陶瓷材料加工方法概述
陶瓷原料通常可分爲坯用原料和釉用原料,在陶瓷生産中原料消耗量中坯用原料耗量約爲釉用原料的7~12倍,所以坯用原料的擁有量、質量及其要求的加工條件對陶瓷窯場(工廠)起著重要的作用。陶瓷原料主要是粘土、長石、石英及其他天然岩石。
陶器與瓷器在外觀與內在質量上雖存在著差異,但制造原理相同,生産工藝基本一致,綜合起來爲:坯料制備、成型﹑幹燥﹑施釉(可不施釉)、燒成和裝飾(可不裝飾)6個過程。每一個過程又可分爲若幹工序。
坯料制備(見陶瓷器原料)主要包括原料淨化、配料、粉碎和練泥等工序。由于天然礦物原料中雜質含量波動較大,往往需要采用揀選、淘洗、強磁除鐵等方法使之淨化,以保證配料的統一和符合預定組成要求。原料按比例配合,經過粉碎﹑摻水後,如果水分過多,要通過壓榨去掉多余水分,還須排除夾入的氣泡並使坯料中的水分均勻,以提高可塑性。一般可以利用陳腐、捏練和真空練泥等辦法。其中真空練泥效果好,效率高。
陶瓷器成型主要采用可塑法與注漿法。濕壓法與等靜壓法也有應用。可塑法成型又可分爲旋壓、滾壓、印坯、雕鑲以及較古老的拉坯法。這些方法的選擇取決于器型(例如扁平的或深凹的)、坯體的質量要求(如致密度大小)和生産效率。
陶瓷器成型主要采用可塑法與注漿法.濕壓法與等靜壓法也有應用.可塑法成型又可分爲旋壓、滾壓、印坯、雕鑲以及較古老的拉坯法.這些方法的選擇取決于器型(例如扁平的或深凹的)、坯體的質量要求(如致密度大小)和生産效率。
陶瓷器的器型設計既要滿足産品的藝術效果和實用價值,還需要考慮生産技術的要求。因此,設計工作者在具有較高的審美素質的同時,還須熟悉生産工藝和工藝材料性質。例如將器型的彎曲部分設計成90°的折角,在幹燥與燒成中則容易出現裂紋。此外,器型設計還要結合使用要求,考慮減少洗滌﹑貯存、包裝、運輸等因素造成的損失。
陶瓷器的器型設計既要滿足産品的藝術效果和實用價值,還需要考慮生産技術的要求.因此,設計工作者在具有較高的審美素質的同時,還須熟悉生産工藝和工藝材料性質.例如將器型的彎曲部分設計成90°的折角,在幹燥與燒成中則容易出現裂紋。此外,器型設計還要結合使用要求,考慮減少洗滌、貯存、包裝、運輸等因素造成的損失。
陶瓷器燒成是陶瓷器生産中的關鍵工序。燒成中必須制訂正確的溫度制度(包括升溫速度、最高溫度、保溫時間、冷卻速度等)和氣氛制度(包括氧化、還原和中性氣氛的溫度範圍和強度)。這些制度的制訂要依據坯體在溫度變化過程中的物理、化學變化,同時還須考慮窯爐的形式、結構和裝窯方法等的影響。
陶瓷坯料的主要原料
粘土
粘土是微細顆粒的水鋁矽酸鹽礦物的混合物,它潤濕之後具有可塑性,幹燥後具有一定剛性,在相當高的溫度下燒後變成具有一定強度的硬塊。它包括高嶺土、膨潤土、多水高嶺.伊利石及瓷石等。
粘土是由長石或含長石的岩石在一定地質條件作用下風化分解而生成,這種地質條件主要有長石岩或花崗岩等受到地下水、冰雪急冷,空氣中的碳酸等作用而風化,也可能是變質作用。由長石風化後保留在原處的粘土,被稱爲一次粘土;由長石風化而成後又被風力、洪水等沖積到低窪處聚集的粘土被稱爲二次粘土。我國南方的粘土大部分屬于一次粘土,北方粘土則多屬于二次粘土。
純淨的粘土是白色的,但漫長的地質風化過程中各種雜質會侵蝕進入,進而使粘土呈現不同的顔色,比如較少的鐵質侵入會使粘土呈黃色,較多的鐵質侵入則粘土呈紅色,少量的有機腐植物的侵入使粘土呈灰色,較多的有機腐植物的侵蝕則使粘土呈黑色。
純淨粘土的燒結溫度是較高的,通常在1500C~1700℃,但當含有一定的雲母、長石、白雲石、菱鎂礦等熔劑性礦物時,則燒結溫度要明顯降低。
通常情況下,埋藏于較深地層的粘土含較少的有機物,但熔劑性礦物較多;而處地層淺表的粘土則含較多有機雜質,而熔劑性礦物含量較少。
我國南方的粘土多屬于一次粘土,其中含有一定的殘留石英和長石,通常可塑性不高,而北方粘土多屬于二次粘土,含有較多的有機腐植物,可塑性較高。
