卫生陶瓷坯料配方设计.docx
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卫生陶瓷坯料配方设计
.
卫生瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试
1.实验目的
通过瓷工艺设计性综合实验，达到：
（1）深刻常用瓷原料在瓷坯料中的作用；
（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.实验安排
2.1查资料，进行坯体配方设计和计算，完成实验方案设计报告。
2.2实验过程（实验流程如图2-1）
2.2.1原料处理（粉碎机或研钵）
（颗粒小于1mm或全部通过20目筛）
2.2.2配料、球磨、烘干、造粒
配料量300g
2.2.3成型
按模具尺寸、每个7g原料成型试样33个以上，测试烧结温度围用20个，按烧成温度烧成10个。
配料
料:
球:
水=1:
2:
0.6
球
80目
过筛
烘干
400g+0.5%减水剂
20目
40目
陈腐
过筛
喷雾造粒
研磨过筛
压制成型
烧成温度测定
试样烧成
性能测试
图2-1实验流程
.
.
2.3完成实验总结报告（2周）
3.设计容
3.1前言
3.1.1课题背景
纵观我国瓷发展史，自改革以来，卫生瓷工业快速发展起来，多年位居世界第一，成为世界卫生瓷生产大国。
目前，中国的卫生瓷生产可谓诸侯林立，企业大部分集中在，和地区，这三个地区年产量均超过1000万件，合计产量占全国总产量的70.3%，其价格相差也十分悬殊，一套坐便器从几十元到两三千不等，从产量上来说是最大的，而从产品的档次和出口来讲，则是独占鳌头。
在国生产瓷飞速发展的同时，欧盟卫生瓷行业也出现新的变化与发展，中国大量出口卫生瓷的同时也大量进口外国高档卫生瓷产品，国外著名的卫生瓷品牌纷纷在中国建厂，抢占中国高档卫生瓷市场。
而如今，广大人民的辛福生活已离不开卫生瓷带来的无线便捷，生活的一部分不仅仅是柴米油盐，而更多的是居室安逸程度。
行人士都知道,瓷坯釉料配方是瓷生产企业生产和技术管理中非常重要的部分，所以卫生瓷广泛的应用注定了坯釉料必定是众多厂家研发的主要项目。
3.1.2目的和意义
本人在这里仅就其坯料为研究对象，通过查阅文献选择一种卫生瓷坯料配方，来完成实验，致力总结出较合适的坯料配方。
3.2配方设计和计算过程
3.2.1配方设计
（1）查阅文献得到一种卫生瓷的坯料化学成分（表3-1）
表3-1某卫生瓷的坯料化学成分（质量%）[2]
SiO
2
Al
2
O
Fe
2
O
TiO
2
CaO
MgO
K
O
Na
O
合计
3
3
2
2
70.09
23.48
0.76
0.51
0.47
1.05
2.80
0.64
99.80
（2）实验原料的化学组成（表3-2）
表3-2实验原料的化学组成（质量%）
.
.
原料
SiO
2
Al
2
O
Fe
2
O
TiO
2
CaO
MgO
KO
Na
O
烧失量
3
3
2
2
石英
98.5
0.7
0.1
0.1
-
0.3
-
-
0.3
长石
64.3
18.9
0.1
-
0.6
0.2
13.7
2.1
0.5
生砂石
44.2
39.5
0.2
0.1
0.2
-
-
-
15.8
碱矸
37.5
39.3
0.6
1.4
1.4
1.8
0.2
2.1
15.7
滑石粉
62.0
0.4
0.1
-
1.5
30.5
-
-
5.5
洪江土
49.5
34.4
0.4
-
0.3
0.1
1.2
0.4
13.3
土
46.43
39.87
0.50
-
0.32
0.10
-
-
12.30
3.2.2计算过程
（1）将原料化学组成中带有“烧失量”者换算成为不含烧失量的各氧化物的质量分数。
上述原料经换算后的原料化学成分的质量分数如表3-3（K2O、Na2O以合量计）
表3-3
换算后原料化学组成wt%
单位：
%
原料
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
CaO
MgO
K2O+Na2O
总计
石英
98.8
0.70
0.10
0.10
-
0.30
-
100.00
长石
64.62
19.0
0.10
-
0.60
0.20
15.88
100.40
生砂石
52.49
46.91
0.24
0.12
0.24
-
-
100.00
碱矸
44.48
46.62
0.71
1.66
1.66
2.14
2.72
99.99
滑石粉
65.61
0.42
0.11
-
1.59
32.28
-
100.01
洪江土
57.09
39.68
0.46
-
0.35
0.12
1.85
99.55
土
52.94
45.46
0.57
-
0.36
0.11
-
99.44
（2）列表用化学组成满足法进行配料计算，其配料中软质粘土（采用土）用量规定不超过15%，兹定为14%。
计算过程见表3-4。
表3-4配料量计算过程
项目SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O
化学组成
.
