瓷器

背景

术语瓷器是指在高温下烘烤以达到玻璃状或玻璃状的各种陶瓷产品，例如半透明和低孔隙率。最熟悉的瓷器是餐桌和装饰瓷器、化学制品、牙冠和电绝缘体。通常为白色或灰白色，瓷器有釉面和无釉两种，在高温下烧制的素瓷是最受欢迎的无釉品种。

尽管瓷器经常被用作瓷器的同义词，但两者并不完全相同。它们的相似之处在于两者都是孔隙率极低的玻璃制品，并且都可以上釉或不上釉。不过，瓷器又名软膏或嫩瓷，质地较软：可以用锉刀切割，而瓷器则不能。这种差异是由于真正的瓷器的烧制温度较高，为 2,650 华氏度（1,454 摄氏度），而瓷器为 2,200 华氏度（1,204 摄氏度）。由于其更大的硬度，瓷器具有一些医疗和工业应用，而仅限于家庭和艺术用途的瓷器则没有。此外，瓷器总是半透明的，而瓷器是不透明的。

硬膏或“真”瓷器起源于唐朝（公元 618-907 年）期间的中国；然而，直到元朝（公元1279-1368年）才发展出可与现代瓷器相媲美的优质瓷器。早期的中国瓷器由高岭土（瓷土）和伟晶岩（一种粗糙的花岗岩）组成。在中世纪进口中国瓷器之前，欧洲的陶艺家并不了解瓷器。欧洲人试图复制中国瓷器，但无法分析其化学成分，只能模仿其外观。在将玻璃与氧化锡混合使其不透明后，欧洲工匠尝试将粘土和毛玻璃结合起来。这些替代品被称为软膏、玻璃或人造瓷器。然而，由于它们比真正的瓷器柔软，而且生产成本高，因此开发真正的瓷器的努力仍在继续。 1707 年，两位名叫 Ehrenfried Walter von Tschimhaus 和 Johann Friedrich Bottger 的德国人成功地将粘土与磨碎的长石结合，而不是以前使用的磨砂玻璃。

18 世纪后期，英国人发明了骨瓷，将牛骨中的灰加入粘土、长石和石英中，进一步改进了瓷器的配方。尽管骨瓷的烧制温度低于真正的瓷器，但骨灰仍使其变得半透明。因为它比硬瓷更容易制作、更难切、更坚固，所以骨瓷已成为美国和英国最受欢迎的瓷器（欧洲消费者继续青睐硬瓷）。

原材料

瓷器的主要成分是粘土、长石或燧石和二氧化硅，所有这些都具有小粒径的特点。为了制作不同类型的瓷器，工匠将这些原材料以不同的比例组合，直到获得所需的绿色（未烧制）和烧制属性。

虽然粘土的成分取决于它的提取地点和方式 为了制造瓷器，首先使用颚式破碎机破碎粘土、长石和二氧化硅等原材料、锤磨机和球磨机。在清洁以去除尺寸不合适的材料后，根据所生产的器皿类型，混合物接受四种成型工艺之一——软塑料成型、硬塑料成型、压制或铸造。然后，器皿经过初步的烧制步骤，即素瓷烧制。处理后，所有粘土都会玻璃化（产生玻璃质），只有在极高的温度下，除非它们与玻璃化阈值较低的材料混合。然而，与玻璃不同的是，粘土是耐火的，这意味着它在加热时保持其形状。实际上，瓷器结合了玻璃的低孔隙率和粘土在加热时保持其形状的能力，使其既易于成型又非常适合家庭使用。用于制造瓷器的主要粘土是瓷土和球粘土，它们主要由高岭土（一种含水硅酸铝）组成。

长石是一种主要包含硅酸铝的矿物，火石是一种硬石英，在瓷体或混合物中用作助熔剂。助焊剂将液态玻璃在烧制过程中形成的温度降低到 1,835 到 2,375 华氏度（1,000 到 1,300 摄氏度）之间。这种液相将身体的颗粒结合在一起。

