陶瓷生产检测与控制技术

1. 陶瓷生产检测与控制技术 主讲人：马岚

2. 目录 绪论 项目一、陶瓷检测技术基本知识 项目二、陶瓷原料成分分析 项目三、陶瓷原材料性能检测 项目四、陶瓷生产过程检测 项目五、日用陶瓷 项目六、建筑陶瓷 项目七、卫生陶瓷

3. 绪论 1、陶瓷检测技术的概述（目的、意义、作用） 2、陶瓷制品性能的影响因素 3、常规检测项目种类及作用

4. 1、陶瓷检测技术的概述 1、主要任务 对坯体进行检验、制品检验和原材料的物理化学检验。 1）坯体检验是对未煅烧的坯体进行检查，重点检验坯体是否达到入窑的质量要求。 2）制品检验是将陶瓷制品进行人工鉴别缺陷和分级。 3）理化检验是指陶瓷生产中的物理检验和化学分析。物理性能检验，就是陶瓷工艺实验，而化学分析，则是对原料、坯料釉料及其它辅助材料各组成部分进行定量分析。 2、意义 1）通过测试数据来判断原材料的质量、产品的质量。 2）测定各项工艺指标是否正常，配方的化学组成是否符合设计的要求，以便及时发现和消除产品缺陷。 3）提高产品质量、科学管理生产。 3、生产检验在陶瓷生产中的重要作用 1)生产检验的结果可以进行配方研究 2)生产检验可以对原材料进行质量控制 3)生产检验可以对生产工艺的质量进行控制 4)生产检验可以反映生产的产品质量

5. 陶瓷制品性能 显微结构 原料 制备技术 矿物组成 化学组成 颗粒组成 热学特征 工艺性能 物理性能 注浆成型 可塑成型 干压成型 常压成型 热等静压成型 烧成制度 晶相种类、大小、含量、分布 玻璃相含量、组成、分布 气孔的含量、大小、分布 杂质含量、分布 晶界结构、组成、厚度 微裂纹的数量、大小、分布 表面结构、状态 结合层结构 应力状态及应变 2、陶瓷制品性能的影响因素

6. 3、常规检测项目种类及作用 ㈠原料、坯釉料的工艺性能 化学全分析、外观、可塑性、水分、细度与颗粒分布、真比重、泥浆性能等。 ㈡成型、干燥与烧成性能 收缩率、石膏浆凝结时间、石膏模吸浆速度、气孔率、吸水率、体积密度、烧成温度及烧成温度范围、耐火度、釉的熔融温度及熔融温度范围、生坯强度等。

7. 3、常规检测项目种类及作用 ㈢制品性能 光学性能：白度、光泽度、透光度； 机械性能：显微硬度、抗折强度、气孔率(吸水率)等。 热性能：热稳定性、抗冻性等。 化学性能：耐酸碱性、铅镉溶出量等。 电性能：介电常数、介电损耗等。 ㈣其它性能 尺寸、外观等

8. 项目一、陶瓷检测技术基本知识 任务1、误差及实验数据处理方法 任务2、试样的采取与制备

9. 任务1、误差及实验数据处理方法 一、误差及误差的分类与鉴别 二、准确度和精密度及其关系 三、有效数字及其计算规则 四、测试结果数据处理 五、实验中的数据表示方法

10. 一、误差及误差的分类与鉴别 （一）误差的定义 误差是指测定值与真实值之间的差。 Ai=Xi-X(i=1,2,3,…n) （二）误差的分类与鉴别 1．误差的分类 （1）取样误差 由于研究对象的非均质性，非一致性等陶瓷自身固有的性质以及取样方法的局限性造成取样误差。将测定值与母体平均值之差为取样误差。 （2）测量误差 由于测试仪器不准，测试方法不完善以及各种因素的影响，尽管测试仪器、测试方法、环境条件都相同，但各人各次测定彼此之间还是不同程度的偏离，不能完全反映测量的真值，这种测定与真值之间存在的这一差值，称为测量误差。

