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第二章 配方计算.pdf

上传人:HR专家 文档编号:7289659 上传时间:2019-05-13 格式:PDF 页数:107 大小:938.41KB
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资源描述

1、陶瓷工艺学 第二章 配 方计算 主讲人:于 岩 要 目 第一节 坯料组成表示法 第二节 配方依据 第三节 配方计算 第四节 坯料类型 第一节 坯料组成表示法 2.1.1 配料比表示法 2.1.2 矿物组成(示性组成)表示法 2.1.3 化学组成表示法 2.1.4 实验公式 (赛格式 )表示法 2.1.5 分子式表示法 第一节 坯料组成表示法 2.1.1 配料比表示法 方法: 属最常见方法,直接列出每种原料的百分比。 例:某刚玉瓷配方: 工业氧化铝: 95.0 苏州高岭土: 2.0 海城滑石: 3.0 优点: 具体反映原料的名称和数量,便于直接进行生产和试验。 缺点: 各工厂所用及各地所产原料成

2、分和性质不相同;或即使是同种原料,只要成分不同,配料比例也须作相应变更;无法进行相互比较和直接引用。 第一节 坯料组成表示法 2.1.2 矿物组成(示性组成)表示法 方法: 把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起用 粘土、石英、长石 三种矿物的 重量百分比 表示坯体的组成。 依据: 同类型的矿物在坏料中所起的主要作用基本上是相同的。 优点: 用此法进行配料计算时比较方便。 缺点: 矿物种类很多,性质有所差异。它们在坯料中的作用也有差别。因此用此方法只能粗略的反映一些情况。 第一节 坯料组成表示法 2.1.3 化学组成表示法 方法: 根据 化学全分析 的结果,用各种氧化物及灼烧减量的重量百分比

3、反映坯和釉料的成分。 例某日用瓷坯( %): SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O IL 66.88 21.63 0.47 0.61 0.37 2.94 1.60 5.47 优点: 利用这些数据可以初步判断坯,釉的一些基本性质;用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。 缺点: 原料和产品中这些氧化物不是单独和孤立存在的,它们之间的关系和反应情况比较复杂。因此此方法有局限性 。 第一节 坯料组成表示法 2.1.4 实验公式 (赛格式 )表示法 方 法: 以各种氧化物的摩尔数的比例来表示。先 根据坯和釉的化学组成计算出各氧化物的分子数;再按照碱性氧化物、中性氧化

4、物和酸性氧化物的顺序列出它们的分子数。这种表示法称为 坯式或釉式 。 例 如: 2 式中表示各氧化物的摩尔数,用来表示各氧化物间的相互比例。 坯料 的实验式中取 中性氧化物 的摩尔数为之和 c为。 釉料 的实验式中取 碱性氧化物 的摩尔数为之和 a+b为。 第一节 坯料组成表示法 2.1.5 分子式表示法 方 法: 分子式表示其组成。电子工业用的陶瓷常用。 如最简单锆钛铅固溶体的分子式: Pb(ZrXTi1-x)O3 表示 PbTi O3中的 Ti有 x被 Zr取代 陶瓷中常掺和一些改性物质。它们的数量用重量百分数或分子百分数表示。如: Pb0.920Mg0.040 Sr0.025Ba0.01

5、5( Zr0.53Ti0.47 ) O3+0.5wt CeO2+0.225wt%MnO2 表示 Pb( Zr0.53 Ti0.47) O3中的 Pb有 4分子被 Mg取代,2.5分子被 Sr取代, 1.5被 Ba取代; PbTi O3中的 Ti有 53分子被 Zr取代。 CeO和 MnO2为外加改性物质。 第二节 配方依据 2.2.1 主要氧化物在坯料中的作用 2.2.2 配方调试 2.2.3 确定配方的步骤 第二节 配方依据 2.2.1 主要氧化物在坯料中的作用 SiO2 : 主要由石英引入,也可由粘土,长石引入。是成瓷的主要成分。 部分 SiO2与 Al2O3在高温下生成莫来石;部分 Si

6、O2以残余石英形式存在,这是构成瓷体的骨架,提供瓷体的机械强度。 部分 SiO2与碱性氧化物在高温下形成玻璃体,使坯体呈半透明性。 注意: SiO2含量高,热稳定性差,易于炸裂。工艺过程不易控制。 第二节 配方依据 2.2.1 主要氧化物在坯料中的作用 Al2O3 : 主要由粘土,长石引入,成瓷的主要成分。 部分于莫来石中,部分于碱性氧化物形成玻璃体。 相对提高 Al2O3含量,可提高白度,热稳定性,化学稳定性,和机械强度。 工艺过程: Al2O3含量高,烧成温度高; Al2O3含量低,烧成时易变形。 第二节 配方依据 2.2.1 主要氧化物在坯料中的作用 K2O 、 Na2O : 主要由长石

