陶瓷产品的主要特点、制造过程、加工工艺及影响制作陶瓷的关键环节
烧制陶瓷的关键因素是：泥、釉、火。为什么有些陶、瓷器会莫明其妙的出现裂纹呢？为什么有时甚至会掉皮（釉）呢？这不外是在一定温度条件下泥和釉的收缩系数（又称膨胀系数）不相一致的结果。有时人们亦会对这种缺陷特意加以利用，传统的开片釉（碧裂）及现代陶艺的一些肌理追求就是利用釉和泥收缩系数不相一致的原理配制出来的。 陶艺的制作工艺按顺序可分为原料加工（包括配泥和配釉）、泥坯塑制 、赋釉及煅烧四大工序，我们从配泥 、成型 、配釉及煅烧四方面加以介绍。 配泥工艺： 配泥的目的，一方面是为了清除杂质，另一方面是把产地来源不同，成型和煅烧性能不同的土搭配成符合制作者所需要的、具有一定烧成温度范围的、能和釉及煅烧温度相呼应的熟土。有时为了加强泥质在高温煅烧情况下的支承力，使坯体不致下塌而适当渗些砂子。有时为了追求陶土烧成后的色泽而加入一些着色原料成为 " 色胎 " 。 陶土和瓷土的化学成分基本是相同的，由于风化和再风化的原因，改变了它们的物理性能，使之出现了陶土具有较大的粘性和可塑性，瓷土具有脆性及高温状态下玻化程度较大的区别。 成型工艺 陶艺以手工拉坯为历时最长、产量最大的成型方法，其中手工拉坯成型是在转轮（辘轳、僧称“车面”）上制作圆形器皿的基本方法。 拉坯的准备工作是揉泥：就是把泥团放在车面的圆心部位，辘轳转动后，用手腕和手指的相反作用力把泥团把握在圆心之中，然后双手把泥团反复几次上下托拉，使其进一步排除里面的气泡，使泥更“熟”。 手工拉坯与其他瓷区不同之处在于所使用的是陶泥，可塑性较高。 陶艺的艺术造型重视点、线、面的关系，陶塑属于雕塑的范畴，体积（俗称“面”）和线条，不但是组成 陶艺品的主要因素，而且还是决定作品质素的重要成分。其塑造除使用通常的雕、琢、刻、划的处理方法外，还有捏、粘、贴、捺……等手法以加强局部的表现和装饰。 配釉工艺 陶艺作品是泥、釉、火的综合产物，不同色釉的透明度、覆盖度都有所不同，所以 陶艺作品在塑制过程中也把釉色因素结合在一起加以考虑。 长期以来， 陶艺所使用的着色剂均是东平河道里的淤泥，淤泥内的金属成分以氧化铁为主，淤泥配上稻草灰、桑枝灰、松柴灰便成了酱黄釉、黄褐釉。 自明代开始， 陶艺的颜色釉有了新的开拓，釉基已不满足于几种植物质了，这时增加了砚壳、蚝壳、贝壳等高钙成分的动物灰，还增添了玉石粉、龙江石、石英粉、长石粉、镜仔料等熔融填充剂，使釉基具有一定的厚度和一定的流动性。 在金属着色剂方面，对铁元素的使用除河泥以外增加了星朱、黄石、石墨及各种成分不同的铁矿石。 配釉原料一向以使用手工业的废弃物和天然矿物为主，原料成分不纯，釉内混杂了不少的未知因素，煅烧时龙窑温差大、火焰气氛变化无常，于是在高温状态下便会出现各种各样的变化，因而产生了难以掌握难以意料和无法再现的“窑变” ，其窑变釉中以蓝钧和红钧尤为称著。 施釉方法：浸釉、淋釉、涂釉和喷釉。 浸釉是把整件坯体浸于稀稠合适的釉药之中，让其自然吸附至一定的厚度。 涂釉是用毛笔蘸了釉药后涂于坯体上，用笔的侧锋涂擦也会出现特殊的效果。 喷釉是用喷雾器把釉药喷于坯体。 煅烧工艺： 煅烧分预热、上火、高温还原等几个步骤。 目前 使用的窑炉若以火焰运作可分为：明焰式、半隔焰式和隔焰式三种。若以产品运行方式来分类可分为隧道式（窑车式、辊道式）、梭式等类型；产品不运行的有倒滔窑、龙窑等。
