陶瓷技术

陶瓷技术（精选十篇）

陶瓷技术 篇1

中国建筑卫生陶瓷协会秘书长缪斌首先介绍了今年国内陶瓷行业形势, 他说:我国建筑卫生陶瓷工业的规模多年位居世界第一, 具备由大变强的良好基础;但当前制约行业发展的因素很多, 特别是生产成本、环境及资源因素对行业发展的制约日益显现;陶瓷行业是一个高能耗的行业, 其中用于烧成和干燥工序的能耗所占比重最大, 这其中又以陶瓷窑炉为耗能之最。在当今能源日趋紧张、价格居高不下的大环境下, 降低能耗、节能减排就成为陶瓷行业发展的当务之急。他希望广大陶瓷窑炉设备企业加大创新力度, 为行业提供更多性能优良的节能环保设备。

华南理工大学的曾令可教授针对当前陶瓷窑炉节能减排的发展态势进行了分析, 并从窑炉结构的优化, 烧成技术的创新等方面对窑炉节能减排的技术进行了阐述。广东摩德娜科技股份有限公司、佛山中鹏机械有限公司、广东科达机电股份有限公司粉体工程事业部、广东中窑窑业股份有限公司、湖北黄冈市中亚窑炉有限责任公司、佛山市艾米陶瓷机械工程有限公司、金刚企业集团等行业知名企业的负责人分别介绍了在窑炉节能降耗减排领域的最新研究成果。

蜂窝陶瓷及其相关材料技术 篇2

蜂窝陶瓷是近三十年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。

蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状，目前最大的孔数已达到了每平方厘米20～40，密度每立方厘米4～6克，吸水率最高达20%以上。由于多孔薄壁的特点，大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能，目前生产的产品，其网状孔以三角和四方为主，三角比四方承受力好得多，孔数也多些，这一点作为催化载体尤其重要。随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少，陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的，热冲击破坏的温度也是提高的。因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。热膨胀系数是主要性能指标，当前国外水平是α25－1000℃≤1.0×10－6℃－1，与国内对比有一定差距，不过这差距越来越小。最早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等，而今天已突破了，尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用，蜂窝陶瓷应用日益广泛，性能越来越好。

除了用于烧结成型的蜂窝陶瓷外，还出现了不烧结的蜂窝陶瓷，这大大提高了催化性能的活性。不仅外观尺寸由最小的球环形状发展到大尺寸的立柱和方形和圆形。根据模具设计的不同；可以制作成不同尺寸不同形状不同结构的蜂窝陶瓷。如用在石化行业炼油空气吸附干燥的分子筛催化剂，尺寸高达0.8m，宽0.25m的正方形，孔数每平方厘米达到25，从原料、工艺以及机械制造方面都有了很大的变化。尤其是生产工艺有了很大提高。作为催化剂的蜂窝陶瓷要求在制造成型时不开裂，有机成分必须释放干净，除了耐磨性能外还要求有一定的机械强度，再生回用多次。

蜂窝陶瓷主要产品有蓄热填料、活性炭、活性氧化铝、分子筛、瓷料球、塔填料和催化剂等数十种产品，蓄热填料的蜂窝陶瓷热容量J/kgk1000以上，使用温度≥1700℃，在加热炉、烘烤器、均热炉、裂解炉等窑炉中可节省燃料达40%以上，产量提高15%以上，排放烟气温度低于150℃。

活性炭粉末或颗粒制成蜂窝陶瓷形状后，大大提高了水处理的净化和废水处理能力，尤其在医药工业中抗菌素、激素、维生素、核酸针剂及各种针剂，药物等的脱水脱色去杂质等。

蜂窝陶瓷填料比其它形状填料的比表面积更大，强度更好等优点，可使汽液分布更均匀，床层阻力降低，效果更好，且可延长使用寿命，在石化、制药和精细化工行业中作填料效果相当好。

蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优势。以蜂窝状陶瓷材料为载体，采用独特的涂层材料，以贵金属，稀土金属及过渡金属制备，因而具有高的催化活性，良好的热稳定性，长的使用寿命，高强度等优点。

用于催化裂化的蜂窝陶瓷正在取代现有的产品。催化裂化用200～500℃之间的重馏分油为原料（包括减压馏分，直馏轻柴油、焦化蜡油等），以硅铝酸盐为催化剂，反应温度在450～550℃之间（随反应器类型而异）。它产量大（每个大型催化裂化装置，每年裂化油品百万吨以上），技术条件要求高（例如，催化剂每接触油几分钟甚至几秒钟就要再生，每分钟流过流化床催化剂达10t或更多）随着催化活性的提高，为了加快再生速度，要求更加苛刻的再生条件。例如600～650℃，甚至700℃，催化剂消耗量大，每吨进料油消耗0.3～0.6kg催化剂，催化剂力学强度差的，消耗的还要大得多。这要求着催化剂活性、选择性、稳定性的稍微提高，对生产实际将具有重大意义。正因为如此，蜂窝陶瓷催化剂也在不断推陈出新，市场需求也越来越大，这些催化裂化用的催化剂被蜂窝陶瓷催化剂所代替，大尺寸多孔数的蜂窝陶瓷催化剂已崭露头角，有着强劲的发展势头。

汽车催化剂

汽车催化剂是稀土应用市场一个较新的产品，有氧化型催化剂和三元催化剂之分。氧化型不能解决NOx排放问题已经过时。三元催化剂在备有一个传感器的闭路系统内工作，它在将CO和HC氧化为CO2和水、NOx同步还原为氮的同时，还能控制内燃机内的空（气）／燃（油）比。

汽车的排放系统内安装一个不锈钢盒，盒内放置的是催化净化转化器，转化器内的汽车催化剂以做成蜂窝状的陶瓷或金属为基体，蜂窝体内表面涂以由Al2O3、稀土基材料（CeO2和其它金属氧化物的混合氧化物）和少量贵金属（铂、钯或铑）三个组元构成的活性涂层。催化主要由铂等贵金属完成。

稀土中的CeO2具有极好的储氧能力，空／燃比发生变化时能起极好的动态调节作用，即在燃料多时供氧，氧化CO和HC，燃料少时以Ce2O3的形式起还原作用，将NOx从排放气体中除去。稀土以助催化剂的形式，通过铈的高效氧化还原偶合作用和高的离子迁移性，提高三元催化剂的催化活性，节约贵金属，并提高Al2O3载体的耐热性能。其中尤以CeO2中加入氧化锆ZrO2形成的固溶体能显著提高CeO2的热稳定性和活性，提高尾气净化器在汽车发动机温度（达570℃）下的耐热性能。近年来，欧、美、日已利用了这项成果。

我国需深入研究催化基础理论

自美国于上世纪70年代中期推行汽车催化剂的应用以来，目前已有40余个国家实施了排放控制法。2000年欧洲制定的欧Ⅱ标准，要求颗粒排放物的允许数值是：CO2.3g／km、HC0.20g／km、NOx0.15g／km，到2005年实施欧Ⅳ标准时，颗粒排放物的允许数量将再下调40％~50％。显然是环保法规推动了对颗粒排放物的日益严格的控制，而这也催生了新的稀土催化材料及形成日趋强大的市场。

美国的汽车保有量在1.8亿辆以上，到1996年用于汽车催化剂的稀土氧化物用量已突破1.3万吨，占其国内稀土总消费量的46％，1999年更上升到占其总消费量的60％，年产汽车催化剂近5000万套，而其石油裂化催化剂中稀土的用量也在逐步恢复，1996年已上升到7300t，占稀土总消费量的25％，而我国稀土催化应用，显然没有达到美国的高度，石油催化裂化占国内稀土消费总量的18％，而代表高新技术产业的汽车催化剂仅占总消费量的不足2％，可见我国稀土消费结构在向高性能、高技术、高附加值产品转型方面仍然任重而道远，仍然安于现状的传统观念制约。

与我国相比，欧洲汽车催化剂的应用前景却令人鼓舞，全球最大的稀土分离提纯厂家罗纳·普朗克公司更名为罗地亚电子与催化剂材料公司，标志已把分离提纯的下游产品催化剂材料作为产业结构调整的主要支柱。这些公司普遍要求我国供应的稀土要保证质量的一致性，进而保证其最终产品在5~7年内保持高性能。

罗地亚公司还研制成新一代用于柴油机汽车的催化剂Eolys。这是一种以燃油为载体含CeO2的催化剂，用于柴油机颗粒过滤系统。过滤系统是一种陶瓷壁流体过滤器（或过滤阱），它利用稀土可除去柴油机90％以上甚致99％的颗粒排放物。过滤器在其本身完全被所收集的颗料堵塞之前通过Eolys能将过滤器再生，也就是将颗粒物构成的烟炱烧掉。由于Eolys中CeO2的作用是降低烟炱的点火温度，减慢燃烧引起的温升，因此整个再生过程较为温和且易于控制，可避免形成负压、使柴油车工作性能下降，由于是商业机密，仅了解到，Eolys与柴油和柴油添加剂能够配伍（相容），可与柴油完全混溶，并形成高度稳定的混合液，可装在瓶子内像润滑油一样供柴油机使用，使用颇为方便。

柴油机汽车较汽油机汽车，除油价低外，还明显节省燃油，在欧洲柴油机汽车正在大行其道，极力推广。我国油品的结构，柴油为汽油的1.3倍，柴油占整个油品产量的27.2％，柴油已广泛用于大型运载车辆、舰船、拖拉机、铁路机车和摩托车上，解决其排放的黑烟始终是亟待解决的重大环保问题，而借鉴罗地亚公司的技术采用二氧化铈（CeO2）作催化剂既解决了轻稀土的出路问题，又有利于交通运输业的环保，可谓一箭双雕，而制约稀土催化材料大展鸿图的原因之一，是对CeO

2催化剂缺乏必要的基础理论研究，而深入研究CeO2与ZrO2等组分金属氧化物之间的相互作用如何影响催化行为将直接关联一大批从挥发性有机物焚烧到废水处理等涉及环境的应用市场的开拓。一般的车尾安装催化剂分两种，一种是出租车，建议您如果是出租车司机的话，尾部的催化剂是一年换一次，二，私家车，如果您是私家车司机，您如果不超过8万公里的话，您可以五年更换一次。

