卫生陶瓷泥浆的化学组成、原料组成及配方设计
作者：叶如惠

来源：佛山陶瓷  发布日期：2013-7-24

1、前言

  在卫生陶瓷的生产中,由于各地气候、原料、成型、烧成等工艺条件的不同,各厂都有不同的生产加工过程来满足本厂生产的需要,但如何根据一些基本原则,利用当地原料,结合厂的实际情况进行合理的配方设计,配出好的泥浆,这是我们同行共同努力的目标。下面谈谈自己在这方面的一些认识和体会。
2、泥浆中各种化学成份在坯料中的作用

  卫生陶瓷坯料的化学组成对烧成工艺和制品的质量有着重要的影响,各种原料的化学组成有很大的差别,但其中起主要作用的化学成份是:SiO₂、A1₂O₃、K₂O和Na₂0、CaO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂和烧失量。它们之间既有特性又有共性,相互作用,相互联系。
2.1 SiO₂

  二氧化硅是酸性氧化物,是坯料的主要成份,由石英、长石、粘土等原料引人,含量一般在60~70%之间,其中一部分SiO2在高温下与A1₂O₃。生成莫来石晶体,与半安定方石英、残余石英一起形成坯体的骨架,提高制品的白度和机械强度,另一部分SiO:则与碱金属氧化物在高温下熔融生成玻璃,增大高温粘度,增强抵抗变形的能力。如果坯料中的SiO:含量过多,则会形成过多的游离石英,降低制品的热稳定性和机械强度,同时使产品的开裂增多;反之如果坯料中的SiO₂含量过少,则有可能使产品瓷化不完全或发生变形。
2.2 Al₂O₃

  三氧化二铝是中性氧化物,也是坯料中的主要化学成份。由粘土和长石引人,在坯料中的含量一般为19一28%,其中一部份在高温下与SiO₂生成莫来石晶体,另一部分熔于熔体中以玻璃相存在,Al₂O₃可以提高瓷坯的白度、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。但含量过高会提高烧成温度,甚至使制品瓷化不完全;含量过少会使制品烧成温度降低和烧成范围变窄,使产品容易变形和热稳定性变差。
2.3 K₂O和Na₂0

  氧化钾和氧化钠是碱金属氧化物,是瓷坯中的主要熔剂,由长石引人,有时也由瓷土或瓷石引人,它们能熔解部分的SiO₂和Al₂0₃生成玻璃相,填充于坯体骨架的空隙中,使制品烧结。当K₂O和Na₂0含量过多时,能明显降低坯体的烧成温度,使制品容易变形和热稳定性变差;而含量过少时,则产生的玻璃相减少,制品不易烧结。一般K₂0和Na₂0总量应控制在5%以下,其中N动的含量应在1%以下。
2.4 CaO

  CaO是碱土金属氧化物,在坯体中起助熔作用,一般情况下不是特别引人的,含量应控制在0.8%以下,含量太高会使烧成范围变窄,出现针孔、烟熏、发黄等缺陷。
2.5 MgO

  MgO也是一种碱土金属氧化物,由滑石或镁质粘土引人,它能降低制品的烧成温度,提高制品的白度。由于MgO的热膨胀系数较小,能促进坯釉中间层的生成,改善制品的热稳定性,但含量过多时容易引起釉面龟裂,一般含量应控制在1.5%以下。
2.6 Fe₂0₃

  Fe₂0₃的着色能力较强,还有助熔作用,影响制品的白度、烧成温度和外观质量,一般要求Fe₂0₃的含量应控制在1.5%以下。
2.7 TiO₂

  TiO₂的着色能力比Fe₂O₃更强,危害更大,一般含量应控制在0.8%以下。
2.8 烧失量

  烧失量是指坯体在烧成过程中所排出的结晶水、碳酸盐分解放出C0₂、硫酸盐分解放出S0₃,以及有机杂质被氧化排除的总的质量损失,如坯体的烧失量大,则总收缩也大,容易产生开裂、变形、针孔等缺陷,一般烧失量应控制在8%以下,必要时可将部分粘土预烧或使用少量废瓷粉,以减少烧失量和坯体收缩。
3、各种原料在坯体中的作用

  卫生陶瓷坯料有多种多样,但主要原料可分为粘土、长石、石英三大类。
3.1 粘土

(l)粘土的细分散性使泥浆获得良好的悬浮性和稳定性。
(2)粘土是坯料中Al₂O₃的主要来源,是坯体耐火性能的主要依靠。
(3)粘土的可塑性和结合能力,使坯体具有一定的强度,在生产加工过程中避免变形和开裂,同时粘土的颗粒很细,与其它原料形成更合理的颗粒结构。
(4)在烧成过程中高岭土分解,与SiO₂作用生成莫来石晶体,赋予坯体的强度。
3.2长石

(1)长石是瘩性原料,可缩短干燥时间和减少干燥收缩和变形。
(2)长石是熔剂原料,能降低陶瓷产品的烧成温度。
(3)长石在高温熔融后具有熔解其它物质的能力,能促使高岭土和其它瓷土的颗粒互相扩散,互相渗透,加速莫来石晶体的生长和发育。
(4)长石在熔融成玻璃态后,填充于各晶体颗粒之间,气孔率显著下降,使坯体致密,可提高制品的机械强度和电气性能。
3.3 石英

