卫生瓷热稳定性的研究.docx
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卫生瓷热稳定性的研究
卫生瓷热稳定性的研究
唐山某瓷厂建筑卫生瓷热稳定性能的研究
作者姓名陈静
专业无机非金属材料工程
指导教师姓名王世峰甘朝亢
专业技术职务教授高级实验师
山东轻工业学院本科毕业论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文，是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果。
论文中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在论文中加以说明，除此之外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。
本声明的法律结果由本人承担。
毕业论文作者签名：
年 月 日
山东轻工业学院关于毕业论文使用授权的说明
本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：
学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、扫描等复制手段保存本论文。
指导教师签名：
毕业论文作者签名：
年 月 日 年 月 日
摘要…………………………………………………………………1
第一章文献综述………………………………………………3
1.1卫生瓷概况…………………………………………………………3
1.2选题的目的及意义………………………………………………………3
1.3国内外研究现状…………………………………………………………3
1.4卫生瓷生发展前景………………………………………………………4
1.5卫生瓷生产工艺…………………………………………………………6
1.6实验研究内容…………………………………………………………7
第二章实验部分…………………………………………………8
2.1配方设计…………………………………………………………………8
2.2配方………………………………………………………………………9
2.3配料、球磨………………………………………………………………10
2.4泥浆过筛、除铁…………………………………………………………10
2.5注浆成型…………………………………………………………………11
2.6干燥………………………………………………………………………11
2.7修坯………………………………………………………………………11
2.8烧结………………………………………………………………………11
第三章性能测试……………………………………………………12
3.1热稳定性的测定…………………………………………………………12
第四章结果与讨论………………………………………………13
4.1热稳定性…………………………………………………………………13
4.2结果分析…………………………………………………………………13
4.3实验改进…………………………………………………………………13
4.4结论………………………………………………………………………13
参考文献……………………………………………………………………14
致谢…………………………………………………………………………15
摘要
热稳定性是衡量陶瓷制品质量高低的重要技术指标之一。
一般石英颗粒在坯料中研磨的较细，这样可以减少坯裂和提高产品的热稳定性，同时浆料不易发生沉淀。
适量引入石英组分，不仅有利于坯体的瓷化，而且由于石英不断融入液相进而提高了熔体的粘度，同时改善了玻璃相的膨胀性质，对瓷体热稳定性的提高有促进作用。
但是，过多的引入会引起制品的热稳定性降低。
因此，合理的原料配比能提高制品的热稳定性。
本实验根据各种原料的不同作用和晶相，设计四组不同的原料配比来进行实验。
四组配比的原料，在一定的成瓷工艺下进行成瓷，将制得的四组样品进行热稳定性的测试，实验结果四组式样的热稳定性能都很好，在水煮半小时都达到八次而不出现裂纹，从干燥情况看，其中二号配比做得的试样热稳定性最好。
关键词：
热稳定性裂纹原料配比长石石英
ABSTRACT
Thermalstabilityisoneoftheimportanttechnicalindexestomeasureceramicproducts’quality.Generally,quartzcanbegrindedfineintheblank,soitcanreducethebillettocrackandimprovetheproductofthermalstability,atthesametime,warpsizedoesn’teasilysettle.Appropriateamountoftheintroductionofthequartzcomponent,itisnotonlyconducivetothegreenbodyporcelain,andquartzcontinuetointegrateintotheliquid,therebyincreasingtheviscosityofthemelt,Whileimprovingthenatureoftheglassphaseofexpansion,havearoleinpromotingtheimprovementofthethermalstabilityoftheceramicbody.However,theintroductionoftoomuchitwilldefinitelymakeitoversaturatedandthusleftbehindacrystallinesituation,,thelowerthermalstabilitytotheproducts.Therefore,areasonableratioofrawmaterialstoimprovethethermalstability,Theexperimentwasbasedonthedifferentrolesofvariousrawmaterialsandphase,todesignfourdifferentratioofrawmaterialstocarryouttheexperiment.Fourgroupstheratioofrawmaterials,toporcelaincraftporcelain,Obtainedfoursetsofsamplestothethermalstabilitytest,Theexperimentalresultsofthethermalstabilityoffourgroupsofpatternsaregood,boilingforhalfanhourreachedeightwithoutcracks.Fromthedryconditions,the2ndratio’ssamplethermalstabilityisbest.
