某高长石质瓷坯料配方设计
某高长石质瓷坯料配方设计
陕西科技大学实验设计报告
高长石质瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试
1. 实验目的
（1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；
（2）掌握坯料配方设计和实验研究方法；
（3）掌握实验技能，提高动手能力；
（4）提高分析问题和解决问题的能力；
（5）为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。
2. 设计背景
陶瓷行业在我国是一个古老的行业．大约已有8000多年的历史在唐宋时期，陶瓷制造已相当发达，并形成一定的生产规模。宋代钧、汝、官、哥、定五大名窑产品闻名于世，陶瓷器作为商品开始批量输出海外明清两代，是我国瓷业发展的历史鼎盛时期。以江西景德镇瓷器为代表，其精美多样的产品、精湛的技艺，在全世界享有极高的声誉。建国以前，我国陶瓷行业受到了严重的摧残，一蹶不振；而此间西方制瓷业却得到了很大的发展，我国的瓷国地位受到了严重的挑战。
建国以来，我国的陶瓷行业得到了迅速的发展，陶瓷企业遍布全国，形成河北唐山、邯郸，山东淄博，江苏宜兴，江西景德镇，湖南醴陵，福建德化，广东佛山、湛江、汕头，辽宁海城等重点陶瓷产区；建立了陶瓷
研究所、设计院、大专院校与陶瓷装备制造、装饰材料制造等专业工厂，一个完整的工业体系业已建立；产品品种也由日用陶瓷、陈设艺术陶瓷扩展到建筑卫生陶瓷、工业陶瓷及高技术陶瓷等领域。近年来，我国传统的日用陶瓷行业引进了国外先进的制瓷技术和装备，使许多产区、企业的生产进一步现代化，产品质量不断提高，产品出口创汇增加，我国日用陶瓷工业和世界先进水平的差距在逐步缩小。
目前国际陶瓷业正在逐步重组，生产格局在调整变化之中。一些发达国家，如德国、美国、日本，凭借技术、资金优势转向重点发展高技术陶瓷；而日用陶瓷的生产由于原料、人工费用增加、附加值相对较低等原因，正逐步转移到发展中国家，这就为我国陶瓷产品抢占国际市场提供了难得的机遇。目前我国日用陶瓷出口数量占世界第一位．但平均售价偏低的局面仍无明显改观，其主要原因是产品档次低，花色品种不适应国际市场需求因此，从原料、燃料、辅助材料、技术装备、生产管理等诸多环节人手，提高出1：3产品的质量是我国陶瓷行业发展的关键，必须走。以质取胜”之路。
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
长石质瓷是目前国内外陶瓷工业所普遍采用的一种瓷质。它是以长石作助熔剂的“长石—石英——高岭土”三组分系统瓷，由粘土、石英、长石以2∶1∶1左右的比例配合，经制泥、成型、干燥、上釉、烧制(1200～1400℃)等工序制成。这种瓷利用长石在较低温度下熔融并形成高粘度玻璃的特性。瓷胎是由玻璃相
（50%～60%）、莫来石晶相（10%～20%）、残余石英晶相（8%～12%）、半安定方石英晶相（6%～10%）及微量气孔相（0.5%）构成。原料来源丰富、价格低廉,能制成大型制品，又具有相当好的电绝缘性能、力学性能、热性能、化学稳定性和耐气候性等特点。
3. 实验过程总体安排、工艺流程，及实验设备
3.1 实验安排
首先查阅资料选择一种长石质瓷坯的化学组成，估计其烧成温度和抗弯强度，再根据已有的原料计算出配料量，然后根据配方，制备试样若干，通过对不同温度下烧制的试样的吸水率和线收缩率测定，绘制温度－收缩率，温度－吸水率曲线，确定烧成温度，最后测量在此温度下烧成试样的抗弯强度，另补充电解质稀释泥浆实验。
3.2 工艺流程图
3.2实验设备
电子天平，双头快速球磨机，电热恒温干燥箱，成型压机，高温箱式电阻炉，抗弯强度测试测定仪。
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
4. 实验配方设计计算
4.1瓷坯为高长石质瓷坯料
通过查阅文献得到一种高长石质瓷的配方如下表一所示
表一某长石质瓷的配方wt%
这种长石质瓷的化学组成如下所示
表二其化学组成
wt%
因此可以用所给的以下原料进行配料量的计算
实验室原料使用石英、碱矸、长石、生砂石、滑石粉、洪江土、苏州土表三瓷坯及原料化学组成（含灼减）wt%
单位: %
表四换算后瓷坯及原料化学组成（无灼减）wt%
单位：%
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
4.2列表计算配料质量分数
（注意：为保证成形性能可塑性要求，苏州土和洪州土的总使用量不超过15%，瓷坯MgO质量分数超过0.50%时，需加入
滑石粉满足。）拟定苏州土引入量5.00%，洪江土引入量5.00%
