《陶瓷工艺学》案例集由于陶瓷工艺学是一门实践性很强的课程，为了提高本课程的教学质量，特编写案例案，本案例主要针对工厂的实际情况，教师科研中遇到的问题，还有研究生和本科生在做实验中遇到的问题，集结成30个案例，这些案例包括陶瓷生产的原料，生产工艺过程和产品质量分析等七大模块的重要知识点：案例1.某生产仿石砖的工厂，对砂、石料要进行滴加盐酸检测实验，滴盐酸检测规范如下：取混均匀的砂、石料约50～100g于塑料容器中，倒入约100～200ml（1＋1）盐酸，仔细观察是否有气泡产生，及作出产生的气泡是较少、较多、还是大量的判定。
请问这个滴盐酸是检测什么成分？原理是什么？答：主要检测是碳酸钙的含量，因为碳酸钙与盐酸起反应，会放出气泡，，如果起泡就不能用来做面釉的，一般控制氧化钙含量小于0.8%，最好小于0.5%。
案例2以下表格是某生产抛釉砖的工厂，对煅烧粘土和烧滑石的质量要求，请根表格分析为什么工厂中对粘度类原料控制其中氧化铝和氧化铁的含量，为什么对其他成分不做要求。
工厂中为什么对滑石原料提出氧化镁做出要求，而与此则还对氧化钙和氧化铁做出要求，如果氧化钙和氧化铁量多一些会产生什么样的后果，（ISO体系文件）外购物资验收标准答：1、因为在我们传统陶瓷坯料配方中一般不加氧化铝这个原料，但是烧好的的瓷器又要求氧化铝的量在一定的比例，在陶瓷坯料三种主要原料中只有粘土提供氧化铝的量最多，因此要控制粘土中氧化铝的含量。
2、目前一般做仿古砖的工厂他们的烧成温度为1170~1180℃，这样配方中CaO 过多，会形成钙长石出现乳浊的效果，从而使釉面失透，所以一般控制CaO 的含量。
案例3以下表格是某生产抛釉砖的工厂，对长石原料的质量要求，请说明为什么对K 2O 、Na 2O 和Fe 2O 3提出不同的质量要求。
（ISO 体系文件）外购物资验收标准答：因为陶瓷厂所有的长石原料有两种，一种是钾长石，另一种是钠长石，长石中的钾和钠如果过少的话，长石的助熔能力就会降低，从而导致样品的烧成温度及性能的变化。
案例4为什么骨质瓷在施釉之前，要先将样品加热？答：骨质瓷属于高档瓷，骨质瓷一般采用的是两次烧成工艺，因为坯体已经过较高温度素烧，这时气孔率低，所以采用釉浆施釉，釉不易粘在素坯上，因此都要先把坯体加热，这时便于后续的施釉。
案例5某生产仿古砖的工厂，新进了一批长石原料替代旧有原料，其他配方不变，成型后在辊道窑烧成，烧成温度为1220℃，出窑后发现砖表面出现大量的气泡，请分析是什么原因？答：新原料中可能含有较多的硫酸盐（如硫酸钙、硫酸镁），在高温下分解，放出大量气体，形成气泡，可做X-荧光分析，检测原料中钙、镁、硫等元素的含量。
案例6黑泥滑石泥最近广东许多陶瓷企业向江西地区迁移, 然而江西地区没有广东的黑泥、白泥( 球土) 原料。
有些技术人员拟采用当地的一种滑石土代替广东黑泥, 请问此途径可行吗?答：首先, 必须要清楚广东黑泥的性能和在墙地砖中的作用。
广东黑泥是一种经过天然淘洗形成的二次沉积粘土, Al2O3 含量很高( 原矿Al2O3 含量为28～32%) , 颗粒度很细( 10μm 以下颗粒占80%以上) , 且因含有大量的腐植性有机物, 粘性特别好, 主要产在珠江古海岸线一带,在广东的湛江、惠州、福建的漳州、福清一带也有, 但福建黑泥的Al2O3 含量较低。
墙地砖配方中, 广东黑泥主要有两个方面的作用, 一是作为粘性原料使用, 是泥浆的悬浮剂, 属成形的粘结剂; 二是引入Al2O3, 在高温煅烧过程中起骨架作用, 特别对于烧结类的产品( 例如抛光砖等) , 是其获得高温抗变形能力的重要因素。