11. 一、误差及误差的分类与鉴别 （3）测量误差的分类与鉴别

12. 二、准确度和精密度及其关系 1、准确度： 准确度是指测量结果的正确性，即与所谓真值偏离的程度。 式中：n-测量次数；b-算术平均值；xi-实际测量值；x真-真实值 2、精密度： 精密度是指在相同条件下，对同一试样进行多次重复测定时，所得各次分析结果互相接近的程度。 它表示测量结果的可重复性，可用平均偏差表示：偏差的测量，实际上就是精密度的测量，偏差愈小，精密度愈高，反之，偏差大，精密度低。

13. 二、准确度和精密度及其关系 3、精密度与准确度的关系 精密度表示分析结果的重复性，而不涉及误差问题，准确度表示测试结果的正确性，它直接与误差相联系。由此可见：只有精密度好 ，才能使准确度高，但精密度好并不等于准确度就高。原因就是测试结果的精密度主要取决于实验操作的仔细与仪器的精密程度，而准确度则主要决定于分析方法本身。 4、准确度的表示方法—绝对误差与相对误差 （1）绝对误差：是指测量值Xi与真值之间的差异 用公式表示就是 （2）相对误差： 5、精密度的表示方法 （1）平均偏差：表示各次测定值与其算术平均值之差的绝对值的平均数。 （2）标准偏差：它是根据偶然误差出现正态分布而导出的。 （3）或然偏差：是在无限次数测定中，大于此偏差的次数。 （4）变动系数：是标准偏差与测定值的算术平均值之比

14. 三、有效数字及其计算规则 1、有效数字的概念及表示方法 2、有效数字中“0”的意义 3、有效数字的记数法则及运算规则 （1）有效数字的记数法则 （2）有效数字的运算规则

15. 四、测试结果数据处理 （一）对分析结果的判断 1、在测试过程中已经知道数据是可疑的 ，应将可疑值立即弃去。 2、复查测试结果时已能找出出现可疑值的原因，应将可疑值弃去。 3、找不出可疑值出现的原因，不应随意弃去或保留，而应根据数据统计原则来处理。 （二）测试结果数据的取舍 1、2.5倍法或4倍法： a、计算出几次结果的平均值和平均偏差 b、把个别测定的结果与平均值差数大于平均偏差2.5倍者（或4倍者）统统弃去 c、将其余结果按常规方法计算其平均结果、平均偏差或平均结果均方偏差，找出其真实值的范围 d、用平均结果的平均偏差或平均结果的标准偏差表示真实值 2、Q检验法 a、按测得值的大小顺序排列 b、计算可疑值与最邻近数据之差，除以最大值与最小值之差，所得商称为Q值。 c、查Q值表 若Q测>Q表，则弃去该测定值；若Q测〈Q表，则保留该测定值。

16. 1、列表法 2、做图法 五、实验中的数据表示方法

17. 任务2、试样的采取与制备 一、平均试样的采取 所谓“平均试样”是指所取出的少量试样，它的化学成分、物理性能可以代表全部物料或某一矿山地段平均组成的试样。 （一）原料矿产地取样 1、刻槽法：在矿体中，开凿一定规格的槽子，将槽子中的矿石取下来作为样品的一种方法。粘土硬度低，适宜于用刻槽法取样。 1）直行样线法：样线以直线形与矿体厚度相一致的取样方法。 2）倾斜样线法：样槽与矿体厚度的方向是斜交的，样槽长度不代表矿体的真实厚度。 根据倾斜角度的不同，可分为： 缓倾斜样线法（斜度小于300）：在矿体呈缓倾斜时，刻槽样线可以垂直布置在矿体上。 陡倾斜（大于300小于600）：走向时，刻槽线可以水平布置在矿体上。 2、攫取法 长石、石英和硬质粘土矿物等，用刻槽法比较困难，常用攫取法进行取样。

