材料工艺学实验讲义2

陶瓷工艺学实验讲义 共四次课 实验安排： 第一周：配注浆成型陶瓷工艺品料浆 混凝土的制备 第二周：注浆成型陶瓷工艺品 第三周：干压成型陶瓷片 陶瓷工艺品修坯 烧结陶瓷工艺品及陶瓷片 第四周：耐火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的制备 分析陶瓷工艺品制品缺陷 提纲 第一讲（第一周）实验课讲义 第二讲（第二周）实验课讲义 第三讲（第三周）实验课讲义 第四讲（第四周）实验课讲义 第一讲实验课讲义 注浆成型陶瓷工艺品 陶瓷制品结构中晶相和玻璃相（或胶结物）的生成，需要一类能生成晶相的原料，如能生成莫来石晶相的高岭土或粘土，能生成石英晶相的石英原料，能生成斜顽火辉石的滑石类原料；另一类是能生成玻璃相的所谓熔剂原料，如长石、滑石、钙镁的碳酸盐等。而加工过程所需的工艺性能，则往往希望陶瓷原料具有能进行塑性加工的可塑性原料，能减少干燥和烧成中收缩的非可塑性原料（也称脊性原料）等。综合上述两方面的要求，我们可以把所需要的陶瓷原料主要归纳为三大类原料： 具有可塑性的粘土类原料 具有非可塑性的石英类原来 熔剂原料 一般说来，粘土类原料往往是既有加工所需的可塑性，也能在烧成后形成结构晶相的原料；石英类原料既是非可塑性原料，同时也是能生成晶相的原料；熔剂原料也具有非可塑的性质。 1 各原料的作用 钾长石：K2O Al2O3 6SiO2 作为熔剂的长石，一般希望它具有较低的熔化温度，较宽的熔融范围，较高的熔融液相黏度和良好的熔解其它物质的能力。 纯钾长石的熔融温度为1150度，其一般熔融范围为1130-1450度。 钾长石这种熔融后形成黏度较大的熔体，并且随着温度升高熔体的黏度逐渐降低的特性，在陶瓷生产中有利于烧成控制和防止变形。 长石在陶瓷生产中的作用 长石在陶瓷原料中是作为熔剂使用的，因而长石在陶瓷生产中的作用主要表现为它的熔融和熔化其它物质的性质。 ①长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物（氧化钾、氧化钠）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。 ②熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中氧化铝和二氧化硅相互作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。 ③长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于坯体的力学强度和电气性能的提高。 ④在釉料中长石是主要熔剂。 ⑤长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等。 石英 石英在陶瓷生产中的作用 石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯体中主要组分之一，它在陶瓷生产中的作用不仅在坯体成型时，而且在烧成时都有重要的影响。 ①在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。 ②在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分溶解于液相中，增加熔体的黏度，而未溶解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。 ③在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。 ④在釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的热膨胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。 粘土Al2O3 2SiO2 2H2O 紫木节是软质粘土，可塑性好 大同土是煅烧后的煤矸石，属硬质粘土，可塑性很差 粘土矿物的成分是高岭石、多水高岭石、蒙脱石和水云母等。 