陶瓷泥浆制备及测定综合性实验设计

马玉书+李计元

摘 要：实验通过制备陶瓷泥浆与调整泥浆性能如浓度、流动性等，设计了综合性实验项目。实验中把陶瓷生产工艺从泥浆制备、泥浆性能检测、制品成型、干燥以及烧成陶瓷制品的整个工艺过程进行有机整合，把基础理论知识与实验内容有机地结合。在实验过程中，同学们相互配合、相互交流，彼此团结协作，增进友谊。通过综合性实验学生不但锻炼动手能力，而且加深对专业知识的理解，最后制得陶瓷作品，使学生从实验中获得成就感，激发学生对专业的兴趣，使其在实验中得到享受和愉快的体验。

关键词：陶瓷 泥浆制备 实验教学 泥浆性能 综合性实验

中图分类号：TF125.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0003-02

材料科学与工程是一个以实验为基础的学科，实验教学是培养学生动手能力的一个重要途径。实验教学不仅使学生获得知识，更重要的是激发他们对本专业学习的兴趣，启迪思维，培养他们的科技创新精神。实验教学的好坏将直接影响到学生在实际工作中分析和解决工程实际问题的能力。实践证明：对于实验中应用到的理论知识，学生理解的更透彻、印象更深刻，应用也更灵活[1-2]。因此，把实验教学与学生动手能力的培养结合起来，不但提高学生的学习兴趣，还可以为将来从事本专业奠定良好的基础。在陶瓷工艺学课程的实验实践教学中内容涉及泥料可塑性、先进陶瓷成型方法、烧结温度测定以及成品性能检测等实验项目。内容虽然很多，但都是横向比较，学生理解不深刻，使实验效果大打折扣。因此，我们在进行实验大纲制定时将实验内容重新整合、进行纵向设计，开发了两个专业综合性实验项目《陶瓷注浆成型及性能测定》和《泥浆制备及陶瓷可塑成型》，包含了从泥浆制备、模具制作、注浆成型、烧成到成品性能测定等为主线的实验内容。该文对泥浆制备及性能测定的实验项目进行介绍。为了使学生得到更好的锻炼，让学生自己动手配制泥浆，按照教师给定的泥浆性能目标值调整泥浆的性能，充分锻炼学生的动手能力，最后制备出陶瓷样品，提高学生的兴趣，该综合性实验项目受到广泛好评。

1 实验目的

了解普通陶瓷的原料及坯料的配方设计；掌握泥浆制备、性能检测和调整的方法；掌握普通陶瓷烧成过程中的物理化学变化；掌握陶瓷烧结性能评价方法；完成从原料制备到最终烧出制品的整个陶瓷生产工艺过程，锻炼学生的动手能力、综合运用专业知识的能力以及分工合作精神。

2 实验原料及仪器设备

2.1 实验原料

矿物原料有：石英、砂岩、长石、苏州土、星子高岭、彰武土、彰村土、瓷粉、山西木节、唐山木节、秦皇岛瓷石、湛江原矿、依安黑泥、沁阳土、大同土、新会球土、白云石、松阳高岭土、盛超粘土等。化学试剂：碳酸钡、碱面、水玻璃、PC67等。

2.2 仪器设备

球磨机（包括瓷磨罐）、电热干燥箱、烧结炉、电子天平、涂4粘度计、泥浆搅拌机、电子秤、标准筛、石膏模型、秒表、温度计、数显式游标卡尺等。

3 实验步骤

3.1 泥浆配方的设计与计算

查阅文献，参考经验配方，通过化学组成、矿物组成的计算，初步拟定坯料配方并按3kg总量计算出泥浆的配料单，测出原料的含水率，计算出实际配料单。

3.2 泥浆制备

（1）按实际配料单称量原料，加水，加水量按30%左右计算。并加入球石，可用鹅卵石或高铝石球，料球比为1∶2，球石的级配为大球：中球：小球=（20%～25%）：（30%～50%）：（30%～50%）。加入0.1%～0.2%的氯化钙或醋酸，可促使泥浆凝聚构成较粗的毛细管，从而提高压滤效率。