表五配料量计算过程
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
4.3将算得的配料质量分数换算回含灼减量的配料质量分数，并按百分比折算一次即得配方
原料计算值/% 换算值/% 配料百分比/% 洪州土 5.00 5.01
5.01
苏江土 5.00 5.01 5.01 长石36.96 37.06
37.07
滑石 1.20 1.20 1.20 生砂石51.56 51.70
51.71
合计99.98
100.00
故通过以上的计算过程，知道该该高长石质瓷的“高岭石—长石”二元系统符合烧成陶瓷的要求。最终设计的配方如下表
表六高长石质瓷坯体配方wt%
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
5. 材料技术指标
该长石质瓷烧成温度控制在1270～1290℃，
采用高温素烧、低温釉烧二次烧成和瓷振动抛光新工艺
6. 检测项目
6.1吸水率、烧成线收缩率测定
吸水率计算公式
W=（G1-G0）/G0×100% 式（1）
式中：W—试样的吸水率，%
G0—试样干重，克
G1—试样吸水饱和后的重量，克
烧成线收缩率计算公式
Y=（L0-L）/L0×100% 式（2）
式中：Y—试样的烧成线收缩率，%
L0—试样干燥后长度，mm
L—试样烧成后的长度，mm
在200～1300℃范围内选取时选取25个温度点，设计升温曲线，分别在这些温度点测试试样的吸水率和烧成线收缩率，并绘制温度－收缩率，温度－吸水率曲线确定烧成温度。
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
温度
6.2抗弯强度测定（三点弯曲法）
Rf=3PL/2bh2 式（3）
式中：Rf—抗弯强度，N/m2
P—试样断裂时负荷，N
L—支撑刀口间距，m
B—试样断口处宽度，m
h—试样断口处厚度，m
确定烧成温度后，在该温度烧制试样10个，分别用抗弯强度测试仪测定它们的抗弯强度，并取平均值。
7. 电解质稀释泥浆实验
（1）稀释剂：碳酸钠、硅酸钠溶液
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
（2）定量泥浆，加入等体积不同浓度稀释剂，
（3）恩氏粘度计测试相对粘度；
（4）确定最佳稀释范围。
8. 参考文献
[1]李家驹，缪松兰，马铁成，林绍贤，朱振峰.《陶瓷工艺学》.北京.中国轻工业出版社2010.8
[2]裴秀娟，石振江，金宝元. 《日用陶瓷工厂技术员手册》.北京.化学工业出版社2007.7
[3]徐刚. 关于《GB3299-82日用陶瓷吸水率测定方法》的探讨.陶瓷工程1997 30卷36页
[4]王瑞生，韩正余. 《用内蒙呼和土研制日用细瓷.矿产综合利用》.2005年8月4期
[5] 樊震坤,刘贤纪,孙仁花,王志义,张儒岭. 《钠长石质高级日用细瓷的研究》. 中国陶瓷. 一九九三年第一期
[6]中华人民共和国轻工行业标准《QB/T1548-1992陶瓷坯泥料线收缩率测定方法》
[7]中华人民共和国国家标准《GB/T4741-1999陶瓷材料抗弯强度试验方法》
9. 参考附文
日用陶瓷设计理念及应用
文化造就人的思想，思想是设计的灵魂。现代日用陶瓷设计是以某一功能效用为基础、把材料、科学技术、机械设备、生产工艺、艺术、经济等因素综合起来，满足人们物质、精神需求的设计。
1.实用性：
实用是现代日用陶瓷设计的首要根据和先决条件，设计如不考虑实用，将失去设计的意义。日用陶瓷设计，首先要明确是干什么用的，怎样使用，给什么人用，要与使用对象，生活环境，生活方式，使用要求和习惯爱好联系起来，创造人们需要的物质产品。设计在具备合理的有意义的生活使用功能的同时，要明确我们的设计是直接作用于环境，或者说直接作用于在此环境中的人，设计的主要目的就是通过所设计的产品来使人在一定条件下受益，人们希望一件日用陶瓷产品设计，越来
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
越方便合理，审美价值越来越高，日用陶瓷使用方便，正是人们形成审美观念的基础。日用陶瓷设计的成功与否取决于所设计的产品与人之间关系规律的准确性。因此，在设计时就必须充分考虑人的因素，合理地将人体工程学、心理学应用于设计中，使产品的功能设计与形态设计趋向更加合理。如直型壶把柄的设计，结构要简洁、比例要合适人手生理要求，实际设计高度一般不小于7.5CM、宽度不小于2CM、不大于4.5CM、厚度为1CM较为合适。提梁壶把柄设计，把柄的弯曲线型尽量与人手的握拿方向一致，把柄要粗细适中，操持简便、省力、舒适、转动自如。饭碗的设
