实验预习要求、每次做实验前必须对实验进行预习。实验预习内容包括：1）实验目的及内容：主要解决做什么？2）实验意义及原理：主要解决为什么做？3）实验中必须取哪些数据，列出数据记录简表：解决如何做？二、实验报告内容1.实验目的2．实验原理：要说明实验的依据及要测量的数据；3．实验装置：实验流程图和流程说明；4.实验主要操作步骤；5．实验数据记录：列表记录实验中数值及单位；6．数据整理：列出数据整理表，并写出数据计算过程示例：7.实验结果及结论：将实验结果用图标或关系式表示出，并得出实验结论；8．分析与讨论：就实验中的问题进行分析；9.完成思考。5
5 一、 实验预习要求 每次做实验前必须对实验进行预习。实验预习内容包括： 1）实验目的及内容：主要解决做什么？ 2）实验意义及原理：主要解决为什么做？ 3）实验中必须取哪些数据，列出数据记录简表：解决如何做？ 二、 实验报告内容 1．实验目的 2．实验原理：要说明实验的依据及要测量的数据； 3．实验装置：实验流程图和流程说明； 4．实验主要操作步骤； 5．实验数据记录：列表记录实验中数值及单位； 6．数据整理：列出数据整理表，并写出数据计算过程示例； 7．实验结果及结论：将实验结果用图标或关系式表示出，并得出实验结论； 8．分析与讨论：就实验中的问题进行分析； 9．完成思考
无机非金属材料工程专业实验-3（陶瓷方向）
无机非金属材料工程专业实验-3（陶 瓷方向）
实验一陶瓷成型原料的性能及制备一、实验目的1、了解注浆成型用泥浆稀释剂的种类和测定泥浆性能的原理，掌握泥浆性能的测定方法；2、了解泥料可塑性测定的两种方法，掌握泥料可塑性测定的具体操作方法3、了解造粒的作用和干压成型的原理，掌握手工造粒、干压成型的操作方法。二、实验原理陶瓷成型原料又称坏料，是将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型性能的多组分混合物。根据成型方法不同，坏料通常可分为三类：注浆坏料（含水率28%~35%，如生产卫生瓷用的泥浆）、可塑坏料（含水率18%~25%，如生产日用瓷用的泥团）、压制坏料（含水率3%~7%，如生产建筑瓷用的粉料）。对于各类坏料的基本质量要求是配料准确，组分均匀，细度合理等。对于各类坏料还有各自的具体要求，如注浆坏料要求流动性好、悬浮性好等，可塑坏料要求可塑性良好、形状稳定性好等，压制坏料要求流动性好、堆积密度大等。本实验针对这三类坏料的不通过性能要求，分别进行相应的性能测试以及坏料制备。（一）泥浆性能实验日用瓷、化学瓷、美术瓷及空心制品等形状复杂的陶瓷制品必须采用浇注成型。如果简单地用水将陶瓷原料稀释，这样制得的泥浆含水会达到50~60%以上，这就使浇注成型、制品干燥等发生困难。如果加入适量的某种电解质，就可以使陶瓷浆料在含水量少的情况下，获得良好的流动性和悬浮性，这对于加速陶瓷的注浆速率，使泥浆沿管道畅通的流动，在浇注时很好的充满石膏模型，减少干燥收缩和开裂，提高生坏强度等都有极其重要的意义。稀释剂的选择，在无机物质中，常用钠盐和铵盐，如碳酸钠、磷酸钠、六偏磷酸钠、水玻璃等。这些稀释剂与粘土发生离子交换反应后，钠离子容易产生电离，使粘土胶团溶剂化膜半径增大，动电电位增加，质点间斥力增加促进泥料的稳定性和流动性：高价阳离子的盐类，与粘土发生离子交换反应后，动电电位减小，易聚凝，稀释效应较差，故不宜采用作稀释剂。对于钠盐来说，阴离子对稀释作用也有影响，主要决定于粘土和稀释剂反应生成的溶度积，溶解度愈小的稀释愈完全。对水玻璃来说，阴离子的作用还在于硅胶离子在粘土上的吸附，形成保护膜的作用。