中国传统绘画艺术与陶瓷工艺都是中国历史文化发展的一部分,传承了中国传统艺术文明,而两者的融合,可以有效的让各自发挥出更丰富的表现形式与传播范围。中国传统绘画运用在陶瓷工艺品中,可以扩宽绘画艺术传播范围,提高人们对传统绘画的认识水平,而对于陶瓷工艺而言,传统绘画艺术会提升陶瓷工艺美感和艺术特性,因此两者可以相互影响,共同提升。
一、中国传统绘画多样性表现文化
在中国绘画历史发展中,民国之前的传统绘画属于古画范畴,在中国古代,传统绘画没有统一且明确的称谓,一般情况下俗称丹青,主要是人们运用宣纸、帛与绢等材料上表现的装饰作用的卷轴画。在近年来,由于与外国画相区别,因此对中国传统绘画称为中国画,同时可以简称为国画。国画主要是通过水墨、毛笔、颜料与宣纸的表现材料来作画,依照其表现手法与材料,可以分类为白描、水墨画与写意;依照题材划分可以分为花鸟画、人物画与山水画。国画画幅种类繁多,例如折扇、斗方、长卷、册页、条幅与横批等,形态各样。国画在一定程度上反映了中国社会文化发展与审美水平,表现了人们生活、文化、经济、政治与宗教方面的信息,表现了人与社会、自然的关系。国画在形象塑造、观察认识和表现手法上都充分表现了中华传统哲学与审美态度。在观察认识上,主要运用以小窥大的方法,在观察认识活动中是直接参与的方式,而不是单纯的采用局外观察的角度,其中充分表现了个人的社会意识,同时具有较强的社会教育意义。
二、中国传统绘画艺术对陶瓷工艺美术的影响
三、结束语
中国传统绘画可以充分的运用在陶瓷工艺美术操作中,其绘画所表现的意蕴和表现方式都可以充分转化到陶瓷工艺美术中,陶瓷工艺美术在一定程度上基于传统绘画艺术发展而来。两者之间又相互影响与促进,中国传统绘画提升了陶瓷工艺的美感,扩宽了陶瓷品形式与意蕴的表达,而陶瓷工艺又促使了中国传统绘画的扩展,提升了中国传统绘画在世界范围的影响力。在陶瓷工艺美术中要充分的传承中国传统绘画精髓,表现出绘画物象的神韵,彰显中华文化天人合一与和谐的文化精髓。为了达到这一点,陶瓷工艺者要充分的学习传统文化,了解中国传统绘画特点与意蕴,同时在现代文化的融合下不断地创新发展陶瓷工艺美术,让陶瓷工艺艺术能够发挥出新的活力与生机,促进陶瓷工艺的不断发展。
参考文献
[1]刘振清,孙忠良.陶瓷绘画内涵分析IJ].工业技术与职业教育,2011,09(:2)60一62.
[2]宋寰.试论陶瓷工笔人物画得的创新与发展[Jl.大众文艺,2012,(4):63.
1德化陶瓷工艺的发展历史
2对德化陶瓷工艺创新的建议
2.1既要继承传统的工艺技法和艺术表现形式,又要有所创新。中国陶瓷具有巨大的艺术成就和丰富的工艺技术经验,是现代陶瓷业设计生产可继承和借鉴的。当然,我们继承借鉴不是照搬,不是拿来,而是用现代设计理念和设计方法吸收传统精华并有机地融入到现代生活中。产品创新设计主要包括两个方面:一是艺术设计上的创新,另一个则是制作工艺上的创新,即运用现有的制作工艺做出有新意的产品。学习和继承传统艺术,理解和发扬传统艺术,都是一件不容易的事情,需要下一番苦功,认真地去临摹分析;去芜存菁,认清传统艺术精华之所在,在创作实践加以吸收和消化。德化瓷要继承传统的工艺技法和艺术表现形式,并在此基础上得到不断创新。创作的作品题材要广泛,创意要深刻,在造型、釉艺装饰等方面力求有所突破,为德化瓷的发展开辟新的空间。
2.2充分展示德化陶瓷的艺术表现力。通常人们从艺术中得到“美”的享受,而在产品中得到“用”的满足,艺术品和产品分别以两种截然不同的形态提供给人们。特别是在物质日益丰富的今天,人们对产品的选择不仅着眼于“用”的功能,更在于追求更多的“附加值”,其中艺术化和美的享受是必不可少的。从一些陶瓷艺术设计作品和产品中,我们可以看到大量陶瓷自身独特语言的发挥和表现,并且是其他材料和工艺无法达到的艺术效果。陶瓷极强的可塑性、丰富多变的装饰手法和只有通过“火”才能达到的境界,是陶瓷艺术区别其它艺术最重要的特征。艺术风格应突出严谨而豪放的特征。从整体气势来看应是很放得开的;而细部关键之处的刻划应很深入、很精到,能放能收,收放结合,以写实手法为基础,结合概括和变形的处理,融会贯通,整体和谐。
高职教育是为地方经济和社会发展培养高素质、高技能应用型专门人才的。本着立足地方办专业、主动服务地方经济的宗旨,江门职业技术学院艺术设计系(以下简称江职院艺术系)于2006年设立了陶瓷工艺专业方向,培养区域急需的陶瓷工艺专门人才。在专业方向建设初期,采取传统学科体系结构的课程设置。虽然强调知识的系统性和循序渐进,但是将知识传递与能力培养割裂,造成理论与实践的脱节、技能训练与企业应用的脱节。学生即使完成各课程的学习,也不知道如何在岗位实践中去应用它们,更无法覆盖职业标准和企业应用标准,达不到毕业生走出校门就是高技能创新人才的培养目标。
