材料的中國之星——陶瓷
陶瓷是我國古代勞動人民的重大發明之一,歐洲人也一向視中國陶瓷為無價之寶,所以,歐洲人把瓷器叫做“China”,久而久之,“China”成了中國的英文名稱。
陶瓷是陶器和瓷器的總稱。陶瓷的產生和發展是中國燦爛的古代文化的重要組成部分。早在公元前5000年的新石器時代,我們的祖先就開始用普通粘土在很高的溫度下燒製陶器,這是一種粗糙簡陋的器皿,以後經過不斷改進,到新石器時代的晚期,已經能造出比較光滑,質地較堅固而且具有不同顏色的陶器了,但它的缺點是容易滲水。到了奴隸社會的商代,人們已經發明了陶器上釉的技術,使陶器既美觀,而且不滲漏,不易被汙染。同時,人們已經開始選擇比較好的粘土來燒製瓷器了。至此,陶瓷日用品和工藝品的水平不斷完善。陶瓷產品最負盛名的當屬宜興和景德鎮了。
江蘇宜興,以生產陶器聞名於世。幫助越王勾踐滅吳的大夫範蠡,在滅吳以後,帶著西施隱居宜興燒起陶器來,開創了宜興的陶業,因此,曆代製陶藝人都奉範蠡為祖師爺。宜興的茶壺,曾為許多文人墨客所推崇,當年蘇東坡擇居宜興蜀山,特別喜歡用提梁壺飲茶。重感情的陶工為了紀念他,就將這種提梁壺稱為“東坡壺”。宜興被稱為“陶都”是當之無愧的。
江西的昌南鎮,自漢朝開始燒製白瓷,到宋朝景德年間已盛名中外,從此昌南鎮改名為景德鎮,作為“瓷都”盛名綿延至今。
普通陶瓷以粘土、石英、長石為重要原料。故又叫三組分陶瓷。
粘土是一種細顆粒的含水鋁矽酸鹽,當與水混合時產生塑性。盡管各地的粘土,其化學、物理性質各不相同,但共同的特點是具有結晶狀的電中心層狀結構,從而使其有柔軟性、潤滑性、易於劈裂等一係列物理性能。陶瓷坯體中,粘土一般要占到? 45%~ 60%,其主要作用是為成型提供細顆粒物質和良好的可塑性,並在燒成的過程中使坯體具有一定的強度與耐火性能。
製造陶瓷的第二種重要材料是石英。它的分子式是SiO2,大多以結晶態存在於石英礦中。石英非常硬,不溶於水,高溫溶化時為無色透明液體。石英是酸性氧化物,是地球上數量最大的一類礦物。以它為基礎的矽酸鹽材料是無機非金屬材料中最重要的部分。石英在陶瓷中的作用主要是提供坯體耐熔的骨架,使之不在燒成時變形,並且提高陶瓷的機械強度及半透明度。
瓷中是作為助熔劑的。在未燒成前,可降低可塑性,縮短幹燥時間,減少坯體收縮,在燒成時,促進形成玻璃相,降低製品的燒成溫度。
普通陶瓷的生產工藝大致相同,主要工序是:泥料製備、成型、幹燥、上釉和燒成。
一、泥料製備
由於原料來源不一,製品品種繁多,成型方法各異,所以泥料製備十分複雜。一般製備過程如下:
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二、成型
成型又叫製坯。它是將泥料拌適量的水,灌注在石膏或金屬模具中使之成為製品的生坯。
三、幹燥
為了防止在燒成時裂開,生坯要進行幹燥,通常在室式或隧道式幹燥室內用熱空氣進行,也可用電熱、遠紅外等進行快速幹燥。含水量較大的坯體,在水份蒸發時,會發生較大的收縮,為了避免坯體翹曲或開裂,應小心控製幹燥速度。
四、上釉
釉塗在陶器或瓷器表麵,起著美觀、光滑、不滲水等作用。釉是由長石、石英、硼砂、氧化鋅調配而成的,其中還摻有少量的金屬氧化物如氧化鐵、氧化鉛、氧化銅等作顯色劑。
五、燒成
陶瓷製作的最後一道工序是燒成,坯體在高溫過程中發生一係列物理、化學反應,形成一定的物相組成與顯微結構,從而使陶瓷具有所需要的機械、電、熱等性能。
燒製時發生的物理和化學變化主要為脫水、分角和氧化。用化學方程式表示:
脫水:
分解:
燒成:
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另外,還發生了重量、體積、顏色、強度、硬度和形狀等物理變化。經過高溫燒製的坯體還要放在窯裏讓它漸漸冷卻,到80℃時開始出窯,取出來的就是美觀、堅固的陶瓷品了。
陶瓷是最古老的矽酸鹽材料。精致的中國陶瓷製品,至今仍然吸引著世界各地的客商。隨著科學技術的發展,具有特殊優異性能的現代陶瓷材料也飛速發展起來,並且已被非常廣泛的應用,被人們譽為永不凋謝的材料之花。
陶瓷經過特殊的“極化”處理後,它在機械力、光能的作用下,能把它們轉變成電能,在電場作用下,又能把電能轉變為機械能。這種特殊的功能叫做“壓電效應”,具有這種壓電效應的陶瓷叫壓電陶瓷。核試驗員帶上用透明壓電陶瓷做成的特殊目鏡,帶來了很大的方便。原子彈爆炸,當核閃光強度達到危險程度時,由於光的作用護目鏡的控製裝置馬上就把它轉變成瞬時高電壓,防護鏡自動地迅速變暗,在千分之一秒鍾裏,能把光強度減弱到隻有萬分之一,險情過後,它還能自動複原,不影響駕駛員的視力。這種壓電陶瓷護目鏡結構簡單,重不過幾十克,隻有火柴盒那麼大,安裝在防核護目頭盔上攜帶十分方便。