请阐述陶瓷坯体上釉的作用是什么?
陶瓷坯体机械强度高,但是气孔多且粗糙,吸水率高,防污差,不具有光泽和透感。釉机械强度低,但是气孔少且光滑,吸水率低,防污好,具有光泽和透感。只有坯没有釉,则这个产品只能用作支撑,不具美感。而施釉后则具有美感,以及各种实用性。
陶瓷工艺学影响胚体的密度因素:
(1)粉料装模时的自由堆积的孔隙率越小,则坯体成型后的孔隙率也越小。因此,应控制粉料的粒度和级配。
(2)干压工艺的影响
加压压力
一般来说,坯体的密度随着压力的增大而提高。在压制过程中,压力对生坯的密度、强度、孔隙率性能的影响,比其它因素更重要,同时对生坯烧结后的性能也有明显影响。
压力太小,坯体达不到最大致密化,以至于影响烧结致密化过程;压力过大,又会出现类似于层裂的缺陷;只有压力适中,才会压制出理想的坯体。
加压速度及保压时间
加压速度和保压时间对坯体性能有很大的影响,即与压力的传递和气体的排出有很大的关系,如果加压过快,保压时间又短,气体就不容易排除。同样,当压力没有传递到应有的深度时,外力就已经去掉,也难以得到理想的坯体质量。当然,如果加压速度太慢,保压时间又太长,便会降低生产效率。故应根据坯体的大小、形状和厚薄来调整加压速度和保压时间。
(3)粉体性能的影响
粉体的性能主要指颗粒粒度、颗粒级配、粘结剂及水分的含量、粉料的流动性等。
颗粒粒度及颗粒级配
在相同压力作用下,粒度大的粉体压坯密度大,粒度小的粉体烧结密度大;同一粒度粉体,压坯密度和烧结密度均随压力增大而增大。由此,颗粒粒度的增大有利于坯体致密度的提高。
粘结剂及水分含量的影响
造粒粉的性能如假颗粒的形状、尺寸、尺寸分布、粉体的流动性等将最终影响陶瓷坯体的致密度,而粘结剂的含量则影响着造粒粉的性能。
在陶瓷干压成型过程中,粘结剂主要起粘合作用,增大假颗粒粒径,增加颗粒强度。在造粒过程中,如果粘结剂含量过高,会增加浆料的粘度系数、喷雾雾化角变小,雾滴经干燥造粒后易团聚在一起,达到粒度分布范围广,流动性差的粉体,从而干压成型时难以获得高致密度的坯体。如果粘结剂含量过低,坯体的强度就达不到加工的要求。
水分的含量对坯体的致密度也有很大的影响:含水量过大则干燥收缩大,对生坯的尺寸控制就困难,并且成型时粉料易与模具发生粘连,从而影响坯体的致密度;含水量过小,又会影响造粒粉的破碎性能,不利于得到高致密度的坯体。
粉料流动性
良好的流动性可保证干压成型时颗粒间的内摩擦小,粉料能顺利地填满模型的各个角落,同时也有利于增加粉料的填充密度,从而在较小的压力下获得密实而均匀的陶瓷坯体。
陶瓷材料的这些特性在各对特性之间具有相互叠加或相互减弱的关系,因此在改进所有这些特性时存在技术上的困难,因此现有技术中存在下列问题(1)增强方法和材料的抗热冲击性陶瓷坯体的强度随不同的情况而变化,采用瓷石、长石和粘土作为主要原料并将其致密烧结而制成的坯体(下文称为玻璃质坯体)具有40-80Mpa的抗弯强度。
这种玻璃质坯体由结晶相和玻璃相组成,该结晶相含有石英和莫来石,结晶相中的石英原存在于原料中而莫来石是在烧结过程中由主要是硅酸铝矿物的二氧化硅和三氧化二铝成分沉积而成。该玻璃相是由主要由硅酸盐玻璃形成,该硅酸盐玻璃主要包括二氧化硅,并且含有碱金属或碱土金属氧化物。
