结构重塑显奇功—材料化学的故事.pdf

材料的中国之星——陶瓷 陶瓷是我国古代劳动人民的重大发明之一，欧洲人也一向视中国陶瓷为 无价之宝，所以，欧洲人把瓷器叫做 “China”，久而久之， “China”成了 中国的英文名称。 陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷的产生和发展是中国灿烂的古代文化的 重要组成部分。早在公元前5000年的新石器时代，我们的祖先就开始用普通 粘土在很高的温度下烧制陶器，这是一种粗糙简陋的器皿，以后经过不断改 进，到新石器时代的晚期，已经能造出比较光滑，质地较坚固而且具有不同 颜色的陶器了，但它的缺点是容易渗水。到了奴隶社会的商代，人们已经发 明了陶器上釉的技术，使陶器既美观，而且不渗漏，不易被污染。同时，人 们已经开始选择比较好的粘土来烧制瓷器了。至此，陶瓷日用品和工艺品的 水平不断完善。陶瓷产品最负盛名的当属宜兴和景德镇了。 江苏宜兴，以生产陶器闻名于世。帮助越王勾践灭吴的大夫范蠡，在灭 吴以后，带着西施隐居宜兴烧起陶器来，开创了宜兴的陶业，因此，历代制 陶艺人都奉范蠡为祖师爷。宜兴的茶壶，曾为许多文人墨客所推崇，当年苏 东坡择居宜兴蜀山，特别喜欢用提梁壶饮茶。重感情的陶工为了纪念他，就 将这种提梁壶称为 “东坡壶”。宜兴被称为“陶都”是当之无愧的。 江西的昌南镇，自汉朝开始烧制白瓷，到宋朝景德年间已盛名中外，从 此昌南镇改名为景德镇，作为 “瓷都”盛名绵延至今。 普通陶瓷以粘土、石英、长石为重要原料。故又叫三组分陶瓷。 粘土是一种细颗粒的含水铝硅酸盐，当与水混合时产生塑性。尽管各地 的粘土，其化学、物理性质各不相同，但共同的特点是具有结晶状的电中心 层状结构，从而使其有柔软性、润滑性、易于劈裂等一系列物理性能。陶瓷 坯体中，粘土一般要占到 45％～ 60％，其主要作用是为成型提供细颗粒物 质和良好的可塑性，并在烧成的过程中使坯体具有一定的强度与耐火性能。 低品位的粘土到处可见。常用于制造陶瓷的是一种以高岭石AL （Si O ） 2 2 5 （OH ） 为主要成分的高级粘土，即高岭土。 4 制造陶瓷的第二种重要材料是石英。它的分子式是SiO2，大多以结晶态 存在于石英矿中。石英非常硬，不溶于水，高温溶化时为无色透明液体。石 英是酸性氧化物，是地球上数量最大的一类矿物。以它为基础的硅酸盐材料 是无机非金属材料中最重要的部分。石英在陶瓷中的作用主要是提供坯体耐 熔的骨架，使之不在烧成时变形，并且提高陶瓷的机械强度及半透明度。 制造陶瓷的另一重要原料是长石。主要有钾长石K （AL Si ）O ， 2 3 8 钠长石 Na （AL Si ）O 及钙长石 Ca （AL Si ）O 。这些铝硅酸盐在陶 瓷 2 3 8 2 3 8 中是作为助熔剂的。在未烧成前，可降低可塑性，缩短干燥时间，减少坯体 收缩，在烧成时，促进形成玻璃相，降低制品的烧成温度。 普通陶瓷的生产工艺大致相同，主要工序是：泥料制备、成型、干燥、 上釉和烧成。 一、泥料制备 由于原料来源不一，制品品种繁多，成型方法各异，所以泥料制备十分 复杂。一般制备过程如下： 二、成型 成型又叫制坯。它是将泥料拌适量的水，灌注在石膏或金属模具中使之 成为制品的生坯。 三、干燥 为了防止在烧成时裂开，生坯要进行干燥，通常在室式或隧道式干燥室 内用热空气进行，也可用电热、远红外等进行快速干燥。含水量较大的坯体， 在水份蒸发时，会发生较大的收缩，为了避免坯体翘曲或开裂，应小心控制 干燥速度。 四、上釉 釉涂在陶器或瓷器表面，起着美观、光滑、不渗水等作用。釉是由长石、 石英、硼砂、氧化锌调配而成的，其中还掺有少量的金属氧化物如氧化铁、 氧化铅、氧化铜等作显色剂。 五、烧成 陶瓷制作的最后一道工序是烧成，坯体在高温过程中发