惰性氧化铝瓷球

惰性氧化铝瓷球是广泛用于石油、化工、化肥、天然气及环保等行业，作为反应器内催化剂的覆盖支撑材料和塔填料。它具有耐高温高压，吸水率低，化学性能稳定的特点。能经受酸、碱及其它有机溶剂的腐蚀，并能经受生产过程中出现的温度变化。其主要作用是增加气体或液体分布点，支撑和保护强度不高的活性催化剂。产品投放市场以来，各界用户均反映其性能效果可与进口产品相媲美,部分技术指标甚至高于国外同类产品。

泡沫陶瓷

概述

泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代,是一种具有高温特性的多孔材料。其孔径从纳米级到微米级不等,气孔率在20%～95%之间,使用温度为常温～1600℃。

泡沫陶瓷一般可以分为两类,即开孔(网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料,这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中,则称之为开孔陶瓷材料,其孔隙是相互连通的;如果存在固体壁面,则泡沫体称为闭孔陶瓷材料,其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料;孔隙在2～50nm之间的为介孔材料;孔隙在50nm以上的为宏孔材料。

自1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷,用于铝合金铸造过滤之后,英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究,生产工艺日益先进,技术装备越来越向机械化、自动化发展,已研制出多种材质,适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器,如A12O3、ZrO2、SiC、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷,有的还加入了一定的矿物,如莫来石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等,产品已系列化、标准化,形成了一个新兴产业, 其分类如表所示。我国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作。

近20年来,先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究。但是我国的泡沫陶瓷从整体技术水平上与国外相比还有一定的差距。泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体,其造型犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海泡沫陶瓷的分类材料类型 骨料 耐蚀性 温度(℃)高硅质硅酸盐材料 瓷渣 耐水性,耐酸性 700 铝硅酸盐材料 粘土熟料 耐弱碱,耐酸性 1 000 刚玉金刚砂材料 电熔刚玉 耐水性,耐酸性 1 600 硅藻土质 粘土 耐水性,耐酸性 低温 绵体。由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能,可广泛应用于热交换材料,布气材料,汽车尾气装置,净化冶金工业过滤熔融态金属,热能回收,轻工喷涂行业,工业污水处理,隔热隔音材料,用作化学催化剂载体,电解隔膜及分离分散元件等。

近年来,多孔陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学领域等。多孔陶瓷的广泛应用已引起了全球材料界的高度重视,因此,制备高强度、孔径均匀、性能稳定、高度有序的泡沫陶瓷体,拓宽和开发泡沫陶瓷在国内各行业中的应用,无疑是十分必要的。

１ 传统制备方法

1.1 发泡法采用发泡反应的方法,可以制备形状复杂的泡沫陶瓷制品,以满足一些特殊场合的应用;在陶瓷粉料中加入适当的陶瓷纤维,可改善这一工艺,有效增加坯体在烧结过程中的强度,避免粉化和塌陷。

1.2 溶胶凝胶法溶胶凝胶法主要用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料,本方法经改进后也可以制备高规整度泡沫陶瓷材料。运用溶胶凝胶技术制备泡沫材料,在溶胶向凝胶的转化过程中,体系的粘度迅速增加,从而稳定了前期产生的气泡,有利于发泡。

1.3 添加造孔剂法通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷。造孔剂颗粒的形状和大小决定了泡沫陶瓷材料气孔的形状和大小。其成型方法主要有模压、挤压、等静压、轧制、注射和粉浆浇注等。利用这种方法可以制得形状复杂、气孔结构各异的材料,但气孔分布的均匀性较差。

1.4 有机前驱体浸渍法目前泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法,其工艺流程如图所示。用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域广泛应用,取得了较为明显的效果。进一步控制浆料性能,适当优化无机粘结剂体系,并严格控制浆料浸渍等工艺过程,可以提高泡沫陶瓷制品的性能。陶瓷粉料溶剂、添加剂－>浆料制备有机泡沫体选择―>预处理 ==>浸渍处理－>除去多余浆料－>干燥－>排除有机泡沫－>烧成但是有机前驱体浸渍法工艺存在一个明显的缺陷,即制品的孔隙结构,尤其是孔径取决于所选有机泡沫体的孔隙结构和孔径大小。而目前所选用的有机泡沫体的网眼尺寸是有限的,制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构。朱新文等采用三维网状有机泡沫为载体,先用浸渍工艺制备出高孔隙率且几乎没有堵孔的网眼坯子,经排塑、预烧处理获得具有一定强度的预制体。预制体的孔棱呈疏松多孔结构,很好地解决了这个问题。新兴工艺

2.1 凝胶注模工艺美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模工艺(Gel-casting),它是一种被广泛应用的新型成型方法。这种新的成型技术采用非孔模具,利用料浆内部或少量添加剂的化学反应使陶瓷料浆原位凝固形成坯体,获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯,从而显著提高材料的可*性。Gel-casting工艺可以使悬浮体泡沫化,而且能使液体泡沫原位聚合固化。作为制备多孔陶瓷的一种新型方法,悬浮体泡沫化是最经济的,原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构,强度较高。

2.2 自蔓延高温合成工艺自蔓延高温合成(Self-propagatingHigh-tempera-tureSynthesis,SHS)方法的概念是由前苏联科学家A.G.Mazhanov在1967年首先提出来的。SHS的本质是一种高放热无机化学反应,其基本反应过程是:向体系提供必要能量(点火),诱发体系局部产生化学反应,此后,这一化学反应过程在自身放出的高热量的支持下继续进行,最后将燃烧(反应)波蔓延到整个体系,从而制备出所需的陶瓷材料。材料的SHS技术以其高效、节能、经济和所得材料的良好性能特点而倍受重视。另外,SHS反应产物通常具有很高的孔隙率,用这一特点可用来制备具有多孔连续网络结构的陶瓷材料,通过添加造孔剂可进一步提高产物的连通开放孔隙率。此外,还有诸如泡沫前体反应法、有机泡沫堆积法、颗粒堆积工艺、水热-热静压工艺、微波加热工艺、分相滤出法、固-气共晶法、木材热解构架法等泡沫陶瓷制备方法。泡沫陶瓷的应用

泡沫陶瓷的应用开始于19世纪70年代,当时仅被用作铀提纯材料和细菌过滤材料。随着泡沫陶瓷使用范围的不断扩大,其应用领域也逐渐扩大,由过滤、热工等领域逐渐扩展到隔热、吸音、电子、光电、传感、环境生物及化学领域。

3.1 微孔膜陶瓷分离膜所具有的耐酸碱、耐侵蚀、耐高温、抗老化、使用寿命长等优点已被人们所认识,并被开发应用于食品工业、生物化工、能源工程、环境工程、电子技术等许多领域。随着材料科学的发展,纳米级多孔无机膜的制备和应用成为人们目前研究的热点。

3.2 生物材料目前很多科研单位都在致力于多孔羟基磷灰石生物陶瓷材料的研究。用添加造孔剂和制作泡沫陶瓷的方法制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷,其相互连通的孔隙有利于组织液的微循环,促进细胞的渗入和生长。目前,研制出的泡沫陶瓷羟基磷灰石人工骨和义眼已经用于临床实验,引起了医学界和材料学界的关注。

3.3 食品、卫生行业用泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀和良好的生物、化学特性,因而可用于医药工业中的酶、病毒、疫苗、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩、分离、精制等。在食品、饮料工业中,特别适用于对色、香、味要求高的饮料及低度酒类的过滤,并可望在啤酒的生产中发挥巨大的作用。

3.4 环境材料随着现代工业的发展,各行各业在生产中排放的有害气体和废水也越来越多,如果处理不当,就会严重影响人类的生存环境,所以环境保护成为时代的主题。泡沫陶瓷在汽车催化转化器的应用已经有很长时间。除臭用泡沫陶瓷催化器能使废水中有机溶剂、恶臭气体催化燃烧,达到除臭净化的目的。采用耐高温且有足够强度的抗热震性能的高渗透性泡沫陶瓷可有效除去高温含尘气体。城市污水处理过程中,泡沫陶瓷材料也成为曝气处理所用材料。

3.5 隔热材料泡沫陶瓷具有热传导率低、抗热震性能优良等特性,是一种理想的耐热材料。由泡沫陶瓷制作的典型耐热材料为耐热砖,其材质有Zr02、SiC、镁盐及钙盐等,使用温度高达1600℃,是目前世界上最好的隔热材料,称之为“超级绝热材料”,被应用于航天飞机外壳的隔热及导弹头的强迫发汗等。

多孔陶瓷

porous ceramics；honeycomb ceramics

一种含大量气孔的陶瓷。流体通过时可起到净化、过滤的效果。在原料中加入木屑、稻壳、炭料、煤粉、塑料粉等，在高温下分解产生气体，形成多孔。具有耐高温、耐化学侵蚀、强度高等特性。用作液体、气体的过滤介质和催化剂载体等。

汽车尾气净化器

汽车尾气净化器，尤其是一种带净化蜂窝陶瓷芯的汽车尾气净化器，包括汽车尾气净化管和净化蜂窝陶瓷芯，净化蜂窝陶瓷芯位于汽车尾气器管内，其中：净化蜂窝陶瓷芯由若干同心的圆筒组成，各圆筒之间有间隙，各圆筒之间通过连接件连为一体，各圆筒的筒壁上贯通设置多个小孔。本实用新型的优点在于：间隙的空隙大于现有的汽车尾气器的蜂窝陶瓷芯结构的蜂窝状孔道，汽车尾气排放通畅，不影响汽车发动机的正常工作。因小孔设置在各圆筒的侧面的筒壁上，不容易被燃油不完全燃烧产生的颗粒以及空气中的污染物堵塞。该汽车尾气净化器使用寿命长。

催化剂载体

催化剂载体

catalyst carrier

又称担体（support）,是负载型催化剂的组成之一。催化活性组分担载在载体表面上，载体主要用于支持活性组分，使催化剂具有特定的物理性状，而载体本身一般并不具有催化活性。多数载体是催化剂工业中的产品，常用的有氧化铝载体、硅胶载体、活性炭载体及某些天然产物如浮石、硅藻土等。常用“活性组分名称-载体名称”来表明负载型催化剂的组成,如加氢用的镍-氧化铝催化剂、氧化用的氧化钒-硅藻土催化剂。