18. 任务2、试样的采取与制备 （二）入厂原料的取样 1、料堆取样 2、从运输机（或练泥机出口泥段）上取样 （三）取样的基本要求 1、原料可明显分辨不同外观时，应估计形态所增整个原料中的大致比例，取得样应该这个比例选取。 2、原料具有杂质时，一般选出混合样品。如果要求剔除杂质时，则应估计杂质所占比例和情况 3、原料取样数量一般为100公斤左右，但也可以按照原料的批量大小、块度大小以及均匀程度来酌情增减。 二、平均试样的制备 1、破碎与缩分 2、烘干、磨碎、过筛

19. 项目二 陶瓷原料成分分析 子项目一 试样的分解 子项目二 原料主要成分的化学分析 子项目三 原料成分快速分析仪

20. 子项目一 试样的分解 二、熔融法 一、酸溶解法 硅酸盐能否为酸所分解，主要取决于其中二氧化硅的含量与碱性氧化物含量比值大小，其值越大，越不易为酸所分解。 不能为酸所直接分解的矿物岩石借熔融的方法使碱金属氧化物的比值增加，然后才能为酸所分解。

21. 子项目二 原料主要成分的化学分析 任务1 二氧化硅含量的测定 任务2 三氧化二铝含量的测定 任务3 三氧化二铁含量的测定 任务4 二氧化钛含量的测定 任务5 氧化钙含量的测定 任务6 氧化镁含量的测定 任务7 氧化钾、氧化钠含量的测定 任务8 烧失量的测定

22. NaOH 固体 650 ℃ 30min 保温 0.5g 试样 熔融体 固体 镍坩埚 电炉 马弗炉 热蒸馏水 熔块 黄色浑浊溶液 糊状 HCl 浓 电热板 加动物胶 10min 保温 胶体沉淀 烘干、炭化、灰化、 HCl 浓 ，加热近沸 灼烧、称量 黄色浑浊液 过滤 Ca Mg Al、 测定 、 、 滤液 Fe Ti 、 任务1 二氧化硅含量的测定

23. SiO2 %= 式中： G -----试样的质量（g） --空坩埚的质量（g） --灼烧后带沉淀的坩埚的恒重质量（g）

24. 滤液（Al3+、TiO2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+、Ni2+等） EDTA标准溶液 混合溶液 加二甲酚橙2滴 加NH3·H2O 加HCl 溶液呈红色 溶液恰变黄色 加HAc-NaAc溶液 用Zn2+标准溶液滴定 加NaF固体 溶液恰由黄色变红色 电炉上煮沸3～5min 加二甲酚橙2滴 用Zn2+标准溶液滴定 溶液恰由黄色变红色 任务2 三氧化二铝含量的测定

25. Al2O3 %= 式中： ----- Zn2+标准溶液的浓度（mol/L） V-----第二次滴定消耗的Zn2+标准溶液的体积(mL) TiO2 %----- TiO2的百分含量 0.638---- TiO2换算成Al2O3的系数 G-------试样的质量(g )

26. pH=5.6HAc - NaAc 加 缓冲溶液 滤液 加抗坏 血酸 静置 10min 加邻菲 罗啉 测其吸 光度 任务3 三氧化二铁含量的测定

27. Fe2O3%= 式中： -----1mL试液的含铁克数（g）(从标准曲线上读出的) ---- Fe2O3的摩尔质量（g/moL） ------ Fe的摩尔质量（g/moL） ------吸取的试液毫升数（mL） G ------试样的质量（g）

28. 加抗坏血酸 加NH3·H2O 加钛铁试剂 滤液 溶液黄色 摇匀 加 pH=3.7HAc - NaAc 缓冲溶液 测其吸光度 任务4 二氧化钛含量的测定

29. TiO2%= 式中 ----从标准曲线上查得的10 ml滤液中所含TiO2的µg数 G ----试样的质量（g）

30. NaOH固体 滤液 加三乙醇胺 加邻二氮菲 K-B指示剂 EDTA 用 滴定 任务5 氧化钙含量的测定 CaO %= 式中： ---EDTA标准溶液的浓度（mol/L） ---EDTA标准溶液的体积(mL) ----CaO的摩尔质量（g/moL） G-----试样的质量(g )