7、(瓷土)引入。 与 Al2O3 SiO2形成玻璃相。 助熔作用, K2O 、 Na2O含量过高( ),急剧降低烧成温度, 热稳定性大大降低,一般控制含量在以下。可提高白度。 第二节 配方依据 2.2.1 主要氧化物在坯料中的作用 瓷坯中各氧化物间关系: n( Al2O3) /n( SiO2) =1: 5 坯料中的 Al2O3不低于 2mol 第二节 配方依据 2.2.2 配方调试 原则: 配方是在示性矿物组成的基础上,考虑到实际原料及生产工艺因素而定的。 基础: 配方调试的理论基础: K2O Al2O3 SiO2系统三元相图。 E M B SiO2 K2O Al2O3 E: 三元系统的最低共熔

8、点 B: 石榴石的组成点 M: 莫来石的组成点 长石质瓷的组成范围在直线 ME的 两侧。此区域的物相为莫来石, 玻璃相,残余石英,方石英。 三元系统最低共熔点 E的温度 为 980 ( 上下 20 ) 范围波动。 瓷的组成范围越近 E点, 成瓷温度越低,液相量越多, 莫来石越少。瓷的组成越近 M点, 成瓷温度越高,莫来石的量越多,液相量越少。 第二节 配方依据 2.2.2 配方调试 配方调试的理论基础: K2O Al2O3 SiO2系统三元相图。 第二节 配方依据 2.2.2 配方的调试 配方中的粘土,应用高岭土或烧后呈白色的粘土,为提高成型性能,也可采用一定量的高可塑性粘土。如:用膨润土时,

9、用量不超过 5。 在不需提高可塑性时,但需增加 Al2O3的量,可将部分粘土煅烧为熟料。用量一般小于 10。 主要用钾长石,钾长石的熔融特性保证在成瓷温度下提供足够的玻璃相,坯体得到良好的烧结,坯体不变形。钠长石,高温粘度小,流动性大,易变形,烧成不易控制,但钠长石利于晶体发育成长,降低烧成温度的作用大于钾长石。 第二节 配方依据 2.2.2 配方的调试 石英:用量不超过 25 35。 其它成分:加入 1的滑石,引入 MgO。 加入废瓷粉,不超过 10%。 铁、钛含量过高,加入少量磷酸盐,可适当降低坯体的烧成温度,提高瓷体的白度。或加入微量的 CoO(氧化焰烧成时)可减少 Fe、 Ti的着色,

10、形成视觉上的白。用量0.5/10000。 加少量的着色剂,得到不同的着色泥坯。 第二节 配方依据 2.2.3 确定配方的步骤 各种原料在坯釉料中的数量直接影响到陶瓷产品的质量。所以确定坯釉料配方是陶瓷生产关键的一步。 确定配方的步骤: 了解所用的原料的化学组成、矿物组成、颗粒组成、物理性质以及工艺性能。 了解产品的质量要求,性能要求。 进行配料计算。 对配方进行实验(实验室阶段,中试阶段,半工业化生产,大批量生产)。 据实验结果确定配方。 第三节 配方计算 目的: 掌握坯式、釉式、原料、坯料矿物组成与配方的基本计算方法。 2.3.1 从化学组成计算实验式 2.3.2 由实验式计算化学组成 2.

11、3.3 由化学组成计算示性矿物组成 2.3.4 由配料量计算实验式 2.3.5 由实验式计算配料量 2.3.6 由化学组成计算配方 2.3.7 由示性矿物组成计算配料量 2.3.8 更换原料时配方计算 第三节 配方计算 2.3.1 从化学组成计算实验式 计算步骤: 化学组成含 灼减 成分时,换算为不含灼减的化学组成。 计算各氧化物的 摩尔数 各氧化物的质量百分数除以各氧化物的摩尔质量。 计算各氧化物的 摩尔数值 各氧化物 摩尔数除以碱性氧化物或中性氧化物摩尔数的总和,得到一套以碱性氧化物(常用于釉式)或以中性氧化物(多用以坯式)为 1 的各氧化物的数值。 将各氧化物的摩尔数值按 ROR2O3R

12、O2的 顺序排列 为实验式。 例 1: 瓷坯的化学组成为(表 2 1)求瓷坯的实验式。 组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 总计 % 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100 解: 将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成百分数(表 2 2) 组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计 % 67.09 26.33 0.8575 1.217 0.3388 2.170 2.001 100 第三节 配方计算 2.3.1 从化学组成计算实验式 将各氧化物百分数除以各氧化物

