《陶瓷工艺学》

邱柏欣、林少敏、张晨阳

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 陶瓷的概念与分类
      • 1.1.1 概念
      • 1.1.2 分类
    • 1.2 陶瓷工艺技术的内容及陶瓷生产工艺
    • 1.3 陶瓷工业发展及其在国民经济中的地位
      • 1.3.1 陶瓷工艺发展
      • 1.3.2 陶瓷工业在国民经济中的地位
    • 1.4 学在正课前
    • 1.5 习题
  • 2 陶瓷原料
    • 2.1 架状硅酸盐原料
      • 2.1.1 石英类原料
        • 2.1.1.1 石英类原料的种类和性质
        • 2.1.1.2 石英的晶型转化
        • 2.1.1.3 石英在陶瓷生产中的作用
      • 2.1.2 长石类原料
        • 2.1.2.1 长石的种类和性质
        • 2.1.2.2 长石的熔融特性
        • 2.1.2.3 长石在陶瓷生产中的作用
        • 2.1.2.4 长石的代用原料
    • 2.2 层状硅酸盐原料(黏土)
      • 2.2.1 黏土的成因及分类
      • 2.2.2 黏土的组成
      • 2.2.3 黏土的工艺性质
      • 2.2.4 黏土的加热变化
      • 2.2.5 黏土在陶瓷生产中的作用
      • 2.2.6 国内的黏土原料
    • 2.3 链状硅酸盐原料
      • 2.3.1 锂辉石
      • 2.3.2 硅灰石、透辉石和透闪石
    • 2.4 其他原料
      • 2.4.1 钙镁质原料
        • 2.4.1.1 碳酸盐类原料
        • 2.4.1.2 滑石、蛇纹石
        • 2.4.1.3 骨灰和磷灰石
      • 2.4.2 其他矿物原料
      • 2.4.3 工业废渣原料
    • 2.5 原料的质量评价及其引起的常见缺陷
      • 2.5.1 陶瓷原料的质量评价
      • 2.5.2 原料引起的常见缺陷
  • 3 坯釉料配方及其计算
    • 3.1 坯、釉料配方
      • 3.1.1 坯、釉料配方表示方法
      • 3.1.2 坯料配方组成
      • 3.1.3 釉料配方组成
      • 3.1.4 确定配方的依据
    • 3.2 配方基础计算
      • 3.2.1 吸附水计算
      • 3.2.2 不含灼减量的化学组成计算
      • 3.2.3 配方的坯式和釉式计算
      • 3.2.4 黏土原料与坯料示性矿物组成的计算
      • 3.2.5 酸性系数的计算
    • 3.3 坯料配方的制定
    • 3.4 釉料配方的制定
    • 3.5 原料替代配方的制定
    • 3.6 陶瓷生产实验配方的计算方法
  • 4 坯料的制备
    • 4.1 原料的预处理
      • 4.1.1 原料的热处理
      • 4.1.2 原料的精选
      • 4.1.3 原料的破碎
        • 4.1.3.1 破碎方法
        • 4.1.3.2 破碎设备
    • 4.2 配料及细粉磨
      • 4.2.1 配料
      • 4.2.2 细粉磨
      • 4.2.3 除铁、过筛、搅拌
    • 4.3 泥浆脱水
      • 4.3.1 压滤脱水
      • 4.3.2 喷雾干燥脱水
    • 4.4 练泥和陈腐
      • 4.4.1 真空练泥
      • 4.4.2 陈腐
    • 4.5 可塑法成型坯料制备
      • 4.5.1 泥料制备
      • 4.5.2 泥料工艺性能要求
    • 4.6 注浆法成型坯料制备
      • 4.6.1 泥浆的制备
      • 4.6.2 泥浆的工艺性能要求
    • 4.7 压制法成型坯料制备
      • 4.7.1 粉料的制备
      • 4.7.2 粉料工艺性能要求
  • 5 成型
    • 5.1 成型方法的分类及选择
      • 5.1.1 成型方法的分类
      • 5.1.2 成型方法的选择
    • 5.2 可塑成型
      • 5.2.1 工艺原理
      • 5.2.2 成型方法和常见的缺陷
    • 5.3 注浆成型
      • 5.3.1 工艺原理
      • 5.3.2 成型方法
      • 5.3.3 常见缺陷
    • 5.4 压制成型
