陶瓷坯釉料配方设计

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陶瓷坯釉料配方设计教学目标：1、掌握各类陶瓷坯釉料的组成2、掌握陶瓷坯釉料表示方法3、掌握坯釉料的工艺要求4、掌握坯釉料的配方设计5、掌握坯釉料的配方计算 一、瓷质坯体的组成和配方1.瓷质坯体的特点（1）瓷质坯体的制品通常是玻化砖、锦砖和部分地砖，吸水率一般小于1％。（2）瓷质坯体的烧成收缩较大，烧成过程控制要求高，难度大。（3）瓷质坯体的表面可以施釉装饰，亦可以无釉装饰。同时也可以进行印花装饰。（4）瓷质制品强度高，耐磨蚀能力强，抗冻性好。〔5)瓷质制品因吸水率低，铺贴因难。 2.瓷质坯体的组成一般的讲，建筑陶瓷中的瓷质坯料与日用瓷中的软质瓷相类似，即在坯体组成中溶剂的成分较高。其示性坯式为：R2O(0.4~0.5)AL2O3·(5.5~8.3)SiO2RO这样选择是基于下列几点考虑；(1)降低制品的烧成温度，从而降低制品的生产成本(2)为了使不施釉制品表面具有玻璃光泽。(3)制品厚度一般较大,若是采用硬质瓷配方，则不易烧结。(4)墙地砖制品的强度既可以由瓷质来保证，又可以通过制品的适当厚度来保证 3瓷质坯体的原料组成瓷质坯体的原料组成为：可塑性粘土：lo％一30％硬质粘土：10％一40％；瘠性原料：0—30%；矿化剂：0一30％；熔剂：15％一50％。 4、瓷质坯体的典型配方 二、炻质瓷坯体的组成和配方1炻质坯体的特点(1)炻质坯体的制品通常是彩袖砖、外墙砖和部分地砖；(2)烧成收缩不大，尺寸公差易于保证，吸水率3％一8％(国标规定＜10％)；(3)烧成后的制品具有较高的机械强度(国标规定≥24．5MPa)，较好的热稳定性，(4)成型既可以是半干压成型，也可以是挤压成型，(5)制品规格多；(6)大部分制品采用施釉装饰和图案装饰‘(7)铺贴性能优于瓷质坯体。 2炻质坯体的组成炻质坯体的组成，一般具有较低的硅含量，熔剂成分也较瓷质坯体含量少。其示性坯式为：R2O（0.25~0.5）·AL2O3·（1.8~4.5）SiO2RO 3炻质坯体的原料通常炻质坯体使用的原料组成为：可塑性粘土50％一65％；熔剂原料l0％一15％瘠性原料15％一20％；着色剂等3％一8％。主要使用当地的劣质原料。比如红粘土、红页岩、紫页岩、煤矸石、粉煤灰等。 4炻质坯体的典型配方 三、陶质坯体的组成和配方1陶质坯体的特点(1)主要制品是釉面砖(内墙砖)；(2)烧结程度差，是多孔质坯体，有较高的吸水率，国标规定为≤20%；(3)烧成收缩小，不易变形，尺寸公差小‘(4)制品厚度小，多为二次烧成(目前正要发展一次烧成)(5)表面施低温釉，常用图案进行装饰；(6)铺贴方便，使用一般的水泥砂浆即可贴牢。 2陶质坯体主要种类、组成和配方粘土型精陶坯体(1)分类这类坯体一般包括：纯粘土型——经典配方粘土+长石型——改良配方粘土+石灰石型——改良配方粘土+混合溶剂型——优化配方(2)组成①长石精陶1(R2O+RO)·(5．5—8)AL2O3·(26—35)SiO2②石灰质精陶1[R2O+RO)·(1—2．5)AL2O3·(3．5—10)SiO2 3、粘土型精陶坯体的典型配方 4、叶蜡石精陶坯体典型配方 5、硅灰石、透辉石型精陶坯体的典型配方 6、以工业副产品、工业废料为主要原料的精陶坯体的典型配方 7、新型工业矿物为主要原料的精陶坯体典型配方 四、坯料配料的依据1、釉面砖要求有一定的吸水率，才能牢固地粘贴在墙面上；在使用环境下反复升降温不致开裂、剥落，寿命长；釉面光滑平整，颜色均一，尺寸规格一致，不仅能使建筑物整体美观，而且便于施工。（一）坯料和釉料的组成应满足产品的物理-化学性质和使用要求 2、地砖要求吸水率较小，但应耐磨、耐酸碱腐蚀和防滑等。3、日用瓷要求有一定的白度和透明度，并对釉面铅的溶出量有严格限制。些具体要求。 （二）拟定配方时应考虑生产工艺及设备条件1、坯料的要求：成型性能好，坯体强度高，有较宽的烧成温度范围。2、烧成温度、气氛应与窑炉的性能相适应。 3、若釉、坯化学性质相差过大，烧成易出现坯体吸釉，造成干釉现象。釉的熔融温度应和坯体烧结温度相近。釉的热膨胀系数应比坯体稍小，使冷却时釉层受到不大的压应力，利于增加产品的机械强度，防止变形。 4、当采用低温快速烧成工艺时，配料应选用烧成收缩小，烧减小的原料，减少粘土用量，降低坯料中游离石英总量，增加熔剂成分等。 （三）拟定配方时应考虑经济上的合理性原料尽量作到就地取材，综合利用 （四）借鉴成熟配方1、利用使用的或研究单位研制的某种产品的成熟配方。2、不可机械地搬用,一定要慎重分析,并通过试验验证,或在成功经验的基础上进行试验创新,最后应以试验测定结果为鉴定的依据。 （五）弄清各原料在陶瓷材料中的作用弄清各种原料在陶瓷材料中的作用及材料性能的影响，是进行配方试验的基础 五、坯、釉料表示方法1、配料比：即是直接列出所用的各种原料的质量百分比。2、釉面砖坯体的配方为：磷矿渣50%、蜡石35%、紫木节土15%。3、卫生瓷乳浊釉的配方为：长石33.2%、石英20.4%、苏州高岭土3.9%、广州锆英石13.4%、氧化锌4.7%、煅烧滑石9.4%、石灰石905%、碱石5.5%。（一）配料比表示 （二）矿物组成（又称示性组成）表示1、矿物组成：把生产所用的各种天然原料中的同类矿物含量合并在一起，换算成粘土、长石、石英三种纯矿物的质量百分比表示。2、硬质瓷含纯粘土物质40%~60%，长石20%~30%，石英20%~30%。3、软质瓷含纯粘土物质20%~40%，长石30%~60%、石英20%~40%。 （三）化学组成表示1、化学组成：对坯料或釉料进行化学全分析，并以分析结果表示坯料或釉料的化学组成。2、化学组成项目有SiO2、Al2O、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼烧减量等 （四）实验公式（塞格尔式）表示1、实验公式：根据坯或釉化学组成中氧化物含量的百分数，除以各氧化物的摩尔质量，得到各组分的摩尔数，将摩尔数冠于各氧化物分子式前，再按碱性氧化物（R2O+RO）·中性氧化物（R2O3）·酸性氧化物（R2O）的顺序排列起来，并把其中一种的系数调整为1，即得实验式（坯式或釉式）。 2、对于坯式是将中性氧化物（R2O3）摩尔数调整为1。3、对于釉式则是将碱性氧化物（R2O=RO）的摩尔数综合调整为1 4、如何判断坯式、釉式。硬瓷的坯式为：1(R2O+RO)·(3~5)Al2O3·(15~21)SiO2硬瓷的釉式为：1(R2O+RO)·(0.5~1.2)Al2O3·(10~23)SiO2软瓷的坯式为：1(R2O+RO)·(1.8~3.0)Al2O3·(10~230SiO2软瓷的釉式为：1(R2O+RO)·(0.1~0.4)Al2O3·(2.0~4.0)SiO2·(0.0~0.5)B2O3 5、通过计算酸性系数（C·A）可大致判断材料的物理性能。酸性系数以下式计算：C·A=硬瓷釉的酸性系数为1.8~2.5，软瓷釉为1.4~1.6，可见随着酸性系数的增加，软瓷釉逐渐向硬瓷釉转变。酸性系数增大，坯体系数增大，坯体的脆性增加强度降低，高温易变形，烧成温度也降低 六、坯料配方计算1、已知坯料化学组成计算坯式计算步骤如下：（1）用个氧化物的相对分子质量去除该氧化物的百分含量，得各氧化物的摩尔数。（2）以中性氧化物R2O3的摩尔数为基准，另其和为1，计算各氧化物的相对摩尔数，并作为相应氧化物的系数。（3）按照碱性氧化物、中性氧化物、酸性氧化物的顺序排列出坯式。（一）坯式的计算 例1已知坯料的化学全分析如下表（%质量），试计算其坯式。SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO67.0821.120.230.430.35MgOK2ONa2O灼减合计0.165.921.352.4499.08 解：（1）计算各氧化物的摩尔数SiO267.8÷60.06=1.1169Al2O321.12÷101.94=0.2072Fe2O30.23÷159.68=0.00TiO20.43÷80.1=0.0054CaO0.35÷56.08=0.006MgO0.16÷40.32=0.0040K2O5.92÷94.19=0.0629Na2O1.35÷61.99=0.0218 (2)以中性氧化物摩尔数总和为基准，令其为1，计算相对摩尔数中性氧化物Al2O3+Fe2O3摩尔数总和为：0.2072+0.0014=0.2086以此数除各氧化物的摩尔数，得：SiO21.1169÷0.2086=5.354Al2O30.2072÷0.2086=0.9933Fe2O30.0015÷0.2086=0.0072TiO20.0054÷0.2086=0.0259CaO0.0062÷0.2086=0.0297MgO0.0040÷0.2087=0.0192K2O0.0629÷0.2087=0.3015Na2O0.0218÷0.2087=0.1045 3）按碱性、中性、酸性氧化物的顺序排列出坯式0.3015K2O0.1045Na2O0.9933Al2O35.354SiO20.0297CaO0.0067Fe2O30.0295TiO20.0192MgO若化学组成中未包含灼减，则仍照上述程序计算，所得坯式的结果不变，即灼减对实验式没有影响。 （二）示性矿物组成计算具体步骤如下：1、若化学组成中含有一定数量的K2O、Na2O、CaO，则可认为是由长石类矿物引入的。若其中Na2O比K2O含量是好的多，可认为Na2O是杂质而把两者的合量KNaO计算为钾长石2、化学组成中Al2O3的总量减去长石带入的Al2O3，剩余的可认为是由高岭土引入的，但若化学组成中扣除钾长石量后Al2O3量不足时，多余的Al2O3可认为是有水铝石Al2O3·H2O引入的。 3．根据灼烧减量判断，若原料中有酸根存在，则MgO可认为是由菱镁矿MgCO3引入，CaO可认为是由石灰石CaCO3引入的。但若不存在碳酸根，则认为灼减量是水，此时MgO可认为由滑石3MgO·4SiO2·H2O或蛇纹石3MgO·2SiO2·2H2O引入。4．若灼烧减量主要是结晶水，且在扣除高岭土及滑石等矿物中的结晶水后还有一定数量，可认为化学组成中Fe2O3是由褐铁矿Fe2O3·3H2O引入；若灼烧减量已扣完，则Fe2O3可作赤铁矿计算。 5．TiO2一般可认为由金红石提供。6．除去以上各种矿物中所含的SiO2量后，剩余的SiO2可作为游离石英。 例3某粘土的化学全分析如下表（%质量）：SiO2Al2O3Fe2O3CaO59.2529.700.160.28MgOK2ONa2O灼减微量0.480.0510.08试计算其矿物组成。 （三）根据矿物组成计算配方在进行配方计算时，若要求坯料达到预想的矿物组成，并已知原料的示性分析时，应根据原料的组成和性能，确定一定的比例，依次递减计算，从而得出各种原料的配入量。 例4：要求坯料的矿物组成为；粘土矿物60%，长石15%，石英25%，原料粘土的示性分析为：粘土矿物80%，长石12%，石英8%。除此粘土外，长石及石英的差额由纯原料补足。 解：（1）先计算粘土的用量以100g坯料为计算基准，坯料中粘土矿物为60g，长石15g，石英25g。又因原料粘土含粘土矿物80%，故原料粘土的用量为：60×100/80=75g计算随原料粘土带入的长石和石英：长石为75×12%=9g石英为75×8%=6g （3）计算应补足的长石和石英：应补长石15-9=6g应补石英25-6=19g（4）实际配料方为：粘土75%，长石6%，石英19% 小结介绍了坯、釉料配方的的表示方法及坯、釉料配方的组成，介绍了确定坯、釉料配方的依据和配方的基础计算；并介绍了制定坯、釉料的配方原则、方法和步骤以及坯、釉料配方计算。