载体能使制成的催化剂具有合适的形状、尺寸和机械强度，以符合工业反应器的操作要求；载体可使活性组分分散在载体表面上,获得较高的比表面积,提高单位质量活性组分的催化效率。如将铂负载于活性炭上。若用分子筛为载体，铂可达到接近于原子级的分散度。载体还可阻止活性组分在使用过程中烧结，提高催化剂的耐热性。对于某些强放热反应，载体使催化剂中的活性组分稀释，以满足热平衡要求;良好热导率的载体，如金属、碳化硅等,有助于移去反应热，避免催化剂表面局部过热。载体又可将某些原来用于均相反应中的催化剂负载于固体载体上制成固体催化剂，如磷酸吸附在硅藻土中制成的[固体酸催化剂]，酶负载在载体上制成的固定化酶。

TiO2光催化剂载体的作用主要体现在：

（1）固定TiO2、防止流失、易于回收和提高TiO2的利用率；

（2）增加TiO2光催化剂整体的比表面积；

（3）提高光催化活性。因为某些载体可与TiO2发生相互作用，有利于E－H＋的分离并增加对反应物的吸附，同时实现载体的再生；

（4）提高光源利用率。如将TiO2制成薄膜后，化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增加；

（5）将催化剂用载体固定，便于制成各种形状的光催化反应器。

光催化剂载体首先要求能改善所担载的物质的组织结构（如增加孔隙、表面积等），同时由于光催化剂是靠光和催化剂的结合来发挥催化作用的，只有被光激活的催化剂才具有光催化效果。因此，良好的光催化剂载体应具有以下特点：具有良好的透光性；在不影响TiO2催化活性的前提下，与TiO2颗粒间具有较强的结合力；比表面积大；对被降解的污染物有较强吸附性；易于固液分离；有利于固－液传质；化学惰性等。

目前，国内外研究较多的催化剂载体有：SiO2，Al2O3、玻璃纤维网（布）、空心陶瓷球、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管（片）、普通（导电）玻璃片、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、木屑、膨胀珍珠岩、活性炭等。

（1）天然矿物类：天然矿物类物质本身具有一定的吸附性和催化活性，且耐高温，耐酸碱，常被用作催化剂的载体。目前已被用作TiO2载体的有硅藻土、高岭土、天然浮石和膨胀珍珠岩等。刘勋等研究了几种不同天然矿物（硅藻土、蛭石、高岭土、膨润土、硅灰石和海泡石）与纳米TiO2的复合。结果表明，在6种天然矿物所制得的复合材料中，以海泡石光催化降解效率最高，作用6h后，对甲基橙光降解率达到98%。其次是硅藻土和硅灰石，分别达到87%和85%。且光催化降解效率与天然矿物吸附能力呈一一对应关系。陈爱平等以轻质绝热保温建筑材料膨胀珍珠岩作载体，制得了能长时间漂浮于水面的纳米TiO2负载型光催化剂，用于水面浮油的太阳光光催化降解。周波等采用天然浮石为载体负载TiO2作光催化剂，利用高压汞灯为光源对有机磷农药的光催化降解进行了研究。结果表明，浓度为1.2×10－4 mol·L－1的农药光照2h左右可完全被光催化氧化为PO4。

（2）吸附剂类：这类载体为多孔性物质，比表面积较大，是使用最为广泛的一类载体。用作负载TiO2的吸附剂类载体主要有活性炭、硅胶、多孔分子筛等。吸附剂类载体可以获得较大的负载量，可以将有机物吸附到TiO2粒子周围，增加界面浓度，从而加快反应速度。崔鹏等将活性炭负载到TiO2膜作为光催化剂对甲基橙水溶液进行了光催化降解试验。结果表明，与商品化的TiO2微粉光催化剂的降解性能相比，其降解速率较高，由于TiO2/C光催化剂中活性炭良好的吸附性能，使得光催化反应体系内产生了吸附－反应－分离的一体化行为，提高了光催化速率。国外的V.M.GuNk等研究表明，在不同负载量下，TiO2在硅胶表面均没有形成连续涂层；TiO2和SiO2之间的作用力包括氢键、静电力和少量的Si－O－Ti键，SiO2抑制了TiO2从锐钛型向金红石型的相变。国内的郑光涛等采用溶胶－凝胶法将改性后的高效TiO2光催化剂负载于球形硅胶上，得到了具有混晶结构、大比表面积、高活性的纳米TiO2光催化剂。负载后的催化剂在紫外区具有强的吸收，比表面积达到379.8m·g－1。郑珊等合成了TiO2呈单层分散或双层分散状2态的多孔分子筛MCM－41。结果表明，负载后，MCM－41孔道表面的SiO2以化学键相连生成Si－O－Ti键。

（3）玻璃类：玻璃价廉易得，具有良好的透光性，便于设计成各种形状，引起了研究者的重视。用于TiO2光催化剂的载体有玻璃片、玻璃纤维网（布）、空 心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（导电）玻璃片、有机玻璃等。张新英等以空心玻璃微球为载体，用溶胶－凝胶法制备负载型复合光催化剂，所得催化剂可以漂浮在水面上，便于回收和重新利用。

（4）陶瓷类：陶瓷也是一种多孔性物质，对TiO2颗粒具有良好的附着性，耐酸碱性和耐高温性较好，也可用作催化剂载体。若在日常使用的陶瓷上负载TiO2，可以制成具有良好自洁功能的陶瓷，起到净化环境的作用。贺飞等采用溶胶－凝胶法，在自制的陶瓷釉体表面制得粒径大小为40～100nm的TiO2晶粒。它紧密结合，形成透明均一无“彩虹效应”的TiO2光催化薄膜型自洁功能陶瓷，具有超级亲水性和去污功能。

（5）有机类：由于TiO2在阳光下能光催化氧化降解有机物，所以一般不用有机材料做载体。而某些高分子聚合物，如饱和的碳链聚合物或氟聚合物，有较强的抗氧化能力，所以也可以用于负载型TiO2的研究。但由于·OH-，·O2-的强氧化性，这些高分子聚合物载体只能在短期内使用。目前，用于负载TiO2的高分子聚合物载体有：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、ABS，NAfiON薄膜等。刘平等研究认为，TiO2粒子的形成与长大均限制在NAfiON的微小孔笼中，粒子形成过程所需的物质传递也仅能通过小通道进行；在该实验的合成条件下，TiO2晶体大小仅取决于NAfiON孔笼直径。

浅谈建筑陶瓷装饰技术 篇3

就我国的陶瓷生产而言，陶瓷的装饰技法、工艺丰富多彩，风格各异，有着其自身的艺术特点。但按装饰技法不同可作下列划分：装饰方法包括雕饰、（图案花样装饰）、施釉装饰、综合装饰。其中雕饰具体有浮雕、凹雕；彩饰有釉上、釉中、釉下装饰；施釉装饰有湿法、干法施釉装饰、高温热喷涂釉、高温撒干粉施釉。然而综合装饰技术更为多样，有多色颜色釉彩，色釉加彩色釉金彩，色釉金彩、色釉刻花等等多种手法综合运用。所谓综合装饰技术是指同时运用两种或两种以上装饰方法对同一产品进行装饰，从而在产品表面产生综合装饰艺术效果的一种技术。

如今，陶瓷装饰技术日益发生变化，装饰方法不再是单一不变的，而是通过有机的结合，产生更好的装饰效果，日用陶瓷与建筑卫生陶瓷的装饰技术相互渗透与借鉴，釉层装饰与坯体装饰的相结合，使得我们陶瓷制品在花色、品种上有所增加，装饰效果也增加了。例如：景德镇市瑞普陶瓷有限公司与景德镇市珠山书画研究院共同研发的高温结晶釉马赛克建筑陶瓷荣获2007年江西省新产品证书等，并申报国家专利（外观设计）。这一产品的问世创造了可观的经济效益，也满足了现代人对陶瓷装饰的需求。

我们知道在生产日用陶瓷时，广泛釉的装饰技术是在釉上贴花纸，这与我们的日常生活息息相关，我们日常生活用品碟子、碗、茶壶等等，大部分釉贴花纸，此方法通常称之为贴花纸装饰，其综合装饰技术方法主要有釉下与釉上结合，颜色釉加彩，颜色釉金彩、颜色釉雕刻等等方法。

建筑陶瓷的发展较为迅速，各式各样的砖都一一问世，随着时代的脚步在装饰方面有了很大的进步，为了满足综合装饰技术的需要，在它的装饰设备方面也提出了相应的要求，从而达到其装饰的效果，例如现在市场上的大规格砖，在成型时就需相应的成型压机，施釉方面为了其独特的装饰效果，很多企业采用多功能施釉线，还在大颗粒机及网板制作等等相关的技术都在不断地加强，不断地在进步与开发，为综合装饰的自动化及产业化提供保障与保证。通常建筑陶瓷在装饰方面大多采用釉上装饰，釉上印刷装饰效果在很大程度上取决釉面的干燥强度。干燥强度可以在釉料的生产工艺中得到解决。釉面的干燥时间也会影响整个装饰效果，釉面太过于湿，可能粘在丝网上，堵塞网孔，导致印刷图像不清晰，不完全，缺釉等等一些现象，同样如若釉面太干也会出现釉与坯不能很好地结合，图像不完全等等现象，严重影响产品，因此在装饰技术实施方面还应加以控制，严格把关。为了增加装饰效果，市场上釉的种类也是层出不穷，开发人员不断研制出各种釉料，使得装饰效果品类更多，给消费者更多的选择机会，同时这也说明我国在装饰技术方面不断地在进步，已达到一定的水平。例如一些腰成砖的问世，无论是在装饰设备方面，或是呈色方面，抑或是它在装饰方面所起到的作用亦如画龙点睛，给室内装饰增添色彩，深受人们的喜爱，各种不同花案，花色供选择。各企业研发人员不断地研究开发新的产品，相信日后建陶装饰更为精妙。

相对日用陶瓷、建筑陶瓷而言，卫生陶瓷在装饰方面可能显得稍微简单点，卫生陶瓷更讲究的是装饰层次清晰，转折柔和、平滑、生动等特点，无需夸张的装饰，更追求的是一种品位与艺术感。因而在装饰方面要求的并不那么高。

陶瓷模具石膏增强技术研究 篇4

关键词：模具石膏强度,水膏比,消泡剂,减水剂,纤维,耐磨材料

0 引言

石膏模是传统的陶瓷注浆成型模具,因石膏资源丰富、价格便宜、绿色环保、吸水率高、成模可塑性好、棱角分明等优点一直被广泛用于陶瓷注浆成型工艺中。但在陶瓷注浆成型中要求石膏模具有30%～40%的高吸水率,加之石膏溶解度较大、耐水性差,因此降低了模具的强度,极大地影响了模具的使用寿命与陶瓷制品的质量。目前我国石膏模具的使用次数仅为60～80次,较好的企业可达100次,在国外可达120～150次,低寿命又进一步增加了陶瓷企业的生产成本,对陶瓷企业带来不利的影响。

