生产工艺过程-坯料制备.ppt

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1、第三章 陶瓷的生产工艺过程 原料加工及坯料制备,主讲:胡友根 副教授,材料科学与工程学院,材料科学与工程学院,第一节 原料的加工过程,一、原料的精选,陶瓷工业中所使用的天然原料中，一般都或多或少的含有一些杂质。如粘土矿物中，常含有一些未风化完全的母岩、游离石英、云母类矿物、长石碎榍、铁和钛的氧化物及化合物，以及树皮、草根等一些有机杂质。长石、石英原料中，除表面的污泥、水锈等杂质外，还常有一些云母类矿物。这些杂质的存在，降低了原料的品位，直接影响制品的性能及外观质量。故在使用之前，一般要进行精选处理。,材料科学与工程学院,精选的方法主要有下列几类：,1.物理方法：是指利用机械的方法使原料均匀、分

2、级或除去杂质，如：淘洗、过筛、搅拌、磁选等。2.化学方法：是指利用化学方法对原料对原料进行处理。如：融解法、升华法等。3.物理化学方法：如：浮选法、电解法等。浮选法是利用各种矿物对水的润湿性不同，从浮选液中将憎水颗粒粘附在气泡上浮游分离的方法。电解法是基于电化学原理除去混杂在原料颗粒中含铁杂质的一种方法。,材料科学与工程学院,二、原料的预烧和风化,原料的预烧,1.稳定晶型 工业氧化铝的主晶相是-Al2O3。要得到性能良好、高温稳定的-Al2O3通常在进行预烧，为促进晶型转变，常加入0.33%的H3BO3。在生产电子陶瓷时，TiO2要进行预烧，使其全部转变成金红石相。氧化锆有三个晶型，其中单斜相

3、和四方相之间的转变是可逆的并伴有79的体积转变，用其作原料时，要进行预烧，防止制品开裂。,材料科学与工程学院,2.改变物性 滑石具有片状结构，成形时易造成泥料分层和颗粒的定向排列，引起产品的变形和开裂。大量使用时要预烧，使其转变为偏硅酸镁，破坏原有的片状结构。大块石英岩质地坚硬，粉碎困难。利用石英573晶型转变所发生的体积效应，将石英粉碎前预烧，然后急冷，使之产生内应力，原料变脆，可大大提高粉碎效率。,材料科学与工程学院,原料的风化,风化是将开采出来的粘土原料堆放在露天，经过长期（一般为46个月）阳光的照射、雨雪的溶解和冰冻的作用后原料内部即发生分散、崩裂变化。,材料科学与工程学院,对于某些原

4、料，如硬质页岩和具有中下等可塑性的粘土，风化可起到如下作用：1.能使原料中的水分均匀；2.能增加耐火度可溶盐被洗去一部分；3.能增加原料的可塑性提高颗粒细度；4.促进原料分裂，利于粉碎处理，便于选料。,材料科学与工程学院,原料的合成,有固相法、液相法和气相法 三大类。其它课程已讲述。,材料科学与工程学院,第二节 坯料的制备,一、破碎,破碎是对块状固体物料施加外力，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的作业过程。,材料科学与工程学院,破碎的方法：,材料科学与工程学院,破碎比 破碎比是原料和破碎产品的粒度之比，表征破碎作业前后粒度的变化程度。,材料科学与工程学院,破碎设备,材料科学与工程学院,颚式破碎机

5、，属粗碎设备，是利用其颚板对物料进行挤压而破碎的一种设备。,进料,出料口,定颚,动颚,往复摆动,1.颚式破碎机,颚式破碎机,固定点,材料科学与工程学院,2.轮碾机,利用碾轮和碾盘的相对运动，使碾盘上的物料碾碎的机械。,材料科学与工程学院,利用筒体内的研磨体与物料反复撞击、研磨，将各种物料混合均匀并达到一定细度的机械。,3.球磨机,材料科学与工程学院,筒体,出料口,加料口,球磨子,内衬,球磨机的构造,材料科学与工程学院,转速太慢球磨子在筒中滑动,转速适中球磨子在筒中做抛物运动,转速太快球磨子贴筒壁做离心运动,材料科学与工程学院,当球磨机内径小于1.25m时：,当球磨机内径大于1.251.75时：

6、,当球磨机内径大于1.7m时：,怎样确定球磨机的转速呢？根据实践经验，球磨机的转速与筒体的直径有如下关系：,式中：D 球磨机筒体的有效内径,n 球磨机的工作转速。,材料科学与工程学院,料、球、水的比例怎样确定？,如加水过少，则料浆太浓，磨球粘上一层原料，或者磨球自身粘在一起，减弱了研磨和冲击作用；如加水过多，料浆太稀，球料易“打滑”，也降低研磨效率。加水时，除要求填满磨球及原料之间的空隙外，还应考虑原料的吸水性能。,球磨普通坯料时，料、球、水的比例约为1：（1.52）：（0.81.2）。,在固定的容积中，料多了，球就少了，反之亦然。,经验表明：球磨机最适宜的装料量以达到全容积的80%为佳。,材

7、料科学与工程学院,经过本工序，各种具有一定配比的原料，加水后，充分混合均匀并磨细，获得含水分约45%60%的陶瓷原料混合体泥浆。,材料科学与工程学院,4.环辊磨机（俗称雷蒙机）,工作时，将需要粉碎的物料从主机罩壳侧面的进料口中加入机内，依靠悬挂在主机梅花架上的磨辊装置，绕着垂直轴线公转，同时本身自转，由于旋转时离心力的作用，磨辊向外摆动，紧压于磨环，使铲刀铲起物料，送到磨辊与磨环之间，加磨辊的滚转而达到粉碎物料之目的。,材料科学与工程学院,风选过程：物料研磨后，风机将吹入主机壳内，吹起粉末，经置于研磨室上方的分析器进行分选，细度过粗的物料又落入研磨室重磨，细度合乎规格的，随风流通进入大旋风收集

