陶瓷生产使用的原料品种很多,从来源讲,一种是天然矿物原料;另一种是通过化学方法加工处理的化工原料。天然矿物原料主要为黏土,由多种矿物组合而成,是生产陶瓷的主要原料,黏土中的成分决定陶瓷制品的质量和性能。釉是指附着于陶瓷坯体表面的连续玻璃质层,施釉的目的是改善坯体的表面性能并提高其力学强度。
1.黏土
(1)黏土的分类。根据黏土中杂质的含量、耐火性及用途的不同,可将黏土分为以下四种:
1)高岭土。高岭土不含氧化铁等染色杂质,是高纯度的黏土,焙烧后呈白色。其颗粒较粗、塑性差、焙烧温度高,是制造瓷器的主要原料,有瓷土之称。
2)易熔黏土。易熔黏土含有大量的细砂、尘土、有机物和铁矿物等杂质,焙烧后呈红色,是生产砖瓦及粗陶制品的主要原料,又可称为硅土。
3)难熔黏土。难熔黏土也称微晶高岭土,其杂质含量少,较纯净,焙烧后呈淡灰色、淡黄色或红色,是生产陶质制品的主要原料,因此,有陶土之称。
4)耐火黏土。耐火黏土含杂质较少,耐火温度高,可达1580℃,焙烧后呈淡黄至黄色,是生产耐火、耐酸陶瓷制品的主要原料,有火泥之称。
(2)黏土的组成。黏土的组成包括矿物组成、化学组成和颗粒组成。后两种分析方法简单,易于进行。矿物组成分析较难,但有利于对黏土的研究。
组成黏土的主要化学成分是SiO2、A12O3和H2O,还含有少量的碱金属氧化物(K2O、Na2O)、碱土金属氧化物(CaO、MgO)及着色矿物(Fe2O3和TiO2)等。黏土的化学组成对其工艺性能和烧制品物理性质有着不同的影响。其中,SiO2含量高会使黏土的可塑性降低,但收缩较少;K2O、Na2O能使黏土的烧结温度降低;CaO、MgO会降低黏土的耐火度,缩小烧结范围,含量过高时会引起坯体起泡;Al2O3、TiO2含量高会使黏土难以烧结;Fe2O3、TiO2能引起烧后坯体显色。
黏土的矿物组成:黏土是多种微细矿物的混合体,主要由黏土矿物(含水铝硅酸盐类矿物)组成。另外,还含有石英、长石、碳酸盐、铁和钛的化合物等杂质。黏土的主要黏土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石(水云母)类三种。另外,还有较少见的水铝英石。水铝英石是一种非晶质的含水硅酸铝,在自然界并不常见,往往少量地包含在其他黏土中,包围在其他黏土颗粒上,从而提高了黏土的可塑性。
颗粒组成是指黏土中含有不同大小颗粒的百分比含量。黏土中黏土矿物的颗粒是很细的,其直径一般为1~2μm,而不同的黏土矿物其颗粒大小也不同,如蒙脱石的颗粒要比高岭石的小。
(3)黏土的工艺性能。黏土是陶瓷的主要原料,黏土的性质对陶瓷的生产有很大的影响。黏土的工艺性能包括可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩性、烧结性、耐火度等。在此简单介绍以下几种:
1)可塑性和结合性。黏土与适量水混炼以后形成泥团,这种泥团在一定外力作用下产生形变但不开裂,当外力去掉后,仍能保持其形状不变。黏土的这种性质称为可塑性。可塑性是黏土能够制成各种陶瓷制品的基础,主要由黏土矿物组成、含量、颗粒形状、细度与级配等决定。如膨润土是蒙脱石类矿物,黏粒含量多,石英、长石等杂质少,因而,黏性强、可塑性强。
黏土的结合性是指黏土能结合一定细度瘠性原料,形成可塑泥团并具有一定的干燥强度的能力。一般可塑性好的黏土,其结合性也好。(www.xing528.com)
2)收缩性。塑制成型的黏土坯,在干燥过程中黏土所含水分蒸发,黏土颗粒相互靠拢引起体积收缩,是物理状态的变化,干缩值通常为3%~12%。干坯在焙烧过程中,由于发生一系列物理化学变化(如脱水作用,分解作用,莫来石的生成,易熔杂质的熔化,以及这些熔化物充满质点间空隙等),因而黏土再度收缩,称为烧成收缩。