.
某卫生瓷
70.09
23.48
0.76
0.51
0.47
1.05
3.44
土14%
7.41
6.36
0.08
-
0.05
0.02
-
余量
62.68
17.12
0.68
0.51
0.42
1.03
3.44
滑石粉
100×1.03/32.28
2.09
0.01
微量
-
0.05
1.03
-
=3.19%
余量
60.59
17.11
0.68
0.51
0.37
0
3.44
长石
100×3.44/15.88
14.00
4.12
0.02
-
0.13
0.04
3.44
=21.66%
余量
46.59
12.99
0.66
0.51
0.24
-0.04
0
生砂石
100×12.99/46.91
14.53
12.99
0.06
0.03
0.07
-
-
=22.11%
余量
32.06
0
0.60
0.48
0.17
-0.04
0
石英
100×32.06/98.80
32.06
0.23
0.03
0.03
-
0.10
-
=24.29%
余量
0
-0.23
0.57
0.45
0.17
-0.14
0
（3）将计算所得到的配料质量分数，按原料组成中本来含有烧失量者换算成为含烧失量在的原料配料质量分数，全部按百分比折算一次即得到配料量如表
3-5所示，然后计算制备300g坯料所用的原料质量。
表3-5
换算前后配料质量分数
计算值
换算值
配料质量分数
土
1
4%
15.96%
14.98%
滑石粉
3.
19%
3.38%
3.17%
.
.
长石
21.
66%
21.
77%
20.
43%
生砂石
27.
69%
32.
89%
30.
87%
石英
32.
45%
32.
55%
30.
55%
106.55%
100.00%
制备300g坯料所用的原料质量：
石英：
300×30.
55%=91.
65g
长石：
300×20.
43%=61.
29g
滑石粉：
300×3.17%=9.
51g
土：
300×14.98%=44.94g
生砂石：
300×30.87%=92.61g
3.3最终设计的配方如表3-6所示
表3-6最终设计配方
项目
石英长石滑石粉土生砂石
原料
坯料质量分数30.55%20.43%3.17%14.98%30.87%
原料质量
91.65
61.29
9.51
44.94
92.61
3.4性能测试
3.4.1泥浆流变性的测定
泥浆的流动性与相对粘度成反比,流动度（V）与相对粘度（η）的关系式为V=1/η。
流动性好的泥浆,才能保证坯体的质量,防止坯体变形。
当泥浆粘度过大
时,流动性差,吃浆速度较快,坯体溏软,容易出现泥浆缕,严重时导致坯体坍塌,泥浆流入模型会造成坯体薄厚不均和浆面不平整,并在排浆时不能流净,燥时易产生坯裂等缺陷,给生产尤其是成形造成很大的困难；反之粘度过小,流动性太好,泥浆中的粗
颗粒会产生沉淀,使坯体组织不均匀,干燥收缩不均,易开裂,另外吃浆速度减慢,半成品脱模晚,坯体板硬,加工性差,加工时很容易出现开裂现象。
[1]卫生瓷泥浆的相对粘度一般在4′30″～5′40″（用恩氏粘度计测定流出200ml泥浆所需时间）。
.
.