在高职教育改革不断深化,校企合作、工学结合人才培养模式的大力推动下,我们与陶瓷行业的专家、学者、技术骨干一起,以地方产业结构升级调整的大环境为背景,以提高学生就业能力为导向,通过校企合作组建能力分层、优势互补的实践教学平台,实施专业教学和职业实践一体化的项目工作室教学改革。这种项目工作室教学模式,把教学、求知、做事和技能训练结合在一起,有效地促进了陶瓷工艺专业的特色化发展,取得了一定成效,也出现了一些问题和现象,需要总结和调整。
一、教学改革的先行条件
陶瓷工艺专业方向项目工作室教学改革的先行条件就是系列化实践教学平台的组建。该平台能够涵盖陶瓷工艺制作的前期、中期和后期所涉及的核心能力与关键工作过程。包括:校内的陶瓷工艺车间、数字化陶瓷设计工作站、陶瓷作品展示厅和学生作品销售门市;校外的陶瓷装饰集训营,以及在景德镇、江门、佛山、潮州等多家陶瓷企业所建立的多间校外实训基地。
陶瓷工艺专业方向的各个项目工作室在能力培养方面各有侧重又相互交融,能力分层且优势互补:校内的系列工作室主要培养学生行业通用的陶瓷工艺基础知识、岗位核心技术能力以及跨行业职业能力。突出人文素养、职业素养的培育,强调工具性,体现发展性。特别突出培养学生将设计构思具体化、最终转化为现实产品的过程实施能力。校外的多个校企合作实训基地则主要培养学生面向岗位的职业特定能力,是校内项目工作室教学的有力补充。强调利用企业真实的实践环境和行业氛围,促使学生将专业学习与行业发展规律、职业岗位能力点相结合,在任务目标的要求下,积极地实践、参与、探究和创新。
校企合作项目工作室教学平台的搭建,使陶瓷工艺专业方向的理论教学和实践教学能够融合为一体;使一系列特色教学项目的实施得以融会贯通;使课程内容和课程结构呈现职业性和开放性特征,为项目工作室教学模式的实施提供了先行条件。
二、教学改革的思路及重点
陶瓷工艺专业方向教学改革的主要特点,是通过对本土经济项目的开发和实施,把真实的设计任务引入教学,并将由此衍生的学术成果投入商业运作,既为企业解决实际问题,又为师生提供实战训练的机会。学生在完成第一阶段的通识教育、专业基础课学习和专业认知实习之后,马上进入将“工作过程、典型工作任务、核心能力、专业知识”融入其中的项目工作室教学与实训。主要包括:建设“双师结构”项目教学团队、改革项目教学内容和教学方法、开展专业技术服务等方面。
1.校企共同组建专兼结合、双师结构的项目教学团队。包括艺术设计类导师、陶艺大师、企业技术骨干等,分别负责项目课程的理论教学和实践指导,使学生同时接受艺术与技术的双重影响。教学中,由陶艺大师或企业专家亲自授课,与学生进行互动和座谈。通过行业大师的亲自传授与指导,在专业领域、学习态度、价值观念和生活目标等方面给学生以潜移默化的影响。这种方式针对性强且具有亲和力,非常适合高职学生的个性发展和特色成长。同时,定期选派专任教师到关联企业挂职,参与企业项目设计和产品开发推广,这样既提高校内专任教师的职业实践能力,又利于新项目的引进与开发。
作为全国著名的侨乡,江门工艺美术历史悠久,碉楼文化中外闻名。以雕楼为题材的本土旅游业也随着世界文化景观遗产的成功申报而蓬勃开展,并带动了一系列的建设项目,旅游纪念品开发设计就是其一。这种特定的地区文化和习俗,往往就是支撑优秀设计的基础。获讯之后,江门职业技术学院以敏锐的市场触觉,迅速地联系商榷,开发设计本地旅游纪念品的项目。
这一富含本土文化创造特征的真实经济项目的承接,使陶瓷工艺专业师生全面地参与到社会和市场的运作当中。首先开展的就是市场调研。在导师的带领下,陶瓷工艺专业学生对江门开平雕楼四大村落、立园等展开调研考察。了解雕楼文化,收集专题资料,分析主题,研究和构想多种新颖的设计方案。根据方案,结合各种工艺造型手段与技术,进行物化效果制作,最终把造型与传达糅合成一个整体。在此期间,导师根据学生创作的进程和需求随时提供必需的指引、帮助和解答。学生通过大量的整体与局部的试验,来丰富和实现造型,进而把握到自我独特的设计语言。经过多层次社会行业各类专家的投票评选,陶瓷专业师生所创作的碉楼工艺品在一系列设计中脱颖而出,成为打造地方特色旅游纪念品的首要选择。