      • 5.4.1 压制成型的工艺原理
      • 5.4.2 加压制度对坯体质量的影响
      • 5.4.3 添加剂的选用
    • 5.5 成型模具
      • 5.5.1 石膏及石膏模型
      • 5.5.2 金属模具
      • 5.5.3 模具的放尺
    • 5.6 修坯与粘接
      • 5.6.1 修坯
      • 5.6.2 粘接
  • 6 干燥
    • 6.1 干燥原理
      • 6.1.1 干燥概念
      • 6.1.2 干燥过程与坯体的变化
      • 6.1.3 影响干燥速度的因素
    • 6.2 干燥方法及设备
      • 6.2.1 热风干燥
      • 6.2.2 辐射干燥
      • 6.2.3 高频电干燥
      • 6.2.4 微波干燥
      • 6.2.5 其他干燥
    • 6.3 干燥制度
      • 6.3.1 干燥速度
      • 6.3.2 干燥介质的温度和湿度
      • 6.3.3 干燥介质的流速及流量
    • 6.4 干燥缺陷及排除
      • 6.4.1 变形
      • 6.4.2 开裂
    • 6.5 章节复习
  • 7 釉及釉料制备
    • 7.1 釉的作用、特点与分类
      • 7.1.1 釉的作用与特点
      • 7.1.2 釉的分类
    • 7.2 釉的性质
      • 7.2.1 化学稳定性
      • 7.2.2 熔融性能
      • 7.2.3 膨胀系数、抗拉强度和弹性模数
      • 7.2.4 各氧化物对釉性能影响
    • 7.3 坯釉适应性
      • 7.3.1 膨胀系数对坯釉适应性的影响
      • 7.3.2 中间层对坯釉适应性的影响
      • 7.3.3 釉的弹性和抗张强度对坯釉适应性的影响
      • 7.3.4 釉层厚度对坯釉适应性的影响
      • 7.3.5 使坯釉相适应的几种方法
    • 7.4 釉浆的制备及施釉工艺
      • 7.4.1 釉浆的制备
      • 7.4.2 釉浆的工艺性能要求
      • 7.4.3 施釉工艺
    • 7.5 釉引起的缺陷和预防
      • 7.5.1 釉浆制备引起的常见缺陷和预防
      • 7.5.2 施釉引起的常见缺陷和预防
  • 8 烧成
    • 8.1 坯釉在烧成过程中的物理、化学变化
      • 8.1.1 坯体物理、化学变化
      • 8.1.2 坯体的显微结构变化
      • 8.1.3 釉层形成
    • 8.2 烧成制度
      • 8.2.1 烧成制度的制定与工艺控制
      • 8.2.2 一次烧成与二次烧成
      • 8.2.3 低温烧成与快速烧成
    • 8.3 窑具和装窑
      • 8.3.1 窑具
      • 8.3.2 装窑
    • 8.4 烧成缺陷分析
      • 8.4.1 变形
      • 8.4.2 开裂
      • 8.4.3 起泡
      • 8.4.4 烟熏、阴黄与火刺
      • 8.4.5 针孔、橘釉和缺釉
      • 8.4.6 落脏与釉面污光
      • 8.4.7 生烧与过烧
      • 8.4.8 色差
  • 9 陶瓷装饰
    • 9.1 陶瓷色料
      • 9.1.1 陶瓷色料分类
      • 9.1.2 陶瓷色料呈色
      • 9.1.3 陶瓷色料制备
    • 9.2 色釉及艺术釉
      • 9.2.1 色釉
      • 9.2.2 艺术釉
      • 9.2.3 干式釉
    • 9.3 色坯和色粒
      • 9.3.1 坯用色料
      • 9.3.2 色粒坯料的制备
      • 9.3.3 色粒坯料成型布料工艺
    • 9.4 渗花和抛光
      • 9.4.1 渗花
      • 9.4.2 抛光
    • 9.5 贴花
      • 9.5.1 贴花纸种类和特点
      • 9.5.2 贴花纸使用方法
    • 9.6 丝网印刷
      • 9.6.1 常用色料和调料剂
      • 9.6.2 彩料制备
    • 9.7 其他装饰方法
      • 9.7.1 彩饰
      • 9.7.2 贵金属装饰
  • 10 特种(先进)陶瓷简介
    • 10.1 简介及工艺流程
    • 10.2 课件等
      • 10.2.1 其他
      • 10.2.2 功能陶瓷
陶瓷工业发展及其在国民经济中的地位