强度是直接影响陶瓷石膏模具使用寿命的主要因素,随着科技的进步,工业化生产率的显著提高,对模具的强度及耐磨性能要求越来越高,因此分析降低石膏模型强度的原因及主要影响因素,研究提高模型强度的方法,对延长石膏模型的使用寿命、提高陶瓷制品质量、降低陶瓷工业生产成本具有非常重要的科学意义和巨大的社会经济效益。本研究在模具成型工艺及陶瓷原料既定的条件下,通过改变水膏比,添加消泡剂、减水剂,纤维与减水剂复合,掺加耐磨材料的方法探讨各因素对模具石膏增强的影响规律,为延长石膏模具的使用寿命提供一定的科学理论依据。

1 影响石膏模强度的因素

目前,在石膏种类、模具成型工艺及陶瓷原料基本固定的条件下,影响模具强度的主要因素有:水膏比,外加剂及掺合料的添加,模具表面防水、耐磨技术的采用,陶瓷注浆成型过程中对模具的机械冲刷、磨损,模具搬运过程中的挤压、碰撞等。其主要影响机理为:石膏模型成型过程中浆体内部水分或气体含量高,导致水分蒸发后硬化体内部孔隙率高、晶体致密度低、强度降低;结晶过程受阻,晶型及晶体聚集态受到影响;石膏表面强度低、溶解度大、耐水性差引起模型表面破坏,强度降低幅度增加,寿命缩短速率加快。

强度的降低直接影响模具的使用寿命、生产成本及陶瓷制品的品质,因此提高石膏模强度意义重大。针对以上因素,本研究考察了模具制作过程中水膏比、添加剂(消泡剂、减水剂、纤维)、掺合料(石英砂耐磨材料)对石膏模型的增强作用,探讨了其影响机理。

2 实验

2.1 原材料

实验所用原料为湖北应城玉环牌建筑石膏β-CaSO4·1/2H2O,其物理性能如表1所示,符合QB/T 1639-1992《陶瓷模用石膏粉》标准要求。

2.2 实验仪器

抗折(DKZ-5000)试验机、抗压(压力为200 N,误差不大于1.0%)试验机。

2.3 实验方案

按照QB/T 1640-1992《陶瓷模用石膏粉物理性能测试方法》的规范要求,分别研究水膏比、磷酸三丁酯消泡剂掺量、聚羧酸减水剂掺量、聚丙烯纤维与聚羧酸减水剂复掺、石英砂耐磨材掺量对模具石膏抗折强度及吸水率、表面耐磨性能的影响。

2.4 主要物理性能测试方法

标准稠度、凝结时间、抗折抗压强度均按照QB/T 1640-1992《陶瓷模用石膏粉物理性能测试方法》的规范要求测试。

吸水率:取40 mm×40 mm×160 mm试块,于45 ℃烘箱中烘至绝干称重(m0),将试块于水中浸泡48 h至吸水饱和,取出用湿布擦去表面多余的水分称重(m1),按公式[(m1-m0)/m0]×100%计算吸水率。

表面质量磨损率:将绝干试块称重(m1),置于180目砂纸上,均匀用力打磨50次,轻擦掉表面粉屑并称重(m2),按公式[(m2-m1)/m1]×100%计算表面质量磨损率。

3 结果与讨论

3.1 水膏比对石膏增强的影响

分别在水膏比为1∶1.50、1∶1.40、1∶1.30、1∶1.25、1∶1.20、1∶1.15、1∶1.10(质量比)的条件下成型石膏试块,其强度及吸水率测量结果如图1所示。

由图1可知,石膏2 h抗折强度和绝干抗折强度随水膏比的增加逐渐降低;吸水率变化则相反,呈直线升高,且两者变化幅度均较大。

石膏硬化体强度与石膏晶体形状及结晶程度、晶体内部孔隙率等因素息息相关,石膏模主要靠石膏浆体成型、硬化体干燥过程中体系内部多余水分蒸发形成的大量孔隙吸水。半水石膏向二水石膏转化过程中理论需水量为18.6%,为保证模具的高吸水率,实际成型过程中的用水量高达70%～80%,而多余的水分则在模具成型及干燥过程中蒸发,在硬化体内部形成大量孔隙,保证了模具的高吸水率。水膏比直接影响模具的强度及吸水率。

当水膏比(质量比)由1∶1.5增加到1∶1.1时,β-CaSO4·1/2H2O→CaSO4·2H2O转化后体系内部多余水分增多,经充分干燥后水分蒸发形成的孔隙逐渐增多,硬化体内部晶体结构致密度逐渐降低,最终导致石膏强度大幅度降低,吸水率大幅度升高。低强度直接影响模具的使用寿命,因而严格控制水膏比是保证石膏模具质量的根本,具有重要的意义。

3.2 外加剂对石膏增强的影响

3.2.1 减水剂对石膏增强的影响

减水剂为聚羧酸减水剂(粉体,北京慕胡建材销售有限公司),在减水剂掺量为0%、0.03%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.3%、0.5%(质量分数)条件下,测量石膏标准稠度需水量、抗折强度及吸水率,其结果如表2及图2所示。

由表2及图2可以看出聚羧酸减水剂对石膏性能的影响非常显著。随着减水剂掺量的递增,石膏标准稠度需水量先逐渐降低后趋于平稳变化;石膏2 h抗折强度及绝干抗折强度先大幅度增加后降低,再趋于平稳变化;相反,吸水率则先呈直线下降后趋于平稳变化。当减水剂掺量为0.15%,强度及吸水率达到峰值,绝干抗折强度为8.22 MPa,与未掺加减水剂相比增加了54.23%;吸水率为24.67%,与未掺加减水剂相比降低了28.52%。

水膏比是制约模型强度的重要因素,通常情况下为满足石膏的工作性能,水膏比降低到一定程度就很难再降了,但减水剂可以有效减少需水量,改善石膏的工作性能。如表2所示,在保证相同扩展度((220±5) mm)的前提下,减水剂的加入使实验用水量大量减少。需水量的降低一方面使石膏硬化体形成及干燥过程中由于水分蒸发而形成的孔隙率大量减少;另一方面减水剂增加了晶体颗粒间的连接,进一步提高了晶体结构的致密度。聚羧酸系减水剂在石膏表面为化学吸附,吸附时羧基与钙离子“锚固”在石膏表面,支链伸展出来,呈立体梳状吸附,对颗粒间聚集产生空间阻碍作用,由于空间位阻效应受石膏水化影响较小,因此其分散性较好,有利于晶体均匀致密地生长[1]。但减水剂的过量添加会导致晶体过于致密,使吸水率大幅度降低。且太多Na+置换石膏中的Ca2+会影响石膏自身性能[2],在陶瓷胚体注浆成型过程中,Na-粘土形成的胚体颗粒排列紧密,但透水性差,不利于胚体生长与湿胚巩固[3]。因此,工业生产中应综合考虑强度与吸水率,严格选择减水剂种类,控制掺量,这对提高模具强度具有立竿见影的作用。

3.2.2 消泡剂对石膏增强的影响

磷酸三丁酯作消泡剂的应用较为广泛,本实验分别在0%、0.03%、0.05%、0.07%、0.10%、0.30%(质量分数)的消泡剂掺量下,研究其对石膏强度及吸水率的综合影响,结果如图3所示。

消泡剂对石膏标准稠度用水量的影响在68%～70%小幅度波动;图3表明,磷酸三丁酯的加入使石膏2 h抗折强度、绝干抗折强度先较大幅度增加后降低并趋于平稳变化;吸水率降低幅度较小。当消泡剂掺量为0.07%时,其绝干抗折强度最高,为6.48 MPa,较纯石膏增加了18.9%。

石膏浆体搅拌成型过程中大量气泡的引入对石膏强度产生一定的影响,消泡剂具有“抑泡”和“破泡”的作用。磷酸三丁酯具有极低的表面应力(27.79 mN/m(20 ℃))、极低的溶解度(0.6 g/100 mL)、较高的表面活性,其分布在液体表面,可降低浆体的表面张力,抑制弹性模,终止气泡的产生,同时消泡剂分子在泡沫表面形成较薄的双膜层,进一步扩散、浸透、层状入侵,取代原气泡的薄壁[4],最终加速搅拌过程中气泡的破裂,降低硬化体内部由气泡引起的应力集中,最终有利于硬化体强度的提高,对吸水率影响不大。可见消泡剂对石膏增强同样具有重要的作用,工业生产中需慎重考虑其掺量,使其可达到既增强模具强度又不降低模具吸水率的要求。

3.3 纤维与减水剂复掺对石膏增强的影响

由3.2.1减水剂对石膏增强的影响可知减水剂掺量为0.1%～0.15%时对石膏抗折强度具有非常显著的增强作用,但吸水率较低,且不到30%,难以满足石膏模具30%～40%的高吸水率要求。因此本实验结合纤维吸水、增韧与减水剂增强的特性,研究纤维与减水剂复掺对石膏增强、吸水率改善的综合性能的影响。实验选择工程中常用的,具有混凝土中“次要加强筋”美誉的聚丙烯纤维,长度为8 mm;减水剂为3.2.1中所述聚羧酸减水剂,且为满足石膏模高吸水率的要求,选择减水剂掺量为0.1%,并在此基础上改变纤维掺量。实验结果如图4所示。

图4表明:纤维与减水剂(0.1%)复掺时,石膏2 h抗折强度、绝干抗折强度随纤维掺量增加先升高后降低,在纤维掺量为0.10%时达最高值;吸水率在纤维掺量为0.10%时剧烈增加,之后随纤维增加缓慢增加,且吸水率均高于30%,达到石膏模的综合性能要求。

众所周知,纤维在水泥混凝土中被广泛应用,旨在提高混凝土抗渗、抗裂、耐久、抗拉、抗冲击等性能。研究表明水镁石纤维与减水剂复合对提高混凝土强度及韧性效果显著[5],因此,本实验借鉴其思路并大胆应用于石膏基材料中,得到满意的结果。

