陶瓷注浆成型综合性实验设计

李计元 马玉书

摘 要：通过设计陶瓷注浆成型专业综合实验，把基础理论知识与实验内容结合起来。在实验过程中，学生不但加深对专业知识的理解，而且制得满意的陶瓷作品，使学生获得成就感，激发学生自主学习的兴趣，使其在实验中得到享受和愉快的体验。

关键词：陶瓷 注浆成型 实验教学

中图分类号：TQ174.75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-0-02

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[1-2]。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，先进成型方法以及成品性能检测等。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。鉴于此，我们在进行实验大纲制定时将实验内容纵向设计，开发了两个综合性实验项目《陶瓷注浆成型及性能测定》和《泥浆制备及陶瓷可塑成型》，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。该文对陶瓷注浆成型实验项目进行介绍。为了使学生得到更好的锻炼，让学生自己设计原胎，充分发挥学生的主观能动性和创造性，在此基础上再制作模具。通过参加陶瓷注浆成型实验，学生对专业兴趣明显提高，动手能力也得到了锻炼，该综合性实验项目受到广泛好评。

1 陶瓷注浆成型综合性实验的教学设计

1.1 实验目的

掌握石膏模具的制作方法；掌握陶瓷注浆成型的工艺过程；掌握陶瓷材料吸水率、气孔率的测试原理和方法；了解陶瓷烧成过程中的物理、化学变化；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。

1.2 实验原理

注浆成型是利用石膏模具的吸水性，将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散的粘附在模具内壁上，形成和模具相同的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时空浆，巩固后脱模，坯体制成。注浆成型是一种适应性广，生产效率高的成型方法。凡是形状复杂或不规则，以及薄胎等制品，均可采用注浆成型的方法生产[3-4]。

2 实验原料及仪器设备

2.1 实验原料

采用天津三景石膏有限公司生产的陶瓷器型材用高强半水

石膏。

2.2 仪器设备

电子称、干燥箱、游标卡尺、刮刀、钢锯条、毛刷、海绵、直尺和皮锤等。

3 实验步骤

3.1 原胎制作

原胎也叫原始模种，是指按照实物尺寸放尺制成的胎型。学生可以根据自己的意向进行设计。实际教学过程中以成型花瓶为例。先在石膏车模机上用油毡围成圆筒状。称取适量的石膏均匀的撒入水中，水膏比约0.7～0.8，搅拌均匀后倒入圆筒中。待终凝后打开油毡脱模，用车模机车制原胎。

3.2 凹模制作

凹模也叫种模，是由原胎翻制而成。将原胎烘至半干后，用毛刷在表面涂脱模剂，直至表面出现一层光滑的外皮为止。凹模制作时，为了方便脱模，在原胎表面薄薄的刷一层植物油，平放于玻璃板或大理石台面上，四周用挡板或油毡围好，按前述方法制备石膏浆，并注入围好的空腔中。待石膏终凝时脱模。然后用刮刀或钢锯条刮平修整，在合適的部位作定位销。

3.3 凸模制作

凸模也叫母模，是翻制工作模的基础。将制备的凹模工作面上按上述方法刷脱模剂，制备凸模与制备凹模类似，四周围好再进行浇注。翻制模具过程脱模剂也可以用虫胶漆片来代替，刷涂漆片或涂抹脱模剂时，要注意一定要涂抹均匀，不能遗漏。

3.4 工作模制作

工作模也叫子模，是由凸模翻制而成。制作方法与上面类似。需要注意：制作模具过程中需事先挖定位槽或定位销。将制备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 注浆过程

工作模初次使用时先用纱布蘸2%的碳酸钠水溶液擦模。使用前要将模型上附着的灰尘掸净，和模并观察模具是否对榫，结合的紧密程度以及是否漏浆。准备妥当后进行注浆，进浆速度不宜太快，以使模具中的空气随泥浆的注入而排出，避免空气混入泥浆中。

3.6 放浆、巩固

掌握好吃浆时间，然后放浆，保证坯体的厚度在5～7 mm之间。放浆速度不宜太快，以免模型内产生负压，使坯体过早脱离模型造成变形或塌落。放浆后坯体很软，不能立即脱模。需经过一段时间继续排出坯体水分，增加其强度。这段时间称为巩固，巩固时间约为吃浆时间的一半。注意脱模过早，坯体强度不够，易塌陷；脱模过迟，模型会限制坯体收缩，使坯体开裂。

3.7 干燥、修坯

将坯体预干燥，修坯。经预干燥后，湿坯体的含水率从15%～17%下降到8%～10%。注意防止因干燥过急或干燥不均匀，而造成废品。

3.8 烧成

将干燥后的合格坯体置于箱式电阻炉中烧成。烧成周期450 min，最高温度1220 ℃下保温60 min。随炉冷却至室温，取出，即得陶瓷制品。

4 实验结果与讨论

测定泥浆性能如细度、浓度、流动度及含水率，吃浆速度等；在陶瓷花瓶注浆的同时浇注试条，并测定试条的干燥收缩率、烧成收缩率、总收缩率、吸红及抗折强度等；计算吸浆速度常数K，并分析K值对注浆成型过程的影响；试样烧成后分析讨论烧成制度对陶瓷制品烧结性的影响。

5 注浆成型综合实验的教学实践

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，然后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。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，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

同学们在做完注浆成型综合性实验后，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

陶瓷注浆成型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，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为部分同学注浆成型作品。我们也欣喜的看到部分学生由被动、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.

[3] 同继锋.现代建筑卫生陶瓷技术手册[M].北京：中国建材工业出版社，2010.