1、原料：主要成分为粘土(可分为黑泥提高制品可塑性;白泥提高制品白度)和沙子(主要成分为SiO2，用于提高制品产品的强度等);
2、球磨：即研磨过程使原料达到一定的细度和均匀的成分，同时为了促进球磨，在研磨过程中应加入34%至37%左右的水。磨球混合沙子;
3、喷雾造粒：原理，在喷雾干燥塔中，利用从热风炉向下送出的600热空气和向上喷雾悬浮液的充分对流进行干燥和造粒，形成原料的中空颗粒。生产原料，保证压塑阶段原料的良好组合;
4、粉料仓内(原料腐臭)：原料入仓自然放置48小时以上，保证原料水分的均匀性和物性、化学性质的一致性;
5、压机成型：压机和模具的吨位决定了产品的阻力、尺寸、开裂等主要缺陷，要是存在问题，将会导致瓷砖的整体质量降低，后期使用受到限制。
别墅大师为你提供当地建房政策，建房图纸，别墅设计图纸;
别墅外观效果图服务，千款爆红图纸任你选：>耐磨、 耐高温和耐腐蚀等特性, 而被日益广泛地应用于电子、机械、冶金、化工及航空航天等领域中。但由于工 程陶瓷具有很高的硬度和较大的脆性,给其成形加工带了很大的困难。 机械磨削是目前最常用的工程陶瓷加工方法,该加工方法需用昂贵的金刚石 砂轮和高刚度的磨床,加工成本高、 效率低,且磨削时砂轮和工件之间存在强烈的 作用力,易使工件表面产生微裂纹而降低零件的使用寿命。 为此,人们开展了绝缘 工程陶瓷的激光加工、超声加工、电火花加工、等离子弧加工、磁力研磨,以及 相关的相复合加工等技术,并取得了较大的研究进展4。
1、激光加工工程陶瓷
目前国内外学者对陶瓷材料激光加工技术的研究主要集中在打孔、切割、划 线和型腔加工等方面。洪蕾等人用自行研制的机械斩光盘调Q CO2，冲激光器对 Si3N4 陶瓷切割试验表明,在高峰值能量(≥15 kW) 、短脉冲宽度(1μs) 、高脉 冲频率(20kHz) 和适当的平均功率(300 W) 条件下,采用高速(>220 mm/ s) 多次 重复走刀切割工艺,可以得到无裂纹的精细切口。陈可心等人采用025 MPa 氧气 作辅助气体,用800 W 的连续波CO2 激光在厚度135 mm 的氮化硅陶瓷上加工出 了直径072 mm的无损伤深孔,深径比达1875Tsai Chwan2Huei 等人提出 了基于裂纹加工单元的激光铣削方法,他们采用CO2 和Nd : YAG激光器对Al2O3 陶瓷进行了基于裂纹加工单元的激光铣削加工,并在Al2O3 陶瓷零件上加工出了 形状较复杂的型腔。研究结果表明,采用该方法进行激光铣削所需要的功率比通 常的方法低。Henry Matt等人对TBC 陶瓷、聚晶金刚石、硬质合金和不锈钢等材 料的激光铣削工艺进行了试验研究。
为把激光加工技术更好地应用于陶瓷加工中,人们还探讨了激光预热辅助切 削或磨削等方法,其目的是增强陶瓷被加工部位的韧性,以达到降低切削或磨削 力、提高加工效率和质量等目的。I DMarinescu 等人对Al2O3 、Ferrite 、 ZrO2 和Si3N4 4 种材料进行了激光预热磨削试验,发现激光预热磨削不仅能减 少磨削过程中温度的影响作用,而且还能降低陶瓷的硬度, 增大去除量而不引起 磨削裂纹。美国Purduce 大学的C J Rozzi 等人对激光辅助切削工程陶瓷技 术进行了研究,建立了激光辅助切削ZrO2 、 Si3N4 等陶瓷瞬时三维温度场 传递的物理、数学模型,并总结出了相应的加工规律。
