陶瓷工艺学绪论.ppt
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1、湖南工学院材化系湖南工学院材化系陶瓷工艺学陶瓷工艺学主讲:主讲:主讲:主讲:侯侯侯侯 伟伟伟伟15675404286156754042861567540428615675404286229247186229247186229247186229247186课件下载地址:课件下载地址:http:/ n第一章第一章第一章第一章 原料原料原料原料n n第二章第二章第二章第二章 坯料坯料坯料坯料n n第三章第三章第三章第三章 釉料釉料釉料釉料n n第四章第四章第四章第四章 显微结构与性质显微结构与性质显微结构与性质显微结构与性质n n第五章第五章第五章第五章 原料的处理原料的处理原料的处理原料的处理n
2、n第六章第六章第六章第六章 坯、釉料制备坯、釉料制备坯、釉料制备坯、釉料制备n n第七章第七章第七章第七章 成型与模具成型与模具成型与模具成型与模具n n第八章第八章第八章第八章 坯体的干燥坯体的干燥坯体的干燥坯体的干燥n n第九章第九章第九章第九章 粘接、修坯与施釉粘接、修坯与施釉粘接、修坯与施釉粘接、修坯与施釉n n第十章第十章第十章第十章 烧成与窑具烧成与窑具烧成与窑具烧成与窑具目目 录录Outlines Department of Materials and Chemical EngineeringReference陶瓷工艺学陶瓷工艺学,张锐张锐 等编著,化学工业出版社,等编著,化学工
3、业出版社,2007年年陶瓷工艺学陶瓷工艺学,张秦娟等编著,武汉理工大学出版社,张秦娟等编著,武汉理工大学出版社,1997年年先进陶瓷工艺学先进陶瓷工艺学,刘维良,武汉理工大学出版社,刘维良,武汉理工大学出版社,2004年年陶瓷工艺学陶瓷工艺学,李家驹主编,中国轻工业出版社,李家驹主编,中国轻工业出版社,2005年年普通陶瓷:普通陶瓷:陶器和瓷器的合称。陶器指由粘土类原料制陶器和瓷器的合称。陶器指由粘土类原料制成的多晶、多相(晶相和气相等)烧结体。瓷器指以黏成的多晶、多相(晶相和气相等)烧结体。瓷器指以黏土为主要原料,辅以长石、石英等辅助原料制成的多晶土为主要原料,辅以长石、石英等辅助原料制成的
4、多晶多相(晶相、玻璃相、气相)烧结体。多相(晶相、玻璃相、气相)烧结体。Department of Materials and Chemical Engineering绪绪 论论一一.陶瓷的概念与分类陶瓷的概念与分类1.陶瓷的概念 传统上,传统上,“陶瓷陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。传统陶瓷包括常见的日用陶瓷制品和建筑陶瓷、电瓷等。日用陶瓷餐具建筑陶瓷地砖电瓷 Department of
5、 Materials and Chemical Engineering Department of Materials and Chemical Engineering Department of Materials and Chemical Engineering 传统陶瓷的主要原料:取之于自然界的硅酸盐矿物传统陶瓷的主要原料:取之于自然界的硅酸盐矿物(如粘土、长石、石如粘土、长石、石英等英等),所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品,所以传统陶瓷可归属于硅酸盐类材料和制品。因此,陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属因此,陶瓷工业可与玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工业同属“硅酸盐硅
6、酸盐工业工业”的范畴。的范畴。粘土矿物高岭石粘土矿物高岭石钾长石钾长石石英石英 Department of Materials and Chemical Engineering随着科学技术的发展,近百年来出现了许多新的随着科学技术的发展,近百年来出现了许多新的随着科学技术的发展,近百年来出现了许多新的随着科学技术的发展,近百年来出现了许多新的陶瓷品种,如氧化物陶瓷(陶瓷品种,如氧化物陶瓷(陶瓷品种,如氧化物陶瓷(陶瓷品种,如氧化物陶瓷(Al2O3Al2O3、MgOMgO、ZrO2ZrO2等陶瓷)、压电陶瓷、敏感陶瓷、金属陶瓷等等等陶瓷)、压电陶瓷、敏感陶瓷、金属陶瓷等等等陶瓷)、压电陶瓷、敏感
7、陶瓷、金属陶瓷等等等陶瓷)、压电陶瓷、敏感陶瓷、金属陶瓷等等各种高温结构和功能陶瓷。各种高温结构和功能陶瓷。各种高温结构和功能陶瓷。各种高温结构和功能陶瓷。超声波雾化器用超声波雾化器用超声波雾化器用超声波雾化器用压电陶瓷晶片压电陶瓷晶片压电陶瓷晶片压电陶瓷晶片 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷金属陶瓷阀门金属陶瓷阀门金属陶瓷阀门金属陶瓷阀门 Department of Materials and Chemical Engineering离子烫陶瓷发热板离子烫陶瓷发热板陶瓷金属化产品陶瓷金属化产品 温控器温控器 Department of Materials and Chemical E
