无机材料工艺原理 03 配方（料）设计与计算.ppt

配方（料）设计与计算 本部分讲授内容 配方设计方法 配方（料）计算原理 配方（料）计算方法及实例 配方设计方法－引言 引言 无机非金属材料的生产是一个系统工程：原料选择、配方设计，原料加工、成型制作、窑炉烧成都是其重要内容。 配方的设计与计算是获得好产品的一个关键性内容。 配方设计方法－引言 传统陶瓷配方的计算程序： 靠经验选定化学成分，确定所使用的原料，用原料来满足各种氧化物成分要求，得出配方。 再实测该配方所制产品的性能指标，决定是否采用该配方。 所得配方往往不是最优的配方。也不便于了解该配方系统的性质和进行配方调整。 配方设计方法－引言 如何获得合理的配方？ 现在已有许多种方法，尚没有最好的方法。 确定最佳配方及配方方法的“希望寄托在你们身上！” 配方研制的过程 确定目标 评价原料 初拟配方 加工配料 试烧产品 测定性能 评价效果 目标确定是配方研制的关键 在配方设计中，要准确全面地确定配方的目标。一切工作都要围绕目标来安排。 产品的定位－－确定目标的出发点 新建厂或是老厂－－确定配方的基础 新研发产品或是老产品调整－－确定配方的主要因素。 配方研制的准备工作 在拟定配方之前，应对所用原料的化学组成、矿物组成、物理性质以及工艺性能做全面分析，并根据分析结果有选择地运用到配方设计中去。 尤其要注意与相应的工艺装备联系起来。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 提高陶瓷强度的途径： 高硅质瓷 高铝质瓷 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 本研究通过引入工业氧化铝和一些稀有元素，控制坯体的显微结构和坯釉中间层以在接近普通陶瓷烧成温度的条件下，生产出高强度、高热稳定性的日用陶瓷。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 1. 确定原料 选用石英、烧滑石、长石、瓷粉、α-Al2O3、苏州土、安溪土、龙岩土、徐水土、建宁土、熟建宁、宽城土、膨润土、球粘土、碳酸钡、氧化钇、氧化锌、锂辉石等为原料。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 原料化学组成（wt%） 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 2. 选定工艺过程 原料→ 配料→球磨 →过筛 →压滤 →陈腐 →成型 →素烧→ 检测→施釉 →釉烧 →检验 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 确定坯料配方 坯体的化学成分 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 确定坯料配方 烧成后各试样的性能 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 确定坯料配方 在上表，4号配方的性能最好，但也与所要求的目标相距甚远。 改进方法： 加入高可塑性粘土（如球粘土）来改善成型性能； 引入微量的添加剂（如氧化钇）来控制制品的显微结构，实现莫来石、刚玉晶粒的均匀细化，避免大裂纹的出现； 采用复合熔剂，利用多碱效应降低烧成温度，同时严格烧成制度，增强熔剂效果。可按正交表安排试验。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 改进的坯料配方 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 改进坯料配方后的性能 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 釉料配方的确定 目标：提高坯釉适应能力、釉面光泽度等物理性能要求，并全面考虑釉浆生产工艺性能设计原则。 方法：在传统长石釉基础上引入更多的瓷粉及加入锂辉石、氧化锌、碳酸钡等添加剂（用正交法做了40多个配方）。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 釉料配方的确定 结果：提高釉料的始熔温度，降低高温粘度，克服釉泡等缺陷。使制品的釉面光泽度、平整度、釉面硬度等有了显著提高，且由于锂辉石等的引入，有效调整了釉的热膨胀系数，且大量的瓷粉加强了离子间的相互扩散，增进了坯釉结合和中间层的形成，有效提高了制品的热震性能。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 釉料配方的确定 优选确定的33#配方，K2O、Na2O和Li2O的含量有所增加，其白度为75.9%，釉面光泽度89.3%，釉面质量达到了较高水平。这主要是K2O、Li2O熔解石英的能力很强，造成釉料的高温粘度和表面张力下降，高温流动性增加，从而提高釉面的平整度和反射率，使釉面具有高的光泽度。Li2O有利于提高釉层的弹性。这形成了良好的坯釉中间层，且使釉烧冷却后产生了最大可能的釉层压应力，制品的热稳定性达到了240-20℃水中热交换一次不裂，釉面硬度达7373MPa。 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 33#釉料配方的化学组成 例1：高铝质强化日用瓷的研制过程 釉料配方的确定 在上述基础上，用工厂目前的生产工艺进行小批量实际生产验证。试产结果表明，所得产品与前述实验阶段所得制品在釉面性能、釉面硬度、热稳定性能等方面相似且略有提高，说明本研究所确定