陶瓷工艺学(焦宝祥)

本教材整合了普通陶瓷和特种陶瓷的工艺原理与基本方法，阐述了材料组成和工艺过程对材料性能与结构的影响，为无机非金属材料专业学生解决陶瓷生产过程中的复杂问题提供了基础知识和方法。内容涉及陶瓷材料的原料选择、组成设计、工艺过程、结构形成、性能优化等方面的基本知识和原理。包括原料选择及加工、坯釉的配料计算、成型工艺、干燥、烧结及加工等内容。目的是让学生熟悉陶瓷生产的共性原理，理解工艺因素对陶瓷产品性质与结构的影响，能够从技术的角度分析陶瓷生产中的问题并加以解决，同时，具备研发和设计新工艺、新技术与新材料的基本能力。

本书是针对材料类本科专业学生而编写的，内容宽泛，深入浅出，具有较强的实用性。也可作为材料类工程技术人员的参考用书。

 

0 绪论 001

0.1 陶瓷的概念与分类 001

0.1.1 按陶瓷概念和用途分类 001

0.1.2 按坯体的物理性能分类 002

0.2 我国陶瓷技术发展 003

0.2.1 高纯、超细、均质的陶瓷粉体制备技术 004

0.2.2 低成本、复杂形状陶瓷部件成型工艺 004

0.2.3 新烧结技术 005

0.2.4 改善陶瓷材料韧性和可靠性 005

0.2.5 新型功能陶瓷材料 005

思考题 006

1 陶瓷原料及加工 007

1.1 黏土类原料 007

1.1.1 黏土的成因与产状 008

1.1.2 黏土的组成 009

1.1.3 黏土的工艺性质 017

1.1.4 黏土在陶瓷生产中的作用 023

1.2 石英类原料 024

1.2.1 石英矿石的类型 024

1.2.2 石英的性质 025

1.2.3 石英的晶型转化 026

1.2.4 石英在陶瓷生产中的作用 029

1.3 长石类原料 029

1.3.1 长石的种类和性质 029

1.3.2 长石的熔融特性 030

1.3.3 长石在陶瓷生产中的作用 032

1.4 其他矿物原料 032

1.4.1 碳酸盐类 032

1.4.2 滑石、蛇纹石 034

1.4.3 硅灰石、透辉石、透闪石 036

1.4.4 骨灰和磷灰石 038

1.4.5 瓷石 038

1.5 新型陶瓷原料 039

1.5.1 氧化物类原料 039

1.5.2 碳化物类原料 043

1.5.3 氮化物类原料 046

1.6 陶瓷原料的加工与合成工艺 049

1.6.1 原料的精选 049

1.6.2 原料的预烧 051

1.6.3 机械法制备粉体 053

1.6.4 化学法合成粉体 068

思考题 078

2 坯料及其制备 079

2.1 坯料的类型 079

2.1.1 瓷器坯料 079

2.1.2 精陶坯料 083

2.2 坯料配方设计依据与配料计算 083

2.2.1 坯料配方设计的依据 083

2.2.2 坯料配方的计算 084

2.3 坯料的制备 095

2.3.1 坯料的种类和质量要求 095

2.3.2 泥浆的脱水 097

2.3.3 造粒 101

2.3.4 坯料的陈腐和真空处理 102

思考题 105

3 釉料及其制备 107

3.1 釉层的特点与作用 107

3.1.1 玻璃通性 107

3.1.2 釉层结构 107

3.1.3 釉的特点 108

3.1.4 釉的作用 108

3.2 釉层的性质 108

3.2.1 釉层的物理性质 108

3.2.2 釉层的化学稳定性 114

3.3 坯釉适应性 115

3.3.1 坯、釉膨胀系数 115

3.3.2 坯釉中间层的形成 116

3.3.3 釉层的弹性 116

3.3.4 釉层厚度 117

3.4 釉的分类及其组成 117

3.4.1 釉的分类 117

3.4.2 釉料的组成 118

3.5 釉料配方设计依据及配料计算 119

3.5.1 确定釉料配方的依据 119

3.5.2 釉料配方计算 121

3.6 釉浆的制备 127

3.6.1 制备釉浆的工艺 127

3.6.2 釉浆的质量要求及控制 127

3.7 施釉 128

3.7.1 基本施釉方法 128

3.7.2 静电施釉 129

3.7.3 流化床施釉 129

3.7.4 干压施釉 130

3.7.5 釉纸施釉 130

3.8 釉层的形成 130

3.8.1 釉层加热过程中的物理化学变化 130

3.8.2 釉层中气泡的产生 132

思考题 133

4 成型 134

4.1 概述 134

4.1.1 成型方法分类 134

4.1.2 成型方法的分类与选择 134

4.2 可塑成型 135

4.2.1 可塑泥料的流变特性 135

4.2.2 影响泥料可塑性的因素 136

4.2.3 滚压成型 136

4.2.4  旋压成型 137

4.2.5 塑压成型 139

4.2.6  挤压成型 140

4.2.7 轧膜成型 141

4.3 注浆成型 141

4.3.1  注浆成型的特点及其影响因素 141

4.3.2 注浆过程中的物理-化学变化 147

4.3.3 注浆成型工艺 148

4.4 干压成型 152

4.4.1 粉料的工艺性能 152

4.4.2 粉料的致密化过程 153

4.4.3 加压制度对坯体质量的影响 154

4.4.4 干压成型常见缺陷分析 155