3.开展职业技能培训,拓展专业教学的区域影响力。陶瓷工艺专业推行“逐步、递进”的职业资格培训和考核制度,先后开展了陶瓷雕刻工、计算机辅助设计、装饰美工等技能工种的鉴定考证活动。专业学生可以根据自身能力特点,选择考取适合、实用的职业资格证书。并逐步把行业企业的要求深化到项目教学当中,使学生在完成限定工作任务并达标之后,能够直接获得合作企业工种的高级岗位资格证书。还尝试与江门二轻联社等下属企业联合举办雕刻技能培训班,为关联企业的员工提高职业能力和专业设计能力提供培训辅导,拓宽企业技术人员的专业发展之路。
三、教学改革的具体成效
四、专业教学的发展方向
陶瓷工艺专业的项目工作室教学模式,有效地促进了陶瓷工艺专业的特色化发展,取得了一定成效,也出现了一些突出的问题和现象。例如:教学中过于强调学生的陶瓷专项技能训练,而放松了学生在综合设计能力方面的发展,使学生专业面偏窄,专业能力偏于单一。虽然首届毕业生就业率达到98%,但初次就业就进入核心技能岗位的毕业生比例不高。仍然有学生坚持把薪金待遇列为首要条件,宁愿选择并不对口但待遇高的实习和就业岗位,等等。因此,在专业建设和发展的道路上,还需要在以下方面做出努力:
1.科学规划,促进学生可持续发展和特色发展。既重视培养学生专项职业技能的项目工作室教学平台建设和培养学生职业素质的基础教学平台的建设,更重视二个平台之间的有效衔接和交叉融合,有效促进学生职业岗位能力与可持续发展能力的共同提升。在加强学生职业生涯规划教育的同时,尝试在现有专业课程设置的基础上,结合岗位能力点,增设大区域范围内应用性强、能够对原有专业能力形成支撑的模块化菜单课程,为学生就业提供多项选择。
2.完善管理,确保项目工作室的教学质量。首先要加强与企业磋商,共同研究在企业化的项目工作室教学环境中,校企共同管理的制度和方法,形成良性的校企双重管理机制。例如:建立相对应的生态竞争机制和监督评价体系来进行深层次制约。由院内外专家组成督导组,从培养学生的实际效果、社会声誉及专业影响等方面进行质量考核与评估。再如:建立项目工作室教学的定期检查机制,建立畅通的师生意见反馈渠道,及时聆听建议和解决问题,促进项目工作室教学形式更为自由和开朗。
3.提升层次,合理提高项目教学团队的职教能力与水平。应针对专兼职教师的不同背景和特长,设立合理的职教能力提升机制。例如在专业教学的过程中,曾出现部分校内专任教师特别是一些新进的高学历教师,缺乏企业一线工作经历和实际的教学经验,不能够熟练掌握职业能力分析或工作过程系统化课程开发方法,影响了以真实工作任务或社会产品为载体教学方法的实施的现象。对于这一部分教师,则应强化下企业挂职实践的制度要求,尽快提高其职业经历和专项技能水平。而对于从企业引进的专业课专任教师和聘请的技术导师,则可通过“一对一”的方式,适当开展教学能力和技巧方面的帮扶与培训。其中最关键的,是通过项目工作室教学机制,促使不同类型的人员发挥各自的长处和优势,给予学生全方位的影响和服务。
4.强化特色,以特色优势拓展专业的生存与发展空间。首先要发挥校企合作实践教学平台的优势,从工艺技术、网络宣传、素质培养、思维训练等诸角度开展教学研究活动。规划建设陶瓷艺术中心网站,研制教学课件,建立多媒体素材库,开设全院性选修课程,使该平台成为不同专业学生发展个性、表现自我、乐于学习和实践创造的艺术素质培养与创新能力训练的场所。其次要发挥江门五邑地区唯一的陶瓷专业技能鉴定考证点的优势,按照地方经济社会发展需要,为中小学、幼儿园教师开展陶艺制作技能培训和比赛;为陶瓷企业员工及需要培训的社会人员提供专业技能培训和技能鉴定。以服务求支持,以贡献求发展。
5.创新创业,促进部分学生创造性发展。在建设“创新型国家”的战略思想指导下,创新创业已成为各行各业的核心发展理念。陶瓷产业更是新形式不断涌现,岗位内容及职业结构不断变迁。陶瓷工艺方向教学也要结合这种现状及时做出转变。加强开放性和创造性的专业建设特点,与时俱进。在突出实践主体地位的同时,实现职业定位与学生自我发展相统一的教育目标。
釉下陶瓷上的绘画由于材料表现能力的限制,与历史人文传承的因素影响。釉下陶瓷上的绘画多以勾线填色装饰瓷器为主,更多地体现了陶瓷工艺上的能力,尤其是在釉下的空间造型、色彩、光线、立体关系、质感的表现更是难于上青天。
那么在釉下绘制出油画效果,将西方油画艺术严谨的造型,丰富的冷暖色彩关系,令人陶醉的微妙色调关系变化,高度写实的光感、质感,在可以千年不变的陶瓷上表现出来,使油画艺术的表现形式,得以永存,无疑是陶瓷艺术家的梦想!