2、超声加工工程陶瓷
与电火花加工、电解加工、激光加工等特种加工技术相比,超声加工既不依 赖于材料的导电性,又没有热物理作用,加工后工件表面无组织改变、 残余应力及 烧伤等现象等发生;加工过程中宏观作用力小,适合于加工不导电工程陶瓷。 T B THOE 等人对超声加工Al2O3 、ZrO2 、SiC等陶瓷的工艺规律和加工 机理进行了研究,给出了的研究结果,并用超声加工技术在Si3N4陶瓷上加工出了 航空航天用的涡轮叶片。
研究资料表明， 采用超声磨削工程陶瓷时,当磨削深度小于某临界值时,工程 陶瓷的去除机理与金属磨削相似,工件材料在磨刃的作用下通过塑性流动形成切 屑,避免了较深变质层的形成,塑性磨削可以获得Ra < 0 01 μm 的表面质量。超 声磨削工程陶瓷的优点是加工效率比普通磨削高一倍以上,可采用较大的磨削用 量,能有效防止砂轮堵塞,减少砂轮的修整时间。
3、电火花加工工程陶瓷
在用电火花工艺加工工程陶瓷方面,日本长冈技术科学大学福泽康与丰田工 业大学毛利尚武的研究成果最具有代表性,他们提出了用辅助电极的方法加工绝 缘陶瓷材料。 该方法是利用放置在陶瓷表面的金属辅助电极被击穿放电时的熔化 和碳化等作用,来形成绝缘陶瓷表面的导电层以进行电火花加工的。 此后,他们又 探讨了采用物理蒸汽沉积TiN 来形成绝缘陶瓷表面导电层的电火花加工方法,以 及用廉价的石墨胶体溶液涂敷在工件表面,经过烘干等工序形成辅助电极的方 法。 Apiwat Muttamara 等人用普通电火花成形机和辅助电极电火花加工系统相 结合,以直径45μm 铜钨电极在0 3 mm 厚的Si3N4 陶瓷工件上成功地加工出了 直径55μm 的微孔。
4、电解电火花复合加工
绝缘工程陶瓷电解电火花复合加工时,工具电极和辅助电极分别接电源的 负、 正极,工作液为电解液,由电解液的导电作用和电化学反应来形成火花放电的条件,达到放电蚀除加工的目的。 刘永红等人提出了绝缘陶瓷材料的充气电解电火花复合加工方法,研究结果 表明该加工方法具有生产率高和能耗小等优点。B Bhattacharyya 等人使用 NaOH 溶液作电解液对高纯Al2O3 的加工试验发现,加工电压越高材料去除速度 越高,但微裂纹和其他缺陷也相应增加;电解液浓度越高材料去除率越高,但过切 现象也越严重。
试验显示能够同时获得较高材料去除率和尺寸精度的加工参数为: 加工电压80 V 左右,电解液是NaOH 质量分数为40 %的溶液。另外,工具电极的尖 端形状也是影响电解电火花复合加工的一个重要因素,端部为锥形尖端形状的电 极要比端部为圆柱形的加工效果好。
5、等离子弧切割
等离子弧切割可加工所有导电材料,生产成本低、切割速度快、生产率高。 对于非金属可以采用非转移型等离子弧进行切割,非转移型等离子弧在切割时阳 极斑点在喷嘴上,大量热能经水冷散失,因此能量利用率低。 由于受弧柱形态及温 度场分布限制,该加工技术很难胜任较大厚度工件的切割。
大连理工大学进行了 绝缘陶瓷材料附加阳极等离子弧切割技术的研究工作,其基本原理是在被加工陶 瓷件下方设置一个附加电极,利用阴极与附加电极之间产生的等离子弧进行切割 加工。他们用该方法对6 mm 厚的Al2O3 陶瓷板进行了切割试验,得到了上口宽 5 0 mm , 下口宽4 7 mm , 切口角2 9°的光滑切口。
