陶瓷注漿成型綜合性實驗設計

李計元 馬玉書

摘 要：通過設計陶瓷注漿成型專業綜合實驗，把基礎理論知識與實驗內容結合起來。在實驗過程中，學生不但加深對專業知識的理解，而且制得滿意的陶瓷作品，使學生獲得成就感，激發學生自主學習的興趣，使其在實驗中得到享受和愉快的體驗。

關鍵詞：陶瓷 注漿成型 實驗教學

中圖分類號：TQ174.75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-0-02

材料科學與工程是一個以實驗為基礎的學科，實驗教學是培養學生動手能力的一個重要途徑。實驗教學不僅使學生獲得知識，更重要的是激發他們對本專業學習的興趣，啟迪思維，培養他們的科技創新精神[1-2]。在陶瓷工藝學課程的實驗實踐教學中內容涉及泥料可塑性，先進成型方法以及成品性能檢測等。內容雖然很多，但都是橫向比較，學生理解不深刻，使實驗效果大打折扣。鑒于此，我們在進行實驗大綱制定時將實驗內容縱向設計，開發了兩個綜合性實驗項目《陶瓷注漿成型及性能測定》和《泥漿制備及陶瓷可塑成型》，從泥漿制備、模具制作、注漿成型、燒成到成品性能測定等為主線的實驗內容。該文對陶瓷注漿成型實驗項目進行介紹。為了使學生得到更好的鍛煉，讓學生自己設計原胎，充分發揮學生的主觀能動性和創造性，在此基礎上再制作模具。通過參加陶瓷注漿成型實驗，學生對專業興趣明顯提高，動手能力也得到了鍛煉，該綜合性實驗項目受到廣泛好評。

1 陶瓷注漿成型綜合性實驗的教學設計

1.1 實驗目的

掌握石膏模具的制作方法；掌握陶瓷注漿成型的工藝過程；掌握陶瓷材料吸水率、氣孔率的測試原理和方法；了解陶瓷燒成過程中的物理、化學變化；鍛煉學生的動手能力、綜合運用專業知識的能力以及分工合作精神。

1.2 實驗原理

注漿成型是利用石膏模具的吸水性，將具有流動性的泥漿注入石膏模內，使泥漿分散的粘附在模具內壁上，形成和模具相同的坯泥層，并隨時間的延長而逐漸增厚，當達到一定厚度時空漿，鞏固后脫模，坯體制成。注漿成型是一種適應性廣，生產效率高的成型方法。凡是形狀復雜或不規則，以及薄胎等制品，均可采用注漿成型的方法生產[3-4]。

2 實驗原料及儀器設備

2.1 實驗原料

采用天津三景石膏有限公司生產的陶瓷器型材用高強半水

石膏。

2.2 儀器設備

電子稱、干燥箱、游標卡尺、刮刀、鋼鋸條、毛刷、海綿、直尺和皮錘等。

3 實驗步驟

3.1 原胎制作

原胎也叫原始模種，是指按照實物尺寸放尺制成的胎型。學生可以根據自己的意向進行設計。實際教學過程中以成型花瓶為例。先在石膏車模機上用油氈圍成圓筒狀。稱取適量的石膏均勻的撒入水中，水膏比約0.7～0.8，攪拌均勻后倒入圓筒中。待終凝后打開油氈脫模，用車模機車制原胎。

3.2 凹模制作

凹模也叫種模，是由原胎翻制而成。將原胎烘至半干后，用毛刷在表面涂脫模劑，直至表面出現一層光滑的外皮為止。凹模制作時，為了方便脫模，在原胎表面薄薄的刷一層植物油，平放于玻璃板或大理石臺面上，四周用擋板或油氈圍好，按前述方法制備石膏漿，并注入圍好的空腔中。待石膏終凝時脫模。然后用刮刀或鋼鋸條刮平修整，在合適的部位作定位銷。