聚丙烯纤维抗拉强度大于500 MPa,弹性模量大于3800 MPa,断裂伸长率为10%～28%。当基体受到拉力或弯曲应力时,受拉区域基体出现裂纹,纤维起到承担拉力并延缓基体开裂的作用,从而使基体缝间保持一定的残余应力;随裂缝的展开,纤维较大的抗拉能力继续承载拉力,直至纤维被拉断或拉出。减水剂对纤维具有一定的分散能力,能提高纤维的分散均匀度,因此两者复掺可显著提高石膏的抗折强度。纤维与石膏基体主要靠集体固化收缩的握裹力、物理吸附、电荷引力及扩散作用而结合[6],但纤维表面较为光滑,使得纤维-石膏界面结合力较弱,从而在界面处形成一定的孔隙,进而由于毛细管作用提高了石膏的吸水能力。

当纤维掺量较大时,容易出现纤维成团、折断、分布不均的现象,石膏与纤维之间不能较好地浸润,复合材料内部孔隙增多,纤维不能充分发挥其抗拉性能,导致强度降低。

纤维与石膏复掺具有综合提高强度与吸水率的作用,但两者的掺量对延长模具使用寿命、提高制品质量非常重要,有待进一步深入研究。

3.4 耐磨材料对石膏增强的影响

以石英砂作耐磨材料,研究其掺量为0%、5%、10%、15%、20%(质量分数)时对石膏试块2 h抗折强度、绝干抗折强度、表面耐磨性能及吸水率的影响。首先通过实验选定石英砂细度为20～40目,试块成型后测量其强度、吸水率及耐磨性(耐磨性以表面磨损率表示),其计算方法如2.4所述,实验结果如图5所示。

由图5可知:石英砂对石膏强度的提高幅度不大,掺量为10%时绝干抗折强度最大,为6.05 MPa,增加了11%;吸水率变化较缓慢,但均在30%以上,符合模具石膏的要求; 然而随着石英砂掺量的增加,石膏表面磨损率逐渐降低,耐磨性能逐渐升高。

石膏强度较低,在陶瓷胚体的成型过程中受机械力的反复冲刷、挤压、碰撞、摩擦,其表面容易受到破坏,缩短了模型的使用寿命,同时也影响了陶瓷制品的质量。因此增强石膏表面强度,提高表面耐磨性能是延长模具寿命、提高陶瓷制品质量的重要因素。

石英砂主要矿物为SiO2,硬度高,石英砂的复掺增加了材料表面的屈服应力、硬度,使得表面出现摩擦颗粒较少的情况,能够被压入表层的磨粒数减少,压入深度和磨痕宽度都减小,因而明显降低了材料表面的磨损率,提高了石膏材料的耐磨性能。同样石墨及二硫化钼均可充当耐磨材料,对延长模具使用寿命、提高产品质量具有重要的作用。

4 结论

(1) 水膏比是影响模具石膏强度直接关键性因素,水膏比增大,强度大幅度降低,吸水率增加,水膏比为1∶1.4～1∶1.5(质量比)对石膏综合性能影响最佳。

(2) 聚羧酸减水剂对石膏增强具有非常显著的作用,最高增幅可达54.23%,但掺加过量时强度、吸水率较低,综合考虑强度及吸水率,减水剂掺量应不大于0.15%。

(3) 磷酸三丁酯消泡剂有利于抑制、破坏石膏浆体内的气泡,从而提高石膏强度,又不影响石膏吸水率,其掺量应不大于0.07%。

(4) 聚丙烯纤维与掺量为0.1%的聚羧酸减水剂复合,对综合提高石膏强度与吸水率效果显著,但纤维过量会导致成团、分布不均、孔隙率大,从而对强度不利,其掺量为0.1%～0.15%较好。

(5) 石英砂耐磨材对提高石膏表面耐磨性能效果突出,对提高模具使用中抗机械碰撞,延长模具使用寿命,提高陶瓷制品质量意义重大,具有深远的研究价值。

参考文献

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喷墨技术在陶瓷上的运用 篇5

值得一提的是，喷墨陶瓷技术也适合目前节能环保的潮流。据介绍，以日产8000平方米瓷砖计算，采用其它印花方式时约需用釉料4—5吨，而喷墨印花只需用墨水1吨半，墨水利用率超过95%，这对耗釉巨大的陶瓷产业来说，将减少不少资源的消耗。

据介绍，喷墨印花技术最早是在意大利、西班牙等国研发成功的，去年开始进入国内市场。一年多来，尽管已有数家陶企试水，但大都处于小规模生产的普及阶段。佛山陶博会上，新明珠陶瓷集团所展示的“IN-MAX?酷色”技术，是对引进的意大利核心喷墨印花技术进行了升级改造，使其产品具有逼真、立体、自由、低碳等突出特点。现场有行家点评：这就是目前全球领先的数码喷墨印花技术。

然而不可否认的是，比传统辊筒印刷节约原材料的陶瓷喷墨技术十分符合目前提倡节能环保的形势要求，多名陶瓷业内人士均表示对喷墨陶瓷的发展较为看好。但是，喷墨陶瓷产品要想成为市场主流，仍需面临价格偏高、技术受限的问题。

据新明珠副总经理李重光介绍，该集团的喷墨砖产品“IN-MAX酷色”的定价预计会比目前普通的瓷砖价格高三分之一，“由于数码陶瓷喷墨设备比传统的陶瓷印刷设备成本要贵，并且目前尚未大批量生产，定位于高端产品，所以价格也相对偏高，但随着技术的普及和整个行业的发展，价格肯定会达到一个合理的空间。”

在蓝卫兵看来，价格偏高正是喷墨陶瓷产品要普及必须面临的问题，“如果价格不降下来，喷墨砖很难成为市场主流，毕竟高端的产品在整个市场的份额有限。”

陶瓷艺术中的技术与艺术探讨 篇6

陶瓷工艺技术是装饰艺术实施的具体手段，艺术审美则是通过装饰艺术体现出来的实施具体手段，装饰艺术审美则通过工艺技术来创造自身的独特的艺术语言和艺术品格。陶瓷艺术技术与艺术审美相辅相成，交融一体。陶瓷工艺技术在总体上属人类物质文化领域，属自然科学的范畴，它是科学在生产中的运用，是物化了实在的科学力量。因而它偏重于理性，越是精密的工艺，越要服从于科学，需要用逻辑思维去分析、判断，用实验手段去检验，去伪存真，而审美则是表达人的思想、情感的方式，在总体上属于精神文化领域，属社会科学的范畴。它偏重于情感、气韵、形象，允许创作者更大的自由想象余地，有着鲜明的个性。艺术家多用形象思维去构思、创作用市场规律去研究，投其所好。工艺技术的新发明、新发展、新成果总是为装饰艺术提供新的物质媒介，开拓装饰艺术的新品种、新装饰、新形式，从而达到艺术审美的视觉美。

艺术家不仅是有审美感情的人，而是时时带着她的直觉和材料意识进行审美感知和体验，从而进入创作构思和实践性创作活动的人。陶瓷是一种独特的工艺美术，工艺美术是一种在生活领域中以功能为前提，通过物质生产手段对材料进行审美加工的一种美的创造，从而美化生活用品和生活环境的美术，它有着物质和精神的双重属性。陶瓷艺术的创作，其中非常重要的一条，便是陶瓷艺术家对材料及其性能的认识，掌握以及对其所进行的审美加工。材质是陶瓷艺术形象的物质基础，同时又以其自然属性表现出独特的材质美，如瓷胎和釉面的光泽度、透明度、滋润度及肌理等效果，陶瓷艺术的色彩异常丰富，材料不同，审美加工方法不同，艺术作品的面貌随之不同，在一定意义上讲，正是由于物质媒介的特殊审美属性，艺术家们自觉寻找和探索最适合自己的表现手段和方法的材质，以得心应手地表现自己的审美观念和审美情感，使得物质媒介天然审美属性得到释放和裸露，构成作品艺术美的一个重要方面。

2 陶瓷技术与陶瓷艺术欣赏

古代的中国陶瓷融合了中华文化的精华，是人类极其珍贵的文化遗产，现代陶瓷是科学技术和文化艺术相结合的产物，是一种物化的文化，是制造使用和欣赏过程牛的精神文明和物质文明的总和，各个历史时期陶瓷造型与装饰艺术，展示了当时人们的美学观念和文化心理，凝结了当时人们的创造智慧，不同历史时期陶瓷器物，在一定程度上显示了当时的科学技术。

陶瓷艺术表现为材质（泥性）、色（釉料）等所表现的审美意义，具体表现为材质美、釉色美、瓷声美，等等。

2.1 泥料与陶瓷艺术美

材质美，表现为质地美、纹理美和光泽美等能激起人们美感的自然属性。陶瓷之所以能以千姿百态的造型，丰富多彩的装饰呈现在人们面前，与它所选用的原料种类、组成、性能和加工处理的方法有着密切的关系，原料构成上的一些重大变化，往往给陶瓷艺术带来一系列重大变化。泥料有粗料、细料、红料、白料等之分，但没有好坏之分，关键在于艺术家如何运用，有的陶瓷艺术家喜欢使用带色的粗质泥料，因为粗质泥料能造就出富有原始生命的粗犷风格，充分开拓了泥土材质的表现力，裸露了泥土的原始生命力。它的特性就是回归丰富的自然本色和质朴的自然气度，艺术家可以不受任何条件的限制，按照造型的需要，充分调动泥土本身的能量，成型后给人一种自然天成，雅拙古朴的审美感受。而且这种艺术作品通过火的；台炼后，可以充分体现材质的自然力和表现力以及多变的质朴的本质面貌，形成表现对象的古拙的肌理效果和内在的生命活力。

2.2 釉料与陶瓷艺术美

许多陶瓷艺术家善于根据不同的物象，施以相应的釉色。釉的种类很多，按烧成温度可分为高温釉、低温釉，按外表可分为透明釉、乳浊釉、颜色釉、有光釉、无光釉、纹片釉、结晶釉等。釉在烧成时会发生奇妙的变化，产生变化多端，形态离奇的色泽，这叫窑变。“窑变”艺术令人惊奇，使人陶醉，是其他装饰手法无法替代的。认识、掌握陶瓷釉料的性能及其窑变规律来表现艺术家的审美意念、情感，是艺术家成熟的標志，而能够对釉料及其窑变规律得心应手地运用并取得了预期的效果，是一种更高的艺术境界。善于选择不同的釉色，可以表现出不同的审美审象。釉从简单的工艺、单一的发色到科学的配方，丰富的发色发展到科学配方，丰富的色彩，给人高度审美享受。如“窑变”的装饰在动物雕塑上，有的色釉特征如豹子的斑纹，有的如雄狮的卷毛，有的如孔雀的羽毛，用结晶釉装饰陶瓷，其艺术效果有的如盛开的菊花，自然生动，有的如空中的星星在闪烁，有的充分运用各种颜色釉在高温中的流动和发色，直接用色釉在坯体上描绘出具有一定内容的纹饰，如流水、走兽，烧后光泽晶莹明亮，色彩斑斓丰厚，风格纯朴自然，形态既具象又抽象，达到了既在意想之中又在意想之外的艺术效果。