13、的摩尔质量,得到各氧化物 的摩尔数(表 2-3) 摩尔数 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O mol 1.1600 0.2583 0.0054 0.0217 0.0084 0.0230 0.0323 将中性氧化物的摩尔总数算出: 0.2583+0.0054 = 0.2637 用 0.2637分别除各氧化物的摩尔数,得到一套以 R2O3系数为 1的各个氧化物的系数:表 2-4。 第三节 配方计算 2.3.1 从化学组成计算实验式 表 2-4 氧化物 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 系 数 4.232 0.9795 0.0205

14、0.0823 0.0319 0.0872 0.1224 将所得的氧化物的系数按规定的顺序排列,得实验式: 4.232 SiO2 0.9795 AL2O3 0.0205 Fe2O3 0.0872 K2O 0.1224 Na2O 0.0823 CaO 0.0319 MgO 第三节 配方计算 2.3.1 从化学组成计算实验式 第三节 配方计算 计算步骤: 实验式中各氧化物的摩尔数分别乘以各该氧化物的摩尔质量,得到氧化物的质量。 计算各氧化物的质量之和。 分别用各氧化物的质量除以各氧化物质量之和,得到各氧化物所占质量的百分数。 2.3.2 由实验式计算化学组成 第三节 配方计算 例 2: 某瓷胎实验式

15、为: 试计算瓷胎的化学组成。 2.3.2 由实验式计算化学组成 4.033SiO2 0.928 Al2O3 0.018 Fe2O3 0.088 CaO 0.010 MgO 0.077 Na2O 0.120 K2O 第三节 配方计算 解: 计算各氧化物的质量及总和:表 2-5 2.3.2 由实验式计算化学组成 氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计 质 量 242.4 100.1 2.875 4.937 0.403 11.3 4.747 366.8 计算各氧化物所占质量百分数(即各氧化物化学组成)表 2-6 组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO

16、 MgO K2O Na2O 总和 % 66.09 27.29 0.78 1.364 0.1099 3.081 1.301 100.00 第三节 配方计算 作业 1: 某瓷胎实验式为: 试计算瓷胎的化学组成。 2.3.2 由实验式计算化学组成 4.15SiO2 0.978 Al2O3 0.022 Fe2O3 0.086 K2O 0.120 Na2O 0.082 CaO 0.030 MgO 第三节 配方计算 解: 列表计算结果: 2.3.2 由实验式计算化学组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O 坯式中分子数 4.15 0.978 0.022 0.082 0.03

17、0 0.120 0.086 分子量 60.1 102 160 56.1 40.3 62 94.2 氧化物重量 249 99.76 3.52 4.59 1.20 7.44 8.08 其重量和 373.59 各氧化物重量百分比 249 373.59 =66.67 26.65 0.91 1.25 0.33 2.00 2.15 所以所求坯式化学组成为 : SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O 66.67 26.65 0.91 1.25 0.33 2.00 2.15 第三节 配方计算 作业 2: 某厂坯料的重量百分比与原料的化学组成如下,求坯料实验式。 界牌泥 65 长石

18、28% 石英 7 各原料的化学组成如下: 原料名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO KNaO IL 总计 界牌泥 59.05 29.42 0.51 0.28 0.14 0.40 10.45 100.30 长石 63.84 20.32 0.23 0.38 0.55 14.49 0.26 100.10 石英 98.75 0.25 0.13 0.15 0.24 0.13 99.65 2.3.2 由实验式计算化学组成 第三节 配方计算 解: 将原料换算为不含烧失量的百分组成,列表计算结果: 2.3.2 由实验式计算化学组成 原料名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

19、KNaO 总计 界牌泥 65.94 32.85 0.57 0.31 0.16 0.44 100.30 长石 64.01 20.37 0.23 0.38 0.55 14.53 100.10 石英 98.88 0.25 0.13 0.15 0.24 / 99.65 计算各原料中氧化物的含量 原料名称 配料比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO KNaO 界牌泥 65 42.86 21.35 0.37 0.20 0.10 0.29 长石 28 17.92 5.70 0.06 0.11 0.15 4.07 石英 7 6.92 0.02 0.01 0.01 0.01 / 总计 100 67.70 27.07 0.44 0.32 0.27 4.36 分子量 60.1 101.9 159.7 56.1 40.3 (94.2 62)/2 分子数 1.126 0.2657 0.0028 0.0057 0.0068 0.0558

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