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1、第四章 陶瓷的组成设计及配料计算,1. 陶瓷的结构与性能 2. 常见陶瓷的原料与组成 3. 坯料的配制 4. 配料计算,1. 陶瓷的结构与性能,陶瓷烧结体的显微组织结构,结晶物质 玻璃态物质 气孔,陶瓷的相组成,陶瓷材料的键性：主要是离子键与共价键，而且往往是 两种键杂交在一起。,陶瓷材料的实际强度为理论强度的1/10 l/100。,陶瓷材料另一个强度特征是室温下具有脆性。 在外加应力作用下会突然断裂；其抗冲击强度低，承受 温度剧变能力差。,提高陶瓷性能的方法：,提高材料的常温强度 降低其总气孔率，且控制好气孔的大小、形状和分布。还要控制晶粒的大小、数量和形状。 改善脆性 降低脆性(即增韧)对
2、提高强度有利。 增韧方法：一般有表面补强、复合增韧和相变增韧。 除强度和脆性外，陶瓷材料的高温力学性能、光学性能、介电、磁学性能都与材料的组成和结构密切相关。,2.常见陶瓷的原料与组成,长石质瓷,绢云母质瓷,骨灰瓷,滑石质瓷,马赛克,3、坯料组成的表示方法,配料比（量）表示法 矿物组成(又称示性矿物组成)表示 化学组成表示 实验公式(赛格式)表示 分子式表示法,配料比（量）表示法,这是最常见的方法，列出每种原料的重量百分比。,如刚玉瓷的配方：工业氧化铝95.0、苏州高岭土2.0、 海城滑石3.0。 卫生瓷乳浊釉的配方：长石33.2、石英20.4、苏州 高岭土3.9、广东锆英石13.4、氧化 锌
3、4.7、煅烧滑石9.4、石灰石9.5、 碱石5.5。,具体反映原料的名称和数量，便于直接进行生产或试验。 无法互相对照比较或直接引用。,矿物组成(又称示性矿物组成)表示法,普通陶瓷生产中，常把天然原料中所含的同类矿物含量 合并在一起，用粘土矿物、长石类矿物及石英三种矿物的重 量百分比表示坯体的组成。,依据：同类型的矿物在坯料中的主要作用基本上是相同。,这种方法只能粗略地反映一些情况。,化学组成表示法,根据化学分析的结果，用各种氧化物及灼减量的 重量百分比反映坯和釉料的成分。,利用这些数据可以初步判断坯、釉的一些基本性质。 再用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。,由于原料和产品中这些氧
4、化物不是单独和孤立存在的， 它们之间的关系和反应情况又比较复杂，因此这种方法也 有其局限性。,实验公式(赛格式)表示法,以配方中各氧化物的摩尔数来表示，即根据坯或釉的化学组成计算出各氧化物的分子数，按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序排列。这种式子称为坯式或釉式。,坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，令其分子数为1， 则可写成下列形式： （xR2O+yRO）1R2O3zSiO2,在釉料中碱金属及碱土金属氧化物起熔剂作用，所以釉式中常以它们的分子数之和为1，写成的釉式为：,1（R2O+RO）uR2O3vSiO2,电子工业用的陶瓷常用分子式表示其组成。配方中以各元素分子数量或分子百分数来表
5、示。,例如最简单的锆钛铅固溶体的分子式为： Pb（ZrxTi1-x）O3 它表示PbTiO3中的Ti有x分子被Zr取代。,如：Pb0.920Mg0.040Sr0.025Ba0.015（Zr0.53Ti0.47）O3 +0.500 重量CeO2+0.225重量MnO2,上式表示：Pb（Zr0.53Ti0.47）O3中的Pb有4分子被Mg取代， 2.5分子被Sr取代，1.5%分子被Ba取代；在PbTiO3中的Ti 有53分子被Zr取代，或者说PbTiO3中的Zr有47被Ti取代。 外加的CeO2和MoO2为改性物质。,分子式表示法,4、配料计算,几种不同表示方法的换算:,a、由坯料的化学组成计算坯
6、式 b、由坯式(或分子式)计算配料量 c、由化学组成计算配料量,知道坯料的化学组成，可按下列步骤计算：,a、由坯料的化学组成计算坯式（釉式）,若坯料中的化学组成包含有灼减量成分，首先应将其换算 成不含灼减量的化学组成； 以各氧化物的摩尔质量，分别除各该项氧化物的质量百分 数，得到各氧化物的摩尔数； 以碱性氧化物或中性氧化物摩尔数之和，分别除各氧化物的 摩尔数，即得到一套以碱性氧化物或中性氧化物的摩尔数值 按ROR2O3RO2的顺序排列的实验式。,例 某瓷坯的化学组成如表2-18所示，试求该瓷坯的实验式。 表2-18 某瓷坯的化学组成,O,67.09 26.33 0.86 1.22 0.34 2
7、.17 2.00 100 Al2O3摩尔数：26.33/101.96=0.2582； Fe2O3摩尔数： 0.86/159.7=0.0054 0.2582+0.0054=0.2636 0.2582/0.2636=0.9795 0.0054/0.2636=0.0205 SiO2摩尔数： 67.09/60.09=1.1165 1.1165/0.2636=4.236 同理获得其他氧化物前的摩尔数。 经上述计算步骤可得该瓷坯实验式为：,b、由坯式(或分子式)计算配方,例：今欲配制压电陶瓷的分子式为： Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3十0.5Cr 2O3十0.3Fe 2O3,所采用原
8、料与纯度见下表，欲配料1kg（不包含外加 改性剂），试计算各原料的配比。,解：,(1)先计算坯式的分子量 将坯式改写为：,（PbO）0.95 （SrO）0.05 （ZrO2）0.5（TiO2）0.5,1摩尔坯料的质量，即1摩尔Pb0.95Sr0.05(Zr0.5Ti0.5)O3 的质量为318.79g,(2) 计算各主要原料所需的质量(),PbO：212.05318.7966.52 SrO：5.18318.791.62 ZrO2：61.61318791933 TiO 2：39.95318.7912.53,把PbO、SrO数量折算为Pb3O4及SrCO3的数量：,由Pb3O4分解生成PbO的百分
9、比为：,3PbO/Pb3O4 = 3223.21/685.63 100=97.67(%),即需要Pb3O4：,66.52/97.64 100=68.11(%),由SrCO3分解生成SrO的百分比为：,SrO/SrCO3 =103.62/147.63 100=70.18(%),即需要SrCO3：,1.62/70.18 100=2.3(%),计算外加剂铅及改性剂的质量(),在坯料烧结过程中氧化铅会挥发一部分，为弥补这个 损失，配料时通常多加一些氧化铅，其质量约占总质量的 0.51.5。这里确定多加入Pb3O41.5。,外加改性剂的质量百分数在分子式中给出为： 0.5Cr2O3，0.3Fe2O3。,按原料纯度计算原料用量，见下表,c、由化学组成计算配料量,例：某厂的耐热瓷坯料及原料的化学组成如下表， 试计算此耐热瓷坯的配料量。,解：I. 将原料干燥基化学组成换算成灼烧基(不含灼减量) 的化学组成。 如所给定的坯料组成中有灼减量，也须同样换算成不含 灼减量的各氧化物的百分组成。上述原料经换算后的灼烧基 化学组成如下表 (K2O、Na2O以合量计)。,II. 列表,用化学成分满足法进行配料计算，其坯料中膨润土用量 规定不超过5，兹定为4。计算过程见下表：,III. 计算原料干燥基的百分含量,在计算粘土用量时所带入的MgO及K2O、Na2O，如含量 很少，可以不予考虑。,