3配料计算.pptx

2024/8/30 周五 第三章第三章第三章第三章 配料计算配料计算配料计算配料计算3.1坯体的制备坯体的制备3.1.1坯料配方坯料配方 由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算 已知某坯料的实验公式，需算出所需原料在坯料中的质已知某坯料的实验公式，需算出所需原料在坯料中的质已知某坯料的实验公式，需算出所需原料在坯料中的质已知某坯料的实验公式，需算出所需原料在坯料中的质量百分比。量百分比。量百分比。量百分比。按坯料预定的化学组成进行计算按坯料预定的化学组成进行计算按坯料预定的化学组成进行计算按坯料预定的化学组成进行计算 若已知坯料的化学组成及所用原料的化学组成，可采用若已知坯料的化学组成及所用原料的化学组成，可采用若已知坯料的化学组成及所用原料的化学组成，可采用若已知坯料的化学组成及所用原料的化学组成，可采用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，然后求出所用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，然后求出所用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，然后求出所用逐项满足的方法，求出各种原料的引入质量，然后求出所用各原料的质量百分比各原料的质量百分比各原料的质量百分比各原料的质量百分比 。第第三三章章配配料料计计算算2024/8/30 周五计算步骤计算步骤计算步骤计算步骤 内容内容内容内容 备注备注备注备注 1 1由化学计量式求各种原料有多少摩尔由化学计量式求各种原料有多少摩尔由化学计量式求各种原料有多少摩尔由化学计量式求各种原料有多少摩尔x xi i 2 2据分子式求各种原料的摩尔量据分子式求各种原料的摩尔量据分子式求各种原料的摩尔量据分子式求各种原料的摩尔量MMi i 3 3计算各种纯原料的质量计算各种纯原料的质量计算各种纯原料的质量计算各种纯原料的质量mmi i mmi i=M=Mi ix xi i 4 4计算各种实际原料的质量计算各种实际原料的质量计算各种实际原料的质量计算各种实际原料的质量mmi i mmi i=m=mi i/P(P/P(P为原料为原料为原料为原料纯度纯度纯度纯度)5 5将各种原料的质量换算为百分比将各种原料的质量换算为百分比将各种原料的质量换算为百分比将各种原料的质量换算为百分比A Ai iA Ai i=m=mi i /(mmi i )由实验公式计算配方的步骤由实验公式计算配方的步骤由实验公式计算配方的步骤由实验公式计算配方的步骤2024/8/30 周五由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算由坯料的实验公式计算 在陶瓷配方中，常常遇到这样的化学分子在陶瓷配方中，常常遇到这样的化学分子Ca(Ti0.54Zr0.46)O3,（Ba0.85Sr0.15)TiO3,Pb0.9325Mg0.0675，(Zr0.44Ti0.56)O3等等这等等这种分子式，实质上与种分子式，实质上与ABO3相似，其特点是相似，其特点是A位置上和位置上和B位置上各元位置上各元素右下角系数的和等于素右下角系数的和等于1。例如。例如(Ca0.85Ba0.15)TiO3可以看成是可以看成是CaTiO3中有中有15%摩尔的摩尔的Ca被被Ba取代了。从上面的情形来看，取代了。从上面的情形来看，“ABO3”型化型化合物中，合物中，A或或B都能为其它元素所取代，从而能达到改性的目的，都能为其它元素所取代，从而能达到改性的目的，而且这种取代能形成固溶体及化合物。