3.3 凸模制作

凸模也叫母模，是翻制工作模的基礎。將制備的凹模工作面上按上述方法刷脫模劑，制備凸模與制備凹模類似，四周圍好再進行澆注。翻制模具過程脫模劑也可以用蟲膠漆片來代替，刷涂漆片或涂抹脫模劑時，要注意一定要涂抹均勻，不能遺漏。

3.4 工作模制作

工作模也叫子模，是由凸模翻制而成。制作方法與上面類似。需要注意：制作模具過程中需事先挖定位槽或定位銷。將制備好的工作模置于烘箱中烘干，模具的含水率一般在6%～8%。

3.5 注漿過程

工作模初次使用時先用紗布蘸2%的碳酸鈉水溶液擦模。使用前要將模型上附著的灰塵撣凈，和模并觀察模具是否對榫，結合的緊密程度以及是否漏漿。準備妥當后進行注漿，進漿速度不宜太快，以使模具中的空氣隨泥漿的注入而排出，避免空氣混入泥漿中。

3.6 放漿、鞏固

掌握好吃漿時間，然后放漿，保證坯體的厚度在5～7 mm之間。放漿速度不宜太快，以免模型內產生負壓，使坯體過早脫離模型造成變形或塌落。放漿后坯體很軟，不能立即脫模。需經過一段時間繼續排出坯體水分，增加其強度。這段時間稱為鞏固，鞏固時間約為吃漿時間的一半。注意脫模過早，坯體強度不夠，易塌陷；脫模過遲，模型會限制坯體收縮，使坯體開裂。

3.7 干燥、修坯

將坯體預干燥，修坯。經預干燥后，濕坯體的含水率從15%～17%下降到8%～10%。注意防止因干燥過急或干燥不均勻，而造成廢品。

3.8 燒成

將干燥后的合格坯體置于箱式電阻爐中燒成。燒成周期450 min，最高溫度1220 ℃下保溫60 min。隨爐冷卻至室溫，取出，即得陶瓷制品。

4 實驗結果與討論

測定泥漿性能如細度、濃度、流動度及含水率，吃漿速度等；在陶瓷花瓶注漿的同時澆注試條，并測定試條的干燥收縮率、燒成收縮率、總收縮率、吸紅及抗折強度等；計算吸漿速度常數K，并分析K值對注漿成型過程的影響；試樣燒成后分析討論燒成制度對陶瓷制品燒結性的影響。

5 注漿成型綜合實驗的教學實踐

將參加實驗的學生分組，3人/組。首先安排學生查閱資料，讓學生對實驗內容有初步了解，然后討論確定實驗路線和方法，最后，3人協作共同完成實驗內容。在教學實踐過程中，我們發現由于實驗方案和實驗內容相對獨立、靈活性強，很難用同一尺度來對學生進行考核。因此，在綜合性實驗的評定過程中，我們重過程輕結果。實驗成績的評定包括：出勤10分、實驗動手能力40分，實驗結果分析20分，實驗報告30分，力爭較全面的考查學生的綜合能力和科研素質。

6 教學效果反饋

同學們在做完注漿成型綜合性實驗后，普遍反映獲得了很多生動的知識，在實踐過程中通過查閱文獻和實際動手，將理論知識應用于實踐過程中，使知識融會貫通，既提高了學習興趣，也鍛煉了動手能力。

7 結語

陶瓷注漿成型綜合性實驗項目的開設是一個較好的嘗試。在實踐教學過程中，學生變被動為主動，教師與學生在教學過程中關系更加和諧。學生提出問題、分析問題和解決問題的能力逐步加強。制備出合格的陶瓷制品使學生體會到成功的喜悅，也增強了對專業學習的興趣。圖1為部分同學注漿成型作品。我們也欣喜的看到部分學生由被動、枯燥的學習轉變為享受這種積極、主動的學習過程。

參考文獻

[1] 杜娜，郭英，張瑋.改革實驗室開放教學培養創新人才[J].實驗室科學，2008（3）：151-152.

[2] 張冠英.電工學實驗課程的教學改革與探索[J].實驗室科學，2012，15（2）：19-21.

[3] 同繼鋒.現代建筑衛生陶瓷技術手冊[M].北京：中國建材工業出版社，2010.