8、ngineering一体一体成型成型耐磨耐磨弯头弯头 高温陶瓷辊棒高温陶瓷辊棒急冷带抗弯陶瓷辊棒急冷带抗弯陶瓷辊棒 Department of Materials and Chemical EngineeringA超声波雾化器用超声波雾化器用压电陶瓷晶片压电陶瓷晶片 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷金属陶瓷阀门金属陶瓷阀门 这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基本上还是原料处这些氧化物陶瓷、压电陶瓷、金属陶瓷等的生产过程基本上还是原料处理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法,但原料已不再使用或很少使用粘理、成形、烧结这种传统的陶瓷生产方法,但原料已不再使用或很少使用粘土等传统陶瓷原料,而已扩大到化
9、工原料和合成矿物,甚至是非硅酸盐、非土等传统陶瓷原料,而已扩大到化工原料和合成矿物,甚至是非硅酸盐、非氧化物原料(如氧化物原料(如SiC、Si3N4、AlN等),组成范围也延伸到无机非金属材料等),组成范围也延伸到无机非金属材料的范围中,并且出现了许多新的工艺。的范围中,并且出现了许多新的工艺。Department of Materials and Chemical Engineering区别点区别点区别点区别点普通陶瓷普通陶瓷普通陶瓷普通陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷特种陶瓷原料原料原料原料天然矿物原料天然矿物原料天然矿物原料天然矿物原料人工精制化工原料和合成原料人工精制化工原料和合成原料人工
10、精制化工原料和合成原料人工精制化工原料和合成原料成分成分成分成分主要由粘土、长石、石英的产地决主要由粘土、长石、石英的产地决主要由粘土、长石、石英的产地决主要由粘土、长石、石英的产地决定定定定原料是纯化合物,由人工配比决定原料是纯化合物,由人工配比决定原料是纯化合物,由人工配比决定原料是纯化合物,由人工配比决定成型成型成型成型注浆、可塑法、压制法成型为主注浆、可塑法、压制法成型为主注浆、可塑法、压制法成型为主注浆、可塑法、压制法成型为主模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、模压、热压铸、轧膜、流延、等静压、注射成型为主注射成型为主
11、注射成型为主注射成型为主烧成烧成烧成烧成温度一般在温度一般在温度一般在温度一般在13501350以下,燃料以煤、以下,燃料以煤、以下,燃料以煤、以下,燃料以煤、油、气为主油、气为主油、气为主油、气为主结构陶瓷常需结构陶瓷常需结构陶瓷常需结构陶瓷常需1600 1600 左右高温烧结,左右高温烧结,左右高温烧结,左右高温烧结,功能陶瓷需精确控制烧成温度,燃料功能陶瓷需精确控制烧成温度,燃料功能陶瓷需精确控制烧成温度,燃料功能陶瓷需精确控制烧成温度,燃料以电、气、油为主以电、气、油为主以电、气、油为主以电、气、油为主加工加工加工加工一般不需加工一般不需加工一般不需加工一般不需加工常需切割、打孔、磨削
12、、研磨和抛光常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光常需切割、打孔、磨削、研磨和抛光性能性能性能性能以外观效果为主,较低力学性能和以外观效果为主,较低力学性能和以外观效果为主,较低力学性能和以外观效果为主,较低力学性能和热性能热性能热性能热性能以内在质量为主,常呈现耐温、耐腐以内在质量为主,常呈现耐温、耐腐以内在质量为主,常呈现耐温、耐腐以内在质量为主,常呈现耐温、耐腐蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、蚀、耐磨损和各种电、光、热、磁、敏感、生物性能敏感、生物性能敏感、生物性能敏感、生物性能用途用途用途用途餐具
13、、陈设品和墙地砖、卫生洁具餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具餐具、陈设品和墙地砖、卫生洁具主要用于宇航、能源、冶金、机械、主要用于宇航、能源、冶金、机械、主要用于宇航、能源、冶金、机械、主要用于宇航、能源、冶金、机械、交通、家电、化工、环保等行业交通、家电、化工、环保等行业交通、家电、化工、环保等行业交通、家电、化工、环保等行业特种陶瓷与普通陶瓷的主要区别特种陶瓷与普通陶瓷的主要区别 Department of Materials and Chemical Engineering广义的陶瓷概念:广义的陶瓷概念:用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。用陶瓷
