出版时间:2016年10月 |
陶瓷工业原料与装备处于陶瓷产业链的上游,直接决定了陶瓷制品的特性和质量。按照原料的用途划分,陶瓷工业原材料主要包括坯料、颜料和釉料三大类,主要原料来自自然界的硅酸盐矿物,如黏土、长石和石英等。陶瓷生产的机械设备主要包括成型设备、烧成设备等,具体如大吨位球磨机、大容积浆池和料仓、大规格压机、宽体现代化窑炉等。近年来,我国陶瓷装备自主创新能力和国产化率不断提高,但是与国际先进水平相比,仍然存在一定的差距,还不能充分满足陶瓷产品品质提升和工艺进步的要求。
一 陶瓷坯料
陶瓷制品所用的原料大多是天然的矿物原料或岩石原料,其中主要是硅酸盐矿物,如高岭土、石英、长石等。最终陶瓷制品的品质和性能的好坏,一方面取决于陶瓷原料的选择,另一方面也依赖于制作的生产工艺。品质优良的原料,是生产优质陶瓷制品的必要条件。
1.陶瓷坯料的分类
不同种类的陶瓷制品,其性能要求和所用原料各不相同。普通陶瓷坯料一般都是以黏土为主要原料,可通称为黏土质坯料。由于使用的黏土种类存在差异,尤其是使用的熔剂原料种类不同,又可将坯料进一步加以区分,如以长石为主要熔剂原料的坯料,可以称为长石质坯料,此外,还有一些其他质地的陶瓷坯料。
陶瓷制品的种类繁多,所使用的原料也不尽相同,具体如表1所示。
表1 陶瓷制品的分类及其主要原料和表面特征
2.陶瓷坯料的发展
(1)满足多样需求的新材料
随着现代科学技术的进步,以及人们生产和生活对陶瓷制品需求的多样化,过去单一、传统的陶瓷产品已经无法满足需求,尤其在工业领域体现得更为突出,由此逐渐出现了多样化的陶瓷品种。为了达到更高的品质,满足不同的需求,对陶瓷原料的发展提出了挑战。与传统的陶瓷原料相区别,新型陶瓷材料往往具有耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度等特性。
采用新型原料制成的陶瓷可被称为新型陶瓷,一般是指不含硅酸盐的化合物陶瓷,如由碳化物、氧化物、硅化物、硫化物、硼化物等材料制成的陶瓷。各种类别的新型陶瓷,按照其组成、结构和性能的不同,进一步划分为高技术陶瓷、先进陶瓷或特种陶瓷。在全社会倡导绿色发展的背景下,还出现了节能环保的绿色陶瓷,如抗菌保健陶瓷等。
(2)改进坯料性能的添加剂
为了使坯料性能适合成型及以后各工序的要求,还需要向坯料中加入一些添加剂。根据作用的不同,添加剂主要包括以下三种,一是解凝剂。用来促进泥浆的流动性,旨在保持适当的黏度以便于浇注。这类添加物可用无机电解质,也可用有机盐类或聚合电解质。前者多用于黏土质泥浆中,后两者既可用于黏土质泥浆,也可用于瘠性料浆。二是结合剂。用来提升可塑泥团的可塑性,增强生坯的强度。具体分为两类,一类是黏合剂,在常温下能将坯料颗粒黏合在一起,使其具有成型能力,而烧结时,它们会挥发、分解、氧化,多数是有机物及其溶液;另一类是黏结剂,在高温下可提高坯料的可塑性,高温下仍在坯体中,多数为无机物质,如硅酸盐和磷酸盐等。三是润滑剂。用于改善粉料的湿润性,从而减少粉料与模壁之间以及粉料颗粒之间的摩擦,旨在促进压制坯体密度增大和均匀化,一般采用含极性官能团的有机物。
实际上,一种添加物往往不止起一种作用,如石蜡既可黏结粉料颗粒,也可减少粉料的摩擦力;一些表面活性物质既可作解凝剂,又具有湿润的作用。对于所有添加物都适用的要求是:一是添加物不会与坯料发生化学反应,否则将会影响陶瓷制品的性能;二是添加物的分散性要好,从而便于和坯料相互混合均匀;三是有机物质应当在较低的温度下能够烧尽,并且产生的灰分较少;四是氧化分解适宜的温度范围要比较宽泛,以防引起陶瓷坯体开裂。近年来,开发出的多种功能各异的添加剂,对改进陶瓷坯料性能发挥了重要的作用。
3.陶瓷坯料的发展前景与面临的挑战
(1)原料资源枯竭的挑战
陶瓷原料大多来自天然矿物质。随着陶瓷工业的不断发展,优质原料资源的枯竭逐渐引起业界的重视。世界上几个传统产瓷国,包括英国、日本、德国、意大利及西班牙等,基于陶瓷产业资源贫瘠和关注环境保护以及社会人生价值观的新认同,对陶瓷生产从资源价值观的角度实行了产业政策大调整。尽管中国地大物博、资源丰富,但是也应及早重视这