常用的有机稀释剂有丹宁酸、丹宁酸钠、腐植质酸钠、楊煤碱性提取物等，这些有机物能与吸附在粘土上的多价阳离子如钙离子、镁离子等形成不溶性盐或稳定的络合物。另外，有机稀释剂中的极性基-COOH及-OH等能围绕粘土形成有机胶体保护膜，使泥浆稳定。还有聚合电解质也被用来作为稀释剂，使用效果较好的有聚丙稀酸盐、羟甲基纤维素、木质素磺酸盐、阿拉伯树胶等。它们都是水溶性聚合物，能在含水的悬浮液中充分吸附在固体粒子的表面。它们对泥浆的影响取决于聚合物的特性、表面吸附、聚合度和结构等
实验一 陶瓷成型原料的性能及制备 一、实验目的 1、了解注浆成型用泥浆稀释剂的种类和测定泥浆性能的原理，掌握泥浆性能的测定方法； 2、了解泥料可塑性测定的两种方法，掌握泥料可塑性测定的具体操作方法； 3、了解造粒的作用和干压成型的原理，掌握手工造粒、干压成型的操作方法。 二、实验原理 陶瓷成型原料又称坯料，是将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型性能的多组 分混合物。根据成型方法不同，坯料通常可分为三类：注浆坯料（含水率 28%~35%，如生 产卫生瓷用的泥浆）、可塑坯料（含水率 18%~25%，如生产日用瓷用的泥团）、压制坯料（含 水率 3%~7%，如生产建筑瓷用的粉料）。对于各类坯料的基本质量要求是配料准确，组分均 匀，细度合理等。对于各类坯料还有各自的具体要求，如注浆坯料要求流动性好、悬浮性好 等，可塑坯料要求可塑性良好、形状稳定性好等，压制坯料要求流动性好、堆积密度大等。 本实验针对这三类坯料的不通过性能要求，分别进行相应的性能测试以及坯料制备。 （一）泥浆性能实验 日用瓷、化学瓷、美术瓷及空心制品等形状复杂的陶瓷制品必须采用浇注成型。如果简 单地用水将陶瓷原料稀释，这样制得的泥浆含水会达到 50~60%以上，这就使浇注成型、制 品干燥等发生困难。如果加入适量的某种电解质，就可以使陶瓷浆料在含水量少的情况下， 获得良好的流动性和悬浮性，这对于加速陶瓷的注浆速率，使泥浆沿管道畅通的流动，在浇 注时很好的充满石膏模型，减少干燥收缩和开裂，提高生坯强度等都有极其重要的意义。 稀释剂的选择，在无机物质中，常用钠盐和铵盐，如碳酸钠、磷酸钠、六偏磷酸钠、水 玻璃等。这些稀释剂与粘土发生离子交换反应后，钠离子容易产生电离，使粘土胶团溶剂化 膜半径增大，动电电位增加，质点间斥力增加促进泥料的稳定性和流动性；高价阳离子的盐 类，与粘土发生离子交换反应后，动电电位减小，易聚凝，稀释效应较差，故不宜采用作稀 释剂。对于钠盐来说，阴离子对稀释作用也有影响，主要决定于粘土和稀释剂反应生成的溶 度积，溶解度愈小的稀释愈完全。对水玻璃来说，阴离子的作用还在于硅胶离子在粘土上的 吸附，形成保护膜的作用。 常用的有机稀释剂有丹宁酸、丹宁酸钠、腐植质酸钠、裼煤碱性提取物等，这些有机物 能与吸附在粘土上的多价阳离子如钙离子、镁离子等形成不溶性盐或稳定的络合物。另外， 有机稀释剂中的极性基-COOH 及-OH 等能围绕粘土形成有机胶体保护膜，使泥浆稳定。 还有聚合电解质也被用来作为稀释剂，使用效果较好的有聚丙稀酸盐、羟甲基纤维素、 木质素磺酸盐、阿拉伯树胶等。它们都是水溶性聚合物，能在含水的悬浮液中充分吸附在固 体粒子的表面。它们对泥浆的影响取决于聚合物的特性、表面吸附、聚合度和结构等
