陶瓷原料:粘土的6大工艺性能

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(一)可塑性将粘土加入适量的水,再经捏练制成泥团,在外力作用下产生变形而不开裂。当外力去掉后,仍能保持其形状不变。粘土的这种性质称为可塑性。

陶瓷原料:粘土的6大工艺性能

(一)可塑性

将粘土加入适量的水,再经捏练制成泥团,在外力作用下产生变形而不开裂。当外力去掉后,仍能保持其形状不变。粘土的这种性质称为可塑性。

由于粘土呈可塑状态时,包含有固体和液体。因此,粘土的可塑性主要取决于固体和液体的性质,以及液体的数量。

可塑性是塑性法成形的基础,而影响可塑性的因素很多,主要是:

1、与粘土的颗粒细度有关:粘土的颗粒越细,分散程度越高,比表面积越大,可塑性越好。

2、与粘土的矿物组成有关:粘土中含蒙脱石或水铝英石的量越多,可塑性越好。

3、与水的用量有关:由于粘土被水润湿后,形成水化膜,使粘土颗粒相对滑动而产生可塑性。因此粘土与水必须按一定的比例配合,才能产生良好的可塑性。水量不够,可塑性体现不出来或不完全;过多则变为泥浆而失去可塑性。而每种粘土的用水量,因矿物组成和风化程度不同而不同,故须通过实验测定。

测定粘土的可塑性,常用可塑指数(即粘土的塑性限度与液性限度之差)或可塑指标与相应含水率来表示。所谓可塑性限度(简称塑限),是指粘土由固态进入塑性状态时的含水量而液性限度(简称液限),则为粘土由流动状态进入塑性状态时的含水量,两者之差则为粘土的可塑指数。从粘土与水的相互关系来说,其粒子的水化膜厚,工作水分高,可塑性好,但干燥收缩也大。液限高的粘土塑限高的粘土,其粒子很细,在水中分散度大,不易干燥,湿坯的强度也低。可塑性指数是表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。指数大则成形水分范围大,成形时不易受周围环境湿度及模具的影响,即成形性能好。但可塑性小的粘土调成的泥浆厚化度大,渗水性强,便于压滤榨泥。可塑性指标是指粘土在工作水分下,粘土受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。如采用这一参数,还应测出与之相应的含水率。可塑性指标也反映粘土的成形性能,若相应的含水率大,即工作水多,在干燥过程易变形、开裂。

粘土的可塑性能,根据可塑指数或可塑指标分为以下四类:

强塑性粘土:指数大于15,或指标大于3.61;

中等塑性粘土:指数为7—15,指标为2.5—3.6;

弱塑性粘土:指数为1—7,指标小于2.5;

非塑性粘土:指数小于1。

(二)结合性

粘土的结合性,是指粘土与瘠性原料粘合的能力,能形成良好的可塑泥团,并在干燥后,其生坯具有较好干燥强度。一般而言,粘土的塑性愈强,结合能力也愈大。测定粘土的结合性,通常是以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂的数量,及干燥后的抗折强度来表示。加入标准砂越多,表明粘土的结合能力越强。其标准砂的颗粒组成为0.25~0.15毫米70%,0.15~0.09毫米30%。

(三)收缩

粘土在干燥过程中,因水分蒸发,空隙减少,颗粒之间的距离逐渐缩短而产生体积收缩。此种反映称为干燥收缩,但收缩的数值与排出水份的体积并不相等,因为空气占据部分体积。再继续排水时收缩不再进行。在煅烧过程中,250℃以前产生收缩,600℃前后体积稍有膨胀。烧结时,由于液相的产生,填充在颗粒之间的空隙中,以及某些结晶物质的生成,使体积进一步收缩。此种收缩称为烧成收缩。两种收缩构成粘土的总收缩。

粘土或坯料的收缩以直线尺寸或体积尺寸表示。体积收缩近似等于直线收缩的三倍(误差6—9%)。

设计坯体尺寸和石膏模型尺寸,应考虑收缩值。

(四)颜色

由于粘土在形成过程中,混入有含铁、钛等杂质矿物和有机质,而被着成各种颜色,如灰、黄、褐、紫、绿及黑色等。经过煅烧,有机物分解挥发,但铁、钛等着色金属氧化物依然存在。若含量较多时,会显著降低粘土的白度。故在日用瓷坯釉中,铁、钛等着色氧化物被视为有害杂质。据测定,粘土中的铁含量不同,烧成后的颜色也不一样。

由此可见,粘土烧成后的颜色,是陶瓷工业选择原料最重要的条件之一。根据日用细瓷标准的要求,粘土原料的Fe2O3含量以小于0.5%为佳。

粘土中如含有较多的TiO2,也会显著降低白度而泛黄色。特别是在还原气氛中烧成,易使色泽发灰。因此,制造日用细瓷所用的粘土,要求TiO2含量,最好小于0.2%。

(五)烧结性

粘土或坯料在烧结过程中,由于易熔物的熔融而产生液相,填充在未熔颗粒间的空隙中,使气孔率下降,密度提高,体积缩小,变得坚实。在气孔率降到最低,密度达到最大,吸水率小于0.5%时的对应温度,称为烧结温度。

粘土烧结后,温度继续上升时,会出现一个稳定阶段。在此阶段,气孔率与体积密度变化不显著。当温度继续升高,气孔率又逐渐增大,密度逐渐下降,出现过烧膨胀。从开始烧结到过烧膨胀之间的温度间隔,称为烧结温度范围。

粘土的烧结温度与烧结温度范围,可通过气孔率、体积收缩和吸水率来测定,它是决定坯料配方、制定烧成温度、选择烧成温度范围的重要参数之一。为便于生产控制,希望粘土的烧结范围愈宽愈好。这主要取决粘土中所含A12O3/SiO2的比值以及熔剂矿物的种类和数量,优质高岭土的烧结范围可达200℃,不纯粘土约为150℃,伊利石类粘土仅50℃~80℃。

(六)耐火度

粘土的耐火度,是指抵抗高温作用不致熔化的能力。在日用陶瓷工业中,是制造匣钵等耐火材料的重要技术指标。

粘土的耐火度主要取决于它的化学组成。纯高岭土为1170℃。一般粘土常含有K2O、Na2O、Fe2O3、CaO、MgO等氧化物,所以它的耐火度随着杂质的增多而降低。

测定粘土的耐火度,常用测温三角锥测量。(作者:东方玺,来源:瓷博士,图来源:南茗佳人)

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