人类的发明和创造皆是与梦想和幻想分不开的。要想实现梦想,必须先要知道传统技法的特性,找寻特性中的弱点。因此,我从景德镇传统青花工艺技法的几种表现技巧中领悟到料性的特点,及搭配关系。在众多陶瓷工艺美术大师的陶瓷艺术作品中领略其中的精妙之处,试验性地加减各种材料,用以检验坯、颜料、釉进行烧制时的适应程度。从它们的化学成分特性寻找可相互适应的材料合成后,经过高温烧制成瓷。在一次次烧废的画面上分析原因,逐步淘汰掉其中不利因素,经过千百次的失败,总结经验。目前已经初步掌握了高温陶瓷颜料在釉下表现出油画画面的工艺技巧,开创了釉下陶瓷油画的新工艺。这种新工艺技法的逐步完善,将使景德镇釉下艺术陶瓷多了一份绚丽。
在陶瓷艺术的追梦中,这只是一个起点,还有许多值得我们探索、求证的问题需要剖析和解决。正如有位景德镇的朋友对我讲的“陶瓷艺术是一本读不完的书”。我着迷于陶瓷艺术,更愿意为这本读不完的“书”增加一个章节做出贡献。
姜天职业油画家,内蒙古赤峰市人。上世纪末出版了个人油画专集《姜天油画作品集》算是前半生油画艺术成绩的总结。2008年在北京开办天一画廊,并结识了景德镇经营陶瓷生意的朋友。2010年受景德镇朋友的邀请来到景德镇艺术瓷厂,接触了青花瓷的工艺,在窑上让其深入地了解了从拉坯、利坯、画坯、施釉、入窑烧制的全过程。由此,对这门火中诞生的艺术产生了浓厚的兴趣。同年秋天来到景德镇,开始了其对釉下彩陶瓷油画写实风格表现工艺技法的探索研究。
关键词陶瓷,胶态成形,固体无模成形,气态成形,胶态注射成形
1前言
陶瓷作为一种重要的结构材料,具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点,无论在传统工业领域还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。然而陶瓷所固有的高强度、高硬度等优点却同时给陶瓷件的成形、加工带来了很多困难。因此,研究各种陶瓷的成形技术变得至关重要。
粉料成形技术的目的是为了得到内部均匀和高密度的坯体,提高成形技术是提高陶瓷产品可靠性的关键步骤[1]。成形是陶瓷生产过程的一个重要步骤,其过程就是将分散体系(粉料、塑性物料、浆料)转变为具有一定几何形状和强度的块体,也称素坯。成形的方法很多,本文主要介绍胶态成形工艺、固体无模成形工艺、陶瓷胶态注射成形技术这几种主要的陶瓷成形工艺的成形原理、基本工艺及特点。不同形态的物料适合不同的成形方法,而究竟选择哪一种成形方法则取决于对制品各方面的要求和粉料的自身性质(如颗粒尺寸、分布、表面积)。
2胶态成形工艺
2.1挤压成形(Extrusion)[2~3]
将粉料、粘结剂、剂等与水均匀混合,然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成形体。其缺点主要是物料强度低、容易变形,并可能产生表面凹坑、起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。挤压成形用的物料以粘结剂和水作为塑性载体,尤其需用粘土以提高物料相容性,故其广泛应用于传统耐火材料如炉管、护套管以及一些电子材料的成形生产。
2.2压延成形(SheetForming)[3~4]
将粉料、添加剂和水混合均匀,然后将塑性物料转到滚柱压延,而成为板状素坯。压延法成形密度高,适于片状、板状物件的成形。
2.3注射成形(InjectionMolding)
陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成形的,成形之后再把高聚物脱除。注射成形的优点是可成形形状复杂的部件,并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构;缺点是模具设计加工成本和有机物排除过程中的成本比较高。在克服传统注射成形缺点的基础上,水溶液注射成形(AqueousInjectionMolding)和气相辅助注射成形(Gas-assistedCeramicInjectionMolding)相应发展起来[5~6]。水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作为有机载体,很好地解决了脱脂问题。水溶液注射成形技术可以很容易地实现自动控制,比起传统的注射成形来说降低了成本。气体辅助注射成形是把气体引入聚合物熔体中而使成形过程更容易进行,该技术开辟了许多新的应用途径,比如适用于腐蚀性流体,另外高温高压下流体的陶瓷管道也可以应用此方法生产[7]。
2.4注浆成形(SlipCasting)
2.5流延成形(TapeCasting)[2]