（二）泥料可塑性测定可塑性是陶瓷泥料的重要工艺性能，是指粘土或坏料用适量水调和后，在外力作用下能获得任意形状而不发生裂纹或破裂，以及在外力作用停止后，仍能保持该形状的能力。可塑性能的高低直接影响到陶瓷的成型和干燥过程。可塑性与调和水量，即与颗粒周围形成的水膜厚度有一定关系。一定厚度的水化膜会使颗粒相联系，形成连续结构，加大附着力。水膜又能降低颗粒间的内摩擦，使质点能相互沿着表面滑动而易于塑造各种形状，从而提高可塑性。加入水量过多会产生流动，使泥团失去塑性，呈泥浆状：加入水量过少，则连续水膜破裂，内摩擦增加，可塑性降低。目前为止仍无一种方法能完全符合生产实际的可塑性测定方法，各研究单位或工厂仍广泛沿用测定可塑性指数和可塑性指标的两种方法，对粘主或坏料的可塑性进行初步评价。可塑性指数法即通过研究试样在受力过程中应力与应变之间的关系来确定泥料的可塑性，受人为因素影响较小。该方法定义可塑性指数R来量度泥料的可塑性，使用圆柱体试样。可塑性指标法测定的是泥料对形状变化的抵抗力（在工作水分下，泥料受力最初产生裂纹时的应力与应变乘积），使用球形试样。（三）造粒与干压成型实验工业生产上的造粒过程泛指将粉体（或泥浆）加工成形状和尺寸都比较匀整的球块的机械过程。造粒得到的粉料颗粒是一种颗粒的集合体，通常由几十或更多的原始粉末颗粒和水、成型剂及颗粒间的气孔所组成（如图1）。通过造粒工艺，压制坏料的流动性可显著提高，从而保证充填模具的速度和均匀性：各种原料混合物的均匀度可以很好地保持，在贮存、运输和使用时不会发生变化：此外，造粒还可减少粉尘飞扬、便于商业应用等。对于高技术陶瓷粉料而言，因为其通常为性料，在常温下不产生塑性变形，因此须借助于塑化成型剂的作用，才能成型为具有一定形状、致密度和强度的坏体。造粒的过程也是将高技术陶瓷粉体与塑化成型剂均匀混合的过程。15kuTMmX17100Mm1420SEI142eSE115kvX1e,e0e(a)(b)a-造粒得到的团粒（尺寸~100μm）b-团粒断面上的原始粉末颗粒（尺寸<1um）图1喷雾干燥造粒得到的Al2O3造粒料微观照片
（二）泥料可塑性测定 可塑性是陶瓷泥料的重要工艺性能，是指粘土或坯料用适量水调和后，在外力作用下能 获得任意形状而不发生裂纹或破裂，以及在外力作用停止后，仍能保持该形状的能力。可塑 性能的高低直接影响到陶瓷的成型和干燥过程。 可塑性与调和水量，即与颗粒周围形成的水膜厚度有一定关系。一定厚度的水化膜会使 颗粒相联系，形成连续结构，加大附着力。水膜又能降低颗粒间的内摩擦，使质点能相互沿 着表面滑动而易于塑造各种形状，从而提高可塑性。加入水量过多会产生流动，使泥团失去 塑性，呈泥浆状；加入水量过少，则连续水膜破裂，内摩擦增加，可塑性降低。 目前为止仍无一种方法能完全符合生产实际的可塑性测定方法，各研究单位或工厂仍广 泛沿用测定可塑性指数和可塑性指标的两种方法，对粘土或坯料的可塑性进行初步评价。可 塑性指数法即通过研究试样在受力过程中应力与应变之间的关系来确定泥料的可塑性，受人 为因素影响较小。该方法定义可塑性指数 R 来量度泥料的可塑性，使用圆柱体试样。可塑 性指标法测定的是泥料对形状变化的抵抗力（在工作水分下，泥料受力最初产生裂纹时的应 力与应变乘积），使用球形试样。 （三）造粒与干压成型实验 工业生产上的造粒过程泛指将粉体（或泥浆）加工成形状和尺寸都比较匀整的球块的机 械过程。造粒得到的粉料颗粒是一种颗粒的集合体，通常由几十或更多的原始粉末颗粒和水、 成型剂及颗粒间的气孔所组成（如图 1）。通过造粒工艺，压制坯料的流动性可显著提高， 从而保证充填模具的速度和均匀性；各种原料混合物的均匀度可以很好地保持，在贮存、运 输和使用时不会发生变化；此外，造粒还可减少粉尘飞扬、便于商业应用等。对于高技术陶 瓷粉料而言，因为其通常为瘠性料，在常温下不产生塑性变形，因此须借助于塑化成型剂的 作用，才能成型为具有一定形状、致密度和强度的坯体。造粒的过程也是将高技术陶瓷粉体 与塑化成型剂均匀混合的过程。 （a） （b） a-造粒得到的团粒（尺寸~100μm） b-团粒断面上的原始粉末颗粒（尺寸＜1μm） 图 1 喷雾干燥造粒得到的 Al2O3 造粒料微观照片
