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量过高,则可能有过多的游离石英存在于坯中,以致使瓷质变脆并降低耐冷急热性能。 (2)Al2O3
高温与SiO2反应形成莫来石晶相,提高坯体的机械强度、耐极冷急热性及化学稳定性。并能提高瓷器的白度。部分Al3+离子向熔融的长石玻璃中扩散,增加液相的粘度,并能扩大烧结范围。 (3)Fe2O3
主要由粘土原料带入坯料中,对于白色坯体制品而言,它是有害杂质,使坯体着色。在氧化气氛中烧成Fe2O3仅起着色作用,不参与反应。 (4)CaO、MgO
助熔作用,CaO对于烧结性坯体(吸水率低的制品),在高温下降低玻璃相粘度,引起制品变形,含量较高时则使烧成温度变窄,对于多孔性坯体(釉面砖),高温碳酸盐分解,形成孔隙,CaO与Al2O3反应生成钾长石,组成瓷坯的晶相。MgO比CaO膨胀系数低,且弹性好,能促进中间层的生成,从而改善制品的机械性与稳定性,但用量不能过大。 (5)K2O、Na2O
由长石带入,是坯料中的熔剂,降低烧成温度Na2O的高温粘度K2O小的多,易变性,烧成范围窄,坯体中少用。
3.4 釉用原料的性能
(1)碱金属氧化物
属强熔剂,能提高釉的流动性,促使色料显色,提高釉面的光亮度。但用量过多易水解降低釉面的耐酸、耐碱及热稳定性。碱金属氧化物主要是由硼砂、钾长石引入的。 (2)碱土金属氧化物
主要由含钙原料碳酸钙、含镁原料滑石、含锌原料氧化锌引入。其中,氧化钙能增加釉的硬度和耐磨性。在低温时提高釉的粘度,在高温时降低
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釉的粘度。在釉中氧化镁比氧化钙使釉具有更宽的烧成范围,增大釉的表面张力,降低其热膨胀系数,减少釉的开裂。氧化锌在釉中起助剂作用,增加釉面光泽,增大釉的弹性模量,用量过多时则会导致釉面无光。 (3)三氧化二物
主要由含铝原料钾长石、含硼原料硼酸和硼砂引入。其中氧化铝能改善釉的机械力学性能和化学性能。氧化硼为强熔剂,能增强釉面光泽。 (4)二氧化物
主要由含硅原料石英、含锆原料锆英石引入。其中二氧化硅是釉的主要组分,可增加釉的机械强度,增强耐腐蚀性及化学稳定性。锆英石是釉中广泛使用的一种乳浊剂,能提高釉面硬度,白度及耐磨性,显著提高釉的高温粘度。
3.5各原料在陶瓷生产中的作用
3.5.1 粘土类原料
(1)粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。 (2)粘土是注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 (3)粘土一般是细分散颗粒,同时具有结合性。
(4)粘土是陶瓷烧结时的主体,粘土中的Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度,烧结温度和软化温度的主要因素。 (5) 粘土是形成陶瓷主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要因素。 3.5.2 长石类原料
(1)长石在高温下熔融,形成黏稠的玻璃熔体,是坯体中碱金属氧化物的主要来源,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。
(2)熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒.液相中三氧化二铝和二氧化硅相互作用,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。
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(3)长石熔体能填充于各结晶颗粒之间,有助于坯体致密和减少空隙.冷却后的长石熔体,构成了瓷的玻璃基质,增加了透明度,并有助于瓷坯的力学强度和电气性能的提高。
(4)长石作为瘠性原料,在生坯中还可以缩短坯体干燥时间,减少坯体的干燥收缩和变形等。 3.5.3 滑石
滑石在普通日用陶瓷中一般作为熔剂使用,在陶瓷坯体中加入少量滑石可降低烧成温度,在较低的温度下形成液相加速莫来石晶体的生成,同时扩大烧结温度范围,提高白度、透明度、力学强度和热稳定性。
3.6 坯料的配方计算
查阅有关资料及借鉴有关生产厂家的成功经验,坯料的组成选择如下:
3-1坯料的化学组成 (%) 成分 SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO 5.63
MgO 0.69
K2O 1.72
Na2O 0.49
灼减 9.55
合计 98.92
组成 61.75 18.62 0.47
3.6.1 坯料的配方
本设计采用有原料的化学组成计算坯料的配方,根据有关的文献和资料,选取原料组成如表3-2。
3.6.2 坯料无灼减量的化学组成(见下页)
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3-2 原料的化学组成(%)
原料 石英 长石 石灰石
SiO2 99.50 64.54 —
Al2O3 0.10 20.47 — 39.44 32.18 16.94 13.07 18.30 — —
Fe2O3 — 微 — 微 1.32 1.05 — — — —
CaO — 微 53.78 0.24 1.27 0.42 1.0 — — 54.01
MgO — 0.02 0.67 0.58 1.23 0.41 1.53 — 31.90 —
K2O — 13.77 — — 0.70 3.44 微 16.9 — —
Na2O — 1.30 — — 0.74 0.45 微 — — —
灼减量 — — 43.66 16.07 16.16 4.35 — — 18.00 44.00
大同土 43.25 苏州土 45.76 干冲泥 73.19 废素坯 86.52 钾长石 64.80 滑石 碳酸钙 锆英石 氧化锌 硼砂 硼酸
63.40 —
ZrO2·SiO2
ZnO Na2B4O7·10H2O
H2BO3
ZrO2 67.20 ;SiO2 32.80
ZnO 98.00
Na2O 16.20 ; B2O3 36.60
B2O3 56.30
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根据原料的化学组成计算坯料的配方:
(1)将原料的化学组成换算成无灼减量的化学组成见表3-3
表3-3无灼减量的原料的化学组成 (%)
坯料 石英 长石 石灰石 大同土 苏州土 干冲泥 废素坯
SiO2 69.09 99.50 64.54 — 51.73 55.00 76.32 86.52
Al2O3 20.83 0.10 20.47 — 47.18 38.68 17.66 13.07
Fe2O3 0.53 — 微 — 微 1.59 1.09 —
CaO 6.30 — 微 98.78 0.29 1.53 0.44 1.0
MgO 0.77 — 0.02 1.23 0.69 1.48 0.43 1.53
K2O+Na2O 2.47 — 15.07 — — 1.73 4.06 微
(2)结合表3-4计算配料如下:
①坯料中的CaO全部由石灰石提供,由此算出石灰石量。
即6.3%÷98.78%=6.38%
由此提供的其它化学成分MgO可算出。
②坯料中的Fe2O3全部由禹县土和干冲泥提供,由此可算出禹县土和干冲泥的量。
即0.53%÷(1.53+1.09)%=19.78%
由此提供的其它化学成分SiO2、Al2O3、MgO、K2O、Na2O可算出。 ③去掉坯料中由苏州土和干冲泥提供的K2O+Na2O共1.14%,剩余的1.33%的K2O+Na2O全部由长石提供,由此可以算出长石的量。
即1.33%÷15.07%=8.83% ④去掉配料由长石提供的量,剩余的只有SiO2、Al2O3、MgO,而剩余的Al2O3、MgO全由废素料和大同土提供,分别设为x、y,列出方程组
13.07x+47.18y=7.88 解得 x=13.05% 1.53x+0.69y=0.29 y=13.08% 14