬化后有抗壓強度與耐久性良好的特性。其組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經(jīng)濟的原則。混凝土的缺點：抗拉強度地，收拉時變形能力小，容易開裂，自重大等缺點。普通混凝土是由水泥、砂、石和水組成。在混凝土中，砂、石起骨架作用，稱為骨料； 水泥與水形成水泥漿， 水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。 在硬化前， 水泥漿起潤滑作用， 賦予拌合物一定的和易性（流動性、粘聚性和保水性） ，以便于施工。水泥漿硬化后，將骨 料膠結(jié)成一個實體。普通混凝土的微觀結(jié)構(gòu)： 水泥和水形成水泥漿， 包裹在砂粒表面并填充砂粒

13、間的空隙而 形成水泥砂漿； 水泥砂漿又包裹石子， 并填充石子間的空隙而形成混凝土拌合物； 該拌合物 經(jīng)過一定時間的凝結(jié)硬化，形成了堅硬的石狀材料即普通混凝土。水泥一般可采用硅酸鹽水泥、 普通硅酸鹽水泥、 礦渣硅酸鹽水泥、 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉 煤灰硅酸鹽水泥等。硅酸鹽水泥主要由以下四種礦物組成：硅酸三鈣 C3S硅酸二鈣 C2S以上兩者占 75%左右鋁酸三鈣 C3A鐵鋁酸四鈣 C4AF 制備過程兩磨一燒 鐵粉 石灰石 粘土 無煙煤生料磨煅燒加入石膏（調(diào)節(jié)凝結(jié)時間） +熟料熟料磨細骨料粒徑在 0.16-5mm 之間的骨料為細骨料。一般采用天然砂。山砂的顆粒多具有棱角，表面粗糙， 與水泥粘結(jié)較好；

14、河砂和海砂其顆粒多呈圓形，表 面光滑， 與水泥的結(jié)合較差。 在水泥用量和水用量相同的情況下， 前者拌制的混凝土流動性 差，但強度較高；而后者則反之。在拌制混凝土時，砂的顆粒級配和粗細程度應同時考慮。當砂中含有較多的粗粒徑砂， 并以適當?shù)闹辛缴凹吧倭考毩缴疤畛淦淇障叮?則可使空隙率及總表面積均較小， 這樣的 砂比較理想， 不僅水泥漿用量較少， 而且還可提高混凝土的密實性與強度。 可見控制砂的顆 粒級配和粗細程度有很大的技術和經(jīng)濟意義。粗骨料普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。 應是經(jīng)破碎、 篩分而得到的粒徑大于 5mm的天 然卵石或巖石。碎石具有棱角、表面粗糙，與水泥的粘結(jié)性好，強度高，流動

15、性差；而卵石表面光滑、 與水泥結(jié)合性差，強度低，但流動性好?；炷链止橇系淖畲罅讲坏贸^結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的 1/4 ，同時不得大于鋼筋最小徑 距的 3/4 。對于混凝土實心板，可允許采用最大粒徑達 1/2 板厚的骨料，但最大粒徑不得超 過 50mm。石子級配的好壞對節(jié)約水泥和保證混凝土具有良好的和易性有很大關系?；炷翉姸扰c其養(yǎng)護狀況密切相關。 只有在連續(xù)不斷地濕潤養(yǎng)護下， 混凝土的強度才隨 齡期的增長而增長。 而混凝土強度的增長依賴于水泥水化的作用， 水泥水化后的產(chǎn)物是產(chǎn)生 混凝土強度的主要因素。 而水泥的水化作用是一個漫長的過程， 水泥顆粒的反應起初從表面 開始，然后由表及里地逐漸滲透，

16、 水化過程進行得極為緩慢， 而且時間越久， 水化速度越慢， 這就是混凝土澆筑后必須潤濕養(yǎng)護的原因。混凝土澆筑后， 若不進行潤濕養(yǎng)護， 其表面就開始干燥， 隨著齡期的增長， 混凝土的強 度就停止在低齡期上。堿骨料反應（分為兩種：堿硅酸反應：占大多數(shù)，堿碳酸反應） 混凝土堿骨料反應是指水泥中的堿 （氧化鈉、 氧化鉀） 與骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化 學反應， 在骨料表面生成復雜的堿硅酸凝膠后， 堿硅酸凝膠吸水膨脹， 從而導致混凝土產(chǎn)生 膨脹開裂而破壞的現(xiàn)象。由混凝土的微觀結(jié)構(gòu)分析， 砂、石作為骨料在混凝土中起骨架作用， 但由于其中含有活 性的礦物成分， 如蛋白石、玉髓、磷石英等礦物含有活性二氧化硅成