在继续历代陶瓷传统的同时，现代陶瓷又拓展了多种原料的来源，这表现在科学选料上对红土、黄土、河土以及带有一定石英的匣钵土等，进行了多种方式的研究和运用，发掘材质潜在的个性美。另外在继承传统成型、施釉、烧制工艺方面，也进行研究和各种尝试。如在施釉上，利用坯体很强的吸水性，采取洗、滴、施、刮、点、堆、水冲、干裂等方法相结合，充分给釉色以自由发挥，有时有意造成一些釉面缺陷效果，恰到好处的运用，把各种质地成色剥釉，窑变等均纳入到审美范畴，在烧成制度上，冲破固定升温曲线使温度、压力、气氛最大可能的满足材料和创作效果的需要，以达烧制的陶艺品，具有强烈的个性精神韵味和美感，但这一切的一切均由其事物内在联系和相互制约，通过实践掌握其变化的规律性，创作的陶瓷品在陶瓷艺术家的手中有了神奇的生命活力与生活情趣，淋漓尽致地表现了艺术家的审美情感，获得了广泛而深刻的审美意义。

2.3 陶瓷装饰艺术形式多样化与陶瓷艺术欣赏

釉上工艺的发明使中国陶瓷发展史上一个重要里程碑，它使以往一贯占据统治地位的色釉装饰逐渐逊色，使陶瓷能很好地表现出绚丽多彩的画面。

釉上工艺使陶瓷装饰形式多样化。随着时代的发展，科技的进步，有釉上釉下及综合装饰等，其表现手法有手工彩绘、刷花、喷花、贴花、瓷相摄影、戳印花有釉上、釉下及综合装饰等，并具备了使这些装饰手法与陶瓷完美结合的工具设备，如喷枪、花纸印刷设备、微机控制烤花炉以及丰富多彩的釉上颜料、生产技术、设备。在技法运用上，广泛地吸收中国画、油画、水彩画以及木刻、剪纸等画种的表现手法，无论工笔写意尽可发挥，拓宽了装饰设计者的创作思路。釉上工艺的进步与发展，使陶瓷装饰艺术表现力更强、装饰手法更丰富，表现形式更加多样、艺术风格更趋多样化，同时对陶瓷装饰艺术提出了更新、更高、更美的要求，釉上工艺与装饰艺术将互相推动、互相促进，与社会的进步，人们的物质水平和精神要求的提高而共同发展。陶瓷艺术的技术不断进步与陶瓷艺术审美的不断提高，两者有机的统一，完美的结合，定会不断创造出全新的、高品质的陶瓷艺术精品。

参考文献：

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陶瓷色釉料技术未来发展趋势 篇7

1 陶瓷色釉料技术的新特点和趋势

1.1 更加重视绿色环保以及同国际先进水平接轨

随着人们温饱问题的解决, 大家对生活的质量也提出了更高的要求, 陶瓷产品的绿色环保和对人体健康影响等问题更加受到关注和重视, 我国陶瓷色釉料中专门用于骨瓷的高光泽度无铅釉和无铅熔块釉、高级日用瓷用无铅熔块釉、适用于二次烧成用的无铅熔块釉、无铅无锌透明熔块釉、无铅琉璃釉、无铅无镉陶瓷釉上颜料等都符合绿色环保这一要求。

1.2 色釉料的开发品种更齐全、色彩更丰富

色釉料的开发种类与色彩覆盖“红、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的所有领域, 除这些之外, 还不断有多种新用途的色釉料问世。根据陶瓷色釉料适用的烧成温度不同可分为低温颜料、中温颜料和高温颜料, 使产品不仅适应性更广, 而且七彩斑斓。其中, 仅大红色釉料就不断推陈出新如陶瓷用低温大红色釉料、釉下大红色釉料、中温陶瓷大红釉、高温大红釉等种类繁多, 覆盖低、中、高温。

除红色色釉料外, 淡雅陶瓷乳釉、青瓷冰裂纹釉、彩色变色玲珑釉、绿彩金星釉料、金属釉、全抛釉、闪光釉、锆铁红色料、铬锡红色料等将色釉料将世界装饰得七彩纷呈, 深受世界各地人们所喜爱。

1.3 更重视开发特定功能和复合功能的新产品

荧光系列色料、无放射性彩色夜光釉、高辐射远红外烧结釉料、杀菌釉料及杀菌陶瓷、保健抗菌多功能陶瓷釉及其陶瓷制品、同时具备抗污及抗菌功能的高温陶瓷釉、抗微生物陶瓷釉、永久性自洁净纳米陶瓷釉、高反射、吸收紫外线陶瓷釉料、非放射性环保蓄能发光釉料等则将陶瓷色釉料的特定功能和复合功能演绎和表现得淋漓尽致、生动活泼。

除以上这些特色产品外, 还有不少陶瓷高品位高艺术化的色釉料问世, 例如:工艺陶瓷套彩珍珠釉、金属锈斑艺术瓷釉、硅锌矿结晶釉、无光牛仔釉、一种能自行生成竖状网纹、鱼鳞纹或横向网纹的陶瓷用面釉, 还有广泛用于内墙的仿纺织品釉和仿天然石材效果的渗花釉以及建筑卫生陶瓷用金属闪光结晶釉等。

1.4 更加注重废物的回收利用和降低成本

自2008年爆发世界范围的金融危机以来, 国际市场萎靡, 色釉料的出口需求明显减少。近几年来我国对房地产行业的调控措施, 也使得国内作为建筑装饰材料的陶瓷墙地砖用量骤减。作为陶瓷墙地砖原料的色釉料的竞争也就更加激烈, 降成本就成了色釉料行业的必然选择。用铁、钛含量高的矿泥制作黑色料、用天然矿石替代原来的化工原料制作色料、用含钛炉渣制作陶瓷釉、利用黄金尾矿生产陶瓷色釉、用含铁工业废碴制用氧化铁颜料等均是废物利用的典范。这不仅利于环保还降低了成本, 是一举两得的好事, 有利于陶瓷行业健康、全面、可持续的发展。

2 陶瓷色料应用领域发展的新特点和动向

尽管说我国陶瓷色釉料的研究开发领域和水平与世界陶瓷工业的发达国家意大利、德国等相差很远, 但是最近的二十多年来也取得了不少令人振奋和鼓舞的骄人业绩, 这主要表现在以下两个方面。

2.1 陶瓷色料应用领域拓宽

在过去二十多年中, 陶瓷色料主要应用于我们大家都很熟知的建筑陶瓷、日用陶瓷和卫生洁具。随着科学技术的不断发展和进步, 陶瓷色料已不仅仅用在陶瓷上, 首先, 开始在塑料行业小试牛刀。塑料行业是化工行业中的一个大家族, 产品种类繁多, 涉及人们生活的方方面面。近几年我国推出了扩大和拉动内需的多种举措, 塑料作为消费品, 市场容量相当大, 不断扩大在塑料行业的市场占有份额, 将是陶瓷然色料未来重要的发展方向之一;其次是涂料行业, 随着人们生活水平的提高, 房屋装修是必须的, 涂料是家庭装修必不可少的建材之一, 对色料的用量也不可小觑, 如能成功开发并加以推广必将受益匪浅;另外, 还有油漆行业, 已有色料用于汽车油漆的成功范例。尤其随着近年来我国实施了汽车下乡及各项惠民政策, 使得汽车逐步进入了我国老百姓的家庭, 我国有着13亿人口, 而且有的家庭还不止一辆汽车, 汽车油漆用色料也将是一个天文数字, 这就成了色料除陶瓷、涂料行业之外的又一领域, 有着非常广阔的发展前景。

2.2 高科技精细色料的研发

近年来对陶瓷色料的表面改性技术及加工工艺的发展非常快, 这也是适应装饰技术和装饰品种发展的需要。如:为适应干法布料、干法施釉等技术要求和发展的需要, 出现了各种干混色料, 为提高其分散性和流动性, 必须对色料进行表面改性;为适应辊筒印刷和胶辊印刷的要求和发展的需要, 出现了粒度5μm以下的胶辊色料;为提高其分散性和稳定性, 也必须对色料进行细磨和表面改性。最近, 正在研制使用计算机的喷墨技术配合陶瓷四原色料制成的喷墨色料水。例如:2004年在意大利国际陶展会上Ferro公司展出了陶瓷装饰用喷墨印刷机TITAN700及耗材红、黄、蓝、黑四原色油墨, 它采用更精细的高分散性纳米陶瓷色料和特殊的印油制成。这种高科技和高附加值的产品, 也正是我们大家努力追逐的目标和方向。

3 与国外发达国家存在的差距

工程陶瓷材料磨削加工技术研究 篇8

工程陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及轻质量、导热性能好等诸多优点,是继金属和塑料之后的“第三代结构材料”,在国防、航空航天、电子、汽车等领域而得到了广泛的应用[1,2]。但是,工程陶瓷材料也存在着脆性大、均匀性差、韧性和强度不高、可靠性低、可加工性差等一些缺陷。工程陶瓷材料的广泛应用需要高表面完整性和尺寸精度,其加工成本占材料总成本的50%-70%,高加工成本和难以测控的加工表面损伤层,极大地限制了其应用领域的拓展[2,3]。

1 磨削加工机理

目前,磨削加工技术是陶瓷材料已有加工方法中应用最多的,特别适用于加工平面或柱形工件,所选用的砂轮一般是金刚石砂轮。对于金刚石砂轮磨削工程陶瓷的磨削机理,相继有学者采用瞬间微观变形和破碎累计、压痕断裂力学模型近似、切削模型近似等不同的理论进行解释。