以高岭土的加热脱水为例，其脱水过程如下： 100-110℃ 湿存水（大气吸附水）与自由水的排出。 110-400℃ 其它矿物杂质带入水的排出（如多水高岭土中的部分水）。 400-450℃ 结构水开始缓慢排出。 450-550℃ 结构水快速排出。 550-800℃ 脱水缓慢，到800℃时排水近于停滞。 800-1000℃ 残余的水排出完毕。 高岭石类粘土脱水后先转变为偏高岭石（1A2S），接着转变为铝硅尖晶石（2A3S），铝硅尖晶石结构尽管较偏高岭石结构稳定，但其结构中空位较多，因而它也是不稳定的，继续加热就会转化成热力学稳定的莫来石（3A2S）而分离出方石英。 粘土在陶瓷生产中的作用 ①粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。 ②粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。（水分散性） ③粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。这可在坯料中结合其它脊性原料并使坯料具有一定的干燥强度，有利于坯体的成形加工，另外细分散的粘土颗粒与较粗的瘠性原料相结合，可得到较大堆积密度而有利于烧结。 ④粘土是陶瓷坯体烧结时的主体，粘土中的氧化铝含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素。 ⑤粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。莫来石晶体能赋予瓷器以良好的力学强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。 滑石3MgO 4SiO2 H2O 滑石在普通日用陶瓷中一般作为溶剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑石，可降低烧成温度，在较低的温度下形成液相，加速莫来石晶体的生成，同时扩大烧结温度范围，提高白度、透明度、力学强度和热稳定性。 由于滑石多是片状结构，破碎时易呈片状颗粒并较软，故不易粉碎。在陶瓷制品成形过程中极易趋于定向排列，成有序状态，烧成时产生各向异性收缩，往往引起制品开裂。故在使用时常采用预烧的方法来破坏滑石原有的片状结构。 无水碳酸钠 作为陶瓷添加剂，起解凝作用 减水剂（解凝剂）对于注浆料和喷雾干燥料都是十分重要、不可缺少的。注浆泥料中低的含水量可降低坯体的收缩，减小石膏模的吸水量，缩短模型的干燥时间，提高生产效率。对于喷雾干燥料，含水量的降低使干燥时的能耗减小，并增加粉料输出量。据文献报道，降低泥浆中的含水量1G，粉料输出率可增加4H。 减水剂的解凝机理 减水剂是一种效果显著、来源方便、有助于改善陶瓷泥浆性能的有效添加剂。它的加入使泥浆在水份较低的情况下，粘度适当，流动性好，便于操作。减水剂的作用机理可概括为：（1）减水剂中的钠离子可以交换出粘土中的镁、钙等离子，从而提高ζ-电位。（2）减水剂的阴离子在水中是以多个阴离子的缔合形式存在的，因其结构特征很容易被粘土的边面所吸附，故可以中和粘土颗粒表面所带的正电荷，甚至使之带上负电，使ζ-电位也随之增加，从而提高泥浆的稳定性和了流动性。 陶瓷料浆的制备 全班分为两个组，每组配1kg粉料。（一个小号瓷罐可以装1kg粉料和1kg水） 粉料称量前要用振动磨粉碎。 按规定的配比称量。注：无水碳酸钠不要和其它原料混在一起，要在球磨罐中加水之后再加进去。水用量筒取即可。 球磨24小时，注：两个球磨罐要对称放在一排上。 陈腐一周。 陈腐的作用： 球磨后的注浆料放置一段时间后，黏度降低，流动性增加，空浆性能也得到改善。陈腐的作用主要体现在如下几个方面： ①通过毛细管的作用，使坯料中水分更加均匀。 ②在水和电解质的作用下，粘土颗粒充分水化和离子交换，一些非可塑性的硅酸盐矿物（如白云母、绿泥石、长石等）长期与水接触发生水解反应变为粘土物质，从而使可塑性提高。 ③粘土中的有机物，在陈腐过程中发酵或腐烂，变成腐殖酸类物质，使坯料的可塑性提高。 ④陈腐过程中，还会发生一些氧化还原反应，如：二硫化铁分解放出硫化氢气体，硫酸钙还原为硫化钙，并与水及二氧化碳作用生成碳酸钙和硫化氢气体，产生的气体扩散、流动，使泥料松散均匀。 混凝土的制备 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。 混凝土的优点： 可根据不同要求而配置特种混凝土，如防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土等。 在凝结前具有良好的塑性，因此可以浇制成各种形状和尺寸的构件或结构物。 它与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件。 经硬化后有抗压强度与耐久性良好的特性。 其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济的原则。 混凝土的缺点： 抗拉强度地，收拉时变形能力小，容易开裂，自重大等缺点。 普通混凝土是由水泥、砂、石和水组成。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性（流动性、粘聚性和保水性），以便于施工。水泥浆硬化后，将骨料胶结成一个实体。 普通混凝土的微观结构：水泥和水形成水泥浆，包裹在砂粒表面并填充砂粒间的空隙而形成水泥砂浆；水泥砂浆又包裹石子，并填充石子间的空隙而形成混凝土拌合物；该拌合物经过一定时间的凝结硬化，形成了坚硬的石状材料即普通混凝土。 水泥 一般可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。 硅酸盐水泥主要由以下四种矿物组成： 硅酸三钙C3S 硅酸二钙C2S 以上两者占75%左右 铝酸三钙C3A 铁铝酸四钙C4AF 制备过程——两磨一烧 铁粉  石灰石  粘土    无烟煤 生料磨 煅烧 加入石膏（调节凝结时间）+熟料 熟料磨 细骨料 粒径在0.16-5mm之间的骨料为细骨料。一般采用天然砂。 山砂的颗粒多具有棱角，表面粗糙，与水泥粘结较好；河砂和海砂其颗粒多呈圆形，表面光滑，与水泥的结合较差。在水泥用量和水用量相同的情况下，前者拌制的混凝土流动性差，但强度较高；而后者则反之。 在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可使空隙率及总表面积均较小，这样的砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。可见控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术和经济意义。 粗骨料 普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。应是经破碎、筛分而得到的粒径大于5mm的天然卵石或岩石。 碎石具有棱角、表面粗糙，与水泥的粘结性好，强度高，流动性差；而卵石表面光滑、与水泥结合性差，强度低，但流动性好。 混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋最小径距的3/4。对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm。 石子级配的好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大关系。 混凝土强度与其养护状况密切相关。只有在连续不断地湿润养护下，混凝土的强度才随龄期的增长而增长。而混凝土强度的增长依赖于水泥水化的作用，水泥水化后的产物是产生混凝土强度的主要因素。而水泥的水化作用是一个漫长的过程，水泥颗粒的反应起初从表面开始，然后由表及里地逐渐渗透，水化过程进行得极为缓慢，而且时间越久，水化速度越慢，这就是混凝土浇筑后必须润湿养护的原因。 混凝土浇筑后，若不进行润湿养护，其表面就开始干燥，随着龄期的增长，混凝土的强度就停止在低龄期上。 