15.第十章陶瓷

1授课时间：第十六周（2010年12月15日）星期三上午8:00~11:00授课地点：第2教学楼407授课内容：第三编无机非金属材料及其制品第十章陶瓷本次课主要讲授内容提纲一、陶瓷的分类1、传统陶瓷的分类2、特种陶瓷的分类3、复合陶瓷二、传统陶瓷基础知识1、传统陶瓷的生产（简略）2、传统陶瓷的组成（略）3、传统陶瓷的缺陷（略）4、传统陶瓷的性质三、日用陶瓷制品1、日用陶瓷规格2、日用陶瓷的技术要求四、釉面内墙砖2（一）釉面内墙砖的主要品种（二）釉面内墙砖的技术要求1、外观质量2、尺寸及平整度允许偏差3、性能指标五、陶瓷锦砖（一）陶瓷锦砖的品种1、品种2、规格（二）陶瓷锦砖的技术要求1、尺寸允许偏差2、单块锦砖的质量要求3、成联锦砖的质量要求（三）陶瓷锦砖的标志、包装、运输和贮存3第十章陶瓷陶瓷的概念分狭义和广义两种理解。历史形成的传统陶瓷的概念是指由粘土、长石和石英等无机物质的混合物经磨细、成型、干燥、烧成而得到的制品的总称，泛指陶瓷、玻璃、砖瓦、耐火材料、搪瓷、水泥等，上述产品中都含有硅酸盐，因此也称为硅酸盐制品。随着科学技术的进步，现在还包括用其它原料按照陶瓷制造工艺制成的制品，如石灰制品、炭素材料、氧化物磨料以及氮化物、硼化物等，现代的陶瓷概念基本上包括了所有的无机非金属材料。一、陶瓷的分类陶瓷按发展年代大致可分为三类，传统陶瓷、特种陶瓷和复合陶瓷。1、传统陶瓷的分类4传统陶瓷是指采用粘土、长石和石英等无机非金属天然矿物为原料，经粉碎、混合、磨细、成型、干燥、烧成等传统工艺制成的产品。传统陶瓷目前没有统一的分类方法。大致有两种分类方法。（1）传统陶瓷按坯体质地分类传统陶瓷按坯体质地分为陶器、炻器和瓷器，如表下表所示。表常见的陶瓷分类（P342）类别特征常见制品釉坯体颜色吸水率（%）陶器粗陶无釉带有颜色18~22砖、瓦、陶管、盆、罐精陶有釉白色或象牙色9~12釉面砖、建筑卫生陶瓷炻器粗炻器有釉带有颜色4~8外墙面砖、铺地砖细炻器有釉白色或带有颜色1~3日用器皿、有釉陶瓷锦砖、卫生陶瓷、化工及电器工业用陶瓷瓷器粗瓷有釉白色＜1墙地砖、陶瓷锦砖细瓷用餐茶具、陈设瓷、电瓷、美术用瓷5（2）传统陶瓷按用途分类传统陶瓷按用途又分为陈陶瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷和电瓷等。陈陶瓷主要包括各种装饰品。日用陶瓷按用途分为盘碟类，碗类，壶类，杯类，其它器物类；按器形分为：扁平制品，小空心制品，大空心制品；按规格分为：小型，中型，大型，特型。建筑陶瓷主要包括墙体制品，如建筑砖瓦等；装饰陶瓷，如釉面砖、外墙面砖、地砖、琉璃瓦等；工艺陶瓷，如彩陶、陶瓷壁挂、陶瓷壁画等。卫生陶瓷主要包括用于卫生设施的带釉陶瓷制品，如面盆、浴盆等。化工陶瓷主要包括衬里材料、阀和管道、塔和容器、泵和风机等。电瓷按电压分为低压电瓷（1KV）、高压电瓷（1~110KV）、超高压电瓷（﹥110KV）；按用途分为线路用电瓷、电器用电瓷和电站用电瓷。62、特种陶瓷的分类特种陶瓷是指以精制的高纯、超细人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制备工艺烧结，具有远胜于以往传统陶瓷性能的先进陶瓷。特种陶瓷按其功能和用途可分为结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、纳米陶瓷和复合陶瓷等。结构陶瓷。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的精细陶瓷。功能陶瓷。功能陶瓷是指利用其电、磁、声、光、热、弹等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷。功能陶瓷主要包括电功能陶瓷、磁功能陶瓷、半导体陶瓷等。生物陶瓷。生物陶瓷是指用作生物医学材料的陶瓷材料，主要用于人体骨骼-肌肉系统的修复和替换，也用于心血管系统的修复，以及药物运达和缓释载体。纳米陶瓷。