2025.07.23 | 新闻
科普文章之陶瓷泥料可塑性:价值与其应用领域
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。
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。
• 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。
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
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。
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