Keywords：
thermalstability;crack;theratioofrawmaterials;feldspar;quartz
第一章文献综述
1.1卫生瓷概况
近十年来我国的建筑卫生陶瓷工业持续高速发展,从行业整体情况看,发生了巨大变化,在投资热的推动下,建成了一大批具有先进水平的大中型企业。
特别是从国外引进先进装备或成套生产线之后,提高了全国陶瓷行业总体水平,与此同时,国产化装备制造水平有了长足的进步。
据统计全国已有440多家企业不同程度地引进了国外单机或全套生产线装备,其中卫生陶瓷企业占40家左右。
当前我国建筑卫生陶瓷工业正朝着技术装备现代化,产品高档化、品种多样化、销售配套化、市场竞争白热化方向发展。
近十年来,我国建筑卫生陶瓷工业的发展,注重生产规模,明显地带有速度效益的特征,就全国陶瓷墙地砖总产量而言,现已成为世界大国,比有瓷砖王国之称的意大利年总产量高出一倍多,但瓷砖的花色品种、质量、档次和效益与意大利相比还有较大差距。
因此，我国建筑卫生陶瓷的发展要从量变发展到质变,进入一个新的发展时期,转变企业发展战略,调整发展思路。
1.2选题的目的及意义
卫生陶瓷坯料的组成主要是根据制品性能要求而定。
由于制品体积大，形状多样而复杂，多采用注浆成型。
通常采用适当比例的粘土类矿物、长石、石英配料。
配方中的原料对泥浆及制品的性能有很大的影响。
长石和石英与可塑性原料混合后可以调整坯料的可塑性。
石英是坯料中SiO2的主要来源之一。
坯料中加入石英，可使注浆吸浆速度加快，是生坯的致密性降低。
一般石英颗粒在坯料中研磨的较细，这样可以减少坯裂和提高产品的热稳定性，同时浆料不易发生沉淀。
石英和长石增加制品的白度，但在坯料中用量不易过多。
长石用量过多，易引起变形。
长石及其熔融物作为连续基质与晶相胶成统一体而成瓷。
因此，长石原料的引入量决定了卫生瓷玻璃相的含量。
引入过多，瓷体玻璃相的比例增大。
玻璃向有利于改善瓷的透光性，但会使烧结范围变窄而加剧烧成难度，同时增大复合磁体的热膨胀系数，不仅影响制品的热稳定性，而且降低瓷体的机械强度。
石英用量过多，则成瓷后的制品含有游离石英过多，引起制品的热稳定性降低。
因此，合理的原料配比能提高制品的热稳定性。
1.3国内外研究现状
改革开放以来，中国的卫生陶瓷工业快速发展起来，生产遍及全国，形成了以广东、河北、河南为主的卫生陶瓷生产区域，并且产量稳步增长，进口逐年减少，出口逐年增加。
根据中国建筑卫生陶瓷协会的调查，1999年全国卫生陶瓷产量估计为5400多万件，产品出口275万件，比上年增长35％，出口创汇9409万元。
近20年来，中国卫生陶瓷产品无论从品种、档次和规模都有大的发展，尤其是90年代后期，随着国外知名品牌进人中国，以及国内知名品牌的形成，带动整个卫生陶瓷行业的发展有了较大的飞跃。
在前10年，全国卫生陶瓷总产量只有8000万件，而到后10年，总产量达到4亿件，是前10年的5倍！
1993年至1994年，中国卫生陶瓷产量占世界总产量的四分之一，居世界第一位。
90年代中期，世界卫生陶瓷总量约2亿件，并且有向高档化、系列化、配套化发展的趋势。
世界卫生陶瓷主要生产国有意大利、美国、中国、日本和法国等国家，其产量已超过世界总产量的90％。
国际市场主要被欧洲及美国等发达国家占领，其中意大利、法国、葡萄牙、德国年出口量最大。
但这些国家同时又是进口大国，主要进口中档产品，其进出口差价很大，进口产品一方面满足国内一般建筑需要，另一方面作为半成品加以配套而高价出售。
中国作为世界卫生陶瓷主要生产国之一，高档产品可达总产量的15％，自1997年以来出口量就已超过了进口量。
1999年进口卫生陶瓷42．14万件，进口额02：
U万美元，降低了273．06％；出口275，38万件，增加35，15％，出口值3593．63万美元，增加了48．7％，出口产品平均价提高10％。
可见中国的卫生陶瓷进出口贸易相当活跃；出口的量和值均有大幅增长，且进口平均价大幅下降而出口平均价有所提高。
中国卫生陶瓷主要出口到欧洲、美国、日本、俄罗斯、东南亚等80多个国家和地区。