17、分。這些礦物成分容易 與水泥中的堿發(fā)生反應而生成堿硅酸凝膠。只有泥質(zhì)石灰質(zhì)白云石才發(fā)生堿碳酸鹽反應， 在泥質(zhì)石灰質(zhì)白云石中含粘土和方解石較 多，堿與這種碳酸鈣鎂反應時，將其中白云石（碳酸鎂）轉(zhuǎn)化為水鎂石（氫氧化鎂） ，使干 燥的粘土暴露，這種干燥緊密地粘土吸水膨脹，引起混凝土內(nèi)部應力，導致混凝土開裂。 解決辦法：控制堿活性骨料的大量應用。限制混凝土的含堿量。 摻加活性摻合材料，如熟硅藻土、偏高嶺土、粉煤灰、硅粉等，產(chǎn)生的物理化學作用可 抑制堿骨料反應。環(huán)箍效應由于試塊尺寸、 形狀不同，會影響試件的抗壓強度值。試件尺寸愈小， 測得的抗壓強度 值愈大。 因為混凝土立方試件在壓力機上受壓時， 在沿加

18、荷方向發(fā)生縱向變形的同時， 也按 泊松比效應產(chǎn)生橫向變形。 壓力機上下兩塊壓板 （鋼板）的彈性模量比混凝土大 515 倍，而 泊松比則不大于混凝土的兩倍。所以，在荷載下壓板的橫向應變小于混凝土的橫向應變（ 指都能自由橫向變形的情況 ） ，因而上下壓板與試件的上下表面之間產(chǎn)生的摩擦力對試件的橫 向膨脹起著約束作用，對強度有提高的作用。 愈接近試件的端面， 這種約束作用就愈大。在 距離端面大約 3/2a（a 為試件橫向尺寸 ） 的范圍以外，約束作用才消失。試件破壞以后，其 上下部分各呈一個較完整的棱錐體， 就是這種約束作用的結(jié)果。 通常稱這種作用為環(huán)箍效應。 如在壓板和試件表面間加潤滑劑， 則環(huán)箍

19、效應大大減小， 試件將出現(xiàn)直裂破壞， 測出的強度 也較低。 立方體試件尺寸較大時， 環(huán)箍效應的相對作用較小， 測得的立方抗壓強度因而偏低。 反之， 試件尺寸較小時， 測得的抗壓強度就偏高。 另一方面的原因是由于試件中的裂縫、孔 隙等缺陷將減少受力面積和引起應力集中， 因而降低強度。 隨著試件尺寸增大， 存在缺陷的 機率也增大，故較大尺寸的試件測得的抗壓強度就偏低。操作注意事項： 模具用之前要緊固，即將模具擰緊。 脫模后將模具清理干凈，將混凝土屑鏟凈，模具底部及壁部涂抹油，防止生銹。整個過程將全班分為兩組，交叉做兩套實驗。第二講實驗課講義注漿成型陶瓷工藝品（三人一組） 注漿成形方法是將制備好的泥

20、漿注入石膏模具中，由于石膏模具具有透氣和吸水性能， 泥漿接觸模型以后， 泥漿中的水分會逐漸被吸入模型壁中， 泥漿中的細小顆粒會隨著模型的 形狀而均勻地排列成一個稠泥層， 當稠泥層達到人們預期的厚度時， 即可將模型中多余的泥 漿倒出。待稠泥層中的水分被模型繼續(xù)吸收， 達到獨立成形后，即可將此坯體取出，干燥待 修。注漿成形對泥漿的要求： 流動性好。 即泥漿的粘度要小， 在使用時能保證泥漿在管道中的流動并能充分流注到模型 的各部位。良好的泥漿應該像乳酪一樣，流出時成一根連綿不斷的細線。 穩(wěn)定性好。泥漿中不會沉淀出任何組分（如石英、長石等） ，泥漿各部分能長期保持組成 一致，使注漿成形后坯體的各組分組

