陶瓷为什么耐高温?
耐热冲击性能由多个因素决定,包括材料的热膨胀系数,断裂韧性,杨氏模量等。陶瓷材料的断裂韧性普遍高于玻璃(因为陶瓷有晶界,而玻璃没有),另外普通玻璃的热膨胀系数(9ppm左右)高于常规陶瓷材料。这导致在同样的热冲击情况下,陶瓷材料比常规钠钙玻璃能够更加耐受温度剧烈变化带来的应力集中,因此更不容易出现破裂失效现象。
在博物馆里,你一定见过形状各异、五颜六色的陶瓷。可是,你知道为什么陶瓷可以呈现各种美丽的颜色吗?下面我们来看看吧!
陶瓷为什么可以呈现各种美丽的颜色
我们日常用的瓷碗和瓷碟表面都有一层光滑的玻璃质,叫做釉,釉是附着于陶瓷坯体表面的玻璃质薄层。以各种矿物原料(高岭土、滑石、石英、长石等)按一定比例混合经过研磨可以制成釉浆,施于坯体表面,虽然釉层的厚度只有0.1厘米左右,但经过窑火焙烧后,会紧紧附着在瓷胎上。由此不仅可增加陶瓷制品的强度、硬度、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性能,还有美化器物、便于擦洗、不易被尘土侵蚀等优点。从微观结构层面看,釉是一种带有少量气泡和石英颗粒的玻璃态物质高温冷却后析出的晶体,具有与玻璃态物质相似的物理和化学特性,例如耐腐蚀、平滑等。
陶瓷因其细腻光滑的釉面以及它丰富美丽的色彩为人们所喜爱,那么,陶瓷的色彩为什么能美丽多变呢?这是因为它们以铁(氧化铁)作为主要呈色剂的原因。铁金属氧化物分布极为普遍,粘土中几乎都会含有一定的铁氧化物。釉原料中也含有一定的铁氧化物,釉中铁含量的多寡,能直接影响釉的呈色。此外,不同的烧成气氛也会产生不同的颜色效果。
例如,青釉中铁的含量一般在1%至2.5%之间,铁的含量如果降低,颜色就会变淡,当降至0.75%以下时就能得到白釉,超过5%时颜色就会发黑,达到8%时就会生成黑釉。
在陶瓷釉料品种中,红釉必须采用的着色剂是铜化物,铜化物包括铜的`氧化物及其他金属盐类。铜红釉呈色主要源于其着色剂氧化亚铜,也有理论认为铜红釉成色来自铜的溶胶体物质的作用。
其实,每种釉色有不同的色差,并各成体系,成为一道道风景。如红釉之霁红、钧红、珊瑚红、盖血红;青釉之龙泉、豆青、影青、天青、粉青;蓝釉之孔雀蓝、霁蓝、天蓝;黄釉之柠檬黄、米黄等。
陶瓷工艺流程
一、淘泥
高岭土是烧制瓷器的最佳原料,千百年来,多少精品陶瓷都是从这些不起眼的瓷土演变而来,制瓷的第一道工序:淘泥,就是把瓷土淘成可用的瓷泥。
二、摞泥
淘好的瓷泥并不能立即使用,要将其分割开陶瓷艺术品来,摞成柱状,以便于储存和拉坯用。
三、拉坯
将摞好的瓷泥放入大转盘内,通过旋转转盘,用手和拉坯工具,将瓷泥拉成瓷坯。
四、印坯
拉好的瓷坯只是一个雏形,还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。
五、修坯
刚印好的毛坯厚薄不均,需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称,修坯又分为湿修和干修。
六、捺水
捺水是一道必不可少的工序,即用清水洗去坯上的尘土,为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。
七、画坯
在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色,画坯有好多种,有写意的、有贴好画纸勾画的,无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔。
八、上釉
画好的瓷坯,粗糙而又呆涩,上好釉后则全然不同,光滑而又明亮:不同的上釉手法,又有全然不同的效果,常用的上釉方法有浸釉、淋釉、荡釉、喷釉、刷釉等。
九、烧窑
千年窑火,延绵不息,经过数十道工序精雕细琢的瓷坯,在窑内经受千度高温的烧炼,就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。现在的窑有气窑、电窑、等。
十、成瓷
经过几天的烧炼,窑内的瓷坯已变成了件件精美的瓷器,从打开的窑门中迫不及待地脱颖而出。
十一、成瓷
缺陷的修补,一件完美的瓷器有时烧出来会有一点瑕疵,用JS916-2(劲素成)进行修补,可以让成瓷更完美。
近年来,科学家们在对陶瓷进行悉心研究后发现,它之所以如此脆弱,主要有两个原因:
第一,由于陶器的烧成温度比较低,通常为800℃~1000℃,因此气孔率比较高。在陶器碎片的断面上,少年朋友们不难看到许多小孔洞,且组成陶器的颗粒也比较粗大。瓷器的烧成温度虽然要比陶器高得多(通常为1200℃~1400℃),组成的结构也比陶器细密多了,少年朋友们用肉眼可能看不出有什么细微的缺陷,但是,如果你通过显微镜进行观察,在瓷器碎片的断面上,就可以看到有许许多多细微的伤痕、裂纹、气孔和夹杂物。要是你把瓷器碎片放在倍数更大的电子显微镜下,那么,你还可以发现瓷器在晶体结构方面的缺陷,例如空位、位错等。而所有这些细微的裂纹、气孔、夹杂物、晶体缺陷和表面伤痕,都可能成为陶瓷裂纹的发源地。
第二,由于陶瓷属于脆性材料,一旦出现裂纹,它不像金属那样具有塑性变形能力,所以,只好“打破沙锅纹到底”了。至于在热冲击的条件下,由于陶瓷的导热性较差,热膨胀系数大,热应力由此增加,因此,裂纹的扩展速度更会进一步加剧。在日常生活中,如果我们用沙锅炖(煮)食物,只能用文火慢慢加温,要是一开始就用猛火急烧,就会出现沙锅炸裂事故。即使是烧好后,也不能用水急冷。
二氧化硅:
二氧化硅,化学术语,纯的二氧化硅无色,常温下为固体,化学式为SiO₂,不溶于水。不溶于酸,但溶于氢氟酸及热浓磷酸,能和熔融碱类起作用。自然界中存在有结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。二氧化硅用途很广泛,主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等,在古代,二氧化硅也用来制作瓷器的釉面和胎体。一般的石头主要由二氧化硅、碳酸钙构成。
化学性质:
化学性质比较稳定。不跟水反应。是酸性氧化物,不跟一般酸反应。气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维,陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼,它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用(热浓磷酸除外)。
陶瓷在人类发展史上作出了巨大的贡献。不过,它给人的印象总是很脆的。比如,一只瓷碗掉在地上,就会“粉身碎骨”。原来,科学家们在对陶瓷进行研究后发现,陶瓷里面往往存在着一些细微裂纹,当它受到诸如撞击、敲打等外力作用时,这些细微裂纹便会不断扩展,汇集起来,变成粗大的裂纹,以致最后“粉身碎骨”。如果不让陶瓷中的细微裂纹扩展开来,就可以制成一种打不碎的陶瓷了。有人把这种新产品称为韧性陶瓷,也有人称它为陶瓷钢。