另一方面,在最近几年,人们在坯体中采用刚玉来代替石英以提高强度,用这种高强度陶瓷坯体来代替玻璃质坯体。这种坯体也称为氧化铝瓷并应用到餐具、绝缘体或其类似物上。
举例来说,公开在日本专利公开41-14914、43-19866、2-40015和7-68061和日本延迟专利公开6-232970中的运用是已知的。
在日本专利公开41-14914中公开的陶瓷坯体具有35-75%的晶相比例,该结晶相包括方石英、石英和莫来石;公开于日本专利公开43-19866中的坯体是通过将方石英、氧化铝和莫来石加入到原始坯体的结晶相中而形成的;公开于日本专利公开2-40015和日本专利公开7-68061中的那些坯体的结晶比例为40%以上,并且结晶相含有刚玉、莫来石、方石英和石英,而且所有成分均能增加陶瓷强度且降低烧结变形。另外,日本延迟专利公开6-232970公开了将氧化铝瓷用于卫生洁具。
氧化铝瓷的抗弯强度为150-300MPa,因此可以使玻璃质坯体的强度增加不低于两倍。该增强的原理如下所说。
对于玻璃质坯体来说,由于在烧结过程的冷却工艺中产生的应力,坯体中石英和玻璃相之间存在的很大的热膨胀系数差会造成在石英附近形成微裂纹。这些微裂纹的存在降低了原始强度。
与其相反,对于氧化铝瓷来说,由于石英被刚玉代替,故微裂纹的量会下降并且提高了强度。
另外,由于比石英更小和更强的刚玉颗粒的均匀分散在坯体中,故其防止了由于应力破裂而造成的裂纹继续发展,从而进一步提高了强度。
这种氧化铝瓷具有优异的强度性能,但当用于与玻璃质坯体相同的情况下时,就会出现下列问题。
虽然如上所述存在许多微裂纹,但玻璃质坯体在抗热冲击性方面是优异的,这是因为这些微裂纹使由于热冲击而造成的应力松弛。
另一方面,采用常规的氧化铝瓷,由于如上所述其微裂纹较少,其抗热冲击性下降,并且特别是对于大型制品如卫生洁具来说,就会出现制品在烧结过程的冷却工艺中发生破裂的问题。
除此以外,采用常规的氧化铝瓷,由于加入的氧化铝的量增加以增强坯体,坯体中结晶相的比例高于玻璃质坯体中的。但是由于较高的结晶相比例,原料颗粒的熔融量下降,这就改变了用于进一步烧结的玻璃相,结果使烧结过程变次。
因此,需要在比玻璃质坯体更高的烧结温度下进行烧结,但是从烧结成本上来考虑,在较低温度下烧结是更为合适的,而且采用与玻璃质坯体相同的烧结温度有利于在与玻璃质坯体相同的生产设备上进行烧结。
另一方面,为了在较低的温度下烧结氧化铝坯体,还需要进行增加作为烧结助剂的氧化钠或氧化钾、以加快原料的玻璃化的方法,以及将原料粉末粉碎的方法。
但是在增加烧结助剂的情况下,由于坯体中玻璃化原料在烧结过程中的粘度下降,因应力如烧结过程中的静重而造成的坯体烧结变形量将会增加,结果使产品制造过程中的变形量增加。
如上所述,常规的氧化铝陶瓷存在抗热冲击性和烧结性能变次的问题。
对于烧结性能变次,可以采用增加烧结助剂的方法或将原料粉末进一步粉碎的方法,但是这样又会出现使坯体烧结变形量增加的新问题。