21、成均勻。 具有適當?shù)挠|變性。 泥漿經(jīng)過一段時間存放后的粘度變化不宜過大， 這樣泥漿就便于輸送 和存儲， 同時又要求脫模后的坯體不致于受到輕微振動而軟塌。注漿用泥漿觸變性太大則易稠化，不便澆注，而觸變性太小則生坯易軟塌，所以要有適當?shù)挠|變性。 含水量要少。 在保證流動性的前提下， 盡可能地減少泥漿的含水量， 這樣可減少注漿成形 時間，增加坯體強度，降低干燥收縮，縮短生產(chǎn)周期，延長石膏使用壽命。 濾過性要好。 即泥漿中水分能順利地通過附著在模型壁上的泥層而被模型吸收。 通過調(diào)整 泥漿中脊性原料和塑性原料的含量可以調(diào)整濾過性。 形成的坯體要有足夠的強度。 注漿成形后坯體容易脫模。 泥漿中不含氣泡。注

22、漿成形是基于石膏模能吸收水分的特性。一般認為注漿過程基本上可分成三個階段。 從泥漿注入石膏模吸入開始到形成薄泥層為第一階段。 此階段的動力是石膏模的毛細管 力，即在毛細管力的作用下開始吸水， 使靠近模壁的泥漿中的水、 溶于水中的溶質(zhì)及小于微 米級的坯料顆粒被吸入模的毛細管中。 由于水分被吸走， 使?jié){中的顆?；ハ嗫拷?， 靠石膏模 對顆粒、顆粒對顆粒的范德華吸附力而貼近模壁，形成最初的薄泥層。形成薄泥層后，泥層逐漸增厚，石膏模的毛細管力繼續(xù)吸水，薄泥層繼續(xù)脫水。同時， 泥漿內(nèi)水分向薄泥層擴散， 通過泥層被吸入石膏模的毛細孔中， 其擴散動力為薄泥層兩側(cè)的 水分濃度差和壓力差。 泥層猶如一個濾網(wǎng)， 隨

23、著泥層逐漸增厚， 水分擴散的阻力也逐漸增大。 當泥層增厚達到所要求的注件厚度時，把余漿倒出，形成了雛坯。從雛坯形成后到脫模為收縮脫模階段， 也稱坯體鞏固階段。 由于石膏模繼續(xù)吸水和雛坯 的表面水分開始蒸發(fā)，雛坯開始收縮，脫離模型形成生坯，有了一定強度后就可脫模。關于石膏 天然二水石膏生石膏 CaSO4 2H2O 建筑石膏熟石膏 CaSO4 1/2H 2O 硬石膏死燒石膏 CaSO4CaSO4 2H2OCaSO4 1/2H 2O+3/2 H2OCaSO 4生石膏 107-170 熟石膏 400 死燒石膏（不溶性） 建筑石膏的硬化：建筑石膏與適當?shù)乃嗷旌?，最初稱為可塑的漿體，但很快就失去塑性，產(chǎn)

24、生強度，并 發(fā)展成為堅硬的固體。首先， 半水石膏溶解于水，很快成為飽和溶液。溶液中的半水石膏與水化合，按下式還 原為二水石膏：CaSO4 1/2H 2O+3/2 H2OCaSO4 2H2O由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小得多（僅為其20%），半水石膏的飽和溶液對于二水石膏就成了過飽和溶液。 所以二水石膏晶核自水中析出。 由于二水石膏的析出， 平 衡被破壞， 新的一批半水石膏又繼續(xù)溶解， 二水石膏晶核微粒則不斷增加， 而這些微粒比原 來半水石膏粒子要小得多， 粒子總表面積增大， 需要更多水來包裹。 同時此反應本身也消耗 了水， 因此漿體稠度增加，顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力增大，漿體的可塑性逐漸

25、降低，表現(xiàn)為 石膏的“凝結(jié)” 。其后，漿體繼續(xù)變稠，晶體逐漸長大、共生和相互交錯，此過程使?jié){體逐 漸產(chǎn)生強度，并不斷增長，直到完全干燥。石膏模的制作注漿成形檢查模具是否為一套。用海綿和刀片清理模具內(nèi)部，注意不要刮掉陽扣。用細繩捆綁好模具。 用軟泥將模具縫隙填好。將泥漿從模具口的中心倒入，液面與模具口齊平。 由于石膏的吸水作用會使液面不斷下降，因此要不斷補充泥漿使二者齊平。用小刀刮掉模具口的泥坯， 觀察厚度， 待厚度比燒杯壁的厚度稍厚一點時， 即可豎直倒 出泥漿。靜置 5小時左右脫模，待脫模時若不能將坯體順利取出，可置于烘箱中60 度烘烤十五分鐘左右。脫模后用小刀將模具內(nèi)表面適當清理?；疽I