二氧化硅是氧和硅的化合物，这是地壳中含量最丰富的两种元素。它与玻璃的相似之处在石英（其结晶形式）、蛋白石（其无定形形式）和沙子（其不纯形式）中可见。二氧化硅是最常见的填料，用于促进主体的成型和烧制，以及改善成品的性能。瓷器也可能含有氧化铝，一种铝和氧的化合物，或低碱物质，如滑石，俗称滑石。

制造
过程

在选择原材料并称出所需的数量后，它们将经历一系列准备步骤。首先，它们被粉碎和净化。接下来，将它们混合在一起，然后进行四种成型工艺之一——软塑性成型、硬塑性成型、压制或铸造；选择取决于所生产的商品类型。瓷器成型后，在上釉之前经过最后的净化过程，即素瓷烧制。釉料是涂在陶瓷体上并烧制在陶瓷体上的一层装饰玻璃。最后的制造阶段是烧制，这是在一种称为 窑的烤箱中进行的加热步骤。

粉碎原料

• 1 首先，原材料颗粒被减小到所需的尺寸，这涉及在几个破碎和研磨步骤中使用各种设备。初级破碎在使用摆动金属颚板的颚式破碎机中完成。二次破碎通过使用磨碎机（钢轮）或锤磨机（快速移动的钢锤）将颗粒的直径减小到 0.1 英寸（0.25 厘米）或更小。对于精细研磨，工匠使用球磨机，该球磨机由部分填充球形钢或陶瓷研磨介质的大型旋转圆柱体组成。

清洗和混合

• 2 原料通过一系列筛网以去除尺寸不足或尺寸过大的材料。通常在倾斜位置操作的筛子通过机械或机电方式振动以改善流动。如果身体要湿成型，则将成分与水混合以产生所需的稠度。然后使用磁过滤从浆液中去除铁，因为这些不溶性物质的水状混合物被称为。因为铁在大多数粘土中如此普遍存在并且会赋予 素瓷烧制后，对瓷器进行上釉操作，涂上适当的涂层。可以通过涂漆、浸渍、浇注或喷涂来施加釉料。最后，器皿在烤箱或窑炉中进行烧制步骤。冷却后，瓷器就完成了。如果氧化，身体会出现不受欢迎的微红色，在烧制前去除它是必不可少的。如果主体要干燥成型，通常使用壳式混合器、螺带混合器或强力混合器。

形成主体

• 3 接下来，形成瓷器的主体。这可以使用四种方法之一来完成，具体取决于所生产的商品类型：
  • 软塑料成型， 粘土通过手工成型、抛轮、跳汰或冲压成型。在抛轮中，​​陶工将所需数量的身体放在轮子上，并在轮子转动时塑造它。在摇晃中，将粘土放在所需形状的水平石膏模具上；那个模具塑造粘土的一侧，而加热的模具从上面放下来塑造另一侧。在冲压过程中，粘土被放在两个石膏模具之间，在挤压水的同时塑造它。然后通过对模具的上半部分施​​加真空并对模具的下半部分施加压力来分离模具。然后对上半部分施​​加压力以释放成型体。
  • 硬塑料成型， 它用于塑造较少的塑料物体。身体被迫通过钢模以产生均匀周长的柱子。这要么被切割成所需的长度，要么用作其他成型操作的坯料。
  • 按下， 它用于在刚性模具或柔性模具中压实和成型干体。根据压力的方向，有几种类型的按压。单轴加压描述了仅从一个方向施加压力的过程，而等静压则需要从所有方向均等地施加压力。
  • 浇注， 其中将浆液倒入多孔模具中。液体通过模具过滤出来，留下一层坚固的瓷体。水继续从浇铸层中排出，直到浇铸层变硬并可从模具中取出。如果多余的流体没有从模具中排出，并且允许整个材料凝固，则该过程称为 固体铸造。