这种取代能形成固溶体及而且这种取代能形成固溶体及化合物。这种取代能形成固溶体及化合物。这种取代是任意的，而是有条件的。化合物。这种取代是任意的，而是有条件的。明确化学分子式的意义后，我们就可以通过化学分子式来计算明确化学分子式的意义后，我们就可以通过化学分子式来计算出各原料的质量比例，以及各原料的质量百分组成。这种方法也出各原料的质量比例，以及各原料的质量百分组成。这种方法也叫化学式计量方法。叫化学式计量方法。2024/8/30 周五物质的质量（物质的质量（g）=该物质的摩尔数该物质的摩尔数该物质的摩尔质量该物质的摩尔质量 为了配制任意质量的坯料，先要计算出各种原料在坯料为了配制任意质量的坯料，先要计算出各种原料在坯料中的质量百分比。设各种原料的质量分别为中的质量百分比。设各种原料的质量分别为mi(i=l，2，n)；各原料的摩尔数分别为；各原料的摩尔数分别为xi;各原料的摩尔质量分别为各原料的摩尔质量分别为Mi，则各原料的质量，则各原料的质量(g)为：为：mi=xi Mi知道了各种原料的质量，就可求出各原料质量百分比。设质知道了各种原料的质量，就可求出各原料质量百分比。设质量百分比为量百分比为Ai：2024/8/30 周五 上面的计算是按纯度为上面的计算是按纯度为100设想的。但设想的。但般原料都不般原料都不可能有这样高的纯度，因此计算时，往往要根据原料的实际可能有这样高的纯度，因此计算时，往往要根据原料的实际纯度再换成实际的原料质量。设实际的原料质量为纯度再换成实际的原料质量。设实际的原料质量为m，纯，纯度为度为P时，则时，则 另外，除了原料的纯度外，原料中还含有一定的水分，另外，除了原料的纯度外，原料中还含有一定的水分，因此，在配料称量前，如果原料不是很干，需要进行烘干，因此，在配料称量前，如果原料不是很干，需要进行烘干，或者扣除水分或者扣除水分(有些原料还特别容易吸收水分，这种情况称量有些原料还特别容易吸收水分，这种情况称量时不应忽视）。时不应忽视）。在配方计算时，原料有氧化物在配方计算时，原料有氧化物(如如MgO)，也有碳酸盐，也有碳酸盐(如如MgCO3)以及其它化合物。其计算标准一般根据所用原料化学以及其它化合物。其计算标准一般根据所用原料化学分子式计算最为简便。只要把主成分按摩尔数计算配入坯料分子式计算最为简便。只要把主成分按摩尔数计算配入坯料中去即可。对于用铅类氧化物配料如果用中去即可。对于用铅类氧化物配料如果用PbO配料，则配料，则PbO为为1摩尔，如果用摩尔，如果用Pb3O4时，时，PbO就是就是3摩尔。摩尔。2024/8/30 周五例如配置例如配置(Ba0.85Ca0.15)TiO3，采用，采用BaCO3，CaCO3，TiO2原原料进行配料，按以上所述的计算法，料进行配料，按以上所述的计算法，列入表列入表1-2-1进行计算。进行计算。2024/8/30 周五例例以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石电容器瓷料的以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石电容器瓷料的配方计算。已知其化学计算式：配方计算已知其化学计算式：Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+14%molPbTiO3+4%molBi2O3，此外，此外，镁含量要过量镁含量要过量20%，各原料不需要分别预合成烧块。所，各原料不需要分别预合成烧块。所用原料纯度为：铅丹含用原料纯度为：铅丹含Pb3O4为为98%；三氧化二铋含；三氧化二铋含Bi2O3为为98%，五氧化二铌含，五氧化二铌含Nb2O599.5%。碳酸镁含。