26、注漿成形的第一步要仔細檢查模具，檢查是否嚴密，模具內(nèi)壁是否光潔，初次使用前， 應該用清水調(diào)少許稀泥漿輕輕擦拭內(nèi)壁， 俗稱擦渾水。 小件產(chǎn)品在注漿時可不必使用此方法。注漿前一定要將泥漿攪勻， 并過篩去掉雜質(zhì)。 然后用比重計測量泥漿比重。 普通陶瓷注 漿的比重在 1.7-1.9 之間。 如果比重太小會使吃漿時間過長， 比重過大則流動性差， 不但坯 體不易干挺，坯體內(nèi)壁也會粗糙。注漿前還應用萬孔篩仔細檢查泥漿的顆粒細度， 小件的產(chǎn)品其泥漿可以細些， 大件應適 當粗些。注漿成形掌握坯體厚度的一種方法是看表定時間。 根據(jù)經(jīng)驗定一個標準， 到點后一次從 模具中倒?jié){。 另一種方法是用刀具在注漿口割下一小塊泥

27、坯， 看一下厚度， 達到厚度時便可 倒?jié){。小件器物可將坯體厚度掌握在 1.5-2mm 之間， 大件器物坯體厚度可掌握在 3-5mm之間 或更厚些。注漿時對于那些表面起伏較大或器物表面溝槽較深的模具， 可在其內(nèi)壁灑一些干細的生 滑石粉，以利于坯體能夠順利脫模。注漿時，如果遇到像梅瓶那樣的小口器物時， 倒?jié){一定要緩慢，切不可過急過猛， 以免 模內(nèi)泥漿流出時空氣不能及時補充，造成泥坯從內(nèi)壁脫落而塌腔。注漿時， 當坯體吃漿達到一定厚度倒?jié){完畢后， 應將模具豎起口朝下放置一段時間， 待 坯體在模具中稍挺厚，方可打開模具取出坯體。這時一定要輕拿輕放，因為泥漿有觸變性， 我們在操作時應盡量減少模具振動。 取

28、坯時要用巧勁，不要用蠻勁硬掰，要用雙手捧持，不 要用光用手指單獨用力，否則壓強太大，容易造成坯體表面壓陷內(nèi)凹成為廢品。10第三講實驗課講義干壓成型陶瓷片干壓成型陶瓷片理論上應該在注漿成型陶瓷工藝品之前進行， 目的是從九組配方中找出 一組最佳組分進行注漿成型陶瓷工藝品。但由于時間有限，只能先做注漿成型陶瓷工藝品， 后做干壓成型陶瓷片。干壓成型陶瓷片對應原料的知識已經(jīng)在第一講介紹過了，所以在此可以不必要介紹。 干壓機理干壓成型是基于較大的壓力， 將粉狀坯料在模型中壓成的。 壓力為 3.92-9.8MPa 或更高。 成型時，當壓力加在坯料上時，顆粒狀粉料受到壓力，開始移動，互相靠攏，坯體收縮，并 將

29、空氣驅(qū)出。壓力斷續(xù)增大，顆粒繼續(xù)靠攏，同時產(chǎn)生變形，坯體繼續(xù)收縮。當顆粒完全靠 攏后壓力再大， 坯體收縮很小。 這時顆粒在高壓下可產(chǎn)生變形和破裂， 由于顆粒的接觸面逐 漸增大， 故其摩擦力也逐漸增大。 當壓力與顆粒間的摩擦力平衡時， 坯體便得到相應壓力下 的壓實狀態(tài)。加壓時，壓力是通過坯料顆粒的接觸來傳遞的。當壓力由一個方向向下壓時， 由于顆粒在傳遞壓力的過程中一部分能量消耗在克服顆粒的摩擦力和顆粒與模壁間的摩擦 力上， 使壓力在往下傳遞時是逐漸減小的。因此， 粉料內(nèi)的壓強分布是不均勻的。 一般上層 較致密， 愈往下致密越差， 在水平方向上靠近模腔的四周的密實度也與中心部位不同。 這種 差異還

30、與坯體的高度和直徑有關。 壓力越大， 坯體越致密， 同時其均勻性也比壓力小時好些。 但也不能為了提高坯體的致密度與均勻性而施加過大的壓力， 因為在壓實的坯料中總有一部 分殘余空氣， 過大的壓力將把這部分殘余空氣壓縮， 當壓完后除去壓力時， 被壓縮的空氣將 膨脹，使坯體產(chǎn)生層裂。干壓成型對粉料的要求 粉料具有較高的體積密度， 以降低其壓縮比。 因為干壓成型是將粉料填充在鋼模腔中 壓制成型的，模腔深度隨壓縮比的增大而增高，而模腔越深則越難壓緊，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 粉料流動性要好。 良好的流動性可保證壓制時顆粒間的內(nèi)摩擦小， 粉料能順利地填滿 模型的各個角落。 粉料要有合理的顆粒級配。 從最緊密堆積原理

