陶瓷析晶釉的制备精编.docx
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陶瓷析晶釉的制备精编
Documentnumber：
WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986
陶瓷析晶釉的制备精编
实验报告
实验名称：
陶瓷析晶釉的制备
姓名：
指导老师：
实验时间：
一、实验目的：
1.熟悉陶瓷材料制备的整个工艺过程；
2.了解影响陶瓷析晶釉的制备工艺和主要影响因素，如：
晶种加入量、烧成制度、原材料粒度等；
3.通过实验来提高实验能力、设计能力、钻研精神和解决问题的思考能力。
二、实验仪器和药品：
光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、行星磨、电阻干燥箱、1300℃加热炉、石英、石灰石、氧化锌、高岭土、甲基纤维素、钠长石
三、实验原理：
干压成型的原理：
高纯度粉体属于瘠性材料，用传统工艺无法使之成型。
首先，通过加入一定量的表面活性剂，改变粉体表面性质，包括改变颗粒表面吸附性能，改变粉体颗粒形状，从而减少超细粉的团聚效应，使之均匀分布；加入润滑剂减少颗粒之间及颗粒与模具表面的摩擦；加入黏合剂增强粉料的粘结强度。
将粉体进行上述预处理后装入模具，用压机或专用干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为致密坯体。
结晶釉的析晶原理：
影响结晶釉烧成的主要因素包括釉料的结晶特性、釉料的粘度、适当的结晶温度以及在此温度下的保温时间。
釉料的结晶特性包括成晶物质形成晶核的机理、成晶物质的过饱和程度及成品物质在釉中的溶解度，这些因素主要由釉料成分决定。
粘度对质点扩散的阻碍作用限制着结晶速度，合适的粘度为结晶过程中质点发育成点阵提供了有利条件。
粘度取决于温度，因此结晶的首要问题是确定合理的烧成温度，即在熔体降温冷却时，选择一个适宜的温度范围，并在此温度范围内进行保温以获得各种不同花形的结晶产物。
结晶釉的烧成制度必须符合结晶釉的结晶规律釉是一种玻璃质，当釉中的某种物质处于过饱和状态时，这种物质就有了结晶的自发倾向二但要从熔体或玻璃体中析出晶体，一般要经过两个步骤：
首先形成晶核，然后是晶体长大。
成核速度和晶体生长速度都是过冷度（熔点与系统所在温度的差值，Tm-T）和粘度的函数，它们在冷却开始与冷却终结时均降至零，而在某一温度达到最大，这两个最大值并不重合，晶核形成的最大速度在较低温度区，而晶体生长的最大速度在较高温度区。
因此，结晶的最佳温度应当位于与最大晶核形成速度及最大晶体生长速度相对应的温度之间，应该在这两个温度值之间去选择一个最适宜的结晶温度。
四、实验步骤：
1.坯体的制备，称量粘土，装进模具中，然后进行压坯。
其中在10Mpa保压30s，20Mpa保压30s。
重复上述过程39次，共制得40块坯体。
2.将坯体放置在加热炉中，加热至1100℃，然后保温10mins，自然冷却至室温。
3.按配比称量釉料，放置在球磨罐中，用行星磨进行球磨，球磨12mins。
（其中，料球水比为1:
:
1）。
4.浸釉。
将坯体一边浸入釉浆中，第一次浸入时间为5s，第二次为10s，然后将施好釉的坯体放入干燥箱内干燥。
5.将施好釉的坯体放进加热炉中进行不同温度制度的煅烧，并自然冷却至室温。
6.将煅烧好的坯体放置在体视显微镜下观察釉中析出的晶花。
7.用高分辨体视显微镜拍摄可观察晶花的图像，用作分析。
8.用扫描电子显微镜观察晶花的大小、釉面和中间层的形貌，以作分析。