纳米陶瓷是由纳米结构组成的新型陶瓷材料，其中晶粒尺寸、晶界宽度、第二相尺寸、气孔尺寸、缺陷尺寸都只限于纳米量级水平。73、复合陶瓷的分类特种陶瓷从化学组成上朝两个方向发展，一个是高纯，一个是复合。高纯是指某些单相陶瓷要求极高的纯度，也指复合陶瓷中组成相要求高纯度，以保证材料的性能。复合陶瓷是陶瓷材料中最活跃的研究领域，复合化是陶瓷材料的主要发展方向。例如金属陶瓷，就是由陶瓷与金属复合组成的，一般以陶瓷作为基体材料，因此归属于陶瓷材料。二、传统陶瓷基础知识（一）传统陶瓷的生产（简略）陶瓷制品的生产工艺主要包括配料、制坯成型、施釉和烧成等工序。有釉陶瓷制品根据焙烧次数分为一次烧成和二次烧成两种工艺。一次烧成是坯体干燥后即上釉，坯体与釉同时烧成。二次烧成是坯体干燥后先素烧，然后再施釉入窑釉烧。8无釉陶瓷制品是在配料中加入适当的着色氧化物，坯体干燥后直接烧成。陶瓷生产工艺流程如下图所示。配料成型干燥混合图传统陶瓷生产工艺流程示意图釉——是附着于陶瓷坯体表面的玻璃质致密层。釉具有一定的光泽和颜色，在赋予制品平滑光亮的表面、保护釉下装饰图案、遮盖坯体缺陷的同时，提高了制品的抗渗性、热稳定性、化学稳定性和机械强度，增强了陶瓷材料的使用功能和装饰效果。（二）传统陶瓷的组成（略）（三）传统陶瓷的缺陷（略）（四）传统陶瓷的性质其他原料粘土长石粘土石英坯料坯体烧成素烧施釉釉烧粘土施釉烧成成、有釉陶瓷制品无釉陶瓷制品91、力学性质（1）强度陶瓷具有很高的抗压强度，较低的抗拉强度、抗折强度和抗冲击强度。一般陶瓷的抗拉强度只能达到102MPa数量级，约为其抗压强度的1/10，陶瓷制品在使用中抗拉强度尤为重要。（2）硬度陶瓷的硬度为划痕硬度，常采用莫氏硬度反映材料硬度的相对大小。陶瓷具有很高的硬度，但是随着温度的升高而降低。莫氏硬度——表示矿物硬度的一种标准。莫氏硬度从小到大分为十级，具体排序如下：1级——滑石（3MgO·4SiO2·H2O）2级——石膏（CaSO4·2H2O）3级——方解石（CaCO3）4级——萤石（CaF2）5级——磷灰石（Ca5(PO4)3FCa5(PO4)3F）6级——正长石（K2O·Al2O3·6SiO2）7级——石英（SiO2）8级——黄玉（Al2[SiO4](F,OH)2）9级——刚玉（Al2O3）10级——金刚石（C）102、热性质陶瓷的热性质是陶瓷制品的主要性能之一，常用热容、热膨胀系数、热传导速率及抗热震性来表征。3、光学性质光学性质通常是指光照射到物体表面被反射、折射、散射、吸收等性质。对陶瓷制品来说，主要是指透光性，瓷器通常具有高度透光性。三、日用陶瓷制品1、日用陶瓷规格日用陶瓷的规格如下表所示。表日用陶瓷的规格小型中型大型特型盘碟类口径mm﹤128128~228228~350﹥350碗类口径mm﹤110110~175175~250﹥250壶类容量mm3﹤250250~10001000~2400﹥2400杯类口径mm﹤60≥60112、日用陶瓷的技术要求（1）品级。日用陶瓷分为优等、一等、合格品。（2）吸水率。细瓷类产品不大于0.5%，普瓷类产品不大于1%，炻器类不大于3%。（3）热稳定性。成套系列产品要求180~20℃一次不裂，非成套小、中型产品要求180~20℃一次不裂，大、特型产品要求160~20℃一次不裂。（4）铅、镉溶出量。日用陶瓷的铅、镉溶出量符合GB12651规定。（5）日用陶瓷的白度、釉面光泽度及成套产品的釉色色差。白瓷白度、釉面光泽度及成套产品的釉色色差应符合下表的要求。表白瓷白度、釉面光泽度及成套产品的釉色色差指标优等品一等品合格品白度%≥70.0≥60.0≥55.0光泽度%≥85.0≥85.0≥80.0色差≤1.0≤2.0≤3.012四、釉面内墙砖根据国家标准GB/T4100-1992《釉面内墙砖》的规定，釉面内墙砖是用于建筑物内墙的保护及装饰的薄板状施釉精陶制品，简称釉面砖，俗称“瓷砖”。釉面内墙砖属于精陶制品。为了增强粘贴力，釉面内墙砖背面做有凹槽纹，背纹深度应不小于0.2mm。釉面内墙砖的厚度一般为5mm。