(2)烧结变形量降低的方法和釉料的匹配陶瓷坯体可以应用到多种产品上。对于民用来说,餐具和卫生洁具是主要的用途,绝缘配件和其它一些是用于商业目的,但通常在这些产品中,并不单独采用陶瓷坯体并且从装饰和使用功能来看应向表面上涂覆釉料。
作为釉料,对于卫生洁具主要采用陶釉。这种陶釉主要由RO2(酸性氧化物,主要是SiO2)、R2O2(两性氧化物,主要是Al2O3)或R2O+RO(碱性氧化物,主要是K2O、Na2O、CaO、ZnO、MgO、BaO和SrO),如果需要还可以含有乳浊剂,如氧化锆和氧化锡和各种染料,将这种陶釉施加到干坯体上并且在与坯体相同的温度下进行烧结。
如上所说,如果将原料粉末粉碎以降低烧结变形量,则在烧结过程中的变形将降低,但是,与未粉碎的相比,将釉料,如陶釉施加到坯体表面上将会使坯体在烧结过程中用于熔化釉料的起始温度下的收缩增加,从而会导致釉料由于所产生的变形而出现剥离的问题。另外,如果增加烧结助剂的量,则玻璃化的原料的粘度将下降并且烧结过程会快速进行,从而产生类似的问题。
(3)材料的烧结密度和坯体的强度一般说来,采用致密烧结可以使陶瓷材料的强度得到改善。但是,对于类似本发明的主题的部分或大量含有釉料的陶瓷材料来说,随着材料烧结过程的进行,由于材料软化而造成的烧结变形会增加。因此,对于部分或大量含有釉料的陶瓷材料来说,如果将烧结密度限制在较低程度下来使材料的烧结收缩量或烧结变形量降低,则材料的强度也会因此降低。
(4)材料的湿强度、干强度和干收缩材料的湿强度、干强度和干收缩量是产品制造过程中非常重要的特性。特别是在大型产品,如卫生洁具的生产过程中,需要较高的湿强度和干强度。此外,干收缩量优选地应较小,以防止在干燥步骤中出现撕裂。对于常规的陶瓷来说,这些性能还不够,并且考虑到在生产步骤中处理期间产品破碎或类似的强度,就必须超出需要地增加材料的厚度。另外,由于干收缩量较大,必须进行梯度干燥以防止发生撕裂,这样就会出现需要大量时间来干燥的问题。
当陶瓷坯体内部干燥收缩不均匀产生的内应力过大,超出塑性状态坯体的破裂点,或超出其弹性强度时,就会引起坯体开裂。
产生干燥收缩不均匀的原因比较复杂,大致可分为两大类:坯体本身所潜伏的问题经干燥过程暴露出来,以及干燥条件不合理导致。
放浆又称空浆,是当坯体形成一定厚度时,排出多余泥浆的过程。放出的泥浆返回浆池(或罐)。回浆的方式有:(1)人工端桶回浆:(2)自然压力回浆,利用管道的坡度,使泥浆流回泥浆池;(3)利用泥浆泵抽回余浆:(4)负压回浆,即利用下注式压力注浆管道,用真空泵形成的负压,把泥浆抽回到泥浆罐。在以上各种方式中,除第一种外,均属于管道回浆。
巩固:放浆后坯体很软,不能立即脱模需经过一段时间继续排出坯体水分,增加其强度。这段时间称为巩固。巩固是注浆成形的主要工序之一,其持续时间约为吃浆时间的一半。
在巩固过程中由于模型继续吸水,坯体含水率不断下降,坯体由于水分排山而逐渐收缩。当坯体含水率下降到19—20%左右时(即脱模点),巩固过程结束,此时坯体很容易从模型内取山。
脱模:从模型中取出粗坯的过程。脱模点的掌握是一个关键。脱模过早,坯休强度不够,脱模困难,且脱模后坯体易塌陷;脱模过迟,坯体会发生开裂。