3)烧结温度和烧结范围。黏土是多种矿物组成的物质,没有固定的熔点。当黏土在煅烧过程中温度超过900℃时,开始出现液相并逐渐增加,在液相表面的张力作用下,未熔颗粒相互靠拢,使体积收缩,气孔率下降,密度提高。对应体积开始剧烈变化的温度称为开始烧结温度。当黏土完全烧结,其气孔率降至最低值,收缩率达到最大值,该温度称为烧结温度。如继续升温,试样因液相太多发生变形,出现这种情况的最低温度称为软化温度。烧结温度到软化温度之间的温度区间称为烧结范围。在此范围内黏土可烧结致密。影响烧结的因素很多,其中主要是化学组成和矿物组成。从化学组成上看,碱性成分多、石英少的黏土易烧结,烧结温度也低。从矿物组成来看,蒙脱石类、伊利石类比高岭石类易于烧结,烧结后的吸水率也较低。纯耐火黏土的烧结范围约为250℃,优质高岭石约为200℃,伊利石类黏土仅为50℃~80℃。烧结范围越宽,陶瓷制品的烧成操作越容易掌握,也越容易得到煅烧均匀的制品。
2.釉
釉是指附着于坯体表面的连续玻璃质层。其具有与玻璃相类似的某些物理化学性质。
(1)长石釉和石灰釉。长石釉和石灰釉是瓷器、灯器和硬质精陶使用最广泛的两种釉。釉料一般都是由石英、长石、石灰石或方解石、大理石、白云石、高岭土、黏土及废瓷物等物质组成的。化学成分中含SiO2和Al2O3较高,成熟温度在1250℃以上,属高温釉类,也是透明釉的一种。
(2)滑石釉和混合釉。滑石釉是在长石釉和石灰釉的基础上逐步发展而来的。滑石是为了克服长石釉和石灰釉的不足而引进的,结果滑石的引进不仅使釉的烧成范围加宽了,而且还大大地提高了白度和透明度,当碱性组成中MgO的分数在0.5以上时称为滑石釉。
近代釉料趋同于多熔剂组成,称之为混合釉。它是以长石、石英、高岭土和其他多种助熔剂(滑石、白云石、方解石、氧化锌等)组成的釉料。采用多种熔剂,其助熔效果比单一熔剂作用好,根据各种熔剂的特性进行调配,可获得较为满意的效果。滑石用量一般为10%~15%;方解石用量为2%~5%;建筑陶器、炻器及硬质精陶用量也不宜超过18%;氧化锌用量不宜过高;细瓷釉最好控制在1%左右,高了易产生针孔,用量超过5%,釉面还会出现析品现象。
(3)生料釉和熔块釉。
1)生料釉是直接将原料制备成釉浆,这些原料在调制时不溶于水,在高温时能相互熔融。以上所讲的长石釉、石灰釉、滑石釉、混合釉均属此类。
2)熔块釉是在制浆前,先将部分原料熔成玻璃状物质并用水淬成小块(熔块),再与其余原料混合研磨成釉料。目前,熔块釉多用于成熟温度较低釉料,而且往往要用到低熔点的熔剂如碳酸钾、硝酸钾、碳酸钠、硝酸钠、硼酸与硼酸盐及铅的化合物等。这些物质中有些属于可溶性盐类,有的有毒,生料釉和熔块釉多用于精陶及某些软质瓷器。
(4)色釉。色釉是在釉料中加入着色氧化物或某些盐类化合物配制而成的。色釉按烧结温度不同分为高温色釉和低温色釉两种,其界限为1250℃,陶制品通常采用低温色釉,而炻器和瓷器则用高温色釉。色釉具有一定的装饰效果,操作方便、价廉、可遮盖不美观的坯体,广泛用于陶瓷工艺中。
(5)食盐釉。食盐釉不是在陶瓷生坯上直接施釉,而是当制品焙烧到一定温度时,将食盐投入窑中,在高温及水蒸气的作用下,食盐分解为氧化钠和氯化氢,以气态均匀分布于窑内,这两种物质与坯体表面的黏土及二氧化硅作用,在坯体表面形成一种玻璃质的釉层。它具有坚固不脱落、不开裂、耐酸性强等特点。
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