国外卫生陶瓷贸易量稳定增长。
自八十年代以来,世界陶瓷贸易呈稳定增长之势。
八十年代初,建筑陶瓷的全球贸易额约35亿美元,到九十年代已增至68.25亿美元。
产量则由x985年的11.7亿平方米增长到1997年的25.93亿平方米。
尤其是1986年以来,全球的增长速度更快,产量和贸易额的增长率均达10%以上:
少数国家仍然控制整个市场。
长期以来,建筑卫生陶瓷的国际市场一直由意大利、西班牙、德国、法国、日本和美国等少数几个国家控制,这种格局至今仍没有改变。
意大利和西班牙瓷砖产品占据世界瓷砖出口总额的40%以上。
市场需求多样化,优质高档,图案色调新潮的产品具有更强的竞争力。
八十年代以来,建筑卫生陶瓷贸易额的增长,主要不是依靠出口数量的增加,而是靠产品新颖,价值增加。
例如,八十年代世界瓷砖出口数量年增长率仅4.6%,而价值增长率却达7.1%。
世界陶瓷市场广阔世界陶瓷市场包括日用陶瓷、建筑陶瓷（包括园林陶瓷和瓷砖）卫生陶瓷、艺术陶瓷和工业用高精密陶瓷五大类、据估算、进人90年代以来各类陶瓷的世界贸易额约200亿美元,而其增长最快的是工业用高精密陶瓷和建筑陶瓷二目前建筑陶瓷‘瓷砖）的世界贸易。
1.4卫生瓷发展前景
目前，国内外卫生陶瓷发展主要定向于四个发展方向：
生产过程自动化、表面处理技术、复合材料及替代材料的研发、配套产品智能化和功能化。
生产过程自动化是目前本行业技术创新中所研究的主要课题。
卫生陶瓷行业目前仍然处于对有经验的技术工人依赖性很强的半自动化、半手工化或全手工化阶段。
但是，目前面临劳动力回迁、年轻人不愿做苦活的劳动力急缺的时候，自动化过程成了必须要走的路。
自动化程包括原料均化和制备技术、注浆成形技术和干燥技术三个方面。
现阶段，我国卫生陶瓷原料的标准化技术仍然远远落后于发达国家，这为后续工序的稳定和自动化进程带来了很大阻力。
但是，由于原料均化很难反映到工厂的经济效益上，推进及发展非常迟缓，需要进行应用基础研究的研究院所来承担这一责任。
注浆技术的自动化经过咸阳陶瓷研究设计院接连承担的“八五”攻关项目和“九五”攻关项目的成果的转化，已经在我国取得了长足的进步。
目前已经有少数卫生陶瓷装备制造企业具备了全自动压力注浆机组制造能力，但是目前由于模具技术和原料均化技术的落后，推广仍然很艰难。
传统的卫生陶瓷模具及坯体干燥过程需要高温高湿的环境，使得工人工作环境非常恶劣，干燥周期很长，占用了很大的工作时间和空间，同时消耗了大量的能源，能源使用效率也非常低，所以干燥技术创新也是目前技术工作的重点，目前，在这一方面我国与国际水平也有很大差距。
卫生陶瓷表面处理技术主要包括超平滑自洁釉面技术、非釉质表面处理技术和表面修补技术。
有自洁功能的“智洁釉”为日本ＴＯＴＯ首创，目前国内技术也已接近于日本技术，主要是通过釉面的超平滑效果来解决挂污的问题和通过在釉面中重金属离子来提高表面抑菌效果。
关于非釉质表面处理，武汉理工大学也尝试过使用有机的树脂材料使得卫生陶瓷表面更加丰富多彩并且有弹性，潮州工厂也曾做过此类尝试，目前尚未成为成熟产品。
表面修补技术是卫生陶瓷大有可为的一项技术，卫生陶瓷一般有１５％的不合格率，其中１０％左右为表面落脏等缺陷，目前多使用打磨喷釉回烧的工艺，耗能巨大，比较前沿的是激光修补技术、局部回烧修补技术及有机喷涂修补技术，但是技术成熟度有待提升，目前尚未在行业中大规模推广。
复合材料及替代材料的研发是卫生陶瓷（卫生洁具）发展的又一方向。
目前已经尝试用亚克力、树脂－硅灰石、树脂－石灰石、密胺树脂、以及由上述材料结合陶瓷材料的卫生洁具在行业内出现，这种产品装饰效果非厂好，并且排水量非常稳定，也是一类有前途的产品。
另外，将家具与卫浴产品合二为一的木材、陶瓷、玻璃镜组合的浴室柜产品也已经成为本行业的主流产品。
配套的智能化和功能化的研究方向包括实用性和美学结合的产品配套性的研究、基于自动感应技术的智能化研究和带有除菌除臭配件的功能化研究。
产品配套性需要解决两方面的问题：
