目录
1、引言& 定义
2、粘土可塑性表征方法
3、影响粘土可塑性因素
4、低可塑性陶瓷原料
5、低可塑性原料预期用途
6、如何提高坯料可塑性
1 . 引言 & 定义
粘土——与长石、石英砂、其它原料和水一起构成传统陶瓷配方的基础——具有多种不同的特性。
可塑性也许是其最令人惊讶的特性之一:它使粘土具有极强的延展性,以至于可以在没有达到断裂点的情况下将它们塑造成不可思议的形状。
定义
让我们从教科书上的定义开始。
在物理学和材料科学中,可塑性,或称塑性行为,是固体在外力作用下发生大的不可逆形状变化的能力。
对于某些金属,施加在试样上的微力可能会引起弹性形变:载荷的每一次增加会引起相应比例的变形增加,但当载荷被移除时,试样会完全恢复到原有的形状。
然而,一旦载荷超过一定的抗力阈值(专业上称为屈服应力),变形就会更显著地增加;当载荷或力移除时,试样继续保持变形效应:这就是所谓的塑性行为。
弹性变形和塑性变形之间的过渡阶段称为屈服强度。
同样,当粘土与适量的水混练以后形成泥团,这种泥团在一定外力的作用下产生形变但不开裂,当外力去掉以后,仍能保持其形状不变,这种性质称为粘土可塑性。
在这方面,配方中陶瓷原材料的可塑性是一个非常敏感的特性,可以对陶瓷生产过程的某些生产阶段产生消极或积极的影响。例如,它在陶瓷坯体压制成形过程中发挥着非常重要的作用。
在陶瓷领域,产品所需的坯体泥料可塑性程度可以(并且必须)根据所生产的产品类型而变化。
2 . 粘土可塑性表征方法
测定粘土可塑性的方法很多,目前常用的有可塑性指数法与可塑性指标法两种。
可塑性指数是指粘土的液限含水率与塑限含水率之差。当粘土中加入的水量不多时,粘土还难以形成可塑状态,很容易散碎,只有水量加入到一定程度,粘土才形成具有可塑状态的泥团,这时泥团的含水量称为塑限含水量;若继续在泥团中加入水分,泥团的可塑性会逐渐增高,直至泥团能自行流动变形,此时的含水量称为液限含水量。可塑性指数大则成型水分范围大,成型时不易受周围环境湿度及模具的影响,即成型性能好。但可塑性指数小的粘土调成的泥浆厚化度大、渗水性强,可利于压滤榨泥。
可塑性指标是指在工作水分下,粘土泥团受外力作用最先出现裂纹时应力与应变的乘积,同时还应测定泥团的相应含水率。可塑性指标也反应了粘土泥团成型性能的好坏, 但要注意相应的含水率。若相应含水率大,则工作水分多,干燥过程易变形、开裂。
粘土的可塑性能根据可塑指数或可塑指标分为以下几类:强塑性粘土指数>15 或指标>3.6; 中塑性粘土指数7~15 或指标 2.5~3.6; 弱塑性粘土指数1~7 或指标<2.5; 非塑性粘土指数<1。
3 . 影响粘土可塑性因素
粘土的可塑性是原料的一种属性。当达到可塑状态时,体系包含有固体和液体两种形态,是属于由固体分散相和液体分散介质所组成的多相系统。因此,粘土可塑性的大小主要决定于固相与液相的性质和数量。
固相的性质主要是指:
• 材料类型及内部结构;
• 施加变形的外在条件;
• 材料颗粒形状、大小及粒度分布;
• 材料的矿物学成分;
• 材料中杂质的含量;
• 材料中颗粒的离子交换能力等。
液相性质主要是指液相对固相的浸润能力和液相的粘度。对于液相来说,对粘土颗粒具有较大浸润能力的液相,一般都是含有羟基的液体(如水),其与粘土拌和后就呈较高的可塑性,此类液体粘度较大者,可塑性也较高。
在讨论粘土这一特定对象时,其叠加的薄片颗粒(形成胶束的层状结构)的电解特性,为粘土提供重要的塑性能力方面起着决定性的作用。这将一种粘土与其他粘土显著地区分开来。
粘土和水之间的相互作用使粘土具有可塑性的能力,而其可塑性使坯体的成型成为可能。坯体一旦在干燥器中干燥后,就能保持新的形状。
当然,并不是所有的粘土都是一样的,每种粘土都有不同程度的可塑性。因此,根据其构成材料的特点,不同陶瓷坯体在这方面可能表现出不同的特性。
一般来说,我们可以认为配方中可塑性粘土越多,陶瓷坯体的可塑性就越大。
可塑性粘土,事实上因其重要的可塑性而脱颖而出,其特点是含有较高含量可塑性的粘土矿物与较低含量的硅质粘土。瘠性粘土则恰恰相反,正如陶瓷生产商都知道的那样,它的可塑性明显较差,我们可以说更“砂质”,因此更脆,更难加工。
