卫生陶瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试
1.实验目的
通过陶瓷工艺设计性综合实验，达到：
（1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；
（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，测试烧结温度范围用20个，按烧成温度烧成10个。
图2-1  实验流程
2.3完成实验总结报告(2周)
3.设计内容
3.1前言
  3.1.1课题背景
    纵观我国陶瓷发展史，自改革以来，卫生陶瓷工业快速发展起来，多年位居世界第一，成为世界卫生陶瓷生产大国。
    目前，中国的卫生陶瓷生产可谓诸侯林立，企业大部分集中在河南，河北和广东地区，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，从产量上来说河南是最大的，而从产品的档次和出口来讲，则是广东独占鳌头。
    在国内生产陶瓷飞速发展的同时，欧盟卫生陶瓷行业也出现新的变化与发展，中国大量
出口卫生陶瓷的同时也大量进口外国高档卫生陶瓷产品，国外著名的卫生陶瓷品牌纷纷在中国建厂，抢占中国高档卫生陶瓷市场。
而如今，广大人民的辛福生活已离不开卫生陶瓷带来的无线便捷，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。行内人士都知道,陶瓷坯釉料配方是陶瓷生产企业生产和技术管理中非常重要的部分，所以卫生陶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陶瓷坯料配方，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陶瓷的坯料化学成分（表3-1）
表3-1  某卫生陶瓷的坯料化学成分（质量%）[2]
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
CaO
MgO
K2O
Na2O
合计
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
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
CaO
MgO
K2O
Na2O
烧失量
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
苏州土
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
苏州土
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（采用苏州土）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
化学组成
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
CaO
MgO
K2O+Na2O
某卫生陶瓷
70.09
23.48
0.76
0.51
0.47
1.05
3.44
苏州土  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
=3.19%
2.09
0.01
微量
-
0.05
1.03
-
余量
60.59
17.11
0.68
0.51
0.37
0
3.44
长石
100×3.44/15.88
=21.66%
14.00
4.12
0.02
-
0.13
0.04
3.44
余量
46.59
12.99
0.66
0.51
0.24
-0.04
0
生砂石
100×12.99/46.91
=22.11%
14.53
12.99
0.06
0.03
0.07
-
-
余量
32.06
0
0.60
0.48
0.17
-0.04
0
石英
100×32.06/98.80
=24.29%
32.06
0.23
0.03
0.03
-
0.10
-
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内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
苏州土
14%
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
苏州土：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
原料
石英
长石
滑石粉
苏州土
生砂石
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,泥浆流入模型内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。 

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