碱骨料反应（分为两种：碱硅酸反应：占大多数，碱碳酸反应） 混凝土碱骨料反应是指水泥中的碱（氧化钠、氧化钾）与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，在骨料表面生成复杂的碱硅酸凝胶后，碱硅酸凝胶吸水膨胀，从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏的现象。 由混凝土的微观结构分析，砂、石作为骨料在混凝土中起骨架作用，但由于其中含有活性的矿物成分，如蛋白石、玉髓、磷石英等矿物含有活性二氧化硅成分。这些矿物成分容易与水泥中的碱发生反应而生成碱硅酸凝胶。 只有泥质石灰质白云石才发生碱碳酸盐反应，在泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁反应时，将其中白云石（碳酸镁）转化为水镁石（氢氧化镁），使干燥的粘土暴露，这种干燥紧密地粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。 解决办法： 控制碱活性骨料的大量应用。 限制混凝土的含碱量。 掺加活性掺合材料，如熟硅藻土、偏高岭土、粉煤灰、硅粉等，产生的物理化学作用可抑制碱骨料反应。 环箍效应 由于试块尺寸、形状不同，会影响试件的抗压强度值。试件尺寸愈小，测得的抗压强度值愈大。因为混凝土立方试件在压力机上受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向变形。压力机上下两块压板(钢板)的弹性模量比混凝土大5～15倍，而泊松比则不大于混凝土的两倍。所以，在荷载下压板的横向应变小于混凝土的横向应变(指都能自由横向变形的情况)，因而上下压板与试件的上下表面之间产生的摩擦力对试件的横向膨胀起着约束作用，对强度有提高的作用。愈接近试件的端面，这种约束作用就愈大。在距离端面大约√3/2a(a为试件横向尺寸)的范围以外，约束作用才消失。试件破坏以后，其上下部分各呈一个较完整的棱锥体，就是这种约束作用的结果。通常称这种作用为环箍效应。如在压板和试件表面间加润滑剂，则环箍效应大大减小，试件将出现直裂破坏，测出的强度也较低。立方体试件尺寸较大时，环箍效应的相对作用较小，测得的立方抗压强度因而偏低。反之，试件尺寸较小时，测得的抗压强度就偏高。另一方面的原因是由于试件中的裂缝、孔隙等缺陷将减少受力面积和引起应力集中，因而降低强度。随着试件尺寸增大，存在缺陷的机率也增大，故较大尺寸的试件测得的抗压强度就偏低。 操作注意事项： ①模具用之前要紧固，即将模具拧紧。 ②脱模后将模具清理干净，将混凝土屑铲净，模具底部及壁部涂抹油，防止生锈。 整个过程将全班分为两组，交叉做两套实验。 第二讲实验课讲义 注浆成型陶瓷工艺品（三人一组） 注浆成形方法是将制备好的泥浆注入石膏模具中，由于石膏模具具有透气和吸水性能，泥浆接触模型以后，泥浆中的水分会逐渐被吸入模型壁中，泥浆中的细小颗粒会随着模型的形状而均匀地排列成一个稠泥层，当稠泥层达到人们预期的厚度时，即可将模型中多余的泥浆倒出。待稠泥层中的水分被模型继续吸收，达到独立成形后，即可将此坯体取出，干燥待修。 注浆成形对泥浆的要求： ①流动性好。即泥浆的粘度要小，在使用时能保证泥浆在管道中的流动并能充分流注到模型的各部位。良好的泥浆应该像乳酪一样，流出时成一根连绵不断的细线。 ②稳定性好。泥浆中不会沉淀出任何组分（如石英、长石等），泥浆各部分能长期保持组成一致，使注浆成形后坯体的各组分组成均匀。 ③具有适当的触变性。泥浆经过一段时间存放后的粘度变化不宜过大，这样泥浆就便于输送和存储，同时又要求脱模后的坯体不致于受到轻微振动而软塌。注浆用泥浆触变性太大则易稠化，不便浇注，而触变性太小则生坯易软塌，所以要有适当的触变性。 ④含水量要少。在保证流动性的前提下，尽可能地减少泥浆的含水量，这样可减少注浆成形时间，增加坯体强度，降低干燥收缩，缩短生产周期，延长石膏使用寿命。 ⑤滤过性要好。即泥浆中水分能顺利地通过附着在模型壁上的泥层而被模型吸收。通过调整泥浆中脊性原料和塑性原料的含量可以调整滤过性。 ⑥形成的坯体要有足够的强度。 ⑦注浆成形后坯体容易脱模。 ⑧泥浆中不含气泡。 注浆成形是基于石膏模能吸收水分的特性。一般认为注浆过程基本上可分成三个阶段。 