9.制好的样品进行X射线衍射分析，即检测晶花的矿物组成是硅酸锌和反应的进行程度。
四、实验数据：
第一组：
石英/g
氧化锌/g
高岭土/g
石灰石/g
钠长石/g
甲基纤维素/g
煅烧温度/℃
保温温度/℃
保温时间/h
1
22
15
40
1220
1050
2
22
15
1220
1050
3
22
18
1220
1050
1
4
22
21
1230
1070
1
5
22
24
1220
1150
1
第二组：
石英/g
氧化锌/g
高岭土/g
石灰石/g
钠长石/g
甲基纤维素/g
煅烧温度/℃
保温温度/℃
保温时间/h
1
24
15
40
1220
1050
2
24
15
1220
1050
3
24
18
1220
1050
1
4
24
21
1230
1070
1
5
24
24
1220
1150
1
第三组：
石英/g
氧化锌/g
高岭土/g
石灰石/g
钠长石/g
甲基纤维素/g
煅烧温度/℃
保温温度/℃
保温时间/h
1
26
15
40
1220
1050
2
26
15
1220
1050
3
26
18
1220
1050
1
4
26
21
1230
1070
1
5
26
24
1220
1150
1
第四组：
石英/g
氧化锌/g
高岭土/g
石灰石/g
钠长石/g
甲基纤维素/g
煅烧温度/℃
保温温度/℃
保温时间/h
1
28
15
40
1220
1050
2
28
15
1220
1050
3
28
18
1220
1050
1
4
28
21
1230
1070
1
5
28
24
1220
1150
1
五、实验讨论：
1.晶花影像分析：
从上面两幅图像可知，经过烧成的釉面有晶花形成，也即是有析晶现象。
由图中的晶花形状可知，析晶釉的晶花是呈针微晶状，这并不是理想的晶花结构。
晶体析出形成晶花有一个中心点，然后在中心四周按结晶规律定向析出，有明显的条纹和方向性。
其中釉层析出的特点是晶体小，形状不完整，分布不均匀；釉面不够光滑和平整。
2.扫描电子显微分析：
从图像一明显可以看出，析晶釉的最大晶花直径为240μm，呈雪花状。
晶花瓣有明显的条纹性，同时呈现出放射性生长趋势，这说明了，析晶过程是按照析晶的晶相的矿物结构的取向生长的，同时析晶过程受到烧成过程中釉层粘度的影响，以至于析晶比较困难，晶花难以长大和长大的形状的完整性较差。
影响釉熔体析晶的主要因素有：
釉料组成、晶核剂、釉的粘度、液相分离、烧成制度、冷却制度等。
这些因素对于生成良好的析晶体有着重要的影响，控制好这些因素对析晶的关系，有利于生成析晶釉。
从图像二可得，釉面的结构不是均一性的，除了析出的晶花，还有其他的块状矿物形成，这说明了在烧成过程中，可能存在由于粘度大等因素造成部分晶体长大而不呈现出晶花状晶体。
这需要进一步去探讨和实验来证明粘度对晶体长大的影响。
从图像三、四可知，釉面中除了可见的晶花外，还有许多的小晶体析出，这可能是有大量的晶核析出，由于粘度、温度、保温时间等问题造成晶核没有长大。
釉熔体析晶过程包括晶核的形成和晶体的长大，两者的速率大小和保温温度有关，结晶釉的烧成是最关键的工序，这个过程中，釉料在高温下形成过饱和熔体，然后通过过冷却处理，使产品表面形成美丽的晶花。
对此，这需要进一步实验来确定煅烧温度和保温温度和保温时间。
从图像五可知，析出的晶体主要呈现六方体状，这和析出的晶体的主要矿物组成硅锌矿的晶型一致。
图像中突出部分为晶体的断面，从观察来看，截面结构疏松，脆性大。