中国的陶瓷生产有着悠久的历史和光辉的成就,对世界文化的交流与发展有着重大影 响,但1949年前中国半殖民地、半封建社会束缚和限制了它的发展和提高。

1949年以前,国内陶瓷工业的生产基本处于萧条不振的局面,无法得到发展。著名 的产瓷地区,如景德镇、唐山、石湾、宜兴等地,沿用着千余年流传下来的古老落后的手工 操作方法进行瓷器的生产。1949年后,陶瓷工业得到了恢复并迅速得到发展。50多年来扩 建和新建了许多新型工厂,许多著名产区,如景德镇、醴陵、唐山、邯郸、淄博、宜兴、温 州、石湾、潮州等地的生产都突飞猛进,并各具特色,逐步满足了国内外贸易日益扩大的需 要。特别是建筑卫生陶瓷工业,国内的产量由微不足道已逐步发展到世界首位。

建筑卫生陶瓷工业1950~1960年是持续高速发展的阶段。通过恢复老厂生产、建设一  批大厂和改扩建老厂,卫生陶瓷产量平均每年递增72.6%。墙地砖平均每年递增97.7%。 并且,无论产品的产量、质量、花色品种,都满足了国内建筑的需要,还远销世界五大洲的  41个国家和地区。

20世纪80年代初开始,建筑卫生陶瓷工业跨人了第二个持续高速发展的辉煌时期。 自改革开放以来,由于人民群众的生活水平迅速提高,对建筑卫生陶瓷的需求量猛增。同时  由于建筑卫生陶瓷的百元产值利税率高达35%,甚至高40%以上,吸引了国营、集体、 私人以及外商争相投资建设建筑卫生陶瓷企业,大、中、小厂如雨后春笋般兴起,遍布全  国。1996年,卫生陶瓷总产量达到了5492万件,占世界总产量的1/5 以上;墙地砖总产量  达到了13570.7万平方米,占世界总产量的1/3以上。这两类产品产量,从1993年以来均  为世界首位。不同品种、不同花色、不同规格、不同使用功能的墙地砖已发展到上千种。不  同造型、不同规格、不同使用功能的卫生陶瓷已达200多种 

在生产发展的同时,国家对陶瓷科学研究和技术队伍的培养十分重视,国内许多高等院 校和中专学校设置了硅酸盐、陶瓷专业或无机非金属材料专业,保证了技术力量的成长,使

陶瓷生产技术和产品质量由落后进入到世界先进行列。

早在1948年,东北工业部企业管理局陶瓷公司就成立了技术研究室,其中包括科研 和设计部,后来逐渐发展成为现在的中国建筑材料科学研究院陶瓷与耐火材料研究所、咸阳 陶瓷研究设计院、山东工业陶瓷研究设计院以及中国西北建筑设计院分院。此外,在各大、 中型建筑卫生陶瓷厂也先后成立了技术革新组、实验室、研究所等科研机构。50多年来  以上科研、设计和技术革新队伍,为推进国内陶瓷工业的技术进步做了大量的工作,取得了 巨大成就。

1950~1960年期间,建筑卫生陶瓷工业重大的技术进步有以下几方面。①东北技术研 究室自己设计和施工,建成了国内第一条以发生炉煤气为燃料,烧成卫生陶瓷的大型隧道 窑。该窑的设计具有当时的世界先进水平。同时还设计建成了隧道式干燥器。②1954年研 究成功半瓷质卫生陶瓷器,用以取代陶质卫生器,显著改善了产品性能,提高了烧成成品 率。③用湿法修坯取代干法修坯;原料干法粉碎改为湿法粉碎;成型车间采用蒸汽管网取代 地坑采暖。其结果是显著改善了操作环境、降低了车间粉尘量、提高了生产效率。④南方采 用煤代松柴烧窑成功,北方煤烧窑则改进了操作方法,显著缩短了烧成周期、降低了燃耗  且提高了产品质量。⑤1956年研究成功卫生瓷锡乳浊釉取代了透明釉,显著提高了产品釉面 白度。研制成功了一系列高温色料,并于1960年研究成功各种彩釉卫生陶瓷,投入大量生产。

1961~1978年期间,由于自然灾害等原因,严重影响了科研工作,但仍然取得了许多


 

 

 