修粘:包括一次修坯、打眼与粘接等过程。传统的注浆方式,脱模后的坯体内外表面都很粗糙。一般需经多次修坯,而且粘接的工作量也很大。现代采用高强石膏模或树脂模,压力注浆等手段,修粘的工作量已大为减少。修坯、打眼与粘接这些工作都需手工进行,容易出现废品,必须掌握好坯体含水率。
干燥: 预干燥(也称半干),即将坯体含水率从15%~17%(粘接时的含水率)降低到8%左右。
传统浇注方式,坯体的预干燥是在注浆车间内进行自然干燥的。在工人下班后的16小时内,注浆车间内保持高温度(33~40℃)、高湿度(40%一60%),使坯体缓慢的干燥。经预干燥后,湿坯休的含水率从15%~17%下降到8%一10%。要注意防止因干燥过急或干燥不均匀,而造成废品。
现代注浆方式一般采用热风直接对坯休进行强制干燥,玻化瓷坯体预干燥收缩率为4%,粘土坯体预干燥收缩率为2%。
二次修坯(修刷):是注浆成形的最后一道工序,将最终决定坯体的尺寸。修刷时坯体含水量要少、刷坯用水也要少,不能有油污。坯体修刷完毕后存放在28-35℃的室内,准备进行施釉。
2 注浆操作过程要点
(1)注浆时,要擦掉模型上的泥缕,进浆速度不宜太快,以使模型中的空气随泥浆的注入而排出,避免空气混入泥浆中,以及避免使坯体表面产生缺陷。
(2)浇注大型产品时,在棱角等收缩大的部位,注浆前,可在模型内的相应处贴上绸布,使各部分水分移动的速度尽量均衡,以防止开裂。
(3)需上型芯成形的制品,事先在型芯上撒石粉,帮助脱模。
(4)掌握好吃浆时间的长短,以保证坯体的厚度。
(5)放浆前应敞开气眼,速度不宜太快,以免模型内产生负压,使坯体过早脱离模型造成变形或塌落。
(6)修粘时,零部件坯体应比主坯体含水率稍低2%~3%。
陶瓷注浆成形模具制造过程
1 模具的制造过程
卫生陶瓷模具的制造是一项既复杂又细致的工作,需要高超的技艺。为了制成供注浆使用的工作模,需经过一系列严密地工作。其一般制造过程可分为以下五步:
第一步:制作原型 原型尺寸与卫生陶瓷成品一致。系根据设计图纸(或样品)做成。若已有实物样品需进行仿制,则可省去第一步。
第二步:制作原胎 原胎又称模种,其尺寸与卫生陶瓷坯体一致。系根据原型经过放尺(增加干燥、烧成过程的总收缩)制成。在有些情况下也可直接根据设计图纸或实物样品,经过放尺制成。
第三步:制作凹胎 凹胎又称模种,系由原胎翻制而成。
第四步:制作凸胎 凸胎又称母模,系由凹胎翻制而成。它一般包括底模与模围或型芯与模围。
第五步:制作工作模 工作模又称子模,系由凸胎翻制而成,供注浆成形使用。
2 模具的材质与分类
(1)传统浇注用的石膏模具
其制造过程:将标准的β型半水石膏粉,加水制成石膏浆,经搅拌、真空脱气等处理,注入母模内,石膏硬化后,脱模,再经适当修整,装配,在50—60℃下干燥5~7天即成。
(2)低压快排水浇注用的石膏模具
有带微孔管网和不带微孔管网两种。带微孔管网的石膏模具与前面不同的主要是:在浇注前要先在母模内的相应部位(距浇注工作面2公分处),放入经过定型的管网,这些管网的接口,能与成形线上的真空和压缩空气管路相连接,以便浇注时排水、脱模和模具脱水。