（2）研磨3.5 h后，检测细度。用水筛法测筛余，若过粗，再继续研磨，直到350目筛筛余0.7%～0.8%，同时调整泥浆浓度，目标值达到（356±2）g/200 mL。

3.3 泥浆性能测定

（1）含水率：准确称量泥浆10～20 g置于蒸发皿中，在烘箱内烘干至恒重后，冷却称重。记录湿试样质量W1，干试样质量W2。则相对水分（X）为（W1-W2）/W1×100%；绝对水分（Y）为（W1-W2）/W2×100%。

（2）细度：取100 g泥浆，缓慢倒入350目筛中，同时置于自来水下冲洗，直至筛下水流不浑浊为止。将筛上残渣倾入蒸发皿中，静置30 min倒出蒸发皿上部清水，放在烘箱内烘干，称量残渣重量，细度（或筛余）用残渣占干料重量的百分比来表示。

（3）浓度：将200 mL比重瓶洗净、控干水分、烘干后称重。再将制备好的泥浆倒入容量瓶至规定刻度于电子天平上称重，记录数据，单位为g/200 mL。

（4）流动性：将泥浆注满涂4粘度计（100 mL）。在打开出口的同时按下秒表，记录秒表数据，即为泥浆的即刻粘度V0。

3.4 注试条和试样，并烧成

细度和浓度达到要求后，放磨，过80目筛。放入塑料桶中陈腐7天后，利用石膏模具浇注试条和陶瓷半成品（如花瓶等）。将试条和坯体干燥后修坯、坯体施釉，在一定温度下烧成。

3.5 试条性能测定

（1）收缩率。

用石膏模具浇注试条，开模后用游标卡尺做记号，长度100 mm或150 mm。放入烘箱烘干。烘干后再测量记号长度，计算干燥收缩率，公式如下：

干燥收缩率%=

烧成收缩率%=×100%

总收缩率=（1-干燥收缩率）×烧成收缩率+干燥收缩率

（2）弯曲强度。

计算公式为：

式中：Ra为弯曲强度（MPa）；P为作用力（N）；L为跨距（mm）；D为试条断口处直径（mm）。

（3）烧结性。

将烧后的试条作吸红实验，测定吸水率、气孔率和体积密度等指标表征试样的烧结性。

4 实验结果与讨论

测定泥浆各参数如细度、浓度、流动度及含水率等；测定试样干燥收缩率、烧成收缩率和总收缩率；进行试样吸红实验及弯曲强度、气孔率、吸水率和体积密度等指标的测定，并分析烧成制度对陶瓷制品烧结性的影响。

5 教学组织与成绩评定

将参加实验的学生分组，3人/组。首先安排学生查阅资料，让学生对实验内容有初步了解；其次讨论确定实验路线和方法。最后，3人协作共同完成实验内容，每组至少完成一个配方。在教学实践过程中，我们发现由于实验方案和实验内容相对独立、灵活性强，很难用同一尺度来对学生进行考核。因此，在综合性实验的评定过程中，我们重过程轻结果。实验成绩的评定包括：出勤10分、实验动手能力40分，实验结果分析20分，实验报告30分。其中动手能力的考核要求每个学生至少提交一件合格的陶瓷制品。实际每个学生都能完成几件，有的还非常美观漂亮。力争较全面的考查学生的综合能力和科研素质。

6 教学效果反馈

该综合性实验项目历时4周，实验完成后，学生们普遍反映获得了很多生动的知识，在实践过程中通过查阅文献和实际动手，将理论知识应用于实践过程中，使知识融会贯通，既提高了学习兴趣，也锻炼了动手能力。

7 结语

陶瓷泥浆制备综合性实验项目的开设是一个较好的尝试。在实践教学过程中，使学生变被动为主动，教师与学生在教学过程中关系更加和谐。学生提出问题、分析问题和解决问题的能力逐步加强。制备出合格的陶瓷制品使学生体会到成功的喜悦，也增强了对专业学习的兴趣。图1为同学作品。我们也欣喜的看到学生由被动、枯燥的学习转变为享受这种积极、主动的学习过程。

参考文献

[1] 杜娜，郭英，张玮.改革实验室开放教学培养创新人才[J].实验室科学，2008（3）：151-152.

[2] 张冠英.电工学实验课程的教学改革与探索[J].实验室科学，2012，15（2）：19-21.