从泥浆注入石膏模吸入开始到形成薄泥层为第一阶段。此阶段的动力是石膏模的毛细管力，即在毛细管力的作用下开始吸水，使靠近模壁的泥浆中的水、溶于水中的溶质及小于微米级的坯料颗粒被吸入模的毛细管中。由于水分被吸走，使浆中的颗粒互相靠近，靠石膏模对颗粒、颗粒对颗粒的范德华吸附力而贴近模壁，形成最初的薄泥层。 形成薄泥层后，泥层逐渐增厚，石膏模的毛细管力继续吸水，薄泥层继续脱水。同时，泥浆内水分向薄泥层扩散，通过泥层被吸入石膏模的毛细孔中，其扩散动力为薄泥层两侧的水分浓度差和压力差。泥层犹如一个滤网，随着泥层逐渐增厚，水分扩散的阻力也逐渐增大。当泥层增厚达到所要求的注件厚度时，把余浆倒出，形成了雏坯。 从雏坯形成后到脱模为收缩脱模阶段，也称坯体巩固阶段。由于石膏模继续吸水和雏坯的表面水分开始蒸发，雏坯开始收缩，脱离模型形成生坯，有了一定强度后就可脱模。 关于石膏 天然二水石膏——生石膏CaSO4 2H2O 建筑石膏——熟石膏 CaSO4 1/2H2O 硬石膏——死烧石膏 CaSO4 CaSO4 2H2O          CaSO4 1/2H2O+3/2 H2O            CaSO4 生石膏    107-170℃    熟石膏          400℃      死烧石膏（不溶性） 建筑石膏的硬化： 建筑石膏与适当的水相混和，最初称为可塑的浆体，但很快就失去塑性，产生强度，并发展成为坚硬的固体。 首先，半水石膏溶解于水，很快成为饱和溶液。溶液中的半水石膏与水化合，按下式还原为二水石膏： CaSO4 1/2H2O+3/2 H2O          CaSO4 2H2O 由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小得多（仅为其20%），半水石膏的饱和溶液对于二水石膏就成了过饱和溶液。所以二水石膏晶核自水中析出。由于二水石膏的析出，平衡被破坏，新的一批半水石膏又继续溶解，二水石膏晶核微粒则不断增加，而这些微粒比原来半水石膏粒子要小得多，粒子总表面积增大，需要更多水来包裹。同时此反应本身也消耗了水，因此浆体稠度增加，颗粒间的摩擦力和粘结力增大，浆体的可塑性逐渐降低，表现为石膏的“凝结”。其后，浆体继续变稠，晶体逐渐长大、共生和相互交错，此过程使浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥。 石膏模的制作 注浆成形 检查模具是否为一套。 用海绵和刀片清理模具内部，注意不要刮掉阳扣。 用细绳捆绑好模具。 用软泥将模具缝隙填好。 将泥浆从模具口的中心倒入，液面与模具口齐平。 由于石膏的吸水作用会使液面不断下降，因此要不断补充泥浆使二者齐平。 用小刀刮掉模具口的泥坯，观察厚度，待厚度比烧杯壁的厚度稍厚一点时，即可竖直倒出泥浆。 静置5小时左右脱模，待脱模时若不能将坯体顺利取出，可置于烘箱中60度烘烤十五分钟左右。 脱模后用小刀将模具内表面适当清理。 基本要领 注浆成形的第一步要仔细检查模具，检查是否严密，模具内壁是否光洁，初次使用前，应该用清水调少许稀泥浆轻轻擦拭内壁，俗称擦浑水。小件产品在注浆时可不必使用此方法。 注浆前一定要将泥浆搅匀，并过筛去掉杂质。然后用比重计测量泥浆比重。普通陶瓷注浆的比重在1.7-1.9之间。如果比重太小会使吃浆时间过长，比重过大则流动性差，不但坯体不易干挺，坯体内壁也会粗糙。 注浆前还应用万孔筛仔细检查泥浆的颗粒细度，小件的产品其泥浆可以细些，大件应适当粗些。 注浆成形掌握坯体厚度的一种方法是看表定时间。根据经验定一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，到点后一次从模具中倒浆。另一种方法是用刀具在注浆口割下一小块泥坯，看一下厚度，达到厚度时便可倒浆。小件器物可将坯体厚度掌握在1.5-2mm之间，大件器物坯体厚度可掌握在3-5mm之间或更厚些。 注浆时对于那些表面起伏较大或器物表面沟槽较深的模具，可在其内壁洒一些干细的生滑石粉，以利于坯体能够顺利脱模。 注浆时，如果遇到像梅瓶那样的小口器物时，倒浆一定要缓慢，切不可过急过猛，以免模内泥浆流出时空气不能及时补充，造成泥坯从内壁脱落而塌腔。 