粘土的結合性和可塑性是由于粘土礦物大都屬于具有層狀結構的片位物,和十.物的1A的1E直方被水潤濕之後,片與片之間的垂直方向吸附力很大,但在平行方向的相對滑移則很容易,進而産生了粘土的結合性與可塑性。例如,兩片玻璃之間存有少許水時,要想直接拉開它們是很困難的,但讓二者相對滑移分開則是容易的,其道理是一樣的。
長石及其他熔劑
陶瓷原料中的熔劑原料主要是堿金屬(或堿土金屬)的鋁矽酸鹽或碳酸鹽等礦物。常用的有長石、石灰石、白雲石、滑石。這類原料都可以降低粘土的燒結溫度。另外,它們都屬瘠性原料、無可塑性,可以降低粘土的粘性,並降低幹燥收縮。在燒成過程中這類原料首先在較低溫度下熔融,産生液相,將坯內的孔填充,促進燒結;在冷卻時,這些液相的粘度急劇增大,防止坯體變形或開裂。我國古代最早是采用石灰石、滑石等助熔劑,或采用含長石較多的花崗岩。以石灰石、滑石爲主熔劑的坯體通常燒成範圍較窄,而以長石爲助熔劑時可拓寬燒成範圍。
石英
石英在自然界主要存在于石英岩、矽砂及砂岩中。石英是陶瓷原料的一個重要部分,其熔點爲1685°℃,在加熱過程中僅在573℃左右有體積膨脹,其他溫度較爲安定,但石英熔融到液相中後可以大大提高液體的粘度,改善制品的抗熱震性能。
石英可以顯著的降低粘土的粘性,降低幹燥收縮和開裂。所以石英是陶瓷器中的骨架原料。原始人在使用粘土後就知道添加石英。
瓷石
瓷石是岩石的一種,它是一種由多種礦物聚集而成的原料,即瓷石不是單一的礦物岩石,而是多種礦物組成的集合體,其實瓷石是屬于一種硬質粘土。它是一種由石英、絹雲母組成,並含有若幹高嶺石、長石等堅硬或半堅硬的岩石狀礦物。一般由絹雲母、水雲母質粘土與石英、長石﹑高嶺土,碳酸鹽以及黃鐵礦等雜質膠結而成。因而礦物組成和化學成分比較複雜,性質差異很大。瓷石的主要礦物組成是石英和絹雲母,其次爲長石,並含有少量高嶺石,有的幾乎不含高嶺石。每種瓷石都含有碳酸鹽。主要化學成分是二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鉀和氧化鈉。
瓷石經粉碎後加水即具有可塑性。若用高溫瓷石(如南港瓷石)制作坯胎,在1200℃左右燒成,具有良好的瓷化特性,不至于變形。
釉及其組成
釉是覆蓋于坯體表面的類玻璃層。多孔性坯體在施有釉後可以防止水的浸透;致密的坯體施有釉後其表面光澤生輝,更加美觀。另外,釉可以封蔽坯體表面微裂紋,增加制品的強度。釉的性質與釉的組成及燒成條件有很大關系。
釉是覆蓋于坯體表面的類玻璃層.多孔性坯體在施有釉後可以防止水的浸透;致密的坯體施有釉後其表面光澤生輝,更加美觀.另外,釉可以封蔽坯體表面微裂紋,增加制品的強度.釉的性質與釉的組成及燒成條件有很大關系。
釉字的古體較亂雜,如記作:油,以表示其油珠光澤;或礎,表示其以石類爲材料;或稱爲釉藥,表示其配方如同配中藥一樣的繁雜及深奧。
釉字的古體較亂雜,如記作:油,以表示其油珠光澤;或礎,表示其以石類爲材料;或稱爲釉藥,表示其配方如同配中藥一樣的繁雜及深奧。
釉的種類(按制備方法):
(1)生料釉:由不溶于水的原料調配成的釉。
(2)熔塊釉:先將可溶于水或有毒的原料與石英等制成熔塊,再與其他原料調配而成。
(3)食鹽釉:在燒成結束前將食鹽等從爐口投入,在窯內形成食鹽蒸氣,冷卻後該蒸氣則附著于坯體表面。
釉亦可按燒成溫度來分類爲:低溫釉(≤1120℃);中溫釉( 1120℃~1200℃)和高溫釉(≤1300C)。
高溫釉的種類很多,常見的有石灰釉、石灰—堿釉、長石釉以及鹽釉等。中國曆代高溫釉,除了個別例外,基本上都是石灰釉。造成這種現象的主要原因有以下幾點:
(1)盡管中國不缺長石礦,但其資源分布不像草木灰那樣每個窯場都有,而且長石礦硬度較高,必須碾碎後才能用,沒有草木灰那樣方便。
(2)鹽釉是歐洲于12世紀至14世紀發明的,主要用于焰器。中國古代沒有這種釉。
(3)中國古代最早發明的釉是草木灰釉,後來經過改進,又演變成石灰釉和石灰—堿釉,這些釉具有取材方便、工藝簡單以及價廉物美等許多優點,所以它們在發明後就被全國各地窯場普遍采用,後來就世世代代地相傳下來了。
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