摘 要：实验通过制备陶瓷泥浆与调整泥浆性能如浓度、流动性等，设计了综合性实验项目。实验中把陶瓷生产工艺从泥浆制备、泥浆性能检测、制品成型、干燥以及烧成陶瓷制品的整个工艺过程进行有机整合，把基础理论知识与实验内容有机地结合。在实验过程中，同学们相互配合、相互交流，彼此团结协作，增进友谊。通过综合性实验学生不但锻炼动手能力，而且加深对专业知识的理解，最后制得陶瓷作品，使学生从实验中获得成就感，激发学生对专业的兴趣，使其在实验中得到享受和愉快的体验。

关键词：陶瓷 泥浆制备 实验教学 泥浆性能 综合性实验

中图分类号：TF125.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0003-02

材料科学与工程是一个以实验为基础的学科，实验教学是培养学生动手能力的一个重要途径。实验教学不仅使学生获得知识，更重要的是激发他们对本专业学习的兴趣，启迪思维，培养他们的科技创新精神。实验教学的好坏将直接影响到学生在实际工作中分析和解决工程实际问题的能力。实践证明：对于实验中应用到的理论知识，学生理解的更透彻、印象更深刻，应用也更灵活[1-2]。因此，把实验教学与学生动手能力的培养结合起来，不但提高学生的学习兴趣，还可以为将来从事本专业奠定良好的基础。在陶瓷工艺学课程的实验实践教学中内容涉及泥料可塑性、先进陶瓷成型方法、烧结温度测定以及成品性能检测等实验项目。内容虽然很多，但都是横向比较，学生理解不深刻，使实验效果大打折扣。因此，我们在进行实验大纲制定时将实验内容重新整合、进行纵向设计，开发了两个专业综合性实验项目《陶瓷注浆成型及性能测定》和《泥浆制备及陶瓷可塑成型》，包含了从泥浆制备、模具制作、注浆成型、烧成到成品性能测定等为主线的实验内容。该文对泥浆制备及性能测定的实验项目进行介绍。为了使学生得到更好的锻炼，让学生自己动手配制泥浆，按照教师给定的泥浆性能目标值调整泥浆的性能，充分锻炼学生的动手能力，最后制备出陶瓷样品，提高学生的兴趣，该综合性实验项目受到广泛好评。

1 实验目的

了解普通陶瓷的原料及坯料的配方设计；掌握泥浆制备、性能检测和调整的方法；掌握普通陶瓷烧成过程中的物理化学变化；掌握陶瓷烧结性能评价方法；完成从原料制备到最终烧出制品的整个陶瓷生产工艺过程，锻炼学生的动手能力、综合运用专业知识的能力以及分工合作精神。

2 实验原料及仪器设备

2.1 实验原料

矿物原料有：石英、砂岩、长石、苏州土、星子高岭、彰武土、彰村土、瓷粉、山西木节、唐山木节、秦皇岛瓷石、湛江原矿、依安黑泥、沁阳土、大同土、新会球土、白云石、松阳高岭土、盛超粘土等。化学试剂：碳酸钡、碱面、水玻璃、PC67等。

2.2 仪器设备

球磨机（包括瓷磨罐）、电热干燥箱、烧结炉、电子天平、涂4粘度计、泥浆搅拌机、电子秤、标准筛、石膏模型、秒表、温度计、数显式游标卡尺等。

3 实验步骤

3.1 泥浆配方的设计与计算

查阅文献，参考经验配方，通过化学组成、矿物组成的计算，初步拟定坯料配方并按3kg总量计算出泥浆的配料单，测出原料的含水率，计算出实际配料单。

3.2 泥浆制备

（1）按实际配料单称量原料，加水，加水量按30%左右计算。并加入球石，可用鹅卵石或高铝石球，料球比为1∶2，球石的级配为大球：中球：小球=（20%～25%）：（30%～50%）：（30%～50%）。加入0.1%～0.2%的氯化钙或醋酸，可促使泥浆凝聚构成较粗的毛细管，从而提高压滤效率。

（2）研磨3.5 h后，检测细度。用水筛法测筛余，若过粗，再继续研磨，直到350目筛筛余0.7%～0.8%，同时调整泥浆浓度，目标值达到（356±2）g/200 mL。