对工程陶瓷材料磨削机理的解释还有很多,这里有一个共同点,就是塑性变形和脆性断裂是形成材料去除的主要原因。随着科学技术的进步,加工机理研究已经深入到微观甚至纳观领域。天津大学林滨[4]以陶瓷材料断裂力学、线性断裂力学及微观断裂物理学为理论基础,采用有限元分析法,系统分析了磨削加工过程中微裂纹的产生机理及影响因素,建立了裂纹分布模型,确定了材料脆性去除、塑性去除转换的临界条件。借助于SPM技术,国外学者对超精密加工技术机理进行了研究[5]:美国俄亥俄州立大学的Bharat Bhushan教授用AFM对单晶硅在室温下进行微切削实验研究;日本宇都宫大学的Yoshio Ichida用原子力显微镜和扫描电子显微镜对单点金刚石车削获得的硅表面及切屑进行检测实验研究。

2 磨削加工方式

2.1 高效磨削加工

为了保持陶瓷材料表面完整性和尺寸精度并获得最大的材料磨除率,国内外学者相继提出并研发了高速磨削、恒压力磨削、缓进给磨削、高速深磨加工及高速往复磨削加工等高效磨削加工工艺,基本实现了工程陶瓷材料的高效磨削加工。近年来提出的高速深切磨削加工是磨削加工技术发展的高峰,它复合了高速磨削、缓进给磨削的特点,采用超硬磨料磨粒砂轮以大的磨削用量实现材料的局部微脆性裂纹和塑性断裂的复合方式去除,实现优质高效磨削[2]。

2.2 ELID磨削加工

1990年,日本理化院Hitoshi Ohmori成功的开发了ELID工艺,采用微细磨粒铸铁纤维基金刚石砂轮,选用普通机床在磨削过程中进行砂轮的在线修整,实现了对硅片的镜面磨削加工。后来,Hitoshi Ohmori又对ELID进行了改进,用几微米甚至亚微米的金刚石磨粒的铸铁基砂轮对单晶硅、光学玻璃和陶瓷材料进行ELID磨削,获得了高精度、低表面粗糙度的优质表面,可一定程度的代替研磨和抛光。哈尔滨工业大学[6]采用ELID磨削技术对硬质合金、陶瓷材料、光学玻璃等脆性材料实现了镜面磨削加工,磨削表面质量大幅度提高,部分工件的表面粗糙度尺值低至纳米级。

2.3 塑性域磨削加工

传统的材料去除过程一般有脆性去除和塑性去除两种方式。材料脆性去除是通过裂纹的扩展、交叉来完成的;材料塑性去除则是以剪切加工切屑的形式使材料产生塑性流动。对于工程陶瓷等硬脆材料,传统的加工技术及工艺参数只会导致脆性去除而不会产生显著的塑性流动,将发生脆性断裂,会严重影响被加工表面完整性和加工质量。在加工工程陶瓷材料时,可采用极小的切深来实现材料的塑性去除,即材料可在微小去除条件下从脆性破坏向塑性变形转变。超精加工技术的最新进展己可将加工进给量控制在几个纳米,从而使脆性材料的去除加工由脆性转变为塑性,显著降低加工表面层破坏程度。

2.4 超声磨削加工

超声磨削加工,是在磨削加工的同时,对工具或工件施加超声频率振动,充分利用超声波的高频振动和空化作用,使工具和磨粒产生极高的速度、加速度频繁地撞击被加工工件表面,从而达到去除材料的目的。超声磨削加工方式较适用于陶瓷材料的加工,其加工效率随着材料脆性的增大而逐渐提高。赵波教授[7]在工程陶瓷材料普通磨削研究的基础上,研究了超声、普通珩磨工程陶瓷和高强度钢的材料去除机理,证实了在超声加工作用下,不仅超细粒度金刚石珩磨油石可以延性加工工程陶瓷材料,且粗粒度油石在一定条件下也完全可以进行延性域加工。超声磨削加工可以明显提高硬脆材料的临界延性磨削深度,已成为人们普遍关注的一种加工方式。

另外,复合磨削加工、电火花磨削加工、电化学放电磨削加工、电化学在线修整磨削加工,也是当前工程陶瓷材料磨削加工方式发展的重要趋势。

3 磨削表面损伤及其测试

3.1 磨削裂纹及其测试[8]

通常情况下,工程陶瓷材料由磨削加工所引起的表面微裂纹包括中央或径向裂纹和横向裂纹。这些裂纹是由工程陶瓷材料和磨料磨粒之间相互作用产生的应力所引起的。横向裂纹平行于材料表面,且产生晶粒剥落、材料去除过程;径向裂纹垂直于材料表面和加工方向。

工程陶瓷材料的磨削加工裂纹的测试方法有损伤法和非损伤法等:应用超声波探测氮化硅陶瓷和石灰玻璃压痕试验中亚表面横向裂纹;运用光束反射方法的热波测量技术探测陶瓷磨削中的中位/径向裂纹和横向裂纹;光学显微镜、氩爆光技术、气泡试验、热波映像和X射线聚焦等方法。

3.2 磨削表面残余应力及其测试

工程陶瓷材料磨削加工后,表面层通常会形成一层残余应力,它是裂纹产生和发展的主要影响因素。工程陶瓷材料的断裂强度和韧性对表面应力状态非常敏感,残余压应力能提高其断裂韧性,残余拉应力的作用则刚好相反。

工程陶瓷材料磨削加工表面残余应力的检测方法有机械方法、物理检测法等。机械方法属于间接测量法,是通过测量零件的变形而间接测量残余应力,如挠度法、腐蚀剥层法、裂纹法等。物理检测法,是直接测量法,通过测量表面应力导致的材料物理性能的变化得出材料的残余应力,如X射线衍射法。

4 结束语

高效高精度是工程陶瓷材料磨削加工追求的目标。当前,工程陶瓷材料高效超精密磨削加工研究应集中在以下几个方向:适合工程陶瓷材料新的磨削加工机理;磨削加工过程的计算机控制和在线检测;新型且更适用的磨料、磨具、磨削液的研制开发;高精度高刚性的自动化磨床及磨削加工中心的研制;非稳态磨削与无损磨削。伴随着理论研究的深入和新加工技术的不断涌现,工程陶瓷材料将在更多领域应用、推广。

参考文献

[1]李伯民,赵波.现代磨削技术[M].北京:机械工业出版社,2003.6.

[2]杜建华,刘永红,李小朋,等.工程陶瓷材料磨削加工技术[J].机械工程材料.2005,29(3):1-4.

[3]刘伟香,邓朝晖.工程陶瓷磨削表面残余应力测试[J].现代制造工程.2005(5):99-103.

[4]林滨.工程陶瓷超精密磨削技术研究[D].天津:天津大学,1998.

[5]吴雁.微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削脆-塑转变机理及其表面微观特性研究[D].上海交通大学,2006.

[6]张飞虎,袁哲俊,等.单晶硅脆性材料塑性域超精密磨削加工的研究,航空精密制造技术,2000(4):8-11.

[7]赵波.纵向超声振动珩磨系统及硬脆材料延性切削特征研究[D].上海交通大学,1999.

陶瓷工业能耗现状及节能技术分析 篇9

改革开放30年来, 我国的陶瓷工业取得了举世瞩目的成绩, 成为了世界生产和消费大国, 据统计, 中国的陶瓷业生产量占了世界的70%。而佛山地区的陶瓷生产量达到全中国的60%以上, 市场占有量约为40%。

1 我国陶瓷工业的能耗现状

虽然我国的陶瓷行业在世界占有重要地位, 但是陶瓷的资源消耗量是惊人的, 无论是原料生产还是成品的烧结, 都需要大量的能源资源支撑, 而我国又是一个能源紧缺的国家, 再加上陶瓷业普遍采用的是“以量取胜”的发展道路, 导致我国的陶瓷工业发展呈现出数量多、无精品、档次低、能源消耗高、效率低等特点。陶瓷在制作过程中, 烧结和干燥两个工序所消耗的能源占总消耗能源的八成以上, 其中前者约占61%, 后者约占20%。在资源利用率上, 我国与国外也有较大的差距, 一些发达国家能达到50%以上, 甚至接近60%, 而我国一般只有30%左右。所以, 在能源利用上, 我国的陶瓷生产工业还有非常大的提升空间。

我国陶瓷业所消耗的能源逐年上涨, 2004年消耗的泥料和石料就达7000万吨, 消耗的成品油为4.4亿升, 其中日用陶瓷所消耗的标准煤达350万吨以上, 包括原煤26万吨, 重渣油74万吨等等。而佛山的陶瓷行业每年消耗的燃料达500万吨标准煤。污染物的排放量也是十分惊人的, 如2004年佛山陶瓷业排放的废气约为150亿立方米, 占有佛山市工业产生的总废气量的12%, 其中SO2和粉尘分别占有全市排放总量的23%和99%, 这种污染物引起的雾霾天气和酸雨降临是十分明显的。到2011年佛山陶瓷产生的废弃量已达到180亿立方米, 占工业总废气量的15%。

2 陶瓷工业的节能技术措施

2.1 陶瓷原料制备过程中的节能措施

陶瓷原料生产所消耗的能量在整个生产过程中所占的比重很大, 据统计, 原料生产消耗的燃料约占总量的49%, 装机容量约为72%, 如果采用有效节能措施, 原料制备阶段可以节省较多的能源。

在原料生产的过程中, 首先, 应该放弃使用噪音大、能耗高、污染严重的破碎系统, 例如粗细颚式破碎机和旋磨机, 可以采用球磨机或质量可靠的系统;其次, 可以采用效率更高的球磨机, 可以大幅度提升产量, 并且减少耗电量。对于每年全国16亿平方米的墙地砖和数百亿件日用陶瓷的生产来说, 如果90%以上企业放弃以前的粗细颚式破碎机而改用连续的球磨机, 那么预期可以节省电量约25亿度。另外, 球磨机橡胶衬的设计即减少了负荷, 也增加了有效容积, 所以不仅提高了产量, 又节约了电能。球磨机在实际使用过程中, 可以根据具体的生产条件使用不同的设计, 可以提高其工作效率, 如果使用了氧化铝球, 在原来的基础上还可以省电。

陶瓷产业在不断发展的过程中逐渐形成了原材料标准化的趋势, 这样不仅可以充分利用资源, 还有如下的优点:a.通过标准化, 可以保证生产质量, 提高产品的稳定性;b.原材料标准化便于对原材料进行集中处理, 从而可以提高原料加工设备的利用率, 减少企业特别是新建企业的开发和投资;c.工厂不用存储大量的原料以供生产, 工厂在任何需要的时候就可以买到标准的原料。