14、生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。德国陶瓷协会:德国陶瓷协会:“陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支,包括陶瓷材料陶瓷是化学工业或化学生产工艺的一个分支,包括陶瓷材料和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品和器物的制造或进一步加工成陶瓷制品(元件元件)。陶瓷材料属于无机非金属材料,。陶瓷材料属于无机非金属材料,最少含最少含3030结晶体。一般是在室温中将原料成型,通过结晶体。一般是在室温中将原料成型,通过800800以上的高温处理,以上的高温处理,以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型,甚至可经过熔化及析晶等以获得这种材料的典型性质。有时也在高温下成型,甚至可经过熔化及析晶等过程
15、。过程。”美国和日本等国:美国和日本等国:Ceramics是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材是包括各种硅酸盐材料和制品在内的无机非金属材料的通称,不仅指陶瓷,还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。料的通称,不仅指陶瓷,还包括水泥、玻璃、搪瓷等材料。Department of Materials and Chemical Engineering2.陶瓷的分类(1)按陶瓷概念和用途来分类 陶瓷特种陶瓷功能陶瓷 结构陶瓷 普通陶瓷电瓷及其它工业用陶瓷 化学瓷 化工陶瓷 建筑卫生陶瓷 日用陶瓷(包括艺术陈列陶瓷)Department of Materials and Chemical Enginee
16、ring 结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、结构陶瓷主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料;低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料;不同形状的特种结构陶瓷件不同形状的特种结构陶瓷件 Department of Materials and Chemical Engineeringn n在空间技术领域,制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急在空间技术领域,制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急在空间技术领域,制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急在空间技术领域,制造宇宙飞船需要能承受高温和温度急变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料,
17、在这变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料,在这变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料,在这变、强度高、重量轻且长寿的结构材料和防护材料,在这方面,结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始方面,结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始方面,结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始方面,结构陶瓷占有绝对优势。从第一艘宇宙飞船即开始使用高温与低温的隔热瓦,碳使用高温与低温的隔热瓦,碳使用高温与低温的隔热瓦,碳使用高温与低温的隔热瓦,碳-石英复合烧蚀材料已成功石英复合烧蚀材料已成功石英复合烧蚀材料已成功石英复合烧蚀材料已成功地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展地
18、应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展地应用于发射和回收人造地球卫星。未来空间技术的发展将更加依赖于新型结构材料的应用,在这方面结构陶瓷尤将更加依赖于新型结构材料的应用,在这方面结构陶瓷尤将更加依赖于新型结构材料的应用,在这方面结构陶瓷尤将更加依赖于新型结构材料的应用,在这方面结构陶瓷尤其是其是其是其是陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料和碳和碳和碳和碳/碳复合材料远远优于其他材料。碳复合材料远远优于其他材料。碳复合材料远远优于其他材料。碳复合材料远远优于其他材料。例如先进的亚音速飞机,其成败就取决于具有高韧性和高