一是使用功能优化的问题，坐便器水箱配件与坐便器本身的配套性直接决定了坐便器的冲洗效果，盖板的寿命、手感、强度也是使用功能的一部分，这一方面的研究可以使产品的使用效果达到最佳；二是装饰效果，整个卫浴空间内各类产品的搭配需要非常强的美学效果，这方面的研究的目的主要是追求美学和功能的和谐统一。
自动感应技术的智能化研究包括能够自动感应人体的红外或光学感应系统、能够便后自动水洗身体并烘干的自洁系统以及座圈的自动加热系统，这方面的研究工作属于集成创新，主要是基于人体工程学的使用功能的研究，目前这方面的创新在卫浴行业异常活跃。
带有除菌除臭配件的坐便器产品也是一个研究的方向，我国有一个研究机构推出一种新产品，把便池中的臭气通过真空抽入水箱，在水箱中通过空气净化系统除去臭气，也是一个值得研究的发展方向。
1.5卫生瓷生产工艺
原料过筛
一定的料球水球磨
泥浆过200目筛
注浆成型
干燥
修坯
烧成
性能测试
瘠性原料如石英、长石等研磨后的粒度，应根据制品的要求予以适当的选择，因为坯料的颗粒度对成品的质量有很大影响，它可直接影响到制品干燥和烧成后的性能。
颗粒度越小，颗粒的比面积必然越大，在烧成过程中起作用的面积也就大些，有利于各种物理化学过程的进行，且易于烧成并获得致密的结构，减低坯体的气孔率，增加坯体烧成后的强度、硬度和密度。
但是，如果颗粒度过小，则可降低坯体的耐火度，增加坯体的收缩率，增加能源消耗。
因此，对颗粒度的要求不能过大或过小，应该根据粘土的加入量、产品种类、原料的性质等来进行合理的选择。
原料在细磨加工过程中注意不能混入铁质，以免影响卫生瓷的白度。
1.6实验研究内容
本课题主要通过不同原料配比来进行实验，将做出不同的试样，通过测试各式样的热稳定性来研究其热稳定性。
第二章实验部分
2.1配方设计
2.1.1制定配方的依据
1、产品性能要求是配方设计的主要依据。
考虑配方时首先必须熟悉相应陶瓷产品的基本性能指标要求，可查阅有关的国家标准及企业标准，或收集实物样品进行性能测试。
卫生瓷要求产品有较高的强度和硬度，釉面光泽要好，色泽一致，有较高的机械强度和美丽的外观。
本实验通过调整配方，提高卫生瓷的强度、热稳定性、烧成温度范围等性能。
2、前人积累的比较成熟的经验组成范围也是配方设计的依据。
为了节省试验时间，提高效率，查阅有关资料，参考国内外的经验配方，或对实物样品进行化学分析，并根据国内可用原料性能，选定一个较为合适的配方范围。
3、掌握各种原料在产品中的作用是配方的基础。
陶瓷材料一般采用多种原料配方，不同原料在产品结构和生产过程中的作用不同。
如有些原料构成产品的主晶相，有些则是玻璃相的来源，还有些有调节某些工艺性能的作用等。
因此在选用原料时必须对各种原料的化学组成、矿物组成、理化特性及工艺性能有充分的了解。
有时需要对原料进行各种测试分析或配方试验，以确定较好的原料和最佳用量。
4、满足生产工艺要求是配方设计的先决条件。
因为坯料性能不仅要符合化学组成要求，还要保证整个生产工艺过程能够顺利进行，即坯料应能适应成型与烧成的要求。
如在成型中希望塑性坯料的可塑性要好，注浆料的流动性好，并希望生坯强度大些，以满足自动生产线的要求；在烧成中，要求其烧成范围宽些，烧成收缩小些，坯和釉能良好结合等等。
这都将利于生产，提高产品质量。
5、还应考虑采用原料的来源要丰富，质量稳定，运输方便，价格低廉等。
2.1.2各种原料在配方中的作用
（1）粘土
①赋予坯泥可塑性，是陶瓷坯泥赖以成形的基础；
②使注浆泥料或釉料具有悬浮性与稳定性；
③粘土一般呈细分散颗粒，具有结合性，可充分填充瘠性原料形成的空隙，可使堆积密度最大化，提高坯体强度；
④是成型瓷器中莫来石晶体的主要来源。
粘土的使用对卫生瓷的成型性能及成瓷后的强度、热稳定性等影响很大，本实验选用大同土、坊子土和少量的莱阳土进行试验。
（2）石英
①在烧成前石英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。
②在烧成时，石英的加热膨胀可部分的抵消坯体收缩的影响。