31. 1:1NH3·H2O 滤液 加三乙醇胺 加邻二氮菲 K-B指示剂 用EDTA滴定 任务6 氧化镁含量的测定 MgO%= 式中： ---EDTA的浓度（mol/L） ---单独测定钙时消耗的EDTA的体积(ml) ---测定钙镁合量时消耗的EDTA的体积(ml) ---- MgO的摩尔质量（g/moL） G-----试样的质量（g）

32. 加 1:1HNO3 及蒸馏水 1:1H2 SO4 HF 加 及 试样 过滤 定容 火焰光度计测定 任务7 氧化钾、氧化钠含量的测定 • K2O%（或Na2O%）= 式中： ----从标准曲线上查得的K2O和Na2O的ppm数 G-----试样的质量（g）

33. 任务8 烧失量的测定 用递减称量法精称已烘干研细的样品1 g于已恒重的瓷坩埚中，盖好盖子，在900～1000℃下灼烧并保温30 min，放于干燥器中冷却至室温，称量。 IL%= 式中： ----灼烧前试样和坩埚的总质量（g） W2----灼烧后试样和坩埚的总质量（g） G-----试样的质量（g）

34. 项目三、陶瓷原材料性能检测 子项目一：陶瓷原材料工艺性能检测 子项目二：辅助材料的检测

35. 子项目一：陶瓷原材料工艺性能检测 任务1：原料粒度 任务2：固体粉料真比重的测定 任务3：粘土（坯料）的可塑性 任务4：粘土（坯料）的结合性 任务5：粘土耐火度的测定 任务6：坯、釉料热膨胀系数的测定

36. 任务1：原料粒度 一、实验原理 粒度是指粉状或粒状物料中不同粒级所占的重量百分数，测定的方法目前采用的有筛析法、分选法、沉降法、离心法等。筛析法是应用最广泛的一种，也是操作最简单最方便的，所测定出料度40μ甚至30μ的粉料的分散度。 筛析法是用选定的筛子或选定的若干筛子所组成份额一套筛组，经过一定时间振动筛分后，测定物料在某一特定筛子或筛组上的筛余量份额方法。测定粉料的颗粒分布，可用一系列不同孔径的标准筛，依孔径的大小顺序进行筛分，然后以每只筛上的筛余来表示颗粒分布情况。并做出分级筛析曲线和累积筛析曲线。 利用分级筛析曲线可以清楚地看出粒度分布情况。必须指出，由于分级筛析曲线是利用每只筛上的晒雨量及其对应的平均粒径作图的，故所用的一系列筛的筛孔尺寸不能随意选取，须按一定的规律选择，才能作出反映实际粒度分布的筛析曲线。

37. 任务1：原料粒度 二、试验仪器及设备 1、振动筛分析器(8411型)； 2、标准筛一套； 3、天平

38. 任务1：原料粒度 三、试验步骤 1、将粉料在105~110℃烘箱中烘干，准确标取50g式样待用 2、按分析要求选取清洁干燥的标准筛一组 3、按筛孔孔径由大至小组装好并装上筛底，试样放在最上面的筛子上，加上筛盖，安装在振动筛分析上 4、开动振动机，振动10~15分钟，取下称量筛底粉料重量，继续开动振筛机，直到每分钟内通过最小孔径粉料不超过0.05g为止 5、称量各筛上及筛底的粉料重量

39. 任务2：固体粉料真比重的测定 一、实验原理 试样在105~110℃烘箱中烘干后，试样的重量与其真体积（即除去其中体积后的总体积）之比，即为该原料的真比重。一般以g∕cm3表示，也可以认为是：真比重的数值是原料除去空气，晶洞等每立方厘米的真是体积所具有的重量（g）即D真=G∕V真（ g∕cm3）测定真比重，对于评价瓷坯的烧结程度和计算闭口率，氧化铝的晶型转换等具有重要意义，在进行粘土的颗粒分布测定，以及生产是上球磨泥釉料细度的快速测定都需要真比重的数据。 其计算公式如下：D真=G∕V真=G1d液∕（G1+G2-G3） 式中：D真—试样的真比重（g∕cm3）；G1—试样干料重量（g）；G2—比重瓶+液体重（g）；G3—比重瓶+液体重+干料重（g）；d液—液体介质的真比重（g∕cm3）