流延成形是将粉料与塑化剂混合得到流动的粘稠浆料,然后将浆料均匀地涂到转动着的基带上,或用刀片均匀地刷到支撑面上,形成浆膜,干燥后得到一层薄膜,带膜厚度一般为0.01~1nm。60年代中期,Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成形。此外,它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中[9]。
2.6凝胶注模成形(GelCasting)[10]
凝胶注模成形是20世纪90年代开发出的一种新型胶态成形工艺,由美国橡树岭国家实验室MarkA.Janney教授等人首先发明。它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来,将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中,通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体,并加入引发剂和催化剂,然后将浓悬浮体(浆料)注入非多孔模具中,通过引发剂和催化剂的作用使有机聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶,并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。
目前的研究重点主要还是如何在结构陶瓷的成形上选择低毒性凝胶体系,清华大学的谢志鹏等将琼脂糖凝胶大分子用于陶瓷的原位凝固成形[11],成功制备出涡轮转子等异形陶瓷坯体。目前生物大分子壳聚糖已经用于凝胶注模陶瓷坯体。研究表明,角澡胶可和多种树脂组合并用于凝胶注模的成形。无毒体系Na-alginae(藻酸钠)-CaIO3-PVP已应用于铝陶瓷的成形[12]。Omatete[13]等发明了一种使用羟基-甲基-丙烯酰胺(HydroxyMethylAcrylamide,HMAM)单体的体系,其特点是固相高、湿坯易脱模,成形制品密度可达理论值的99%,有较大的研究价值。美国东北大学Montgomery等人发明了热可逆转变凝胶注模成形工艺(TRG),当温度高于某值时,其混合物料呈液态,反之则呈凝胶的固态。
凝胶注模成形作为一种新型的胶态成形方法,可实现净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体成形,烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能。该技术已广泛应用于电子、光学、汽车等领域,但需要具体解决的问题有:高固相低粘度浆料的制备、素坯干燥新方法和固相含量高带来的浆料中气泡排除问题,以及制备薄膜、厚膜时,坯体的开裂、变型、氧阻凝带来的表面起皮等问题[14]。
2.7直接凝固注模成形(DirectCoagulationCasting)
直接凝固注模成形[15~17]是瑞士苏黎世高校的L.Gaucker教授T.Graule博士发明的一种近净尺寸原位凝固胶态成形方法。这种方法利用了胶体化学的基本原理。其成形原理如下:对于分散在液体介质中的微细陶瓷颗粒,所受作用力主要有胶粒双电层斥力和范氏引力,而重力、惯性等影响很小。根据胶体化学DLVO理论,胶体颗粒在介质中总势能Ut是双电层排斥能Ur和范氏吸引能Ua之和,即Ut=Ur+Ua。当介质pH值发生变化时颗粒表面电荷随之变化。在远离等电点IEP,颗粒表面形成的双电层斥力起主导作用,使胶粒呈分散状态,即可得到低粘度、高分散、流动性好的悬浮体。此时增加与颗粒表面电荷相反的离子浓度,可使双电层压缩;或者改变pH值靠近等电点,均可使颗粒间排斥能减少或为零;而范氏引力占优势,使总势能显著下降,浆料体系将由高度分散状态变成凝聚状态,若浆料具有足够高的固相含量(>50vol%),则凝固的浆料将有足够高的强度以便成形脱模。
该成形方法已经成功地应用于成形氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅复杂形状的部件。该工艺的主要优点为不需要或只需少量的有机添加剂(<1%),坯体不需脱脂,坯体密度均匀,相对密度高(55~70%),可以成形大尺寸形状复杂的陶瓷部件。
2.8水解辅助固化成形(HydrolysisAssistedSolidification)[30]
水解辅助固化成形(简称HAS)结合了水泥性物质的硬化、直接凝固注模成形(DCC)和凝胶注模成形(GC)的优点,此方法建立于AlN等物质在热激发下的加速水解反应。反应式为:
AlN+3H2O=Al(OH)3+NH3