4.5 其他成型方法 157

4.5.1 等静压成型 157

4.5.2 热压铸成型 159

4.5.3 流延成型 162

4.5.4 纸带成型 162

4.5.5 注凝成型 163

4.5.6 注射成型 164

4.5.7 陶瓷材料的3D 打印成型 166

思考题 170

5 坯体的干燥和排塑 172

5.1 干燥的工艺问题 172

5.1.1 黏土的干燥敏感性 172

5.1.2 干燥的工艺过程 173

5.1.3 干燥收缩与变形 174

5.1.4 干燥开裂 176

5.1.5 坯体干燥后性质的影响因素 177

5.2 干燥制度的确定 178

5.2.1 干燥速度及其影响因素 178

5.2.2 确定干燥介质参数的依据 180

5.3 干燥方法 181

5.3.1 热空气干燥 181

5.3.2 工频电干燥 182

5.3.3 微波干燥 183

5.3.4 远红外干燥 185

5.3.5 综合干燥 186

5.4 坯体的排塑 186

5.4.1 排塑的作用 186

5.4.2 影响排塑过程的因素 187

5.4.3 排塑制度的确定 187

5.5 修坯 187

思考题 188

6 烧成 189

6.1 固相烧结和液相烧结 189

6.1.1 烧结类型 189

6.1.2 烧结驱动力 190

6.1.3 固相烧结机理 191

6.1.4 液相烧结机理 194

6.1.5 材料参数对烧结的影响 197

6.2 烧成制度的制定 200

6.2.1 烧成制度与产品性能的关系 200

6.2.2 确定烧成制度的根据 205

6.2.3 烧成制度的确定 206

6.3 烧成方法 207

6.3.1 低温烧成和快速烧成 207

6.3.2 热压烧结 211

6.3.3 热等静压烧结 214

6.3.4 放电等离子体烧结 216

6.3.5 微波烧结 218

6.3.6 其他烧结方法 219

6.4 热工设备 220

6.4.1 间歇式窑炉 220

6.4.2 连续式窑炉 224

思考题 226

7 陶瓷的装饰、加工及改性 227

7.1 陶瓷装饰 228

7.1.1 陶瓷颜料 228

7.1.2 色釉 228

7.1.3 彩绘 229

7.1.4 贵金属装饰 229

7.1.5 晶化釉 229

7.2 陶瓷的机械加工法 230

7.2.1 陶瓷的切削加工 230

7.2.2 陶瓷的磨削加工 230

7.2.3 陶瓷的研磨 232

7.2.4 陶瓷的抛光 233

7.3 陶瓷的特种加工技术 233

7.3.1 电火花加工 233

7.3.2 电子束加工 235

7.3.3 激光加工 235

7.3.4 超声波加工 236

7.4 陶瓷表面金属化 236

7.4.1 被银法 237

7.4.2 化学镀镍法 238

7.4.3 真空蒸发镀膜 239

7.5 陶瓷-金属封接技术 239

7.5.1 玻璃焊料封接 239

7.5.2 烧结金属粉末封接 241

7.5.3 活性金属封接 241

7.5.4 封接的结构形式 242

7.6 陶瓷表面改性新技术 242

7.6.1 离子注入技术 242

7.6.2 等离子体喷涂 243

7.6.3 激光技术 245

7.6.4 爆炸喷涂 245

7.6.5 陶瓷粉体的表面包覆改性 246

思考题 247

参考文献 248

 

陶瓷工艺学是一门传统工艺与现代技术相结合的综合学科。不仅担负着对传统工艺和技术传承的重要使命，而且要不断对材料组成、工艺过程、生产技术及产品性能进行改进及创新，并紧跟自动化、信息化的时代步伐。

现代陶瓷工艺涉及的领域很广，是多学科、新技术和新工艺交叉融合的产物，是一个国家国民经济的发展基础和综合实力的标志。为了促进该学科和产业的发展，适应信息化时代的要求，满足传统陶瓷和新型陶瓷材料产业的快速发展，本教材结合我国高等教育改革和建设的现状，整合传统陶瓷与现代陶瓷基本知识，面向应用型本科教学特点而为材料类学生编写，其目标是培养生产一线的应用型高级工程人才。

本教材针对应用型本科人才的培养层次和培养目标，坚持“基础宽泛，突出应用”的原则，适应人才培养模式的改革，教材着重从基本概念、基础理论和工艺过程等方面培养学生的工程应用能力，具有以下特点。

1.融合了传统陶瓷和现代陶瓷基本知识、理论与工艺方法，阐述了材料组成和工艺过程对材料性能与结构的影响。

2.吸收了本学科的新研究成果，基本反映了当代陶瓷工艺研究和应用的新趋势。

3.基本内容宽泛并易懂，注重理论的深入浅出。

4.渗透了环保、节能的理念。

本教材由焦宝祥任主编，管浩任副主编。参加本书编写的人员有盐城工学院焦宝祥（绪论、第1章1.6节、第3章、第4章4.5节）、韩朋德（第1章1.1节～1.5节）、王旭（第2章）、顾大国（第4章4.1节～4.4节）、管浩（第5章～第7章）。全书由焦宝祥修改并统稿。

本教材在编写过程中，吸收和借鉴了许多相关教材、专著的内容，并引用了一些专家和学者的著作与文献，谨此表示衷心的感谢。同时要感谢江苏高校品牌专业建设工程（PPZY2015A025）对本教材的资助。

鉴于时间短促和限于编者水平有限，本书难免有不足或疏漏之处，欢迎读者在使用过程中批评指正。

编　者

2019年7月