40. 任务2：固体粉料真比重的测定 二、试验仪器及设备 1、分析天平； 2、真空装置； 3、烘箱； 4、干燥器； 5、25ml比重瓶； 6、玻璃漏斗； 7、蒸馏水； 8、抽真空设备。

41. 任务2：固体粉料真比重的测定 三、试验步骤 ①将25ml比重瓶放入烘箱中烘干，用夹子小心地将比重瓶夹住快速地放入干燥器中冷却。 ②在室温下将蒸馏水注入比重瓶中，盖好瓶盖（水可从其毛细管中溢出，揩净瓶塞上过量之水分时，应注意不从毛细管中抽吸任何水分），于天平中称得瓶和水之重量G2，称毕将水倾出2∕3左右。 ③准确称取8~10g上述制备好的试样（准确到0.0001g）两份G1、G2用漏斗小心地加到比重瓶中，再加入液体蒸馏水至比重瓶的1∕2，稍稍晃动使试样全部浸没在液体介质中，并用纸片将塞与瓶口隔离以防粘着。 ④将比重瓶放入沸水浴中煮30分钟，取出拿掉纸片，待冷却到室温，然后即住蒸馏水，揩干比重瓶外表水分，置于天平上称量G3。

42. 任务3：粘土（坯料）的可塑性 一、实验原理 粘土或坯料的可塑性是陶瓷制品成型性能的主要依据。可塑性太弱不利于成型，可塑性太强，则干燥收缩大，会使产品在干燥过程中产生有害的应力，造成变形或开裂，从而影响生产效率和产品质量。 测定可塑性一般有直接法和间接法，前者是以塑性泥料在压力、张力、剪力、扭力作用下的变形程度来表示，是我们常用的方法。例如：可塑性性指数和可塑性指标法，后者是把饱水率，风干收缩率，粘度，吸湿水分与可塑性联系起来，由此可见，粘土或坯料的可塑性是多种性质的综合表现。

43. 任务3：粘土（坯料）的可塑性 （一）塑性指数法 塑性指数法包括了液限与塑限两个测定内容：液限是粘土呈可塑性状态时的上限含水量，如粘土中含水量超过液限即进入流动状态；塑限是粘土呈可塑状态时的下限含水量，当粘土中含水量低于塑限时，即进入半固体状态。 （二）塑性指标法 塑性指标法是泥料可塑性的直接测定方法，系采用一定直径的泥球，在外力作用下发生变形并开始产生裂纹，以应力（变形力）与应变（变形量）的乘积来表示可塑性的程度。 （三）塑度计法 塑度计法是将一个圆柱体试样，以一定的速度在塑度计上沿轴向压缩，并测出它在各种压缩状态下的压缩力，从而得到试样的可塑性指标。

44. （一）塑性指数法 1、仪器设备 液限仪（华氏平衡锥）、普通天平、调泥刀、调泥皿、烘箱、0.5毫米孔径筛、毛玻璃 2、试样制备 （1）取100克左右天然含水量的样品2份，用手捏碎，通过0.5毫米孔径（若试样较干时，可放入研钵中研碎再过筛）。 （2）将过筛的试样分别放在调土器皿中（一份为液限试样，一份为塑限试样），加适量的水拌和均匀（加水量随粘土性质而异，通常定液限者加水30-50％，定塑限者加水20-30％），复盖备用。