AlN加入陶瓷浆料之后发生热水解,浆料中的水被消耗,固相体积分数增高。同时氨气的产生使浆料的pH值移向高pH值点,对于Al2O3浆料来说pH值移向了其等电点,可引起陶瓷浆料的固化。另一方面,作为AlN的水解产物的Al(OH)3在加热时可以胶态化,从而起到辅助固化、增加坯体强度的目的。HAS工艺的优势在于工艺简单、浆料流变性好、固化快、密度高。主要缺点在于需额外的设备收集和中和氨,而且该工艺不适合于所有陶瓷,目前适用于制备含有氧化铝,或至少将其作为次要相的陶瓷材料,如氧化铝陶瓷、氧化铝增韧氧化锆陶瓷、Sialon陶瓷等[18]。
2.9电泳浇注成形(EFD)
EFD体系是将一个外部电场作用于浆料上,促进带电粒子的迁移(电泳),随后沉积在相反电极上[19]。EFD工艺中,颗粒必须保持稳定分散状态,从而可以各自独立向电极运动,进而颗粒可以分别沉积,不发生团聚。悬浮颗粒必须具有高的电泳移动能力,沉积过程中,由于颗粒移动时双电层发生变形,即靠近基体的离子和颗粒浓度增加,稳定性条件发生变化。当电泳和静电力仍超过范德华力,颗粒开始堆积,从而开始形成吸引颗粒网络。而胶态参数(Zeta电位、粘度和电泳迁移率)和电导率在EFD工艺中非常重要。
EFD工艺由于其简单性、灵活性、可靠性而逐步应用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷、薄层陶瓷试管以及各种材料的涂层等。
3固体无模成形工艺
3.1层片叠加成形法(LaminatedObjectManufacture)
LOM法是美国的Helisys公司开发并实现商业化的一项工艺,其成形工艺如图1所示。LOM公司利用激光在x-y方向的移动来切割每一层薄片材料。每完成一层的切割,控制工作平台在z方向的移动以叠加新一层的薄片材料。激光的移动由计算机控制。层与层之间的结合可以通过粘结剂或热压焊合。由于该方法只需要切割出轮廓线,因此成形速度较快,且非常适合制造层状复合材料。Helisys和PeakEngineering等公司将其用于陶瓷的成形,用于叠加的陶瓷材料一般为流延薄材。CurtisCriffin等采用LOM法制成了Al2O3部件,结果表明其性能与采用传统干压工艺成形的相差不大[20~21]。
3.2熔化沉积成形(FusedDepositionofCeramics)
FDC技术是由FDM(FusedDepositionModelling)技术发展而来的。FDM技术是由Stratasys公司成功开发并实现商业化的。在FDM中,通过计算机控制,将由高分子或石蜡制成的细丝送入熔化器,在稍高于其熔点的温度下熔化,再从喷嘴挤至成形平面上。通过控制喷嘴在x-y方向和工作平台z方向的移动可以实现三维部件的成形。Rutgers大学和Argonne国家实验室将这种技术应用于陶瓷生产,并称之为FusedDepositionofCeramics(FDC)。Stephen等对Si3N4、Al2O3的成形进行了研究,但由于细丝缺乏足够的柔韧性而不能连续进给,而且部件密度较低,需要进一步研究来加以解决[20~23]。
3.3立体印刷成形(SteroLithography)
立体印刷成形以光敏树脂为原料,采用计算机控制下的紫外激光,以预订原型各分层截面的轮廓为轨迹进行逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化,从而形成一个薄层截面。当一层固化后,向上(或下)移动工作台,在刚刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂,再进行新一层扫描、固化。新固化的一层牢牢地粘合前一层,如此重复至整个原型制造完毕。MichelleL.Criggith等研究了SiO2、Si3N4、Al2O3的成形,Brady等用SL法制备了PZT材质的压电陶瓷件。
3.4三维打印成形(3-DPrinting)
三维打印成形工艺是由美国麻省理工学院开发出来的,首先将粉末铺在工作台上,通过喷嘴把粘结剂喷到选定的区域,将粉末粘结在一起,形成一个层,然后工作台下降,填粉后重复上述过程直至做出整个部件。J.Grau等人[25]采用三维打印技术制备了Al2O3陶瓷膜。J.YOO等人用三维打印法结合热等静压工艺制备出致密的Al2O3陶瓷件。此外,SpecificSurface公司使用该技术制造了复杂的陶瓷过滤器。
3.5喷墨打印成形(Ink-jetPrinting)