(1)石英对泥料的可塑性起调剂作用,并能降低干燥收缩,缩短干燥时间和防止坯体变形。
(2)在烧成时,由于石英的热膨胀适当地抵销了坯体烧成收缩,而且当玻璃质大量出现时,石英又与Al₂O₃形成坯体的骨架,从而防止坯体在烧成时发生弯曲变形等缺陷。
(3)高温中的化学亲和力较强,能与其它多种氧化物化合,高温中的液相粘度较高,增加坯体的结合能力。
(4)增加坯体的机械强度和白度。
4、配方设计要点
4.1配方设计的原则 

  只有合理的配方才能配出好的泥浆,只有好的泥浆才能保证生产的正常进行,取得良好的经济效益,配方设计的原则一般从下面四个方面加以考虑:
(1)在化学组成上要使产品的物理化学性能符合国家标准的要求,也就是说产品的吸水率、热稳定性等要符合国家标准的要求。同时要兼顾产品的机械强度、白度等,尽量提高产品的质量。
(2)熟悉掌握各种原料的特性,根据生产的需要正确选用合适的原料。
(3)要满足生产工艺的要求,也就是说泥浆的性能、干燥强度、烧成性能等要满足成型操作和烧成工艺的要求,并且坯釉结合要好。
(4)考虑原料的成本和来源。对主要原料要求资源丰富,质量稳定,价格低廉,为生产优质低价的产品打下基础。
要对以上四个方面全面兼顾往往是有困难的,在实际生产中首先应保证产品的质量,然后再尽可能满足其它要求。
4.2原料选择的设想和要求

  原料选择最基本的原则是含杂质和着色氧化物要少,根据原料的不同类型分述如下:
(1)粘土类
粘土的种类是复杂和多种多样,典型的常用粘土有较纯的高岭土、黑粘土、白粘土、灰粘土、硬质粘土等等,不同粘土具有不同的性能,有时就是同类粘土其性能也相差很大,需要我们加以试验鉴别,正确选择。首先是考虑选择稀释性、可塑性和悬浮性都较好的粘土,这样对泥浆性能的可调范围容易控制,一种粘土通常难以满足,需要多种粘土综合使用,同时也会起到减小波动的作用。总之要根据浆料的细度、可塑性、半成品强度、流动性、厚化度、吸浆速度等要求来选择各种不同类型的粘土,取长补短,尽量使泥浆参数波动小,性能稳定,可控范围和操作范围大,从而保证产品的质量。
(2)长石类
长石一般以钾长石为主,使用少量的钠长石,这样可控范围较宽,制品的性能也较好,另外也可选用温度较低的瓷石、瓷砂代替,从而降低原料的成本,有时也选择部分低温粘土来代替长石,但都希望它们含钾量高,含钠量低,同时含CaO等其它杂质要较少。
(3)石英类
石英最好是选用脉石英,这样对制品的质量有所提高,但其它多种石英类原料也可以满足生产,对于一些烧后淡红的“假色”石英也可以考虑使用,不应轻易舍去,同时CaO等杂质含量要低,否则影响坯釉结合及带来其它缺陷。
(4)其它
1).加人少量滑石能起到降低烧成温度、促进坯釉结合和改善热稳定性的作用。
2).加人20%的回坯泥能明显改善浆料的性能。
3).根据需要可考虑加人烧粘土或废瓷粉,这样可以改善渗透性,增加流动性,减少干燥和烧成收缩。
4).生产上有时加人触变剂来提高浆料的厚化系数。
5).南方有许多陶瓷厂使用焦磷酸钠作为电解质中的一种,它对提高浆料比重,减少水份,提高泥浆的稳定性起着重要的作用。
5、成型对泥浆性能的要求

(l)流动性要好,保证供浆畅顺和注浆时容易流到模型的各部位。
(2)稳定性要好,即泥浆的悬浮性要好,均匀一致,不会沉淀出任何组分,保证成型后坯体各部分组成均匀。
(3)具有适当的触变性,这样才能保证湿坯的性能,触变太高或太低都会带来不良后果。
(4)含水量要小,在保证流动性的情况下尽可能减少含水量,这样可以缩短吸浆时间,降低干燥收缩和延长模具的使用寿命。
(5)渗透性良好,泥浆中的水份能顺利地通过附着在模壁上的泥层而被模型吸收,吸浆时间适中,湿度差较小,操作加工性能好,收成高。
(6)成型后坯体要容易脱模,并且坯体要略有弹性,脱模后有足够的挺实能力。
总之,在泥浆配方中影响质量最大的是可塑性粘土的用量,如果用量过多,在注浆过程中水份不易扩散,吸浆慢,坯体粘模,脱模困难,坯体软,湿差较大,还会引起收缩过大,容易开裂和变形;如果用量过少,则泥浆可塑性差,悬浮性差,容易沉淀,使坯体结构不均匀,不致密,强度低,容易产生裂纹和分层现象,所以可塑性粘土的用量应适中,保证浆料具有良好的性能
6、产品烧成质量对浆料的一些要求

(1)在保证浆料性能和坯体强度的情况下,适当控制可塑性粘土的比例和用量,尽量减少坯中有机物和其它高温挥发物的含量,从而减少烟熏、针孔等缺陷出现的机会,提高釉面的质量。
(2)要保证坯体的白度,避免一些着色氧化物在高温时熔于釉中或因为坯体底色差而影响釉面的质量。
(3)坯体应有足够的强度抵抗在烧成过程中产生的各种应力而产生开裂和变形。
(4)Al₂O₃的含量一般控制在20%左右,K₂O和Na₂O的总量一般控制在5%以下,当原料变化或使用一些低温粘土时要注意调整比例,避免生烧或过烧的现象。

总之,配方设计是一个涉及面广且复杂的技术工作,需要我们根据原料的性质,成型烧成及产品性能的要求不断试验摸索,才能达到满意的效果。