陶瓷工艺设计性综合实验设计报告
学院：材料科学与工程
专业名称：无机非金属材料工程
学号： 201102020504
姓名：刘军苗
指导老师：任强王莹何选盟
2014年10月
瓷质墙地砖设计报告
1、实验目的
通过陶瓷工艺设计性综合实验，达到以下目的：
（1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用；
（2）掌握坯料配方设计和实验研究方法；
（3）掌握实验技能，提高动手能力；
（4）提高分析问题和解决问题的能力；
（5）为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。
2、实验安排
2.1 查资料，进行坯体配方设计和计算，完成实验方案设计报告。
2.2 实验过程（1~2周）
2.2.1 原料处理（粉碎机或研钵）
（颗粒小于1mm或全部通过20目筛）
2.2.2 配料、球磨、烘干、造粒
配料量 300g
2.2.3 成型
按模具尺寸、每个7g原料成型试样33个以上，
测试烧结温度范围用20个，按烧成温度烧成10个
2.3 工艺流程
2.4 完成实验总结报告（1周）
3、设计内容
3.1课题背景、目的和意义
这是我设计的瓷质墙地砖的设计报告，我国的陶瓷墙地砖生产量如今在世界排名第一,陶瓷墙地砖已经广泛用于国民建筑，在国民经济和人民生活中,该产业的位置已经今非昔比、相当重要。
虽然我国陶瓷产量在世界上遥遥领先，但总体上存在制品档次低、综合能耗大、资源消耗大、能源综合利用率低、成产效率低等问题。
我国是一个能源和资源相对贫乏的国家，陶瓷行业是一个高能耗行业，从原料制备到制品烧成等各工序燃料、电力等能源成本占整个产品成本的23％~40％。
因此，在陶瓷生产中节约能源有非常重要的经济和战略意义。
在整个陶瓷生产过程中，烧成工序的能耗约占60％，烧成工序的节能具有更加重要的意义。
另外，在陶瓷生产中，烧成温度越高，烧成时间越长，能耗就越高。
据热平衡计算，若烧成温度降低100℃，则单位产品热耗可降低10％以上；烧成时间缩短10％，则产量增加10％。
热耗降低4％。
所以在陶瓷行业中采用低温快烧技术，可以显著增加产量、节约能耗。
此外，降低烧成温度也有利于提高陶瓷成品率、质量和档次，以及延长窑炉和窑具的使用寿命。
因此，本文从陶瓷坯体的配方入手，并充分考虑到低温一次快烧对坯料要求的特点，设计了实验方案并希望通过实验，不断调整配方，得到更优等的墙地砖陶瓷坯体。
3.2 配方计算
表1 坯料及原料的化学组成单位：%
原料名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3TiO2 CaO MgO K2O+Na2O 灼减量
坯料 71.45 20.10 0.83 0.14 0.80 2.21 3.01+1.46 —
苏州土 46.43 39.87 0.50 － 0.32 0.10 — 12.30
碱矸 37.5 9.3 0.6 1.4 1.4 1.8 0.2+2.1 15.7
滑石 62.0 0.4 0.1 — 1.5 30.5 — 5.5
长石 64.3 18.9 0.1—0.6 0.2 13.7+2.1 0.5
生砂石 44.2 39.5 0.2 0.1 0.2 —— 15.8
石英 98.5 0.7 0.1 0.1 — 0.3 — 0.3
3.2.1将原料化学组成中带有“灼减量”者换算成不含灼减量的各氧化物的质量
分数，上述原料经换算后的原料化学成分的质量分数如表2
表2 换算后原料化学组成单位：%
原料名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3TiO2 CaO MgO K2O+Na2O 坯料 71.45 20.10 0.83 0.14 0.80 2.21 3.01+1.46
苏州土 52.94 45.46 0.57 — 0.36 2.52 —
碱矸 44.48 45.62 0.71 1.66 1.66 2.14 2.73
滑石 65.61 0.42 0.11 — 1.59 32.28 —
长石 64.62 18.99 0.10 — 0.60 0.20 15.88
生砂石 52.49 46.91 0.24 0.12 0.24 ——
石英 98.80 0.70 0.10 0.10 — 0.30 —
3.2.2列表用化学组成满足法进行配料计算，其中要求强可塑性粘土含量小于15％，先取碱矸含量8.43％，苏州土含量5％，计算过程见表4
表3 配料量计算过程单位：%
注：Fe2O3 、CaO的余量可忽略不计
3.2.3将计算所得的配料质量分数，按原料组成中本来不含有灼减量者换算成含有灼减量在内的原料配料质量分数，然后全部按百分比折算一次既得到配料量。
表4 换算之后的配料量单位：%
计算值换算值配料质量分数碱矸 8.43% 10% 9.48%
苏州土 5% 5.7% 5.4%
滑石 5.79% 6.13% 5.81%
长石 6.7% 26.83% 25.43
生砂石 18.94% 22.3% 21.13%
石英 34.46% 34.56% 32.75%
105.52% 100.00%
制备300g坯料所用的原料质量
碱矸：300×9.48%=28.44g
滑石粉：300×5.81%=17.43g
长石：300×25.43%=76.29g
生砂石：300×21.13%=63.39g
石英：300×32.75%=98.25g
苏州土：300×5.4%=16.2g
3.3最终设计的配方
表5 最终设计的原料配方组成单位：%
碱矸苏州土滑石粉长石生砂石石英
3.3 拟进行的性能测试
3.5.1烧成温度的确定
（1） 烧成温度：达到性能要求所需的热处理温度。
（2） 瓷化温度：气孔率最小、密度最大时的温度（范围） 此时强度最大
（3） 确定方法：测定不同温度小收缩率、气孔率（吸水率）
温度（℃）
吸水率%
图3-1 温度－收缩率，温度－吸水率图
3.5.1力学性能测试 抗弯强度测试， 三点弯曲法。
图3-2三点弯曲图
9.48% 5.4% 5.81% 25.43% 21.13% 32.75%
Rf=3PL/2bh2
式中：Rf----抗弯强度，N/m2
P ----试样断裂时负荷，N
L ----支撑刀口间距，m
b ----试样断口处宽度， m
h ----试样断口处厚度， m
3.5.2 电解质稀释泥浆实验
（1）稀释剂：碳酸钠、硅酸钠溶液
（2）定量泥浆，加入等体积不同浓度稀释剂，
（3）恩氏粘度计测试相对粘度；
（4）确定最佳稀释范围。
图3-3相对粘度-电解质含量曲线
参考文献
[1] 郑乃章，刘阳，朱小平，张勇，王群.景德镇瓷坯料组成与性能的关系.陶瓷学报，第20卷第2期1999年6月.
[2] 谢清纯，史峰，要甲，秦进.陶瓷原料配比方案优化方法.系统工程.第28卷第2期，2010年2月，编号：1001-4098(2010)02-0122-05. [3] 郭锦坤. 中国先进陶瓷研究及其展望. 材料研究学报，1997,11（6）：594-600.
[4]杨辉，薄壁轻量化卫生陶瓷坯体的研究[J]·陶瓷报·科技篇·2011·21—23
[5] 马铁成，缪松兰，林绍贤，朱振峰. 陶瓷工艺学(第二版).中国轻工业出版社：108-111.。