喷墨打印成形技术是由Brunel大学的Evans和Edirisingle研制出来的,是将待成形的陶瓷粉与各种有机物配置成陶瓷墨水,通过打印机将陶瓷墨水打印到成形平面上成形。该工艺的关键是配制出分散均匀的陶瓷悬浮液,目前使用的陶瓷材料有ZrO2、TiO2、Al2O3等[26]。
3.6选区激光烧结(SelectiveLaserSintering)
SLS以堆积在工作平台上的粉末为原料,用高能CO2激光器从粉末上扫描,将选定区内的粉末烧结,做出部件的每一个层。对于塑性物料,激光完全烧结高分子粉末,得到最终成形件。陶瓷的烧结温度很高,很难用激光直接烧结。可以将难熔的陶瓷粒子包裹上高分子粘结剂并应用到SLS设备上,通过激光熔化粘结剂以烧结各个层,从而制备出陶瓷生坯,通过粘结剂去除及烧结后处理的过程就得到最终的陶瓷件。Marcus等利用这种技术制成了Al2O3齿轮[27]和其他零部件。
4气相成形
利用气相反应生成纳米颗粒,如能使颗粒有效而且致密地沉积到模具表面,累积到一定厚度即成为制品,或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体,再通过气相沉积工艺将气孔填充致密,用这种方法可以制造各种复合材料。由于固相颗粒的生成与成形过程同时进行,因此可以避免一般超细粉料中的团聚问题。由于在成形过程中不存在排除液相的问题,从而避免了湿法工艺带来的种种弊端[28]。
5陶瓷胶态注射成形新工艺
清华大学黄勇教授[29]提出把胶态成形和注射成形结合起来的“陶瓷胶态注射成形新工艺”,该工艺即水基非塑性浆料的注射成形,其流程见图2。这种工艺是将低粘度、高固相体积分数的水基陶瓷浓悬浮体注射到非孔模具中,并使之原位快速固化,再经烧结,制得显微结构均匀、无缺陷和净尺寸的高性能、高可靠性的陶瓷部件,可大大降低陶瓷制造成本。
陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术:陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现,压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化,从而发明了压力诱导陶瓷成形技术。
通过胶态注射成形技术可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷坯体,这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体,减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂,从而减少最终部件的机加工量,获得高可靠性的陶瓷材料与部件。同时避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难问题,实现了胶态成形的注射过程。该新工艺适合于规模化生产,是高技术陶瓷产业化的核心技术。
6结语
目前,陶瓷胶态成形工艺已取得很大进展,但仍面临着几个急需解决的问题。首先是如何制备分散良好、低粘度、高固相含量的浆料,其次是脱脂问题以及溶剂类型的转变问题。
固体无模成形技术制备陶瓷件的研究目前还处于研制阶段,各种成形的方法也各有其优缺点。选用的陶瓷材料也比较有限,但是这不能掩饰其快速制造复杂形状陶瓷构件的优点,而且其应用领域还相当广泛,因此必将在包括结构陶瓷和功能陶瓷在内的领域发挥更重要的作用。
当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未有新的突破。压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。上个世纪90年代以来发展起来的多种胶体原位成形工艺、固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促进陶瓷成形工艺得到突破。
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(绵阳职业技术学院,绵阳621000)
(MianyangVocationalandTechnicalCollege,Mianyang621000,China)
摘要:本文介绍了以粉煤灰为成孔基础材料、普通粘土为集料,瓷粉为骨料,淀粉为造孔剂,加入少量粘结剂,调成含水率为34%的泥浆,采用传统注浆成型工艺成型坯体,并在1100℃下烧成显气孔率为37.68%,容重为1.41g/cm3的多孔陶瓷砖。经过XRD和SEM测试,得知该砖的主晶相为3CaO·Al2O3·2SiO2,其气孔大小在几十到上百微米。这一方法既实现了固体废物的资源化,又降低了陶瓷制备的能源消耗,同时制备工艺简单易行,具有良好的社会效益和经济效益。