当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分溶解于液相中，增加熔体的粘度，而未溶解的石英则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。
③在瓷器中，石英对坯体的机械强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。
同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它是陶瓷坯料中主要组分之一，它在陶瓷生产中的作用不仅在坯体成形时，而且在烧成时都有重要影响。
卫生瓷中石英约占坯体质量的25％-29％。
（3）长石
①长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。
②熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒。
在液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予坯体机械强度和化学稳定性。
③长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有利于坯体致密和减少空隙。
冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，并有助于瓷坯的机械强度和电气性能的提高。
④长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等。
长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，在1160℃的高温条件下分解熔融成粘稠的液态物质，可填充在坯体的空隙中以增进坯体的致密度，提高透光度、机械强度。
卫生瓷中长石含量一般为14％-17％。
2.2配方
1、查阅资料，确定卫生瓷坯体化学组成如下：
表2-1卫生瓷坯体化学组成单位：
％
坯料
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
KNaO
含量
72.2
21.9
1.12
0.47
0.78
3.55
卫生瓷成瓷区间为：
石英25-29％，长石14-17％，粘土45-60％
经过配方计算，可算出四组不同的原料配比如下表2-2：
原料
1
2
3
4
石英（％）
28
28
26
26
长石（％）
16
15
16
15
大同土（％）
26
30
35
25
坊子土（％）
26
22
13
11
莱阳土（％）
4
5
4
4
现进行配方计算：
第一步，将带有“灼减量”的原料百分组成换算成不带“灼减量”的百分组成，见表2-3。
第二步，进行配料计算
第三步，将计算所得的配料量再换算成含有“灼减量”在内的原料配料量和100g中的用量。
在配料计算中，是采取逐步满足法从化学组成求取各种原料的用量。
表2-3不带灼减量的原料百分组成单位：
％
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
CaO
MgO
K2O
Na2O
坯料
72.2
21.9
1.12
0
0.78
0.47
3.55
大同土
54.01
44.74
0.24
0.53
0.32
0.15
0
0
石英
99.29
0.14
0.10
0
0.27
0.20
0
0
长石
66.20
18.42
0.18
0
0.40
0.16
2.47
12.17
坊子土
61.10
29.97
2.00
0.89
2.65
0.89
0.21
2.31
莱阳土
78.27
14.89
1.04
0
1.12
3.21
0.51
0.96
2.3配料、球磨
2.3.1配料
按照配方比例精确称量各原料用量，加入一定量的电解质，电解质的量为干料总量的5％，加入一定量的球石和水，放入球磨罐中球磨，球
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