烧制浓汤

• 4 瓷器零件成型后，通常采用素瓷烧制，这需要在相对较低的温度下加热，以蒸发挥发性污染物并最大限度地减少烧制过程中的收缩。

玻璃

• 5 釉料原料研磨后与水混合。与釉浆一样，釉浆经过筛选并通过磁性过滤器以去除污染物。然后通过涂漆、浇注、浸渍或喷涂的方式将其涂在器皿上。通过改变组成成分（例如氧化铝、二氧化硅和氧化钙）的比例，可以生产出不同类型的釉料。例如，增加氧化铝和减少二氧化硅会产生哑光釉。

开火

• 6 烧制是进一步的加热步骤，可在两种类型的烘箱或窑炉中进行。周期性窑由一个带有耐火材料衬里的密封腔室和燃烧器端口和烟道（或电加热元件）组成。它一次只能烧制一批制品，但更灵活，因为每个产品的烧制周期都可以调整。隧道窑是一个数百英尺或更长的耐火材料室。它持续保持一定的温度区域，将制品从一个区域推到另一个区域。通常，在通过冷却区离开窑炉之前，器皿将进入预热区并移动通过中央烧制区。这种类型的窑通常比周期窑更经济、更节能。
• 7 在烧制过程中，会发生各种反应。首先，碳基杂质烧尽，产生化学水（215 至 395 华氏度或 100 至 200 摄氏度），碳酸盐和硫酸盐开始分解（755 至 1,295 华氏度或 400 至 700 摄氏度）。产生的气体必须从器具中逸出。在进一步加热时，一些矿物分解成其他相，存在的助熔剂（长石和燧石）与分解的矿物反应形成液态玻璃（1,295 至 2,015 华氏度或 700 至 1,100 摄氏度）。这些玻璃相对于收缩和粘合晶粒是必需的。在达到所需的密度（大于 2,195 华氏度或 1,200 摄氏度）后，器皿被冷却，这会导致液态玻璃凝固，从而在剩余的晶粒之间形成牢固的结合。冷却后，瓷器就完成了。

质量控制

原材料的特性对于在制造过程中保持质量很重要。化学成分、矿物相、粒度分布和胶体表面积影响瓷器的烧制和未烧制性能。对于未烧制的车身，评估的特性包括粘度、塑性、收缩率和强度。用烧制的瓷器测量强度、孔隙率、颜色和热膨胀。许多这些特性在制造过程中使用统计方法进行监测和控制。原材料和工艺参数（例如铣削时间和成型压力）都可以调整以达到所需的质量。

未来

高品质的瓷器艺术和餐具将继续提升文化。制造业的改进将继续提高生产力和能源效率。例如，一家德国窑炉制造商开发了一种预制隧道窑，可在不到 5 小时的时间内快速烧成优质瓷器。烧制是通过在最高烧制温度 2,555 华氏度（1,400 摄氏度）下部分还原气氛来实现的。该窑使用高速燃烧器和自动控制系统，可在 24 小时内生产 23,000 磅（11,500 公斤）瓷器。

由于环保法规的增加，瓷器产品制造商也可能不得不加大回收力度。虽然未烧制的废料很容易回收，但烧制的废料会带来一个问题：机械强度高，因此难以分解，通常被倾倒到垃圾填埋场。然而，初步研究表明，经过热淬火（重新加热并快速冷却废料）后，燃烧后的废料可以重新使用，这使得它更脆弱，更容易分解。然后可以将废料用作原材料。

瓷器似乎在技术应用中扮演着更重要的角色。最近，日本和美国公司在电绝缘体和假牙领域获得了专利。日本制造商 NGK Insulators, Ltd. 开发了用于电绝缘体的高强度瓷器，而 Murata Manufacturing Co. 开发了用于电子应用的低温烧结瓷器组件。