（一）釉面内墙砖的主要品种釉面内墙砖按釉面颜色分为单色（含白色）、花色和图案砖三种；按正面形状分为正方形、长方形和异型配件砖。（二）釉面内墙砖的技术要求1、外观质量釉面内墙砖在满足规格尺寸及平整度允许偏差的前提下，根据外观质量分为优等品、一等品、合格品等，各等级产品的外观质量应符合下表的要求。13表釉面内墙砖的外观质量要求项目允许偏差优等品一等品合格品开裂、夹层、釉裂不允许白度白色釉面砖的白度不小于73或供需双方商定色差基本一致不明显不严重剥边、落脏、坯粉、斑点、棕眼、缺釉、釉泡、波纹、釉缕、桔釉、图案缺陷、正面磕碰目测距离砖面1m处无可见缺陷目测距离砖面2m处无可见缺陷目测距离砖面3m处无可见缺陷背面磕碰深度为砖厚的1/2不影响使用2、尺寸及平整度允许偏差釉面内墙砖的规格尺寸及平整度允许偏差符合标准规定。（略）143、性能指标（1）比重。釉面内墙砖的比重为2.3~2.4g/cm3。（2）吸水率。釉面内墙砖的吸水率不大于21%。（3）耐急冷急热性。经140℃温差（由热空气中进入冷水中）后，釉面内墙砖不允许出现破损、裂纹或釉面剥离现象。（4）抗龟裂性。在水蒸气压力为500±20kPa、温度为159±1℃的蒸压釜中（不与水接触）保持1小时后，釉面内墙砖不允许出现裂纹。（5）抗弯强度。釉面内墙砖的抗弯强度平均值应不小于16MPa；当砖的厚度大于或等于7.5mm时，抗弯强度平均值应不小于13MPa。（6）抗折强度。釉面内墙砖的抗折强度为2.0~4.0MPa。（7）冲击强度。釉面内墙砖用30g钢球从30cm高处落下三次不碎。（8）耐化学腐蚀性。对其耐化学腐蚀性不作要求，需要时由供需双方商定。15五、陶瓷锦砖根据国家建筑材料局标准JC/T456-1996《陶瓷锦砖》的规定，陶瓷锦砖是以优质瓷土为主要原料，经压制烧成的片状小瓷砖。产品边长不大于50mm，表面一般不施釉，通常将不同颜色和形状的小块瓷砖铺贴在牛皮纸上组成色彩丰富、图案繁多的装饰砖成套使用，所以又称为“纸皮砖”，俗称“马赛克（Masaic）”。（一）陶瓷锦砖的品种1、品种锦砖按表面性质分为有釉、无釉锦砖；按砖联分为单色、拼花两种。2、规格单块砖边长不大于50mm；砖联分正方形、长方形。特殊要求可由供需双方商定。3、品级锦砖按尺寸允许偏差和外观质量分为优等品和合格品两个等级。16（二）陶瓷锦砖的技术要求1、尺寸允许偏差（1）单块锦砖尺寸允许偏差应符合下表的规定。表单块陶瓷锦砖尺寸允许偏差项目尺寸允许偏差优等品合格品长度≤25.0±0.5±1.0＞25.0厚度4.0±0.2±0.44.5＞4.5（2）成联陶瓷锦砖的线路为2~5mm，联长分为284.0mm、295.0mm、305.0mm和325.0mm四种。线路是指单块陶瓷锦砖之间的间距。成联陶瓷锦砖的线路、联长的尺寸允许偏差应符合下表的要求。有特殊要求的尺寸偏差可由供需双方商定。17表成联陶瓷锦砖尺寸允许偏差项目尺寸允许偏差优等品合格品线路2.0~5.0±0.6±1.0联长284.0±2.5±3.5295.0305.0-0.5-1.0325.02、单块锦砖的质量要求①陶瓷锦砖按外观质量和尺寸允许偏差分为优等品和合格品，各等级产品的外观质量和尺寸允许偏差应符合标准的要求。②吸水率。无釉陶瓷锦砖的吸水率应不大于0.2%，有釉陶瓷锦砖的吸水率应不大于1.0%。③耐急冷急热性。将烘箱升温至比室内冷水温度高140±2℃，把试样迅速放入烘箱内，在此温度条件下保持30min，取出试样，立即放入冷水中，5min后从水中取出试样，擦干试样表面。用涂墨水法检查有无裂纹。有釉锦砖经急冷急热试验不裂，对无釉锦砖不作要求。18④抗压强度。陶瓷锦砖的抗压强度为15~25Mpa。⑤耐酸碱性。陶瓷锦砖的耐酸度大于95%，耐碱度大于84%。3、成联锦砖的质量要求①陶瓷锦砖与铺贴衬材（牛皮纸）应粘结牢固，不得在运输或铺贴施工时脱落。②陶瓷锦砖侵水后应脱纸方便，正面贴纸陶瓷锦砖脱纸时间不应大于40min。陶瓷锦砖脱纸试验：将正面粘贴的砖联平放在平底容器内，铺贴纸向上，用水浸透，在40min之内捏住的贴纸的一角折180°，沿对角线方向揭纸，所有锦砖均应脱落。③色差。联内及联间锦