制造微孔管网的材料有:微孔玻纤软管,管径φ=7.5mm;编织网格用的尼龙丝φ=9.5um:网用的树脂浸渍液(系由树脂、催化剂、引发剂、滑石粉等配制而成)。将这些编网材料在另一个专门制作的辅助母模内编成管网并固化,脱模取出后,用于制作
可以说做陶瓷的不管是日用或者建筑都需要陶瓷泥浆,但是日用瓷制成泥浆之后是用滤泥机过滤水分,然后制作成型再烘干烧制,建筑陶瓷用干燥塔来制成颗粒。
但在一些用来装饰的花瓶上,人们很好地利用了这一缺陷。著名的纹片釉就是中国陶工利用龟裂缺陷的一个创举。根据釉料的不同和坯件在窑炉中的不同位置,能获得不同的裂纹效果。如果在釉面上涂一层着色氧化物,釉面的裂纹效果显得更鲜明。对于鉴赏家来说,裂纹是瓷瓶的重要外观。当把裂纹看作是一种缺陷,就必须增加釉的稠度以阻止釉熔融时流动。可适当增加低膨胀系数的物质,用以相应地代替具有高膨胀系数因子的碱性助熔剂。低膨胀系数的物质有弗伐缔和郫古惦汰定咯氧化镁、氧化锂、石英等。特别有实际意义的是在釉料中加入少量的滑石。
此外,可在不同温度下试烧,稍许低一点或高一点。也可在釉料中添人适量的硼,如硼酸钙等,均有助于克服龟裂缺陷。
2. 各种氧化物在瓷中的作用①SiO2。瓷中的SiO2以“半安定方石英”、“残余石英颗粒”、熔解在玻璃相中的“熔融石英”,以及在莫来石晶体和玻璃
陶瓷的制作过程:
1.练泥:从矿区采取瓷石,开始是人工用铁锤敲碎至鸡蛋大小的块状,再利用水碓舂打成粉状,淘洗,除去杂质,沉淀后制成砖状的泥块。然后再用水调和泥块,去掉渣质,用双手搓揉使得泥团中的空气挤压出来。这种瓷石加工方法历史悠久,应与景德镇制瓷历史同步。
2.拉坯:拉坯是成型的第一道工序。景德镇瓷器名扬天下,除当地“天赐”的优质黏土之外,基本上是那些“鬼斧神工”的技艺将这些普通的“东西”变成了人类的“宠物”。拉坯成型首先要熟悉泥料的收缩率。
3.印坯:印模的外形是按坯体内形弧线旋削而成的,将晾至半干的坯覆在模种上,均匀按拍坯体外壁,然后脱模。
4.利坯:将坯覆放于辘轳车的利桶上,转动车盘,用刀旋削,使坯体厚度适当,表里光洁,这是一道技术要求很高的工序。
这道工序首先是把黄色的泥坯放在所谓利坯车上,然后坐在车上,用专门工具使器物表面光洁,形体连贯、一致,而使泥坯陈显出皓白的颜色,是陶瓷成型中极为重要的工序,最终确定着器物的形状。
5.晒坯:将加工成型后的坯摆放在木架上晾晒。
6.刻花:用竹、骨或铁制的刀具在已干的坯体上刻画出花纹。
7.施釉:施釉工艺是古陶瓷器制作工艺技术的一种,是在成型的陶瓷坯体表面施以釉浆。主要有蘸釉、荡釉、浇釉、刷釉、洒釉、轮釉等七种方法,按坯体的不同形状、厚薄,采用相应的施釉方法。上自元代以后,中国瓷器彩绘装饰的历史。
8.烧窑:首先把陶瓷制品装入匣钵,匣作用是防止瓷坯与窑火直接接触,避免污染,尤其对白瓷烧造最为有利。烧窑时间过程约一昼夜,温度在1300度左右。先砌窑门,点火烧窑,燃料是松柴,把椿工技术指导,测看火候,掌握窑温变化,决定停火时间。
9.彩绘:釉上彩如五彩、粉彩等,是在已烧成瓷的釉面上描绘纹样、填彩,再入红炉以低温烧烘,温度约700—800度。烧窑前即在坯体素胎上绘画,如青花、釉里红等,则称为釉下彩,其特点是彩在高温釉下,永不退色。