（1）相对粘度的测定
①配制电解质标准溶液：
配制百分浓度为5%或10%的Na2CO3、NaSiO3两种电解质的标准溶液。
电解质应在使用时配制，尤其是水玻璃极易吸收空气中CO2而降低稀释效果。
Na2CO3也应保存于干燥的地方，以免在空气中变成NaHCO3而成凝聚剂。
②粘土试样须经细磨、风干过100目筛。
③泥浆需水量的测定：
称取200克干粘土，用滴定管加入蒸馏水，充分搅拌至泥浆开始呈微流动为止（不同粘土的加水量波动于30－70%），记录加水量。
④电解质用量初步试验：
在上述泥浆中，以滴定管将配好的电解质标准溶液仔细滴入，不断搅拌和匀，记下泥浆明显稀释时电解质的加入量。
⑤取5只泥浆杯编好号，各称取试样300克（准确至0.1克），各加入所确定的加水量，调至呈微流动。
⑥在5只泥浆杯加入所确定的电解质加入量，其间隔为0.5ml～1ml。
5只泥浆杯中所加电解质质量不同但溶液体积相等，用电动搅拌机搅拌半小时。
⑦洗净并擦干粘度计，加入蒸馏水至两个尖形标志，调整仪器水平，将具有刻
度线的100ml容量瓶口对准粘度计流出孔，拔起木棒，同时记录时间，测定流出100ml
水的时间，然后用木棒塞住流出孔，做三个平行实验，取平均值，作为100ml水流
出时间。
⑧将上述五只泥浆杯中的泥浆用上法各做三个平行实验，取平均值，求得相对
粘度B（泥浆从流出孔流出，不要触及承受瓶的瓶径壁，应成一股泥浆流下）。
（2）结果计算：
①相对粘度计算公式
B=Cs/Ws式
（1）
式中：
Cs―100ml泥浆流出时间，秒
Ws―100ml水流出时间，秒
B―相对粘度
②以泥浆的相对粘度为纵坐标，以电解质的不同加入量为横坐标绘制曲线图（如图3-1）。
.
.
图3-1相对粘度-电解质含量曲线图
3.4.2泥浆吸浆速率的测定
在泥浆中固体颗粒的比表面积、泥浆浓度、泥浆温度、泥浆与石膏模间的压力差一定的条件下，单位时间单位模型面积上所沉积的坯体重量称为吸浆速度。
工艺上吸浆速度以石膏坩锅法和石膏圆柱体法测定之，前者以石膏坩锅壁单位面积上单位时间沉积的干坯重量表示吸浆速度，后者以石膏圆柱体外表面单位面积上单位时间聚积坯泥的重量表示吸浆速度。
（1）烧成过程的变化及烧成温度的确定
①烧成过程的变化
物理变化：
体积收缩至稳定，气孔率大变小至很小稳定，强度增大，密度增大。
化学变化：
高岭土→莫来石、无定形铝硅化合物、液相
长石→液相、析出二次莫来
石英→液相、石英
②烧成温度的确定
烧成温度：
达到性能要求所需的热处理温度。
瓷化温度：
气孔率最小、密度最大时的温度（围），此时强度最大。
确定方法：
测定不同温度小收缩率、气孔率（吸水率），作温度－收缩率，温度－吸水率图。
（2）吸水率、烧成线收缩率测定
①吸水率计算公式
W=（G-G
）/G
×100%
式
（2）
1
0
0
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
②将泥浆注入干燥的模型中，待吃浆完成后，取出试条，烘干后测量尺寸L0，
单位mm。
将干燥试条放在窑炉的窑车上烧成，冷却后取出试条，测量尺寸L，单位mm。
[3]则烧成线收缩率计算公式
Y=（L0-L）/L0×100%[5]
式（3）
式中：
Y—试样的烧成线收缩率，%
L
0—试样干燥后长度，mm
L
—试样烧成后的长度，mm
在200～1300℃围选取时选取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（如图3-2）确定烧成温度。
图3-2吸水率、收缩率曲线
（3）吸浆速度测定（石膏坩埚法）：
将泥浆注入已知重量的石膏坩埚静止25分钟，然后将多余的泥浆倒出在木架上
倒置30
分钟。
将坩埚连同附在壁的坯体一同置于105~110
℃下干燥至恒重，冷却，
称量。
[4]则得吸浆速率计算公式
V=（G1-G0）/At
式（4）
式中：
V―吸浆速度，g/cm2·sec
.
.
G0―测试前石膏坩锅重，g
G1―测试后坩锅重＋干坯重，g
2
A―坩锅表面积，cm
t―泥浆注入坩锅后静置时间，sec
3.4.3抗弯强度测定（三点弯曲法）
图3-3三点弯曲图
抗弯强度计算公式[6]
f
2
式（5
）
R=3PL/2bh
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。
.
.
参考文献
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中国标准，1992.
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中国标准，1999.
.
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