Abstract:Thispaperintroducesthepreparationtechnologyofporousceramictilewhoseobviousporosityis37.68%andtestweightis1.41g/cm3.Ittakestheflyashasthebasichole-formingmaterial,theordinaryclayastheaggregate,theceramicpowderasaggregate,andthestarchasthehole-formingagent,thenitaddsasmallamountofbindertogettheslurrywhosemoisturecontentis34%,usesthetraditionalcastingprocesstoformthegreenbody,andfinallyfiresitat1100℃.AfterXRDandSEMtest,itfoundthatthemainphaseofthebrickis3CaO·Al2O3·2SiO2,anditsporesizeisinthetenstohundredsofmicrometers.Thisapproachnotonlyachievestherecyclingofsolidwaste,butalsoreducestheenergyconsumptionofceramicpreparation,itspreparationprocessissimpleandithasgoodsocialandeconomicbenefits.
关键词:粉煤灰;多孔陶瓷砖;注浆成型;气孔率
Keywords:flyash;porousceramictile;slipcasting;porosity
0引言
1多孔陶瓷砖的实验制备过程
1.1原料的选则及配料
表1给出了所用原料的化学组成。
1.2注浆成型
用膏水比为5:4的石膏浆制作模具,待模具干后,便可成型。成型前,将泥浆过筛(100目)并搅拌10分钟,然后注浆,利用模具的吸水率,坯体成型。成型后,脱模并对坯体进行修整和干燥。
1.3烧成
采用SX3_35_14快速升温电炉进行烧成。其升温速率和烧成温度如表2所示。
由表2可知,最高烧成温度在1100℃,属于陶质多孔材料,最终获得尺寸为120mm×95mm×20mm的多孔砖,并进行打磨。
2多孔陶瓷砖的结构表征
2.1晶相和形貌分析
图1为多孔陶瓷砖的XRD图谱,与标准卡片对比得知,该多孔砖的主晶相为具有钙长石结构的3CaO·Al2O3·2SiO2。图2给了按照配方三制备的多孔砖的形貌图。由图可知,该砖的气孔分布较均匀,大小在几十到上百个微米(由于利用SEM观察多孔陶瓷的形貌时可能会破坏一些孔结构因此会存在一些误差)。
2.2气孔率和容重的测定
气孔率和容重是表征多孔陶瓷结构特性的重要参数,因为它们影响多孔陶瓷的各种性能指标。气孔率分为显气孔率、闭口气孔率和总气孔率。显气孔率又称开口气孔率,是指在试样中与大气相连通的孔隙体积与试样总体积之比,用百分率表示。取三块多孔砖的试样采用真空法测定其进行吸水率和显气孔率[9]。将试样放入干燥箱干燥至恒重;并将干燥试样在天平上准确称重m1;再将试样放入干净烧杯并置于真空干燥器中,抽真空至剩余压力小于10mm汞柱,保持10min;然后通过真空干燥器上口所装移漏斗放入蒸馏水,直到试样完全淹没,再抽气至试样上无气泡出时即可停止。称量饱和试样在水中的质量m3,最后迅速称量饱和试样在空气中的质量m2。根据公式(1)和公式(2)计算其显气孔率和容重。
由表3可知,所制得的多孔陶瓷砖显气孔率为37.68%,容重为1.41g/cm3。
3结论
3.1多孔陶瓷砖的制备:以粉煤灰为成孔基础材料、普通粘土为集料,瓷粉为骨料,淀粉为造孔剂,加入少量粘结剂,调成含水率为34%的泥浆,采用传统注浆成型工艺成型坯体,并在1100℃下烧成,并进行XRD和SEM测试。
3.2经过XRD和SEM测试,得知该砖的主晶相为具有钙长石结构的3CaO·Al2O3·2SiO2,其气孔大小在几十到上百微米。
3.3采用真空法测得该多孔陶瓷砖的显气孔率为37.68%,容重为1.41g/cm3。
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