19、例如先进的亚音速飞机,其成败就取决于具有高韧性和高例如先进的亚音速飞机,其成败就取决于具有高韧性和高例如先进的亚音速飞机,其成败就取决于具有高韧性和高可靠性的结构陶瓷和纤维补强的陶瓷基复合材料的应用。可靠性的结构陶瓷和纤维补强的陶瓷基复合材料的应用。可靠性的结构陶瓷和纤维补强的陶瓷基复合材料的应用。可靠性的结构陶瓷和纤维补强的陶瓷基复合材料的应用。Department of Materials and Chemical Engineering 功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物功能陶瓷中包括电磁功能、光学功能和生物-化学功能等陶瓷制品和材料,化学功能等陶瓷制品和材料,此外还有核能陶瓷和其它
20、功能材料等。此外还有核能陶瓷和其它功能材料等。电子绝缘件电子绝缘件氧化锆陶瓷光学导管氧化锆陶瓷光学导管 Department of Materials and Chemical Engineering(2)按坯体的物理性能分类按坯体的物理性能分类 按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分类,是较为按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分类,是较为科学的一种分类方法。科学的一种分类方法。性能及特征性能及特征性能及特征性能及特征陶器陶器陶器陶器瓷器瓷器瓷器瓷器吸水性吸水性吸水性吸水性/一般大于一般大于一般大于一般大于3 3一般不大于一般不大于一般不大于一般不大于3 3透光性
21、透光性透光性透光性不透光不透光不透光不透光透光或半透光或半透光或半透光或半透光透光透光透光胎体特征胎体特征胎体特征胎体特征未玻化或玻化程度差、未玻化或玻化程度差、未玻化或玻化程度差、未玻化或玻化程度差、断面粗糙断面粗糙断面粗糙断面粗糙玻化程度高、结构致密、玻化程度高、结构致密、玻化程度高、结构致密、玻化程度高、结构致密、细腻,断面呈石状或贝细腻,断面呈石状或贝细腻,断面呈石状或贝细腻,断面呈石状或贝壳状壳状壳状壳状敲击声敲击声敲击声敲击声沉浊沉浊沉浊沉浊清脆清脆清脆清脆表表01日用陶瓷分类日用陶瓷分类 Department of Materials and Chemical Engineeri
22、ng 陶器是一种坯体结构较疏松、致密度较差的陶瓷制品,通常有一定吸水率,陶器是一种坯体结构较疏松、致密度较差的陶瓷制品,通常有一定吸水率,断面粗糙无光,没有半透明性,敲之声音粗哑。断面粗糙无光,没有半透明性,敲之声音粗哑。名称名称粗陶器粗陶器普通陶器普通陶器细陶器细陶器特征特征吸水率一般大吸水率一般大于于15%,不施,不施釉,制作粗糙釉,制作粗糙吸水率一般不吸水率一般不大于大于12,断,断面颗粒较粗,面颗粒较粗,气孔较大,表气孔较大,表面施釉,制作面施釉,制作不够精细不够精细吸水率一般不吸水率一般不大于大于15,断,断面颗粒细,气面颗粒细,气孔较小,结构孔较小,结构均匀,施釉或均匀,施釉或不施
23、釉,制作不施釉,制作精细精细表表02日用陶器分类日用陶器分类 Department of Materials and Chemical Engineering 瓷器的坯体致密,基本上不吸水,有一定的半透明性,断面成石状或贝壳状。瓷器的坯体致密,基本上不吸水,有一定的半透明性,断面成石状或贝壳状。名称名称炻瓷类炻瓷类普通瓷器普通瓷器细瓷器细瓷器特征特征吸水率一般不大吸水率一般不大于于3透光性差,透光性差,通常胎体较厚,通常胎体较厚,呈色,断面呈石呈色,断面呈石状,制作较精细状,制作较精细吸水率一般不大吸水率一般不大于于1有一定透有一定透光性,断面呈石光性,断面呈石状或贝壳状,制状或贝壳状,制作较
24、精细作较精细吸水率一般不大吸水率一般不大于于0.5,透光,透光性好,断面细腻,性好,断面细腻,呈贝壳状,制作呈贝壳状,制作精细精细表表03日用瓷器分类日用瓷器分类 Department of Materials and Chemical Engineering(二)我国陶瓷技术发展概述(二)我国陶瓷技术发展概述 “China”意为意为“中国中国”;“china”意为意为“瓷器瓷器、陶、陶器器”8000年前:陶器出现 新石器时代:出现彩陶仰韶文化 新石器时代晚期:龙山文化殷商时代汉代以后唐代及以后 Department of Materials and Chemical Engineering陶
25、器出现陶器出现 裴李岗文化裴李岗文化时期的陶器(距今约时期的陶器(距今约8000年)。出土于河南省郑州市新郑市裴年)。出土于河南省郑州市新郑市裴李岗村。出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主,红陶在中国出现最早,李岗村。出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主,红陶在中国出现最早,烧成温度烧成温度900左右。左右。Department of Materials and Chemical Engineering磁山遗址磁山遗址磁山遗址磁山遗址n n磁山遗址距今磁山遗址距今磁山遗址距今磁山遗址距今73007300年。其陶器大都是泥质和夹砂红陶、灰年。其陶器大都是泥质和夹砂红陶、灰年。其陶器大都是泥质
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