2.2 陶瓷制品成型与干燥过程中的节能措施

大吨位、宽间距的压砖机具有较大压力, 其产量较大, 生产质量好, 而且合格率高, 所以在同样的条件下, 一条砖窑配备一个大吨位压砖机, 可节省电量30%以上。当前, 我国普遍使用的是2000-4000t级的压机, 而欧洲使用的多半是6000t以上, 甚至意大利的一些公司使用了7200t的压机。而广东科达机电股份有限公司开发出了最大到7800t的大吨位全自动压砖机, 达到了国际领先水平, 不仅提高了我国陶瓷业的竞争力, 还出口到国外, 在国外市场占有一席之地。

2.3 陶瓷制品烧成过程中的节能措施

前面已经论述到, 陶瓷在烧制过程中所消耗的能量是巨大的, 占到总耗能61%甚至更高, 而陶瓷烧制过程的主要场所为窑炉, 所以对窑炉进行节能改造显得十分重要。

1) 低温快烧技术

烧制温度越高, 所消耗的能量就越大, 我国目前烧制的温度大概为1100°~1280°, 有的甚至达到1400以上。如果烧结温度降低100度, 则每件产品可节约10%的能量, 而且时间可以缩短并增加产量。然而, 采用低温烧结技术需要改进原料, 使用烧结温度低的坯料和釉料, 还需要改进工艺。所以, 还需要进行大量的研发试验。

2) 窑型向辊道化发展

传统的陶瓷多半使用隧道型窑烧结, 而现在, 墙体砖多半使用辊道型窑烧结, 同时辊道窑也不断应用到卫生陶瓷和日用陶瓷的烧结中。辊道窑是目前为止优良性最好的窑型, 它具有高产量、体积小、耗能少、智能、操作简单等优点。所以, 在生产中, 辊道窑逐渐代替了传统的隧道窑和梭式窑。

3) 使用轻质耐火材料及新型涂料

根据实验可以得到, 轻质耐火砖比重质砖的具有更好的隔热效果, 散热效果也比重质砖好很多。所以, 使用诸如硅酸铝等新型材料制成窑体和窑车将具有十分良好的节能效果。

4) 改善窑体结构

经过研究, 窑的高度越高, 所消耗的能量和散热量也增加, 例如当辊道型窑从0.2米增加到1.2米时, 消耗的热量增加了4.4%, 散热量增加了33.2%, 所以从这点来说, 窑越高耗能越大。当增加窑长时, 单位产品所消耗的热量和烟气带走的热量会减少, 从这点来说, 窑越长越好, 故而现在的窑长从以前的20米左右逐渐变为200-300米。

此外, 还可以使用一些清洁能源代替原来的传统的煤和油, 充分利用窑内的余热, 对余热进行回收, 不仅能提高能源利用率, 还能减少污染, 保护环境。

3 结论

就目前陶瓷工业的发展来看, 我国的节能技术远远落后与欧美发达国家, 所以采用先进的节能技术对我国陶瓷业的发展至关重要。可以预计今后的陶瓷的发展趋势为:采用轻质陶瓷纤维涂制的连续更长的窑体;使用低温、低污染的烧结方式;采用控制性能更佳的自动控制技术。有理由相信, 佛山乃至中国的陶瓷业经过不断努力, 节能技术及设备一定可以达到国际先进水平。

参考文献

[1]彭金辉, 何蔼平.德国在微波处理材料方面的应用研究[J].昆明理工大学学报, 1996, 21 (6) :39-41.

陶瓷材料加工技术的研究现状 篇10

陶瓷材料具有良好的耐高温耐腐蚀性能、强度高、硬度高, 是优良的高性能材料。随着陶瓷材料学的发展, 其制备技术也越来越多, 陶瓷材料的性能也逐步得到提高。陶瓷材料可以用到空间探测、航空航天等高技术领域中。

陶瓷材料的原子通过共价键、离子键结合, 而金属材料通过金属键相结合, 所以陶瓷材料与金属材料有完全不同的性质。陶瓷材料在常温下对剪切应力的变形阻力很大, 且硬度很高。由于陶瓷晶体是由阳离子和阴离子以及它们之间的化学键组成的, 化学键具有方向性、原子堆积密度低、原子间距大, 使陶瓷显示出很大的脆性, 加工产生的缺陷多, 所以是典型的难加工材料。发展高效低成本的加工技术十分重要。

1 陶瓷材料的车磨削加工技术

陶瓷材料的脆性极高, 似乎很难将陶瓷与车削联系起来, 但是陶瓷材料的压痕实验表明如果选用合适的金刚石刀具角度和切削参数仍然可以实现陶瓷材料的延性加工。相关的实验也表明采用超硬刀具材料都可以加工陶瓷材料。李湘钒超精密车削陶瓷材料的实验表明采用W-Co类硬质合金可以加工陶瓷零件。日本的原昭夫曾采用聚晶金刚石刀具车削Al2O3和Si3N4陶瓷。目前车削陶瓷材料主要选用金刚石刀具。在刃磨性能上单晶金刚石刀具优于聚晶金刚石刀具, 它们都属于微量切削, 去除率较低, 加工质量和精度难以保证, 还有待于进一步的研究。

磨削可以满足硬金属的加工要求, 因而也可以成为陶瓷材料的主要加工方法, 其精度和效率比较适中。磨削陶瓷材料一般选用金刚石砂轮, 金刚石砂轮磨削材料时磨粒切人工件, 磨粒切削刃前方的陶瓷表面材料受到挤压, 当压力值超过陶瓷材料承受极限时被压溃, 形成碎屑。同时磨粒切人工件时, 由于压应力和摩擦热的作用, 磨粒下方的材料会产生局部塑性流动, 形成变形层, 当磨粒切出时, 由于应力的消失, 引起变形层从工件上脱离形成切屑。从成屑机理上看陶瓷

材料的去除方式仍然是脆性的。磨削加工后的表面残留了大量的加工缺陷, 因此深加工就成为必然的工序。为了降低深加工的成本, 近年来提出了延性域磨削的概念。延性域磨削以提高磨削表面质量为主要目标, 采用调整磨粒排布方式以及精密修整等技术来实现陶瓷材料的高效精密加工。陶瓷材料的磨削还存在砂轮磨损堵塞以及加工效率低等问题, 这些问题有待于进一步的研究。

2 陶瓷材料的特种加工技术

超声加工是在加工工具或被加工材料上施加超声波振动, 在工具与工件之间加入液体磨料或糊状磨料, 并以较小的压力使工具贴压在工件上。加工时, 由于工具与工件之间存在超声振动, 迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面, 加上加工区域内的空化、超压效应, 从而产生材料去除效果。超声加工比较适合陶瓷材料表面脆性的特点, 这种方法加工的表面质量较好, 容易实现加工自动化。其缺点是加工效率较低, 工具寿命较低。

激光加工陶瓷材料, 是利用能量密度极高的激光束照射到陶瓷材料表面上, 光能被陶瓷表面吸收, 光能部分转化为热能, 使局部温度迅速升高产生熔化以至气化并形成凹坑。随着能量的继续吸收, 凹坑中的蒸气迅速膨胀, 把熔融物高速喷射出来, 同时产生一个方向性很强的冲击波, 这样材料就在高温、熔融、气化和冲击作用下被蚀除。激光加工高效环保, 但光斑表面的温度梯度容易形成陶瓷材料表面的微裂纹, 而且激光设备昂贵, 使用成本较高。

电火花加工主要是通过电极间放电产生高温熔化和汽化蚀除材料。电火花加工适合于导电材料的加工。因为陶瓷材料是电绝缘体, 所以必须采取特殊工艺。一种高压电火花加工方法是在尖电极与平电极间放入绝缘的陶瓷材料工件。两电极间加以直流或交流高电压, 使尖电极附近的介质被击穿, 发生辉光放电蚀除。另一种加工方法是在薄片陶瓷工件上压放一块薄金属网作为辅助电极, 辅助电极和工具电极分别与脉冲电源的正负极相连, 并放在油类工作液中, 当脉冲电压施加到两极间, 便在工具与辅助电极间产生火花放电;当电火花穿过工件上的辅助电极时, 由于金属材料的气化喷射或溅射等作用使陶瓷零件表面导电, 加工得以持续。还有一种加工方法是在陶瓷的表面涂覆导电材料进行电火花加工。电火花加工仍面临加工效率低、加工表面质量难以保证等问题, 这些有待于进一步的研究。

3 特种加工辅助车磨削技术

车磨削加工的效率相对较高, 但其对工具的要求非常高, 而且陶瓷材料的表面质量难以保证, 对于成形陶瓷零件的加工也较难。为了提高陶瓷材料的加工精度以及加工范围, 在车磨削加工中引入特种加工技术将会同时获得较高的加工效率和表面质量。

超声磨削加工, 是在磨削加工的同时, 对工具或工件施加超声频率振动, 充分利用超声波的高频振动和空化作用去除材料, 超声磨削加工方式较适用于陶瓷材料的加工, 其加工效率随着材料脆性的增大而逐渐提高。超声磨削技术可以明显降低磨削温度、增加砂轮使用寿命、提高加工精度和表面质量。

激光辅助车削技术是将激光照射到刀具附近的陶瓷材料, 在车削陶瓷材料的过程中, 材料剪切区域因激光产生高温软化, 减小了陶瓷材料的切削阻力, 增加了陶瓷材料的加工延性, 从而达到了陶瓷材料的高效延性加工。

在线电解磨削技术是将电解技术引入到磨削过程中, 通过连续有限量的电解作用来蚀除砂轮表面的金属结合剂从而对砂轮进行修整以达到微粉磨粒不断出露的目的。在线电解技术是日本理化研究所研究的成果, 加工陶瓷材料可以达到超精密加工的水平。

4 结论

陶瓷材料在高技术领域中应用的广泛性促进了其加工技术的研究。陶瓷材料硬度高脆性大, 采用传统的车磨削技术进行加工难度比较大, 而特种加工技术效率低成本高, 所以采用传统的车磨削技术与特种加工技术相结合的方法将是以后陶瓷加工技术研究的趋势。

参考文献

[1]李湘钒.工程零件的车削工艺探讨[J].苏州大学学报工学版, 2002, 22 (1) :70-73.

[2]中井哲男.切削完全烧结陶瓷的研究结果[J].工业材料, 1983, 16 (2) :31-55.

[3]张贝.磨粒切厚可控的脆性材料延性域磨削基础研究[D].南京:南京航空航天大学机电学院, 2013.

[4]张保国, 田欣利, 佘安英, 闫涛, 李富强.工程陶瓷材料激光加工原理及应用研究进展[J].现代制造工程, 2012 (10) :5-10