注浆时，当坯体吃浆达到一定厚度倒浆完毕后，应将模具竖起口朝下放置一段时间，待坯体在模具中稍挺厚，方可打开模具取出坯体。这时一定要轻拿轻放，因为泥浆有触变性，我们在操作时应尽量减少模具振动。取坯时要用巧劲，不要用蛮劲硬掰，要用双手捧持，不要用光用手指单独用力，否则压强太大，容易造成坯体表面压陷内凹成为废品。 第三讲实验课讲义 干压成型陶瓷片 干压成型陶瓷片理论上应该在注浆成型陶瓷工艺品之前进行，目的是从九组配方中找出一组最佳组分进行注浆成型陶瓷工艺品。但由于时间有限，只能先做注浆成型陶瓷工艺品，后做干压成型陶瓷片。 干压成型陶瓷片对应原料的知识已经在第一讲介绍过了，所以在此可以不必要介绍。 干压机理 干压成型是基于较大的压力，将粉状坯料在模型中压成的。压力为3.92-9.8MPa或更高。成型时，当压力加在坯料上时，颗粒状粉料受到压力，开始移动，互相靠拢，坯体收缩，并将空气驱出。压力断续增大，颗粒继续靠拢，同时产生变形，坯体继续收缩。当颗粒完全靠拢后压力再大，坯体收缩很小。这时颗粒在高压下可产生变形和破裂，由于颗粒的接触面逐渐增大，故其摩擦力也逐渐增大。当压力与颗粒间的摩擦力平衡时，坯体便得到相应压力下的压实状态。加压时，压力是通过坯料颗粒的接触来传递的。当压力由一个方向向下压时，由于颗粒在传递压力的过程中一部分能量消耗在克服颗粒的摩擦力和颗粒与模壁间的摩擦力上，使压力在往下传递时是逐渐减小的。因此，粉料内的压强分布是不均匀的。一般上层较致密，愈往下致密越差，在水平方向上靠近模腔的四周的密实度也与中心部位不同。这种差异还与坯体的高度和直径有关。压力越大，坯体越致密，同时其均匀性也比压力小时好些。但也不能为了提高坯体的致密度与均匀性而施加过大的压力，因为在压实的坯料中总有一部分残余空气，过大的压力将把这部分残余空气压缩，当压完后除去压力时，被压缩的空气将膨胀，使坯体产生层裂。 干压成型对粉料的要求 ①粉料具有较高的体积密度，以降低其压缩比。因为干压成型是将粉料填充在钢模腔中压制成型的，模腔深度随压缩比的增大而增高，而模腔越深则越难压紧，影响产品质量。 ②粉料流动性要好。良好的流动性可保证压制时颗粒间的内摩擦小，粉料能顺利地填满模型的各个角落。 ③粉料要有合理的颗粒级配。从最紧密堆积原理出发，较好级配的颗粒，且细粉尽可能少，可以减少空气含量，并降低压缩比，提高流动性。 ④在压力下易于粉碎，这样可形成致密坯体。 ⑤水分要均匀，否则易使成型与干燥困难。 干压粉料中由于有较多的空气，在加压过程中，应该有充分的时间让空气排出，因此，加压速度不能太快，最好是先轻后重多次加压，达到最大压力后要维持一段时间，让空气有机会排出。加压的速度和时间与粉料的性质、水分和空气排出速度有关。一般最好加压2-3次。 造粒的作用 ①改善粉料的流动性。造粒使得粉料团成球形，改善了其流动性。 ②提高了粉料的堆积密度。造粒提供了粉料以不同的尺寸的球体，因此提供了一定的颗粒级配。 ③提高了粉料的一致性。加水后造粒，犹如滚元宵，使水分和粉料趋于均匀，提高了水的分散性。 水的作用 结合剂  润滑剂 在造粒过程中注意喷壶的水不可喷太多，尽量不要让托盘中的粉料由于水的过多加入而变成深色。 加压过程中，由于最左边的压机没有保压功能，加压3-4次到20MPa即可。保压5s。 陶瓷工艺品的修坯 提供砂纸、小刀或锯条，修坯前提供炉膛腔体的高度和宽度，以便给学生提供修坯参考。 陶瓷工艺品的修坯可以和干压成型陶瓷片一起进行，因为之前均是三人一组。这样同组成员均有分工，在提高课堂效率的同时，每个人都能参与进来。 烧结 烧结主要分为两部分：注浆成型工艺品的烧结 干压成型陶瓷片的烧结 前者的经验烧结温度为1150-1170，当然，在带实验课之前十分有必要烧结一组小样，取不同的烧结温度，以摸索最佳烧结制度，毕竟每年所配的料浆或多或少有差异。 设前者的最佳烧结温度为T，则干压成型陶瓷片的烧结温度取三个，T-30℃，T，T+30℃。每组压三个片，分别置于三个温度下烧结。 可以将同烧结温度的工艺品和陶瓷片放在同一个炉内烧结，另外两组分别放置。 放置时要在炉膛中垫砖。 给出注浆成型陶瓷工艺品的理论烧结曲线，学生根据此曲线自定另外两个温度陶瓷片的烧结曲线。 