碳酸镁含MgCO3为为98%，二氧化钛含，二氧化钛含TiO2为为98%。试计算配置。试计算配置500g时各种原时各种原料所需的重量。料所需的重量。2024/8/30 周五 对于陶瓷的配方，除了主成分外，还有添加物。这些添加对于陶瓷的配方，除了主成分外，还有添加物。这些添加物有的是为了调整性能，有的是为了调整工艺参数。其用量是物有的是为了调整性能，有的是为了调整工艺参数。其用量是根据试验研究的结果和实际生产经验来确定的。配方时，可按根据试验研究的结果和实际生产经验来确定的。配方时，可按质量百分比组成表示，也可采用外加方式表示。质量百分比组成表示，也可采用外加方式表示。在配料时，每次配料都不可能完全相同，如果原料有所变在配料时，每次配料都不可能完全相同，如果原料有所变更，有可能出现不同情况。因此，每一次配料都应标明原料的更，有可能出现不同情况。因此，每一次配料都应标明原料的产地、批量、配料日期和人员，以便当制品性能发生变化时进产地、批量、配料日期和人员，以便当制品性能发生变化时进行查考和分析。如果有条件，每批原料应作化学分析，尤其是行查考和分析。如果有条件，每批原料应作化学分析，尤其是微量杂质，这在陶瓷研制和生产中也很重要。微量杂质，这在陶瓷研制和生产中也很重要。(2)根据坯料预定化学组成进行配料计算根据坯料预定化学组成进行配料计算 一般工业陶瓷，如装置瓷、低碱瓷等，常采用这种方法进一般工业陶瓷，如装置瓷、低碱瓷等，常采用这种方法进行计算。行计算。2024/8/30 周五 例例 已知坯料的化学组成如下：已知坯料的化学组成如下：用原料氧化铝（工业纯，未经煅烧）、滑石（未经煅烧），用原料氧化铝（工业纯，未经煅烧）、滑石（未经煅烧），碳酸钙、苏州高岭土配制，求出其质量百分组成。碳酸钙、苏州高岭土配制，求出其质量百分组成。解解 设：氧化铝、碳酸钙的纯度为设：氧化铝、碳酸钙的纯度为100；滑石为纯滑石；滑石为纯滑石(3MgO4SiO2H2O)，其理论组成为，其理论组成为MgO 31.7%，SiO263.5%，H2O 4.8%；苏州高岭土为纯高岭土苏州高岭土为纯高岭土(A12O3 2SiO22H2O)，其理论组成为，其理论组成为A12O3 39.5%，SiO246.5，H2O14%。下面根据化学组成计算原料的质量百分含量：下面根据化学组成计算原料的质量百分含量：配方中的配方中的CaO只能由只能由CaCO3引入，因此引入质量为引入，因此引入质量为1(以以100为基准为基准)的的CaO，需，需CaCO3的质量为：的质量为：2024/8/30 周五 其中其中0.5603为为CaCO3转化为转化为CaO的转化系数。的转化系数。配方中的配方中的MgO只能由滑石引入，因此引入质量为只能由滑石引入，因此引入质量为1.3的的MgO需要的滑石质量为：需要的滑石质量为：滑石的质量滑石的质量=1.3/0.317=4.10 配方中的配方中的SiO2由高岭土和滑石同时引入，所以，需引入的由高岭土和滑石同时引入，所以，需引入的高岭土质量为：高岭土质量为：2024/8/30 周五工业纯工业纯A12O3的引入质量为：的引入质量为：引入原料的总质量为：引入原料的总质量为：2024/8/30 周五配方用原料的质量百分数为：配方用原料的质量百分数为：假使采用煅烧过的氧化铝和滑石进行配料，计算方法相假使采用煅烧过的氧化铝和滑石进行配料，计算方法相同。同。2024/8/30 周五3.1.2 3.1.2 坯料制备坯料制备坯料制备坯料制备 原料预处理原料预处理原料预处理原料预处理 酸洗与磁选酸洗与磁选酸洗与磁选酸洗与磁选 酸洗主要是将一定浓度的酸溶液注入原料中，以除掉其中酸洗主要是将一定浓度的酸溶液注入原料中，以除掉其中酸洗主要是将一定浓度的酸溶液注入原料中，以除掉其中酸洗主要是将一定浓度的酸溶液注入原料中，以除掉其中有害的铁杂质。