造粒工艺有很多种，工业生产中通常采用喷雾干燥造粒，容易获得球形和适当粒度组成的团粒，造粒料动性好，且生产效率高。在实验室研究中所用粉料的量往往很少（几克至几百克），所以一般采用手工造粒，将塑化成型剂与陶瓷粉料混合，制备出具有一定流动性的造粒料。最常用的塑化成型剂为聚乙烯醇（PVA）溶液，其黏结力使成型后的坏体在去除成型作用力后仍能保持所需的形状，并具有一定的强度。压制成型法包括干压成型、等静压成型等，其中干压成型法是生产片状、小块状产品常用的方法之一，也是科研工作中应用最多的成型方法之一。该方法是将造粒粉料在钢制模具（如图2）中经轴向压制而获得坏体的过程。一般情况下，成型压力越大，所得坏体的密度、强度也越高。但高技术陶瓷粉料可塑性差、硬度大，成型压力过大会造成气体排出困难、坏体密度降低、坏体容易开裂，并会拉伤甚至压裂模具，所以陶瓷成型压力一般控制在50~300MPa范围内。粉料的于压成型最简单的是单向加压成型，即模具下模冲不动，只通过上模冲加压。由于模壁的摩擦力作用，粉料从上向下受到的压力不断减小，其密度也随之下降，会引起烧结后的材料密度及尺寸变化的不均匀。为了改善坏体密度不均匀的问题，可采用双向加压成型方法，即上下两个模冲从两端同时加压成型。图2干压成型模具示意图（1-阴模，2-上模冲，3-下模冲，4-脱模垫片）三、实验方法（一）实验装置及设备泥浆性能实验：NDJ-8S型数显粘度计泥料可塑性测定：KS-B型微电脑可塑测定仪造粒与干压成型实验：研钵、40目筛、SB-10T手扳式制样机、钢模（二）实验步骤1、泥浆性能实验（1）准备被测泥浆
造粒工艺有很多种，工业生产中通常采用喷雾干燥造粒，容易获得球形和适当粒度组成 的团粒，造粒料动性好，且生产效率高。在实验室研究中所用粉料的量往往很少（几克至几 百克），所以一般采用手工造粒，将塑化成型剂与陶瓷粉料混合，制备出具有一定流动性的 造粒料。最常用的塑化成型剂为聚乙烯醇（PVA）溶液，其黏结力使成型后的坯体在去除成 型作用力后仍能保持所需的形状，并具有一定的强度。 压制成型法包括干压成型、等静压成型等，其中干压成型法是生产片状、小块状产品常 用的方法之一，也是科研工作中应用最多的成型方法之一。该方法是将造粒粉料在钢制模具 （如图 2）中经轴向压制而获得坯体的过程。一般情况下，成型压力越大，所得坯体的密度、 强度也越高。但高技术陶瓷粉料可塑性差、硬度大，成型压力过大会造成气体排出困难、坯 体密度降低、坯体容易开裂，并会拉伤甚至压裂模具，所以陶瓷成型压力一般控制在 50~300MPa 范围内。 粉料的干压成型最简单的是单向加压成型，即模具下模冲不动，只通过上模冲加压。由 于模壁的摩擦力作用，粉料从上向下受到的压力不断减小，其密度也随之下降，会引起烧结 后的材料密度及尺寸变化的不均匀。为了改善坯体密度不均匀的问题，可采用双向加压成型 方法，即上下两个模冲从两端同时加压成型。 图 2 干压成型模具示意图（1-阴模，2-上模冲，3-下模冲，4-脱模垫片） 三、实验方法 （一）实验装置及设备 泥浆性能实验：NDJ-8S 型数显粘度计 泥料可塑性测定：KS-B 型微电脑可塑测定仪 造粒与干压成型实验：研钵、40 目筛、SB-10T 手扳式制样机、钢模 （二）实验步骤 1、泥浆性能实验 （1）准备被测泥浆