8、器，收集后经出粉管排出，即为成品。风流通由大旋风器上端的回风管回入风机，风路是循环的并且在负压状态下流动，由于物料中所含水份在研磨室蒸发，产生气体，导致循环风路的风量增加，多余的风量经风机与主机中间的废气箱排出，进入小旋风收集器，进行净化处理。,材料科学与工程学院,雷蒙机构造图,材料科学与工程学院,雷蒙机工作原理示意图,材料科学与工程学院,雷蒙机安装图,材料科学与工程学院,流化床式气流粉碎机的粉碎室四周设有相向排列的经特殊设计的高压进气喷嘴，经过净化和干燥的压缩空气自喷嘴射出，形成超声速气流。物料在高速气流交点中心发生碰撞，瞬间内被粉碎。经粉碎的粒子随气流上升至分级室，合格的粒子随气流进入旋风

9、分离器，最终获得所需产品，尾气进入除尘器排出。,气流粉碎机工作原理,5.气流粉碎机,材料科学与工程学院,气流粉碎机工作原理示意图,材料科学与工程学院,气流粉碎机安装图,材料科学与工程学院,过筛筛分就是把固体颗粒分成大小相等的不同粒子组。,二、过筛和除铁,一般采用震动筛过筛，振幅13mm，振动频率12002000转/分，其特点是产量高，不易堵塞。陶瓷粉料的粒度（万孔筛，250目，61m）一般控制在0.161m之间。,材料科学与工程学院,除铁是减少产品的色斑，增加白度的重要措施。一般采用磁选机和恒磁铁块除铁。湿式除铁比在粉料状态下的干式除铁效果好。,泥浆进口,泥浆出口,材料科学与工程学院,三、泥浆

10、的储存、搅拌和运输,泥浆储存有利于改善泥浆的性能并均化泥浆。,1.储存,陶瓷泥浆一般在六角形浆池中储存23天后再使用。,浆池D为搅拌器叶片直径的4倍，d为叶片直径的1.52倍，D1.5H，池底角一般为45。,材料科学与工程学院,搅拌是防止泥浆分层和沉淀。搅拌是利用搅拌器对泥浆不停地搅动。,2.搅拌,材料科学与工程学院,输送是对泥浆的运输。利用泥浆泵（隔膜泵或注塞泵）对泥浆进行输送。,3.输送,材料科学与工程学院,三、泥浆的脱水和造粒,脱水是脱除泥浆中的水分。一般泥浆中含4560%的水，除注浆成形外，不能直接用于其它方法成形，需要进行脱水处理。生产中，泥浆的脱水方法主要有两种：一种是机械脱水，可

11、得到含水量为2025的坯料；一种是热风脱水，可得到含水量在8以下的坯料。,材料科学与工程学院,机械脱水（压滤法）,压滤可使泥浆变为泥料。机械脱水的设备为间歇式室式压滤机，又称榨泥机，是利用高压泥浆泵送入压滤机的腔室，通过滤布脱水的一种设备。,泥浆用低压(0.30.4MPa)输送，随着压滤的进行，压力逐渐升高至0.81.5MPa压滤周期为12小时，泥饼水分为2025。,材料科学与工程学院,泥浆输送泵,压滤机,材料科学与工程学院,压力,滤布,排水槽,排水,排水,压滤机示意图,滤板,材料科学与工程学院,经过本工序后，使含水分约45%60%的泥浆变成了含水量为2025的泥料，但水分分布不均匀，需经过练

12、泥工序方可使用。,材料科学与工程学院,热风脱水（喷雾干燥）,喷雾干燥的设备是喷雾干燥器（塔），它将泥浆经一定装置分散成雾状的细滴，然后在塔内与热空气进行热交换，将雾状细滴中的水分蒸发，最后得到含水量在8以下，具有一定粒度的球形粉料。,喷雾干燥器其关键是雾化（分散）、干燥（热交换）、造粒六个字。,材料科学与工程学院,热风进口,雾化,出料口,回风口,离心力,重力,分体颗粒,喷雾干燥器工作示意图,材料科学与工程学院,经过本工序后，得到含水量在8以下，具有一定粒度的球形粉料。也就是说，喷雾干燥可使泥浆变为粉料。,材料科学与工程学院,四、练泥,练泥可以排除泥饼中的残留空气、使泥料组织结构均匀，从而提高泥

13、料的致密度和可塑性，改善成形性能，进而提高坯体的干燥强度和瓷器的机械强度。,泥料出口,泥料进口,真空练泥机,材料科学与工程学院,真空练泥机剖面图,材料科学与工程学院,泥团,泥团,泥团,气泡,切开排气,搅合成团,练泥机练泥过程示意图,材料科学与工程学院,经过上述工序，可获得含水量为2025的可塑泥料。,真空练泥的目的：增加可塑性；水分均匀；减少气孔。,材料科学与工程学院,综上所述，原料经过加工可获得：,粘土,+,水,泥浆,泥料,粉料,含水约2025,含水量8,含水约45%60%,物料的三种形态,配其它辅料,材料科学与工程学院,为什么要将陶瓷物料加工后变成上述三种形态呢？,当然是为了后续工序的需要。陶瓷的成形,