从图像六得，釉层中存在气泡，这可能是由于釉熔体的粘度大、澄清时间不够，坯体气泡溢出至釉层等原因造成的，因此，解决气泡问题对于提高釉面的质量有着非常重要的意义，这可从温度、保温时间、釉料的组成入手解决，但前提是保证析晶釉的形成。
从图像七、八可知，坯体与釉层之间生产一层较厚的中间层，中间层的颜色与坯体和釉层都不同，在中间层中存在大量的气泡，结构也不够致密。
影响中间层发育的主要因素是坯釉的化学组成和烧成制度。
在实际生产中，提高烧成温度，延长烧成时间，增加釉料细度等来增加坯釉结合性。
在结合强度上，存在的气泡对于结合界面的强度影响很大，改善中间层的气孔率可增加坯釉间的结合强度。
3．X射线衍射分析：
XRD分析图谱与比较
从X射线衍射图谱中可以得出，析出的晶体的矿物组成为硅酸锌（Zn2SiO4）,数据结果符合预期的效果。
4．影响施釉的质量有哪些因素：
①坯体在施釉时要求其含水率应在4—7%以下。
过高，施釉时达不到要求的釉层厚度。
②坯体结合性过强或太差均影响施釉操作。
结合性过强的坯体在施釉时水分渗透困难，容易开裂；结合性太差的坯体施釉时易破损，造成操作困难。
③釉的浓度过大，会造成釉层偏厚且不均匀，还容易产生龟裂；浓度太小会产生釉层过薄的现象或延缓操作时间。
如强度低的坯体施用过稀的釉浆会因吸水过多或开裂或软塌破损。
④配料时釉料中的可塑性原料应恰当，可塑性原料过多会增大釉浆的粘度，施釉时不易均匀且收缩大，容易发生龟裂、卷釉等缺陷；可塑性原料过少，釉浆的悬浮性差，影响操作。
⑤釉料的粉碎细度不能过细。
过细者制成的釉浆稠度大，粘度也大，且不易均匀，施釉后会产生较大的收缩，甚至出现裂纹；过粗者则易产生沉降，影响操作。
5.烧成制度对析晶形态的影响：
结晶釉在不同析晶温度下，能形成不同形状和大小的晶体。
在微晶形成时，可能出现点微晶、针微晶、柱状微晶及板状微晶等不同形状，采用不同的保温制度，可以使微晶发展成不同形状的晶体。
例如：
点微晶可以生成针微晶，针微晶可以进一步长粗长宽，还可以长出分叉，这样就发育成为放射状结晶体。
实际上，放射状结晶就是由许多针微晶组成的。
针微晶进一步生长，就成为结晶釉制品中常见的放射圆盘状、双目状圆球体及蝴蝶结状结晶，这些都是生产中较易出现的晶花，主要是由于结晶釉在烧成时迅速冷却至保温温度所致。
6．粘度对晶体大小的影响：
釉熔体的粘度大，则质子迁移难，硅酸锌晶体不易长大。
粘度小则容易溜釉，使得釉层变薄，晶体不易长大。
因此需要有合适的粘度，合适的粘度需要有合适的釉料配比和烧成制度，只有粘度合适才能形成结晶形状良好的晶体，才能达到可见晶花的效果。
六．实验总结：
在结晶釉产品的生产过程中，确定合理的烧成制度是至关重要的。
不同烧成制度下的产品具有完全不同的结晶效果。
只有在良好的烧成条件下，才能出现发育完整的结晶体。
可以通过控制晶体生长时间来控制结晶釉中的晶体大小，选择晶体生长的温度来控制晶体的形状。
在这次设计和进行实验过程中，我了解了陶瓷材料制备的整个工艺过程和影响陶瓷析晶釉的制备工艺和主要影响因素。
在实验中，我学会了压制坯体和使用行星磨进行球磨，懂得如何对坯体进行施釉和烧釉，明白了各种设备和仪器在测试样品的重要性，理论是和实践相结合的，每一步的实验对于整个实验过程都是至关重要的，独立思考，刻苦钻研的精神也是必不可少的。
整个实验过程中，在与同学的交流和讨论中，我了解到团队在解决实际困难的重要性，还有体会到团队合作的重要作用，如分工合作方面的内容。
总的来说，此次实验我受益良多，明白自己在实践方面能力的欠缺，需继续努力学习和实践。
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