陶瓷工藝設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告

題目：瓷質(zhì)墻地磚坯料配方設(shè)計(jì)、試樣制備及其性能測(cè)試

學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程

專業(yè)名稱：無(wú)機(jī)非金屬材料工程

學(xué) 號(hào)： 201202020214

姓 名： 楊文靜

指導(dǎo)老師： 任強(qiáng) 王瑩 何選盟

2015年10月

目錄

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?........................................................ - 2 -

2.實(shí)驗(yàn)安排 ........................................................ - 2 -

2.1查資料 .................................................... - 2 -

2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程 .................................................. - 2 -

2.2.1原料處理 ............................................ - 2 -

2.2.2配料、球磨、烘干、造粒 .............................. - 2 -

2.2.3成型 ................................................ - 2 -

2.3完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告 .......................................... - 3 -

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ........................................................ - 3 -

3.1課題背景 .................................................. - 3 -

3.2目的和意義 ................................................ - 3 -

3.3坯料配方設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................ - 3 -

3.3.1坯料配方設(shè)計(jì) ........................................ - 3 -

3.3.2坯料配方設(shè)計(jì)要點(diǎn) .................................... - 4 -

3.3.3坯料配方計(jì)算過(guò)程 .................................... - 6 -

3.4坯料的制備 ............................................... - 10 -

3.5壓制成型 ................................................. - 11 -

3.6燒成過(guò)程的變化及燒成溫度的確定 ........................... - 13 -

3.6.1燒成過(guò)程的變化 ..................................... - 13 -

3.6.2燒成溫度的確定 ..................................... - 13 -

3.7成品、半成品性能測(cè)定 ..................................... - 14 -

3.7.1泥漿流動(dòng)性的測(cè)定 ................................... - 14 -

3.7.2瓷坯抗彎強(qiáng)度的測(cè)定 ................................. - 14 -

4預(yù)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程 ............................................... - 15 -

4.1工藝流程圖 ............................................... - 15 -

4.2預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題 ................................... - 15 -

5總結(jié) ........................................................... - 15 - 參考文獻(xiàn) ......................................................... - 16 -

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1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.1了解常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；

1.2掌握坯料配方設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究方法；

1.3掌握實(shí)驗(yàn)技能，提高動(dòng)手能力；

1.4提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；

1.5為畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)、進(jìn)一步深造或從事專業(yè)技術(shù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)安排

2.1查資料

進(jìn)行坯體配方設(shè)計(jì)和計(jì)算，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告。

2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.2.1原料處理

粉碎機(jī)或研缽（顆粒小于1mm或全部通過(guò)20目篩）

2.2.2配料、球磨、烘干、造粒

配料量 300g

2.2.3成型

按模具尺寸、每個(gè)7g原料成型試樣33個(gè)以上，測(cè)試燒結(jié)溫度范圍用20個(gè)，按燒成溫度燒成10個(gè)。

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2.3完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1課題背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的改善,人們對(duì)住居環(huán)境的要求越來(lái)越高,推動(dòng)了瓷質(zhì)磚材料的發(fā)展。同時(shí)瓷質(zhì)磚以其氣孔率低、機(jī)械性能好、抗化學(xué)腐蝕和抗凍性能好等優(yōu)良特性，在建筑裝飾行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著拋光磚多次布料技術(shù)、滲花技術(shù)、微粉布料技術(shù)等新的裝飾技術(shù)的出現(xiàn)。更加完善了瓷磚的外觀效果，開(kāi)拓了更為廣泛的使用領(lǐng)域，特別是 等超大規(guī)格產(chǎn)品的出現(xiàn)，已逐漸取代天然石材在外墻、地面及家庭臺(tái)面板等方面的裝飾應(yīng)用。