31、出發(fā)， 較好級配的顆粒， 且細粉盡可能 少，可以減少空氣含量，并降低壓縮比，提高流動性。 在壓力下易于粉碎，這樣可形成致密坯體。 水分要均勻，否則易使成型與干燥困難。干壓粉料中由于有較多的空氣， 在加壓過程中， 應該有充分的時間讓空氣排出， 因此， 加壓速度不能太快， 最好是先輕后重多次加壓， 達到最大壓力后要維持一段時間， 讓空氣有 機會排出。加壓的速度和時間與粉料的性質(zhì)、水分和空氣排出速度有關。一般最好加壓 2-3 次。造粒的作用 改善粉料的流動性。造粒使得粉料團成球形，改善了其流動性。 提高了粉料的堆積密度。 造粒提供了粉料以不同的尺寸的球體， 因此提供了一定的顆粒級 配。 提高了粉料的

32、一致性。 加水后造粒，猶如滾元宵，使水分和粉料趨于均勻，提高了水的分 散性。水的作用11結(jié)合劑 潤滑劑在造粒過程中注意噴壺的水不可噴太多， 盡量不要讓托盤中的粉料由于水的過多加入而 變成深色。加壓過程中，由于最左邊的壓機沒有保壓功能，加壓 3-4 次到 20MPa即可。保壓 5s。陶瓷工藝品的修坯提供砂紙、小刀或鋸條， 修坯前提供爐膛腔體的高度和寬度， 以便給學生提供修坯參考。 陶瓷工藝品的修坯可以和干壓成型陶瓷片一起進行， 因為之前均是三人一組。 這樣同組 成員均有分工，在提高課堂效率的同時，每個人都能參與進來。燒結(jié) 燒結(jié)主要分為兩部分：注漿成型工藝品的燒結(jié) 干壓成型陶瓷片的燒結(jié) 前者的經(jīng)驗

33、燒結(jié)溫度為 1150-1170 ，當然，在帶實驗課之前十分有必要燒結(jié)一組小樣， 取不同的燒結(jié)溫度，以摸索最佳燒結(jié)制度，畢竟每年所配的料漿或多或少有差異。 設前者的最佳燒結(jié)溫度為 T，則干壓成型陶瓷片的燒結(jié)溫度取三個， T-30 ，T，T+30。 每組壓三個片，分別置于三個溫度下燒結(jié)。 可以將同燒結(jié)溫度的工藝品和陶瓷片放在同一個爐內(nèi)燒結(jié)，另外兩組分別放置。 放置時要在爐膛中墊磚。 給出注漿成型陶瓷工藝品的理論燒結(jié)曲線， 學生根據(jù)此曲線自定另外兩個溫度陶瓷片的 燒結(jié)曲線。需要學生在燒結(jié)過程中記錄溫度隨時間變化曲線。溫度低時每 5min 記錄一次溫度；溫 度高時每 10min 記錄一次。燒結(jié)制度示例

34、T1 T2 tstep 1:室溫 300 150minstep 2:300 300 30minstep 3: 300 950120minstep 4:950 950 30minstep 5: 9501050 15minstep 6:1050 1050 10minstep 7: 1050室溫坯體加熱及殘余水分的排除 同上 氧化分解，結(jié)晶水的排除， 有機物的燃燒，硫化物的氧 化，碳酸鹽的分解， 石英晶型 的轉(zhuǎn)變 氣孔排除階段 液相出現(xiàn)階段 拉平制品不同部分、 同一部分 表層及內(nèi)部溫差 自然降溫電爐工作原理電爐的構(gòu)造 發(fā)熱體簡介：12低溫 -1000 ：電阻絲爐，發(fā)熱體材料為鎳鉻耐熱合金-1400