需要学生在烧结过程中记录温度随时间变化曲线。温度低时每5min记录一次温度；温度高时每10min记录一次。 烧结制度示例 T1          T2          t step 1:          室温        300          150min      坯体加热及残余水分的排除 step 2:          300          300          30min      同上 step 3:          300          950          120min      氧化分解，结晶水的排除，有机物的燃烧，硫化物的氧化，碳酸盐的分解，石英晶型的转变 step 4:          950          950          30min      气孔排除阶段 step 5:          950          1050        15min      液相出现阶段 step 6:          1050        1050        10min      拉平制品不同部分、同一部分表层及内部温差 step 7:          1050        室温                    自然降温 电炉工作原理 电炉的构造 发热体简介： 低温-1000℃：电阻丝炉，发热体材料为镍铬耐热合金 -1400℃：碳化硅发热体（高温下易被氧化） -1700℃：二硅化钼发热体，或者用管式炉，发热体为钼丝。（二硅化钼会与氧气反应） -1800℃：常用铬酸镧发热体（高温下易挥发） -2000℃：氧化锆发热体，由于不导电，需外接一电源，这样在1200℃时氧化锆导电。 -2200℃：石墨发热体（非氧化，真空） 热电偶的工作原理 由两种不同金属或合金组成闭合回路，它们的一端通常焊接在一起，称为测量端，而另一端称为参考端（自由端或冷端）。测温时，将热电偶的测量端置于被测温场中，其参考端恒定在某一温度下（通常为0℃），然后通过连接导线与测量仪表相连，由于热电偶两端所处的温度不同，在热电偶回路中就有电动势产生，用测量仪表测得电动势的数值后，便可间接知道相应的温度或者直接由测量仪表指示出温度。 小平房电炉的使用 小平房9号实验室1-6号电炉的使用说明： ①在电炉打开前要将面板上的电压粗调钮调到最小，以免开启时因为功率过大烧坏电炉。 ②电炉控制开关在面板右下方，向上拨动即可。 ③将显示窗外盖打开，右下方钮扳到测显端显示的是当前炉内温度，扳到设定端显示的是目标温度。 ④轻轻转动XMT数显调节仪窗体右方的旋钮，可以调节目标温度。 ⑤旋转粗调钮调节电压，电炉开启后的二十分钟内，调节电压使电流不超过10A，以免功率过大烧坏电炉。最大电压不要超过180V。 ⑥当炉温达到目标温度时，系统将在此温度下进行保温过程，学生通过计时完成保温阶段。在进行下一段升温时，需继续转动目标温度旋钮。 ⑦升温的过程也是发热体电阻增大的过程，因此目标温度的提高一般也要使电压有所升高。 小平房10号实验室梯度炉等快速升温炉的使用说明： ①按下PAR+▽（同时按，持续一段时间），出现LC表示周期，设为1，即一次升温，一次降温。 ②按下PAR，出现┍1（对应于r1），表示升温速度，单位是℃/min。 ③再按下PAR，出现L1，表示第一段升温的目标温度。 ④接着按下PAR，出现d1，表示升高到L1后的保温时间。 …… ⑤出现Hb不用管。 ⑥设置完后按A/M，200℃之内需要手动，即设定功率在20以下，以保护电炉。 ⑦到达200℃时，按下PAR，找到program，运行run，之后按下A/M将手动关闭，注意此时RAMP灯和MAN灯不能同时亮。 第四讲实验课讲义 耐火材料的制备 耐火材料——是指耐火度不低于1580℃的材料，一般是指主要由无机非金属材料构成的材料和制品。 耐火度——是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度，它标志材料抵抗高温作用的性能。（高温无荷重条件下不熔融软化的性能。） 