这就是为什么有必要详细研究粘土(或陶瓷坯体)的可塑性和陶瓷生坯(湿坯和干坯)的机械强度之间的关系。
事实上,瓷砖生坯的机械强度几乎完全来自坯体中存在的可塑性粘土;然而,可塑性粘土的存在,这也可能是坯体浆料难以解胶的主要原因。
众所周知,可塑性粘土能吸收大量的水,从而迫使生产者额外增加坯体浆料中的水量,以使浆料更容易流动。
然而,过度减少可塑性粘土——这可能有助于提高浆料体系的比重,同时也归功水量的减少——却并非是一个可取的选择,甚至在某些方面是不可行的,除非你想对瓷砖坯体的机械强度造成负面影响。这是一个相当微妙的平衡,必须加以控制,需在生产线参数和每个陶瓷生产商的不同需求之间找到折衷的方案。此外,更重要的是,要将坯体制成生产商所需的理想形状,防止其在烧制阶段发生变形(这不仅适用于瓷砖生产领域)。
另外,瘠性粘土会对坯体机械强度产生负面影响,但有时是一个不二之选。
4 . 低可塑性陶瓷原料
坯体配方中低可塑性陶瓷原料的种类及用量可能更难控制,引入不当,当坯体一旦干燥,它更容易导致坯体开裂。因为它的机械强度值肯定低于由较大比例的可塑性粘土(更高可塑性)制成的陶瓷坯体。
然而,可塑性较低的陶瓷原料也意味着其较低的吸水能力,这未必是负面的。事实上,这一特性可以对干燥时间产生积极影响。较低的含水量意味着较短的蒸发干燥时间,就能耗而言,这并不完全是负面的。
5 . 低可塑性陶瓷原料预期用途
特意使用低塑性原料,这种情况可能意味低塑性陶瓷原料的使用效果很差,但事实并非如此。除了通过引入适当和特定的化学助剂(如临时粘结剂,分散剂等)和应用适当的工艺流程来改变和调整浆料流变参数外,这种类型的陶瓷原材料有时可以完美地用于某些生产领域(当然不是瓷砖生产)。
这些领域是什么?
例如,在许多工业应用中广泛使用的技术陶瓷。事实上,由于其在抗力、导热性、电绝缘性和化学稳定性方面的优异性能,某种程度上,它们正在以特定方式推动某些产业部门的发展。
这些特性使这些材料广泛应用于工程,汽车,航空航天领域的多个部门,甚至还可适用于可再生能源的一些领域。
由于这种广泛和多样化的应用,陶瓷原材料可以具有非常不同的特征和特性,这就是为什么根据材料的预期用途做出选择总是很重要。
简而言之,我们可以说在这个领域中陶瓷原料是不会混合使用的:单一成分或至多是极少数组分的材料(材料的范围非常广泛:如氧化铝,碳化硅,氧化锆等)。
根据所选择的材料,陶瓷原材料将具有某些独特的性能,但总的来说,它们一直有一个共同点:低可塑性。
坯体的低可塑性必然会让生产商在配方体系中引入化学助剂。这些化学助剂能够使材料可加工并使之具备应用所需的参数来辅助整个生产过程。
还需要补充的是,在这个领域中应用的成型技术是多样化的。例如,等静压成型,注射成型,计算数控成型,流延成型或挤出成型等。
6 . 如何提高坯体可塑性
提高坯料可塑性的措施有:
• 将粘土原矿进行淘洗,除去所夹杂的非可塑性物料,或进行长期风化;
• 将湿润了的粘土或坯料长期陈腐;
• 将泥料进行真空处理,并多次练泥;
• 掺用少量的强可塑性粘土;
• 必要时加人适当的化学助剂。
若陶瓷泥料的可塑性在很大程度上取决于原材料,那么很明显,在瓷砖和卫生洁具的生产中,所使用的粘土有时可塑性不太好,尤其是在原材料难以获取的情况下。
这一过程再次要求引入化学助剂,通过调整所要求的参数发挥其决定性作用。
然而,如果同时没有对工艺 (如原料及主要生产参数等) 采取合理调整, 这种作用可能不是决定性的。
一般来说,这些化学助剂的主要作用是使陶瓷坯体具有更强的结合力和韧性。
在其它情况下,可使用增塑剂,以促进成型压制过程。
总的来说,更重要的是,要强调这些不同的产品经常需要组合使用,并且加入量会显著影响最终结果。
工厂地址: 广东省佛山市三水区大塘工业园开元路16号
电话 | 86(0) 757-87270601
销售中心: 广东省佛山市禅城区季华西路陶瓷总部基地
陶配中心AB区B106-B108
电话 | 86(0) 757-82537583
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