计，要考虑盛饭的口型、筷子的运动曲面、稳定的圈足和人嘴接触饭碗的部位及感觉。
2.现代科学性：
现代日用陶瓷产品设计的竞争是艺术的竞争、科学技术、先进设备、精致工艺的竞争。
现代日用陶瓷产品设计必须运用高科技、新技术、新设备、新工艺、新材料，向生产智能化、系统化、标准化、高端化的方向迈进，提高产品质量。
(1)开展材质创新提升
以硅酸盐为主的传统陶瓷原料,其矿物组成、颗粒组成及化学组成在陶瓷坯体的成形加热过程中的物理化学变化影响坯料性能(泥坯性能)、瓷坯显微结构，从而引起瓷坯物理、化学性能变化，及外观性能变化，通过探明其作用机理,解决目前高档日用瓷半成品坯体变形、烧成中瓷坯变形及强度不高、透光度不好、质感不润的缺陷。
研究矿物组成、颗粒组成及化学组成对瓷釉显微结构和物化性能(高温粘度、表面张力、熔融性状，及光泽度、透明度、硬度、表面气泡或针孔等)的影响作用及其规律，探明坯釉反应与釉表观性能之间的相互关系,解决高档硬质瓷釉存在的光泽度差、针孔多、釉面不平整、光润不足等缺陷。
研究坯釉料加工工艺对瓷坯、瓷釉物理化学性能影响，探明配方坯釉料加工工艺、成形工艺(注浆、塑压)及烧成工艺(压力、气氛、温度)对瓷坯、釉显微结构的影响及对其物化性能的影响,解决高档硬质瓷釉面、瓷坯体存在缺陷在加工工艺中的成因，提出克服缺陷提升性能的方法与途径。
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
(2)开展制造工艺创新提升
针对高档日用陶瓷内在、外在品性的需要，研究不同制造工艺环节。如：坯釉料制造工艺、成形干燥工艺、烧成工艺(一次或二次烧成、还原氧化烧成工艺等)以及各环节的工艺参数对高档日用瓷品质影响的作用，优化组合最佳的制造工艺环节、参数与制度，保障高档日用陶瓷制造过程中质量的稳定性和高优级品率。
研究不同制造工艺中的设备特性和辅助材料(研磨体、石膏模、承烧板、干燥介质等等)对坯釉料半成品、成品性能的影响作用与规律，优化最佳的设备与辅助材料的组合和相应的工艺参数，优化出合理、最优效果的制造工艺组合，形成最佳的工艺制度与参数,保障高档日用瓷不同品种达到最优品质和高优质率。
3.时代审美性：
不同的时代、具有不同的审美意识，美的形式是在不断变化的，具有时代性。车尔尼雪夫斯基指出：“每一代的美，都是而且也应是为那一代而存在，它毫不破坏和谐、毫不违反那一代美的要求”。
现代日用陶瓷设计从内容到形式随着社会的发展而变化，因此，造型和装饰就不能一成不变。所谓时代审美性，就是现代日用陶瓷设计在符合人们对产品的物质功能要求的同时，又能反映时代精神面貌、满足不同国家、地区人们审美情趣的要求，从而让人们获得视觉上的美感和精神上美的享受，做到日用瓷艺术化。 4.独创性：
独创性指现代日用陶瓷设计必须是前所未有的新产品。是建立在时代审美要求上的创新。
托尔斯泰在《艺术论》中说：“只有传达出人们没有体验过的新的感情的艺术作品，才是真正的艺术作品。”英国前首相撒切尔夫人对产品设计也非常重视，曾经指出：“如果忘记优良设计的独创性，产品将永远不具备竞争力”。现代日用陶瓷设计是科学技术与艺术的结晶，立足科学技术，在艺术形式上大做文章。只有具备独创性的设计才有生命力，才能创造高附加值，才能带来产品的繁荣与多样化，从而满足不同地区、不同国家的人民群众的多层次的审美要求。如英国的日用陶瓷设计，造型独特、品种丰富、花面装饰日新月异，每一种造型饰30个内容、形式不同的花面。新奇的装饰比比皆是。我国日用陶瓷设计，缺乏独创性，很多企业停留在仿制
共11 页
陕西科技大学实验设计报告
国外产品和来样加工的水平上，导致产品造型设计雷同，花色品种单调，一个造型就几种装饰，无法满足国际、国内市场消费者的多样化的生活需求，必将逐渐失去销售市场。
现代日用陶瓷设计的独创性，主要依靠形体构造、材质肌理、装饰纹样、装饰色彩、装饰方法、以及造型部位与部位之间、不同品种之间组合后的协调、节奏、韵律等因素，唤起人们在形象思维中建造新的审美世界来体现。高档日用陶瓷市场，对个性化设计需求也越来越强烈。
5.经济性：
现代日用陶瓷设计，对消费者来说要价廉物美；对企业来说必须创造经济效益。但是，我国很多日用陶瓷企业依旧很少有人意识到设计的重要性，还处在一个追求数量的时期。大家知道，数量之最，并不等于质量之最，更不等于经济效益之最。如果产品在设计上不能保持世界领先水平，任何产品在国际上的售价都要低于同类产品，从这个意义上说，不在产品的设计上下功夫，而一味地追求某种“定型”产品数量上的世界之最，可以说是原料、人力、经济上的巨大浪费。
现代日用陶瓷设计，如果具备了实用性、现代科学性、时代审美性、独创性等，一定能占领市场，创造较高的经济效益。如此我国的日用陶瓷才会万古常新，做得越来越好。
共11 页