有害的铁杂质。有害的铁杂质。有害的铁杂质。磁洗是利用铁的磁性质，使物料通过强大的磁场，铁质杂磁洗是利用铁的磁性质，使物料通过强大的磁场，铁质杂磁洗是利用铁的磁性质，使物料通过强大的磁场，铁质杂磁洗是利用铁的磁性质，使物料通过强大的磁场，铁质杂质等被磁场吸引而从原料中分离出来。质等被磁场吸引而从原料中分离出来。质等被磁场吸引而从原料中分离出来。质等被磁场吸引而从原料中分离出来。预烧预烧预烧预烧 预烧工艺的关键是预烧温度、预烧气氛及外加剂的选择。预烧工艺的关键是预烧温度、预烧气氛及外加剂的选择。预烧工艺的关键是预烧温度、预烧气氛及外加剂的选择。预烧工艺的关键是预烧温度、预烧气氛及外加剂的选择预合成预合成预合成预合成 合成的方法通常有固相反应法和液相反应法，可根据需要合成的方法通常有固相反应法和液相反应法，可根据需要合成的方法通常有固相反应法和液相反应法，可根据需要合成的方法通常有固相反应法和液相反应法，可根据需要进行选择。进行选择。进行选择。进行选择。2024/8/30 周五原料原料原料原料预烧目的预烧目的预烧目的预烧目的预烧条件预烧条件预烧条件预烧条件AlAl2 2OO3 3使使使使-Al-Al2 2OO3 3转化为转化为转化为转化为-AlAl2 2OO3 3，提高原料纯，提高原料纯，提高原料纯，提高原料纯度，改善产品性能度，改善产品性能度，改善产品性能度，改善产品性能 采用采用采用采用HH3 3BOBO3 3作添加剂时，预烧温作添加剂时，预烧温作添加剂时，预烧温作添加剂时，预烧温度度度度140014001450C1450C左右，保温左右，保温左右，保温左右，保温2 23h3h。采用。采用。采用。采用NHNH4 4F F作添加剂时，预作添加剂时，预作添加剂时，预作添加剂时，预烧温度烧温度烧温度烧温度1250C1250C，保温，保温，保温，保温1 12h 2h MgOMgO提高提高提高提高MgOMgO的活性，的活性，的活性，的活性，改善水化性能改善水化性能改善水化性能改善水化性能预烧温度在预烧温度在预烧温度在预烧温度在1400C1400C以上以上以上以上滑石滑石滑石滑石 破坏滑石的层状结破坏滑石的层状结破坏滑石的层状结破坏滑石的层状结构，避免定向排列，构，避免定向排列，构，避免定向排列，构，避免定向排列，降低收缩，减少瓷降低收缩，减少瓷降低收缩，减少瓷降低收缩，减少瓷件开裂，同时也有件开裂，同时也有件开裂，同时也有件开裂，同时也有利于粉磨利于粉磨利于粉磨利于粉磨 预烧温度一般在预烧温度一般在预烧温度一般在预烧温度一般在130013001500C1500C之之之之间，加矿化剂（如苏州土、硼酸、间，加矿化剂（如苏州土、硼酸、间，加矿化剂（如苏州土、硼酸、间，加矿化剂（如苏州土、硼酸、碳酸钡等）可降低预烧温度，含碳酸钡等）可降低预烧温度，含碳酸钡等）可降低预烧温度，含碳酸钡等）可降低预烧温度，含FeFe2 2OO3 3时，可采用还原气氛时，可采用还原气氛时，可采用还原气氛时，可采用还原气氛 常用原料的预烧目的与预烧条件常用原料的预烧目的与预烧条件常用原料的预烧目的与预烧条件常用原料的预烧目的与预烧条件2024/8/30 周五成型原料的塑化成型原料的塑化 塑化是利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。塑化是利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。成型的坯料必须进行塑化。成型的坯料必须进行塑化。塑化剂塑化剂 塑化剂一般有无机塑化剂和有机塑化剂两类。新型陶瓷一般塑化剂一般有无机塑化剂和有机塑化剂两类。新型陶瓷一般采用有机塑化剂。