45. （一）塑性指数法 3、操作步骤 （1）液限法 ①将预备好的试样再仔细的拌和一次，制成适当大小的圆柱泥团，置于掌心，即用平衡锥检验其稠度大致情况（以平衡锥下落深度为准）。然后才正式将泥料装入试样杯。装料时可以圆柱泥团的形式或用刮刀分层装入试样杯（试样杯规格内径45毫米，高45毫米）。在装料过程中，注意勿使土内聚集空气，并不时予以轻敲，以除去杯内气泡。然后用刮刀将多余的土料刮去，使其与杯口齐。 ②将平衡锥用布擦净，并用少量的凡士林涂于锥身及尖端。 ③提住锥体的手柄，使圆锥垂直、轻轻地放在泥料面上（尖端刚与泥面接触），任其自身重量沉入土中。 ④若锥体经15秒钟自由落入试样的深度小于10毫米，则表示土中含水量低于液限。此时需加入少量的水于试样中，重新拌和，然后重复试验其落入深度。 ⑤当锥体沉入试样的深度恰为10毫米时，即表示达到液限。 ⑥同一杯中的试样，所试验的各点的结果应一致，当锥体下沉深度均为10毫米时，从杯中取出约5-10克湿土，测定其含水量（％），即得粘土的液限（WT）。

46. （一）塑性指数法 （2）塑限法（搓条法） ①取拌和均匀的试样，用手搓捏成圆球或椭圆形，使其达到塑性状态。然后放在玻璃板上，用手掌（不准用手指）轻压，滚搓成直径为3毫米的圆条。此时如果泥条尚未断裂，则用手将泥条混成一团（以减少含水量），再依上法搓滚，如此反复搓滚，直至土条搓成直径为3毫米时出现分段（每段为8-10毫米）、断裂为止（先产生裂缝再进行断裂）。 ②迅速收集约5-10克的断裂土条装入皿内，测定其含水量（％），即得粘土的塑限（WP）。 此法系人工操作，因操作者熟练程度不同，所得结果很不稳定，用下式计算塑性指数（Wn）。Wn = WT - WP

47. （二）塑性指标法 1、仪器设备 塑性指标仪（附弹丸）、普通天平、衬布（或塑性布）、泥球定量模型（双合模） 2、试样制备 （1）取通过0.5毫米孔径筛的风干试料约500克，加水调和并充分捏练至达标准工作稠度并致密的软泥。 （2）从软泥块上割取略大于制泥珠所需要的泥块，放入球径为46毫米的双合模型内压制定型，余泥用潮湿麻布或塑料布覆盖。 （3）根据以上定量的结果，称取一定重量的泥块若干份，很快地用手将泥块搓成直径为46毫米的圆球（近似值，允许误差1毫米）。

48. （二）塑性指标法 3、操作步骤 （1）将制成的试样放在平盘3的中央。 （2）将金属杆1降下，使其下面的平盘4与试样表面稍稍接触，用螺钉固定。 （3）从镜子中检查试样的外表，记录杆在标尺上的位置 （4）在上面的圆盘5上放置一个容器，然后松开夹紧螺钉，开始把弹丸逐渐地加入容器中，随着弹丸荷重的增加在某一瞬间可以从镜子内看出在泥球上有裂纹出现。 （5）此时应立即停止向容器内加入弹丸，并借螺钉固定杆的位置，记录下降后的杆尺位置以及试样在该荷重下的变形大小（厘米）。 （6）称出容器内加入弹丸的重量（杆1、平盘4与5的重量在试验前预先称过）。将试验结果填写在记录表中，并按公式计算。 S=（a-b）P 式中：S一一可塑性指标； a一一泥球在试验前的直径，厘米； b一一泥球在受压后的高度（依压的方向），厘米； P一一泥球出现裂纹时的负荷重量，公斤

49. 1、 仪器设备 KS-B可塑性测定仪 2、试样制备 将所在测试的样品在黄铜模内用手工压制成直径2.8cm，高度3.8cm的光滑圆柱体，然后小心地放入塑度计压板中央（注意防止变形及改变原始高度）。 （三）塑度计法 

50. （三）塑度计法  3、操作步骤 （1）开启马达，调整千分表及刻度盘零点位置。 （2）将样品置于下压板中心位置上。 （3）记录压缩值为10％和50％时千分表的数值。该仪器塑性指数定义是指应变为10％时的应力与应变为50％时的应力之比。 试验结果按下式计算： 式中D一一塑性指数； 1.8一一压缩值为10％和50％时的面积比； F10一一压缩值为10％时千分表读数； F50一一压缩值为50％时千分表读数。