3.3 泥浆性能测定

（1）含水率：准确称量泥浆10～20 g置于蒸发皿中，在烘箱内烘干至恒重后，冷却称重。记录湿试样质量W1，干试样质量W2。则相对水分（X）为（W1-W2）/W1×100%；绝对水分（Y）为（W1-W2）/W2×100%。

（2）细度：取100 g泥浆，缓慢倒入350目筛中，同时置于自来水下冲洗，直至筛下水流不浑浊为止。将筛上残渣倾入蒸发皿中，静置30 min倒出蒸发皿上部清水，放在烘箱内烘干，称量残渣重量，细度（或筛余）用残渣占干料重量的百分比来表示。

（3）浓度：将200 mL比重瓶洗净、控干水分、烘干后称重。再将制备好的泥浆倒入容量瓶至规定刻度于电子天平上称重，记录数据，单位为g/200 mL。

（4）流动性：将泥浆注满涂4粘度计（100 mL）。在打开出口的同时按下秒表，记录秒表数据，即为泥浆的即刻粘度V0。

3.4 注试条和试样，并烧成

细度和浓度达到要求后，放磨，过80目筛。放入塑料桶中陈腐7天后，利用石膏模具浇注试条和陶瓷半成品（如花瓶等）。将试条和坯体干燥后修坯、坯体施釉，在一定温度下烧成。

3.5 试条性能测定

（1）收缩率。

用石膏模具浇注试条，开模后用游标卡尺做记号，长度100 mm或150 mm。放入烘箱烘干。烘干后再测量记号长度，计算干燥收缩率，公式如下：

干燥收缩率%=

烧成收缩率%=×100%

总收缩率=（1-干燥收缩率）×烧成收缩率+干燥收缩率

（2）弯曲强度。

计算公式为：

式中：Ra为弯曲强度（MPa）；P为作用力（N）；L为跨距（mm）；D为试条断口处直径（mm）。

（3）烧结性。

将烧后的试条作吸红实验，测定吸水率、气孔率和体积密度等指标表征试样的烧结性。

4 实验结果与讨论

测定泥浆各参数如细度、浓度、流动度及含水率等；测定试样干燥收缩率、烧成收缩率和总收缩率；进行试样吸红实验及弯曲强度、气孔率、吸水率和体积密度等指标的测定，并分析烧成制度对陶瓷制品烧结性的影响。

5 教学组织与成绩评定

将参加实验的学生分组，3人/组。首先安排学生查阅资料，让学生对实验内容有初步了解；其次讨论确定实验路线和方法。最后，3人协作共同完成实验内容，每组至少完成一个配方。在教学实践过程中，我们发现由于实验方案和实验内容相对独立、灵活性强，很难用同一尺度来对学生进行考核。因此，在综合性实验的评定过程中，我们重过程轻结果。实验成绩的评定包括：出勤10分、实验动手能力40分，实验结果分析20分，实验报告30分。其中动手能力的考核要求每个学生至少提交一件合格的陶瓷制品。实际每个学生都能完成几件，有的还非常美观漂亮。力争较全面的考查学生的综合能力和科研素质。

6 教学效果反馈

该综合性实验项目历时4周，实验完成后，学生们普遍反映获得了很多生动的知识，在实践过程中通过查阅文献和实际动手，将理论知识应用于实践过程中，使知识融会贯通，既提高了学习兴趣，也锻炼了动手能力。

7 结语

陶瓷泥浆制备综合性实验项目的开设是一个较好的尝试。在实践教学过程中，使学生变被动为主动，教师与学生在教学过程中关系更加和谐。学生提出问题、分析问题和解决问题的能力逐步加强。制备出合格的陶瓷制品使学生体会到成功的喜悦，也增强了对专业学习的兴趣。图1为同学作品。我们也欣喜的看到学生由被动、枯燥的学习转变为享受这种积极、主动的学习过程。

参考文献

[1] 杜娜，郭英，张玮.改革实验室开放教学培养创新人才[J].实验室科学，2008（3）：151-152.

[2] 张冠英.电工学实验课程的教学改革与探索[J].实验室科学，2012，15（2）：19-21.