江西的滑石土( 镁质粘土) 外观有点像广东黑泥, 而且粘结性也很强, 不亚于广东黑泥, 成份中最大的特点是MgO 含量很高, 一般可达10～20%, Al2O3 的含量不高, 一般在15%以下。
从江西滑石土的成份和性能可以看出, 其在粘结功能上是可以代替一部份广东黑泥的, 但不能完全当作广东黑泥使用。
特别是在烧结类的产品中不能使用太多, 否则MgO 含量太高, Al2O3 太低, 在高温烧结状态下砖坯液相量突变很明显, 呈现高度软化状态, 产品极容易变形。
在特种陶瓷、日用陶瓷生产中“滑石质瓷”配方系统应用比较成熟, 因此, 有些技术人员提出采用“铝- 硅-钾钠- 钙镁”配方系统生产抛光砖, 但这对窑炉的要求很高, 实际应用的可能性不大, 主要问题是极容易出现变形、起泡和粘棒现象, 而且煅烧以后的产品脆性大、没有透明质感( 缺乏釉珠光泽效果) 。
如果在非烧结类的产品生产中( 例如内墙砖、炻质仿古砖等) , 通过配方调整, 采用江西滑石土取代广东黑泥应该是可行的, 且已经有许多企业成功的应用经验。
案例7目前佛山地区的优质陶瓷原料越来越少, 为了满足抛光砖高白度的需要, 我厂在控制好急冷急热性能的基础上, 在配方中加入了白度很好的石英砂( 有90 度) ,但结果产品的白度没有明显改变, 请问是什么原因?答: 首先, 我们应该清楚坯体白度的呈色机理。
物质的表面颜色取决于两个方面, 第一是物质的原色, 即对光线波长吸收的选择结果, 例如树叶的绿色; 第二是表面或内部结构对入射光线的散射效果, 例如食油的原色是黄色透明的, 但在经过超声波充分乳化后却呈现白色。
其次, 让我们再了解一下石英在抛光砖坯体中的结构形式。
抛光砖一般需要经过1 200～1 240℃的高温煅烧, 产品基本完全烧结( 产品吸水率往往少于0.1%) 。
在煅烧过程中, 长石首先熔融, 之后不断熔解高岭土和石英,在产品中最终形成玻璃体, 除此以外, 还有一部份的石英产生晶型转变( 形成半安方石英) 或以原有晶型残存下来, 但基本上被长石玻璃体包裹。
由于抛光砖坯体中的玻璃体是透明的, 石英晶体也是透明的, 而且晶体的边界与玻璃体形成紧密的过渡( 气孔率很小) , 大大减少了光线的折射和漫散射, 就好像在磨砂玻璃上浇上水就会变成透明, 以及在一张白纸上浇上食油也会变成透明的道理一样。
也就是说, 在抛光砖坯体中加入石英只会提高透明度, 而不会增加白度, 山东淄博地区生产的高石英瓷就是运用了这个原理。
但是, 如果将石英渗入非烧结类的产品中( 例如内墙砖坯料中) 的确是可以提高白度的, 因为这时坯体的气孔率比较高, 光线在产品表面的晶粒之间会产生漫散。
因此, 我们在日常的工作中会有这样的体会, 哪怕是含铁量很高的长石, 在没有熔融之前都是白色的, 在熔融后才会变成很黑或者很红( 颜色很差) 。
因此, 通过在坯料中加入白度好的石英以求提高抛光砖白度其效果不明显, 也不可取。
案例8高岭土的可塑性比膨润土差的原因？答：高岭土中的主要矿物是高岭石，高岭石的层间结合力是氢键，键力略强于分子键力，而膨润土中的主要矿物是蒙脱石，蒙脱石因层间结合力是极弱的分子键力，故易解理破碎成分散度高的细颗粒，加水调和后形成较细的毛细管和较大的毛细管力，达到高可塑性。
案例9这是一个典型的长石釉的配方，但不知为什么这个学生重复几次均烧不出透明釉，烧出的釉基本上都是一堆粉末附着在坯体，请你分析一下为什么，如果你是这个本科生你如何解决这一问题？答：可能问题是原料用错了，把石英原料当成长石原料用了。