當(dāng)瓷質(zhì)磚在各個(gè)領(lǐng)域不斷拓展應(yīng)用范圍的同時(shí)，人們對(duì)產(chǎn)品內(nèi)在性能也提出了更高的要求：如高強(qiáng)度超薄型瓷板用于外墻干掛、高強(qiáng)耐磨型用于大流量人行地面、高強(qiáng)度耐急冷急熱型用于臺(tái)面板等、這一切都促進(jìn)我們對(duì)瓷質(zhì)磚坯體的組成、 生產(chǎn)工藝與顯微結(jié)構(gòu)和材料性能進(jìn)行研究，以求能開(kāi)發(fā)出滿足市場(chǎng)需求的高性能、低成本和能大批量生產(chǎn)的高檔瓷質(zhì)磚產(chǎn)品。

3.2目的和意義

本人在這里僅就其坯料為研究對(duì)象，通過(guò)查閱文獻(xiàn)選擇一種瓷質(zhì)墻地磚陶瓷坯料配方，來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，致力總結(jié)出較合適的坯料配方。

3.3坯料配方設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.3.1坯料配方設(shè)計(jì)

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表3-1實(shí)驗(yàn)原料的化學(xué)組成（wt%）

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 燒失量 石英 98.5 0.7 0.1 0.1 - 0.3 - - 0.3 長(zhǎng)石 64.3 18.9 0.1 - 0.6 0.2 13.7 2.1 0.5 生砂

石

堿矸 44.2 39.5 0.2 0.1 0.2 - - - 15.8 37.5 39.3 0.6 1.4 1.4 1.8 0.2 2.1 15.7 滑石

粉 62.0 0.4 0.1 - 1.5 30.5 - - 5.5

洪江

土

蘇州

土 49.5 34.4 0.4 － 0.3 0.1 1.2 0.4 13.3 46.43 39.87 0.50 － 0.32 0.10 － － 12.30

表3-2 初步設(shè)計(jì)的坯料的化學(xué)成分

SiO2

64.80 Al2O3 21.42 Fe2O3 0.35 TiO2 0.13 CaO 0.45 MgO 1.56 [1] Na2O 2.65 IL 4.72 K2O 4.24

3.3.2坯料配方設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）原料

A粘土

①軟質(zhì)：硬度低，可塑性、結(jié)合性好，雜質(zhì)較多，成泥后干燥收縮率大，燒后白度低。蘇州土、洪江土、堿矸（實(shí)驗(yàn)室提供）等。

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②硬質(zhì)：硬度較高，可塑性、結(jié)合性較差，雜質(zhì)少，干燥收縮率小，燒后白度高。實(shí)驗(yàn)室提供大同土（生砂石）。

B長(zhǎng)石

鉀、鈉長(zhǎng)石，K2O（Na2O）?Al2O3?6SiO2 硬度莫氏 5～6級(jí)；無(wú)可塑性，瘠性原料。

① 鉀長(zhǎng)石：肉紅色透明感巖石；熔融溫度1200～1220℃，高溫黏度較大，對(duì)黏土和石英的溶解能力較低。

② 鈉長(zhǎng)石 ：淡肉紅色略白色透明感巖石；熔融溫度1180～1200℃，高溫黏度較小，對(duì)黏土和石英的溶解能力較高。

C石英

理論組成：SiO2 ；熔點(diǎn)：1713℃；硬度：莫氏7級(jí)；白色塊狀或砂狀，瘠性原料。

晶型轉(zhuǎn)變： β-石英 ?α-石英（573℃）ΔV＝0.82％

實(shí)驗(yàn)室提供河南石英砂引入量20%～40%

（2）各種原料作用

A粘土在陶瓷坯料中的作用

①賦予坯料以可塑性或結(jié)合性。保證成型性能及泥漿穩(wěn)定性。強(qiáng)可塑性粘土一般小于15%。

②賦予以一定的干燥強(qiáng)度。保證后續(xù)工序順利進(jìn)行。

③構(gòu)成坯體的主體，總量一般50％左右。

④燒成過(guò)程中轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石等鋁硅化合物，構(gòu)成坯體和材料的骨架。 B長(zhǎng)石在坯料中的作用