摘 要：实验通过制备陶瓷泥浆与调整泥浆性能如浓度、流动性等，设计了综合性实验项目。实验中把陶瓷生产工艺从泥浆制备、泥浆性能检测、制品成型、干燥以及烧成陶瓷制品的整个工艺过程进行有机整合，把基础理论知识与实验内容有机地结合。在实验过程中，同学们相互配合、相互交流，彼此团结协作，增进友谊。通过综合性实验学生不但锻炼动手能力，而且加深对专业知识的理解，最后制得陶瓷作品，使学生从实验中获得成就感，激发学生对专业的兴趣，使其在实验中得到享受和愉快的体验。

关键词：陶瓷 泥浆制备 实验教学 泥浆性能 综合性实验

中图分类号：TF125.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（a）-0003-02

材料科学与工程是一个以实验为基础的学科，实验教学是培养学生动手能力的一个重要途径。实验教学不仅使学生获得知识，更重要的是激发他们对本专业学习的兴趣，启迪思维，培养他们的科技创新精神。实验教学的好坏将直接影响到学生在实际工作中分析和解决工程实际问题的能力。实践证明：对于实验中应用到的理论知识，学生理解的更透彻、印象更深刻，应用也更灵活[1-2]。因此，把实验教学与学生动手能力的培养结合起来，不但提高学生的学习兴趣，还可以为将来从事本专业奠定良好的基础。在陶瓷工艺学课程的实验实践教学中内容涉及泥料可塑性、先进陶瓷成型方法、烧结温度测定以及成品性能检测等实验项目。内容虽然很多，但都是横向比较，学生理解不深刻，使实验效果大打折扣。因此，我们在进行实验大纲制定时将实验内容重新整合、进行纵向设计，开发了两个专业综合性实验项目《陶瓷注浆成型及性能测定》和《泥浆制备及陶瓷可塑成型》，包含了从泥浆制备、模具制作、注浆成型、烧成到成品性能测定等为主线的实验内容。该文对泥浆制备及性能测定的实验项目进行介绍。为了使学生得到更好的锻炼，让学生自己动手配制泥浆，按照教师给定的泥浆性能目标值调整泥浆的性能，充分锻炼学生的动手能力，最后制备出陶瓷样品，提高学生的兴趣，该综合性实验项目受到广泛好评。

1 实验目的

了解普通陶瓷的原料及坯料的配方设计；掌握泥浆制备、性能检测和调整的方法；掌握普通陶瓷烧成过程中的物理化学变化；掌握陶瓷烧结性能评价方法；完成从原料制备到最终烧出制品的整个陶瓷生产工艺过程，锻炼学生的动手能力、综合运用专业知识的能力以及分工合作精神。

2 实验原料及仪器设备

2.1 实验原料

矿物原料有：石英、砂岩、长石、苏州土、星子高岭、彰武土、彰村土、瓷粉、山西木节、唐山木节、秦皇岛瓷石、湛江原矿、依安黑泥、沁阳土、大同土、新会球土、白云石、松阳高岭土、盛超粘土等。化学试剂：碳酸钡、碱面、水玻璃、PC67等。

2.2 仪器设备

球磨机（包括瓷磨罐）、电热干燥箱、烧结炉、电子天平、涂4粘度计、泥浆搅拌机、电子秤、标准筛、石膏模型、秒表、温度计、数显式游标卡尺等。

3 实验步骤

3.1 泥浆配方的设计与计算

查阅文献，参考经验配方，通过化学组成、矿物组成的计算，初步拟定坯料配方并按3kg总量计算出泥浆的配料单，测出原料的含水率，计算出实际配料单。

3.2 泥浆制备

（1）按实际配料单称量原料，加水，加水量按30%左右计算。并加入球石，可用鹅卵石或高铝石球，料球比为1∶2，球石的级配为大球：中球：小球=（20%～25%）：（30%～50%）：（30%～50%）。加入0.1%～0.2%的氯化钙或醋酸，可促使泥浆凝聚构成较粗的毛细管，从而提高压滤效率。

（2）研磨3.5 h后，检测细度。用水筛法测筛余，若过粗，再继续研磨，直到350目筛筛余0.7%～0.8%，同时调整泥浆浓度，目标值达到（356±2）g/200 mL。