采用有机塑化剂塑化剂通常由三种物质组成，即粘结剂塑化剂通常由三种物质组成，即粘结剂(binder；binding agent)：能粘结粉料能粘结粉料，通常有聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯，羧甲基，通常有聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯，羧甲基纤维素等；纤维素等；增塑剂增塑剂(plastifier,plasticizing agent)：溶于粘结剂中溶于粘结剂中使其易于流动使其易于流动，通常有甘油等；，通常有甘油等；溶剂溶剂(fluxing,agent)：能溶解粘能溶解粘结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物质结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物质，通常有水、无水酒精、，通常有水、无水酒精、丙酮、苯等。丙酮、苯等。2024/8/30 周五n塑化机理塑化机理n 无机塑化剂无机塑化剂在传统陶瓷中主要指粘土物质其在传统陶瓷中主要指粘土物质其塑化机理塑化机理主要是主要是加水后形成带电的粘土加水后形成带电的粘土-水系统，使水系统，使其具有可塑性和悬浮性其具有可塑性和悬浮性。n 有机塑化剂有机塑化剂般也是水溶性的，是亲水的，同般也是水溶性的，是亲水的，同时又是有极性的，因此，时又是有极性的，因此，这种分子在水溶液中能生这种分子在水溶液中能生成水化膜，对坯料表面有活性作用，能被坯料的粒成水化膜，对坯料表面有活性作用，能被坯料的粒子表面所吸附，而且分子上的水化膜也一起被吸附子表面所吸附，而且分子上的水化膜也一起被吸附在粒表面上，因而在瘠性粒子的表面上，既有一层在粒表面上，因而在瘠性粒子的表面上，既有一层水化膜，又有一层粘性很强的有机高分子。水化膜，又有一层粘性很强的有机高分子。而且这而且这种高分子是蜷曲线性分子。所以种高分子是蜷曲线性分子。所以能把松散的瘠性粒能把松散的瘠性粒子粘结在一起，又由于有水化膜的存在，使其具有子粘结在一起，又由于有水化膜的存在，使其具有流动性，从而使坯料具有可塑性。流动性，从而使坯料具有可塑性。2024/8/30 周五n塑化剂对坯体性能的影响：塑化剂对坯体性能的影响：na.还原作用的影响还原作用的影响n 塑化剂在焙烧时，由于氧化不完全，而产生塑化剂在焙烧时，由于氧化不完全，而产生CO气体。因气体。因此将会同坯体中某些成分发生作用，导致还原反应，使制品此，将会同坯体中某些成分发生作用，导致还原反应，使制品的性能变坏。因此，对焙烧工艺要特别注意。的性能变坏。因此，对焙烧工艺要特别注意。nb.对电性能的影响对电性能的影响n 由于塑化剂挥发时产生一定的气孔，也会影响到制品的绝由于塑化剂挥发时产生一定的气孔，也会影响到制品的绝缘性和电性能。缘性和电性能。nc.对机械强度的影响对机械强度的影响n 塑化剂挥发是否完全、塑化剂用量的大小，会影响到产生塑化剂挥发是否完全、塑化剂用量的大小，会影响到产生气孔的多少，从而将影响到坯体的机械强度。气孔的多少，从而将影响到坯体的机械强度。nd.塑化剂用量的影响塑化剂用量的影响n 一般，塑化剂的含量越少越好，但塑化剂过低，坯体达不一般，塑化剂的含量越少越好，但塑化剂过低，坯体达不 到致密化，也容易分层。到致密化，也容易分层。ne.塑化剂挥发速率的影响塑化剂挥发速率的影响n 选择塑化剂其挥发温度要求低于坯体的烧成温度，而且挥选择塑化剂其挥发温度要求低于坯体的烧成温度，而且挥发温度范围要大一些，有利于控制。发温度范围要大一些，有利于控制。