①約1000℃長(zhǎng)石開(kāi)始熔融，液相填充于固相顆粒之間，提高坯體的致密度，冷卻后轉(zhuǎn)化為玻璃相與固相顆粒牢固結(jié)合，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、透明度等性能。

②溶解黏土和長(zhǎng)石，在液相中析出晶須狀莫來(lái)石晶體，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、熱穩(wěn) - 5 -

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定性等。

③降低干燥收縮，提高干燥速度。

④降低燒成溫度。

實(shí)驗(yàn)室提供山西聞喜長(zhǎng)石引入量20%～40%

C石英在陶瓷坯料中的作用

①高溫下部分溶解于液相，提高液相的高溫黏度，未熔石英顆粒與黏土轉(zhuǎn)化物一起構(gòu)成坯體骨架，防止產(chǎn)品變形。

②對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能影響較大，合理的顆粒度能夠提高強(qiáng)度，否則降低強(qiáng)度。 ③降低干燥收縮，提高干燥速度。

④提高燒成溫度。

D 滑石類原料在陶瓷坯體中的作用

滑石類原料在陶瓷坯體中的作用隨其含量的增大而變化。

①在滑石類原料加入量較低的情況下(一般在日用瓷中加入1%～ 2%,在陶瓷墻地磚中加入3%～8%)可降低燒成溫度,液相在低溫下形成,加速了莫來(lái)石晶體的生成,同時(shí)提高了制品的白度、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。

②當(dāng)加入較多的滑石(34%～ 40%)時(shí),在高溫階段滑石中的硅酸鎂與粘土中的硅酸鋁反應(yīng)生成堇青石(2MgO2·2Al2O3·5SiO2),其熱膨脹系數(shù)僅為2×10- 6/℃ ～ 3×10- 6/℃ ,從而大大提高了產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。

③當(dāng)滑石用量的比例達(dá)到50%或更多時(shí),燒成在1200℃左右形成的斜頑輝石(MgO·SiO2)與堇青石可占30%～ 50%。這種產(chǎn)品具有較高的機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性,由于介電損耗較大,故可作為高頻絕緣材料及需要高機(jī)械強(qiáng)度、高絕緣性的材料。當(dāng)坯料中的滑石占70%～ 90%時(shí),所得到的制品稱為塊滑石制品,主要由斜頑輝石晶體組成,可作為無(wú)線電儀器中的高頻、高壓絕緣材料。

④滑石用于陶瓷坯體時(shí),在坯體中形成頑火輝石,使整個(gè)坯體具有較高的膨脹系數(shù),導(dǎo)致釉層受壓應(yīng)力作用,可防止釉裂、坯體的吸濕膨脹及產(chǎn)品釉面的后期龜裂[2]。

3.3.3坯料配方計(jì)算過(guò)程

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（1）將原料化學(xué)組成中帶有“燒失量”者換算成為不含燒失量的各氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。上述原料經(jīng)換算后的原料化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表3-3（K2O、Na2O以合量計(jì)）

表3-3不含燒失量的原料化學(xué)組成（wt%）

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O+Na

2O 原料名稱

墻地磚 68.01 22.29 0.37 0.14 0.47 1.64 7.23 石英 98.8 0.7 0.1 0.1 - 0.3 - 長(zhǎng)石 64.6 19.0 0.1 - 0.6 0.2 15.9 生砂石 52.5 46.9 0.2 0.1 0.2 - - 堿矸 44.5 46.6 0.7 1.7 1.7 2.1 2.7 滑石粉 65.6 0.4 0.1 - 1.6 32.2 - 洪江土 57.1 39.7 0.5 - 0.3 0.1 1.9 蘇州土 52.94 45.46 0.57 - 0.36 0.11 -

（2）列表用化學(xué)組成滿足法進(jìn)行配料計(jì)算，其配料中堿矸用量規(guī)定不超過(guò)15%，茲定為14%，蘇州土用量規(guī)定不超過(guò)5%，茲定為4%。計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表3-4。