3.3 泥浆性能测定

（1）含水率：准确称量泥浆10～20 g置于蒸发皿中，在烘箱内烘干至恒重后，冷却称重。记录湿试样质量W1，干试样质量W2。则相对水分（X）为（W1-W2）/W1×100%；绝对水分（Y）为（W1-W2）/W2×100%。

（2）细度：取100 g泥浆，缓慢倒入350目筛中，同时置于自来水下冲洗，直至筛下水流不浑浊为止。将筛上残渣倾入蒸发皿中，静置30 min倒出蒸发皿上部清水，放在烘箱内烘干，称量残渣重量，细度（或筛余）用残渣占干料重量的百分比来表示。

（3）浓度：将200 mL比重瓶洗净、控干水分、烘干后称重。再将制备好的泥浆倒入容量瓶至规定刻度于电子天平上称重，记录数据，单位为g/200 mL。

（4）流动性：将泥浆注满涂4粘度计（100 mL）。在打开出口的同时按下秒表，记录秒表数据，即为泥浆的即刻粘度V0。

3.4 注试条和试样，并烧成

细度和浓度达到要求后，放磨，过80目筛。放入塑料桶中陈腐7天后，利用石膏模具浇注试条和陶瓷半成品（如花瓶等）。将试条和坯体干燥后修坯、坯体施釉，在一定温度下烧成。

3.5 试条性能测定

（1）收缩率。

用石膏模具浇注试条，开模后用游标卡尺做记号，长度100 mm或150 mm。放入烘箱烘干。烘干后再测量记号长度，计算干燥收缩率，公式如下：

干燥收缩率%=

烧成收缩率%=×100%

总收缩率=（1-干燥收缩率）×烧成收缩率+干燥收缩率

（2）弯曲强度。

计算公式为：

式中：Ra为弯曲强度（MPa）；P为作用力（N）；L为跨距（mm）；D为试条断口处直径（mm）。

（3）烧结性。

将烧后的试条作吸红实验，测定吸水率、气孔率和体积密度等指标表征试样的烧结性。

4 实验结果与讨论

测定泥浆各参数如细度、浓度、流动度及含水率等；测定试样干燥收缩率、烧成收缩率和总收缩率；进行试样吸红实验及弯曲强度、气孔率、吸水率和体积密度等指标的测定，并分析烧成制度对陶瓷制品烧结性的影响。

5 教学组织与成绩评定

将参加实验的学生分组，3人/组。首先安排学生查阅资料，让学生对实验内容有初步了解；其次讨论确定实验路线和方法。最后，3人协作共同完成实验内容，每组至少完成一个配方。在教学实践过程中，我们发现由于实验方案和实验内容相对独立、灵活性强，很难用同一尺度来对学生进行考核。因此，在综合性实验的评定过程中，我们重过程轻结果。实验成绩的评定包括：出勤10分、实验动手能力40分，实验结果分析20分，实验报告30分。其中动手能力的考核要求每个学生至少提交一件合格的陶瓷制品。实际每个学生都能完成几件，有的还非常美观漂亮。力争较全面的考查学生的综合能力和科研素质。

6 教学效果反馈

该综合性实验项目历时4周，实验完成后，学生们普遍反映获得了很多生动的知识，在实践过程中通过查阅文献和实际动手，将理论知识应用于实践过程中，使知识融会贯通，既提高了学习兴趣，也锻炼了动手能力。

7 结语

陶瓷泥浆制备综合性实验项目的开设是一个较好的尝试。在实践教学过程中，使学生变被动为主动，教师与学生在教学过程中关系更加和谐。学生提出问题、分析问题和解决问题的能力逐步加强。制备出合格的陶瓷制品使学生体会到成功的喜悦，也增强了对专业学习的兴趣。图1为同学作品。我们也欣喜的看到学生由被动、枯燥的学习转变为享受这种积极、主动的学习过程。

参考文献

[1] 杜娜，郭英，张玮.改革实验室开放教学培养创新人才[J].实验室科学，2008（3）：151-152.

[2] 张冠英.电工学实验课程的教学改革与探索[J].实验室科学，2012，15（2）：19-21.