重大技术进步,主要有以下几方面。①卫生陶瓷成型采用高位槽注浆取代人工抱桶注浆,随  后又改进为管道压力注浆和真空回浆,减轻了工人的劳动强度,提高了生产效率和坯体质  量。②1974年改进卫生瓷石膏模结构。坐便器模型由8块简化为4块,蹲便器改为一次成  型,显著提高了劳动生产效率,降低了生产成本。③1964年,在国家支持下,研究院和设  计院与唐山陶瓷厂合作,开展了“卫生陶瓷样板生产线”的科研项目。内容包括坯釉料的改  进、原料制备工艺线的改进、洗面器注浆成型联动线、吊篮输送      隧道式干燥器干燥工艺  线、静电喷釉、釉烧隔焰隧道窑等整套生产工艺与设备的研究、设计、制造、安装、调试及  投产。上述项目除联动注浆线和静电喷釉两项外,其他各项都取得圆满成功,大大推进了全  国卫生陶瓷生产技术的进步。从实现注浆机械化、自动化来说,注浆联动线是成功的,但它  是完全模仿手工操作来实现机械化和自动化的,没有改革工艺,因此存在设备占地面积大、 生产效率不高的缺点。此后进行立式浇注成型的研究,取得成功,并在全国推广。静电喷釉

的研究也取得了阶段性成果,但其研究工作未能继续。④20世纪60年代末开展了喷雾干燥 工艺及设备的研究、试验、定型化和系列化生产,并开始研究内墙砖高遮盖力乳浊釉。到 70年代后期,硼锆熔块乳浊釉基本上取代了铅熔块透明釉,使内墙砖白度由78度提高到86 度以上,因此扩大了坯用原料的范围。⑤在消化吸收国外设备的基础上,国内研制的自动施 釉线投入生产,丝网印花技术也得到了应用,大大提高了釉面内墙砖的质量,扩大了花色品 种。⑥20世纪70年代初,研制成功了半隔焰式隧道窑,砖坯裸装烧成,燃耗降低了25%~ 30%。从1973年开始,大小不等的各式辊道窑相继研制成功,并逐步推广应用。自20世纪 70年代中期开始,先后开展了墙地砖和卫生陶瓷的低温快烧以及釉面内墙砖一次烧成的研 究,研究成了硅灰石、透辉石、叶蜡石、磷渣、煤矸石等为主体的釉面砖。

20世纪80年代初以来,国内建筑卫生陶瓷生产技术装备突飞猛进,进入了世界先进行 列。大量引进了国外最先进的技术装备。从1975年个别企业少量引进单机后,1983年开始 引进整条墙地砖生产线,到目前,大约有400 多家企业引进了墙地砖生产线或关键设备,各  类压机有2000多台,辊道窑400余座。卫生陶瓷技术装备的引进始于20世纪80年代中, 90年代达到高潮。共计有50多个卫生陶瓷企业引进了生产线或关键设备。单从技术装备来 讲,这些企业已实现了现代化。自20世纪80年代中期以来,国内开展了前所未有的建筑卫 生陶瓷技术装备的研制开发工作,短短几年时间,除大型压机外的现代墙地砖技术装备已能 全套生产,显著推进了墙地砖工业的技术进步。卫生陶瓷的组合浇注机组、40万件节能隧 道窑和示教式喷釉机械手等先进装备已研制成功和推广应用。

先进技术装备的广泛应用,推进了生产技术的全面革新。其要点是:墙地砖的低温、快 烧或低温快烧二次或一次烧成新工艺;墙地砖坯料大型球磨机(约20t)   和连续式球磨工 艺;喷雾干燥制粉工艺;干法制粉工艺;卫生陶瓷的原料单独粉磨和浆料容积配料工艺;墙 地砖的大吨位全自动液压机成型、挤塑成型、可塑辊压成型、注浆成型、坯-釉一次干压成 型等新工艺。卫生陶瓷的组合式浇注、低压快排水浇注、中压注浆、高压注浆等新工艺;墙 地砖的热风立式、卧式(吊篮)、辊道式快速干燥工艺;卫生陶瓷的恒温恒湿干燥系统、电 脑自控干燥曲线的室式干燥系统、红外-热风快速干燥系统、微波-热风快速干燥系统等新工 艺;墙地砖的多功能自动施釉线、干法施釉线;卫生陶瓷的示教式机械手喷釉系统、静电喷 釉系统等新工艺;墙地砖的宽断面辊道窑快烧工艺、低温素烧高温釉烧工艺;釉面内墙砖的 一次烧成工艺;卫生陶瓷的宽断面隧道窑裸装快烧和梭式窑重烧工艺。

随着国家经济建设和发展的需要,陶瓷材料作为无机材料的一个主要组成部分,无论在 发扬中国陶瓷生产的优良传统上,还是在探索新型材料和研究基础理论方面,都将取得更大 的进步。