2024/8/30 周五压制成型粉料的造粒压制成型粉料的造粒压制成型粉料的造粒压制成型粉料的造粒 对陶瓷的粉料，一般希望越细越好，有利于高温烧结，可对陶瓷的粉料，一般希望越细越好，有利于高温烧结，可降低烧成温度。但在成型时尤其对于干压成型来说，粉料的颗降低烧成温度。但在成型时尤其对于干压成型来说，粉料的颗粒度越细，流动性反而不好，不能充满模子，易产生空洞，致粒度越细，流动性反而不好，不能充满模子，易产生空洞，致密度不高。因此在成型之前要进行造粒。密度不高。因此在成型之前要进行造粒。造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子（约具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子（约具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子（约具有一定假颗粒度级配、流动性较好的粒子（约20208080目），目），目），目），又称为团粒。又称为团粒。又称为团粒。又称为团粒。2024/8/30 周五n n 加压造粒法加压造粒法加压造粒法加压造粒法 n 加压造粒法是将坯料加入塑化剂后，经预压成块，然后加压造粒法是将坯料加入塑化剂后，经预压成块，然后破碎过筛而成团粒。破碎过筛而成团粒。n n 本法的优点：团粒体积密度大，制品的机械强度高，能本法的优点：团粒体积密度大，制品的机械强度高，能本法的优点：团粒体积密度大，制品的机械强度高，能本法的优点：团粒体积密度大，制品的机械强度高，能满足各种大体积或复杂形状制品的成型要求。它是新型陶瓷满足各种大体积或复杂形状制品的成型要求。它是新型陶瓷满足各种大体积或复杂形状制品的成型要求。它是新型陶瓷满足各种大体积或复杂形状制品的成型要求。它是新型陶瓷生产中常用的方法。生产中常用的方法。生产中常用的方法。生产中常用的方法。2024/8/30 周五喷雾造粒法喷雾造粒法 喷雾造粒是把坯料与塑化剂混合好喷雾造粒是把坯料与塑化剂混合好(一般用水一般用水)形成形成料浆，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化、干燥，出来料浆，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化、干燥，出来的粒子即为质量较好的团粒的粒子即为质量较好的团粒。这种团粒为流动性好的球状团粒。这种团粒为流动性好的球状团粒。本法造粒好坏本法造粒好坏与料浆粘度、喷雾方法等有关。本法适用于现代化大与料浆粘度、喷雾方法等有关。本法适用于现代化大规模的连续生产，效率高，工作环境大大改善，但设规模的连续生产，效率高，工作环境大大改善，但设备投资大，工艺较复杂。备投资大，工艺较复杂。2024/8/30 周五 冻结干燥法冻结干燥法 这种方法是将金属盐水溶液喷雾到低温有机液体这种方法是将金属盐水溶液喷雾到低温有机液体中，液体立即冻结，使冻结物在低温减压条件下升华，中，液体立即冻结，使冻结物在低温减压条件下升华，脱水后进行热分解，从而获得所需要的成型粉料。脱水后进行热分解，从而获得所需要的成型粉料。这种粉料成球状颗粒聚集体，组成均匀，反应性这种粉料成球状颗粒聚集体，组成均匀，反应性与烧结性良好。这种方法不需要采用喷雾干燥法那样与烧结性良好。这种方法不需要采用喷雾干燥法那样大的设备，主要用于实验室。大的设备，主要用于实验室。2024/8/30 周五n一般造粒法一般造粒法n 一般造粒法是将坯料加入适当的塑化剂一般造粒法是将坯料加入适当的塑化剂后经混合过筛，得到一定大小的团粒。后经混合过筛，得到一定大小的团粒。这种这种方法简单易行，在实验室中常用，但团粒质方法简单易行，在实验室中常用，但团粒质量较差，大小不一，团粒体积密度小。量较差，大小不一，团粒体积密度小。