35、：碳化硅發(fā)熱體（高溫下易被氧化）二硅化鉬會與氧氣反應）1200時氧化鋯導電。-1700 ：二硅化鉬發(fā)熱體，或者用管式爐，發(fā)熱體為鉬絲。-1800 ：常用鉻酸鑭發(fā)熱體（高溫下易揮發(fā)）-2000 ：氧化鋯發(fā)熱體，由于不導電，需外接一電源，這樣在-2200 ：石墨發(fā)熱體（非氧化，真空） 熱電偶的工作原理 由兩種不同金屬或合金組成閉合回路， 它們的一端通常焊接在一起， 稱為測量端， 而另 一端稱為參考端（自由端或冷端） 。測溫時，將熱電偶的測量端置于被測溫場中，其參考端 恒定在某一溫度下（通常為 0），然后通過連接導線與測量儀表相連，由于熱電偶兩端所 處的溫度不同， 在熱電偶回路中就有電動勢產(chǎn)生， 用

36、測量儀表測得電動勢的數(shù)值后， 便可間 接知道相應的溫度或者直接由測量儀表指示出溫度。小平房電爐的使用 小平房 9 號實驗室 1-6 號電爐的使用說明： 在電爐打開前要將面板上的電壓粗調(diào)鈕調(diào)到最小，以免開啟時因為功率過大燒壞電爐。 電爐控制開關在面板右下方，向上撥動即可。 將顯示窗外蓋打開， 右下方鈕扳到測顯端顯示的是當前爐內(nèi)溫度， 扳到設定端顯示的 是目標溫度。 輕輕轉(zhuǎn)動 XMT數(shù)顯調(diào)節(jié)儀窗體右方的旋鈕，可以調(diào)節(jié)目標溫度。 旋轉(zhuǎn)粗調(diào)鈕調(diào)節(jié)電壓，電爐開啟后的二十分鐘內(nèi)，調(diào)節(jié)電壓使電流不超過10A，以免功率過大燒壞電爐。 最大電壓 不要超過 180V。 當爐溫達到目標溫度時， 系統(tǒng)將在此溫度下進行

37、保溫過程， 學生通過計時完成保溫階 段。在進行下一段升溫時，需繼續(xù)轉(zhuǎn)動目標溫度旋鈕。 升溫的過程也是發(fā)熱體電阻增大的過程， 因此目標溫度的提高一般也要使電壓有所升小平房 10 號實驗室梯度爐等快速升溫爐的使用說明： 按下 PAR+（同時按，持續(xù)一段時間） ，出現(xiàn) LC 表示周期，設為 1，即一次升溫，一 次降溫。 按下 PAR，出現(xiàn) 1（對應于 r1 ），表示升溫速度，單位是 /min 。 再按下 PAR，出現(xiàn) L1，表示第一段升溫的目標溫度。 接著按下 PAR，出現(xiàn) d1，表示升高到 L1 后的保溫時間。 出現(xiàn) Hb 不用管。 設置完后按 A/M， 200之內(nèi)需要手動，即設定功率在20 以下

38、，以保護電爐。 到達 200 時，按下 PAR，找到 program ，運行 run ，之后按下 A/M 將手動關閉，注意 此時 RAMP燈和 MAN燈不能同時亮。13第四講實驗課講義耐火材料的制備耐火材料是指耐火度不低于1580的材料，一般是指主要由無機非金屬材料構(gòu)成的材料和制品。耐火度是指材料在高溫作用下達到特定軟化程度時的溫度，它標志材料抵抗高溫 作用的性能。 （高溫無荷重條件下不熔融軟化的性能。 ）耐火材料分類（按耐火度分） ：普通耐火材料：耐火度為1580-1770 ；高級耐火材料：耐火度為1770-2000 ；特級耐火材料：耐火度為2000-3000 ；超級耐火材料：耐火度為>

39、;3000 。耐火度與原材料的熔點有密切關系， 一般熔點稍高于耐火度。 因為耐火度主要取決于其 中的固相與液相數(shù)量比、 液相的黏度和材料的分散度。 因此單質(zhì)和化合物的熔點及混合的熔 融溫度要超過 1580。燒成過程中的物理化學變化磚坯排除殘余水分階段（ <200） , 在燒成過程中，水分排除階段應緩慢升溫，以防 止由于升溫過快，水分急劇蒸發(fā)，而造成開裂。分解氧化階段（ 200-1000 ），粘土排除結(jié)合水，硅磚中 Ca（OH）2分解，石英晶型轉(zhuǎn) 變，碳酸鹽或硫酸鹽分解，有機物的氧化燃燒等。 液相形成和耐火相合成階段（ 1000），隨著溫度升高， 液相生成量增加， 黏度降低， 耐火礦物相開始形成， 并溶解在液相中， 而后又結(jié)晶出來。 顆粒在液相表面張力作用下進一 步靠攏，而使坯體致密，體積收縮，強度增大，氣孔率降低。