案例102006级学生做长石釉，学生第二天来了以后，发现附着在坯体上的釉不见了，请你想一下釉为什么不见，釉到哪里去了？答：有两点原因，第一原因是所上的釉太薄了，釉被坯体吸干，第二点原因是釉太厚，坯和釉不相适应，出现了釉层脱落现象。
制备结晶釉时，采用氧化锌、玻璃粉、高岭土、长石、滑石等作为原料，降温保温烧成后，发现生成大量晶花，但釉面出现开裂现象，请问是什么原因？答：结晶釉中加入玻璃粉含量过多，玻璃粉中的SiO2在冷却过程中会发生体积变化，导致釉面开裂。
案例12一工厂做透明裂纹釉，只是采用市售的玻璃粉，由于本透明釉是和氧化锌结晶釉一起烧成，烧到1280℃后，要降温到1140℃保温1个小时，不知何因烧出的透明釉总是表面有析晶现象，该如何解决。
答：烧成时有析晶，析晶需要两个条件，一个是晶核的形成，一个是晶体的长大，由于本厂烧成条件限制，降温到1140℃保温1个小时，估计析晶可能是在这个阶段形成的，因此可以加入一些玻璃网络形成剂在这一个阶段防止析晶。
案例13铜红釉一般情况下是在还原焰中烧成，某工厂想在氧化焰下烧制铜红釉，该如何做到烧成红色？答：在配方中加入一些还原剂，如碳化硅或者氧化锡，使局部地方产生还原作用。
案例14某工厂在生产中，未烧的釉与坯的粘附结合不好，该如何改进？答：一般情况下可以在釉中多加入一些粘土，或者多加入CMC。
案例15某厂利用尾砂和陶瓷废渣生产陶瓷砖，采用干压成型方法，但经常出现坯体中间分层的现象，请分析其原因？答：尾砂和陶瓷废渣均为瘠性原料，塑性较差，干压成型时应适当增加坯体含水量，或添加强可塑原料，减少分层现象。
案例16某卫生洁具厂，为节省成本，降低烧成温度，进行了坯体配方的调整，采用了较多的长石原料，结果发现坯体脱模时间减少了1/3，干坯强度也急剧下降，请分析其原因？答：长石是瘠性原料，加入量过多，泥浆在石膏模中排除水分速度加快，脱模时间减少，且可塑料含量减少，坯体的干坯强度也随之下降。
生坯入窑前为什么要先干燥？答：成型后的坯体还含有较高的水分，且水的沸点较低（100℃），气化后体积膨胀较大（22.4倍），如果生坯中的水分不先行排除，入窑后容易使坯中的水份在较高的温度下瞬间产生较大的体积膨胀，造成制品在没有被烧结情况下出现裂纹或炸裂等缺陷。
案例18在工厂中，我们有经验的工程师对烧出来的产品看是否烧好了，一般是通过敲击和沾吐沫的方法就能大致断定，这个产品是否烧结，请你说出这种土检测方法的是基于什么原理？答：因为如果烧结完全，那么样品是没有气孔，没有气孔声音听起来就清脆，同时没有气孔，吐沫就不容易印展开。
案例19工厂中本来是要烧一块平板的小块的内墙砖，结果烧出的产品不是平板状，就像我们吃的小馒头一样发起来了，请分析原因是什么？答：主要原因是产品过烧，过烧以后会出现二次重结晶，导师样品的出现大气孔，所以会把平板坯体发起来。
案例20某人家中装修，卫生间选用的是陶制釉面砖，用了不到一年，釉面出现了开裂现象，请分析其原因？答：陶制釉面砖坯体吸水率较大，釉面吸水率较小，在湿度大的空间内使用一段时间后，会出现后期龟裂现象，可在砖使用前浸在水中一段时间，然后铺贴，可在一定程度上避免后期龟裂的发生。
案例21坯体烧成在500℃-700℃时要缓升降温？答：因为坯体中含量最高的成分石英在加热过程中会有一系列的晶型转化，并同时伴有一定的体积效应。
特别是在573℃的地方，β-石英转变成α-石英时，体积变化虽然只有+0.82%，但因此时的坯体是脆性体，且这一晶型转化的速度较快，如果升温过快，坯体很难较快地释放这一破坏应力，造成坯体开裂。