耐火材料分类（按耐火度分）： ①普通耐火材料：耐火度为1580-1770℃； ②高级耐火材料：耐火度为1770-2000℃； ③特级耐火材料：耐火度为2000-3000℃； ④超级耐火材料：耐火度为    >3000℃。 耐火度与原材料的熔点有密切关系，一般熔点稍高于耐火度。因为耐火度主要取决于其中的固相与液相数量比、液相的黏度和材料的分散度。因此单质和化合物的熔点及混合的熔融温度要超过1580℃。 烧成过程中的物理化学变化 ①砖坯排除残余水分阶段（<200℃）,在烧成过程中，水分排除阶段应缓慢升温，以防止由于升温过快，水分急剧蒸发，而造成开裂。 ②分解氧化阶段（200-1000℃），粘土排除结合水，硅砖中Ca(OH)2分解，石英晶型转变，碳酸盐或硫酸盐分解，有机物的氧化燃烧等。 ③液相形成和耐火相合成阶段（1000℃），随着温度升高，液相生成量增加，黏度降低，耐火矿物相开始形成，并溶解在液相中，而后又结晶出来。颗粒在液相表面张力作用下进一步靠拢，而使坯体致密，体积收缩，强度增大，气孔率降低。 ④烧结阶段（最高温度，保温阶段），坯体中各种反应趋于完全、充分，液相数量继续增加，结晶进一步进行。 ⑤冷却阶段，发生耐火矿物相析晶，某些晶型的转化，玻璃相的固化等过程。 高铝制品 在理论上，Al2O3含量大于46%的硅酸铝质耐火材料称为高铝耐火材料。我国规定高铝耐火材料Al2O3含量大于48%。 天然高铝矾土熟料+结合粘土 细粉的细度越高，促进烧结作用越显著。 高铝砖的颗粒配比，一般采用3mm或5mm的临界颗粒，粗颗粒50-60%，中颗粒10-15%，细粉35-40%。临界颗粒大些，对提高抗热震性、颗粒紧密堆积有利，但易出现颗粒偏析，表面结构粗糙，边角、棱松散。（抗热震性——抵抗温度急剧变化和受热不均的能力。） 烧成： 200℃以下，坯体内残余水分的排除； 200-1250℃，结合粘土中的高岭石脱水分解，形成莫来石和游离SiO2； 1250℃以上，熟料中的α-Al2O3与游离SiO2结合生成二次莫来石，并伴随体积膨胀。（注：生成的物相密度不同。） 我国高铝矾土大都是水铝石-高岭石型。 在煅烧时的变化： 1、400-1200℃为分解阶段 400-650℃：α-Al2O3 H2O→α-Al2O3+ H2O↑ 水铝石      刚玉假相（高温下转变为刚玉） Al2O3 2SiO2 2H2O→Al2O3 2SiO2 + 2H2O↑ 偏高岭石 950℃以上：3(Al2O3 2SiO2) →3Al2O3 2SiO2 +4SiO2 偏高岭石      莫来石      非晶质SiO2，高温下转变为方石英 2、二次莫来石化阶段： 3α-Al2O3 + 2SiO2→3Al2O3 2SiO2 二次莫来石 该阶段一般开始于1200℃，1400-1500℃时反应完成。这个反应是高岭石形成莫来石（一次莫来石）时析出来的二氧化硅和刚玉反应而生成的莫来石，称为二次莫来石，同时有10%左右的体积膨胀。一般来说，二次莫来石量少时，则反应温度偏低。 3、重结晶烧结阶段：温度在1400-1500℃以上。矾土中的二次莫来石化已经完成，进入重结晶阶段，莫来石和刚玉晶体发育长大，气孔收缩和消失，料块逐渐趋于致密化达到烧结。 木质素磺酸钙——与颗粒间的化学吸附作用使坯体产生结合力。 Ⅱ等矾土在烧结过程中，产生较大的体积膨胀，其主要原因是：a)形成莫来石时，由于比重变化（生成比重小的莫来石），而引起物料本身的体积增大，二次莫来石数量越大，则体积的增大值也越大；b)颗粒间发生二次莫来石反应而相互推开产生空隙，这些空隙很难靠液相来弥合。矾土中的矿物分布得越不均匀，则这种现象越明显；c)反应时，在颗粒周围首先形成莫来石薄膜，妨碍铝、硅等离子的进一步扩散，使反应难趋完成。 偏析（对于合金）的相关知识 偏析分为三种：1)晶内偏析，该情况取决于浇铸时的冷却速度，偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等。可以通过退火将偏析消除。2)区域性偏析，在较大范围内化学成分不均匀的现象。3)比重偏析：合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层，化学成分不均匀的情况。完