吳甜甜　李瑞鋒　李長江　鄭玉船　徐寶和

摘 要

針對應(yīng)用型本科高校的教學(xué)要求，結(jié)合黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)際情況，提出了針對本專業(yè)開設(shè)陶瓷材料注漿成型的開放性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計。通過泥漿制備、注漿成型、開模、修坯、施釉、燒結(jié)等完整生產(chǎn)工藝的設(shè)計，擴(kuò)展學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)所獲得的基礎(chǔ)理論知識，了解和掌握上述工藝對陶瓷材料相關(guān)性能的影響，極大提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的興趣，該課程受到學(xué)生的歡迎，取得良好的效果。

關(guān)鍵詞

開放性;注漿成型;實(shí)驗(yàn)教學(xué);陶瓷材料

中圖分類號： J527? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 31

材料科學(xué)與工程屬于工學(xué)學(xué)科門類，是以材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)性理論為教學(xué)基礎(chǔ)的一門綜合性學(xué)科。進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量對于學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)至關(guān)重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要在使得學(xué)生快速獲得基礎(chǔ)知識的同時培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主動手創(chuàng)新能力和積極參與科技實(shí)踐創(chuàng)新的精神、以激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性和興趣[1]。黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)了《陶瓷注漿成型工藝設(shè)計》綜合開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括泥漿制備、注漿成型、開模、修坯、施釉、燒成等為主線的一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。本文介紹了黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)的陶瓷材料注漿成型工藝設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目緊密聯(lián)系材料科學(xué)內(nèi)容與發(fā)展以及高等教育科研和教學(xué)的實(shí)際需要，貫徹落實(shí)黃山學(xué)院“應(yīng)用型、地方性”的辦學(xué)理念和培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)的需求。該綜合開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)以來受到學(xué)生的歡迎，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

1 綜合開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計的作用

傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的項(xiàng)目多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)存在的問題和缺陷已有廣泛共識：實(shí)驗(yàn)操作步驟機(jī)械化、學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容印象不深刻、積極性和主動性不高、從中收獲的知識也有限等。傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不利于教師對實(shí)驗(yàn)課成績的評價，學(xué)生分析解決問題的能力和創(chuàng)新思維均得不到引導(dǎo)[2-4]?！短沾勺{成型工藝設(shè)計》采用開放性實(shí)驗(yàn)的技術(shù)思路，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)所要用到的設(shè)備及材料等方面進(jìn)行探討，分析陶瓷泥漿制備、注漿成型、修坯、施釉、燒成成品完整的陶瓷生產(chǎn)工藝流程的工作要領(lǐng)，以及對產(chǎn)品性能的影響。

2 綜合開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計的內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計目的

了解和幫助學(xué)生掌握常用陶瓷材料的常用注漿成型的原理與其方法;了解和掌握常用陶瓷材料注漿成型的基本技術(shù)與工藝;了解和分析各種陶瓷制品的成型過程和工藝性能的特征以及影響主要因素;通過陶瓷工藝綜合開放性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對陶瓷生產(chǎn)工藝和陶瓷產(chǎn)品有一個全面了解。同時學(xué)生可以利用課本所學(xué)的陶瓷工藝知識，親自動手，利用各種陶瓷生產(chǎn)原設(shè)計料制作各種陶瓷產(chǎn)品，完成陶瓷試樣配方計算、配料、研磨、成型、施釉、燒成等過程。本實(shí)驗(yàn)將生產(chǎn)實(shí)踐與陶瓷工藝?yán)碚撜n程內(nèi)容相緊密結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生親自動手、獨(dú)立設(shè)計和分析、解決技術(shù)性問題的意識和能力，同時也為今后的工作和大四畢業(yè)論文的環(huán)節(jié)作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計原理

注漿成型方法是一種古老和應(yīng)用比較傳統(tǒng)的陶瓷坯體成型法，應(yīng)用極為廣泛。這種成型方法是一種利用良好吸水性的石膏模具，先將陶瓷粉料添加適當(dāng)?shù)姆葱跄齽┡渲瞥傻木哂幸欢鲃有缘哪酀{，然后將泥漿注入石膏模內(nèi)。隨后逐漸在石膏模具內(nèi)壁形成具有一定厚度的均勻泥層，厚度一定時倒出多余泥漿，鞏固后再進(jìn)行脫模得到陶瓷坯體。凡是各種形狀復(fù)雜、不規(guī)則的、壁薄的、體積大且對尺寸要求不嚴(yán)的陶瓷器物都可以采用這種注漿法成型[5]。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計準(zhǔn)備

（1）原料：陳設(shè)藝術(shù)瓷用注漿泥料、藝術(shù)瓷注漿坯體;長石、石英、高嶺土、粘土、鉛丹等。

（2）工具與設(shè)備：電子天平、游標(biāo)卡尺、石膏成型模具，橡皮筋、修坯刀具、烘箱、高溫電窯、研缽、優(yōu)質(zhì)尼龍板刷、尖嘴勺、尼龍毛水彩油畫筆、燒杯、電子稱、電動攪拌機(jī)、球磨機(jī)。

2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計內(nèi)容

2.4.1 漿料的調(diào)制

為適應(yīng)陶瓷材料注漿成型工藝的要求，必須將陶瓷粉料配制成具有流動性、符合注漿成型工藝性能的泥漿。

注漿成型的陶瓷泥漿有確定性質(zhì)的粘土和礦物顆粒組成，必須達(dá)到一定的顆粒細(xì)度和解凝度[6]。泥漿的性能對于整個注漿成型工藝的影響非常大的，必須嚴(yán)格準(zhǔn)確把握泥漿的流動性、穩(wěn)定性和懸浮性，泥漿的比重一般控制在1.70-1.75之間。如果流動性差，陶瓷坯體表面的粗糙，可適當(dāng)添加些稀釋劑;如果懸浮性不好，應(yīng)加入懸浮劑，否則容易造成坯體沉淀，底部厚，上部薄，甚至無法成型。另外，如果泥漿中存在大量的氣泡，會影響坯體的致密度，且在燒制過程中因氣孔排出而形成蜂窩式的凹面，影響器物的美觀，成為殘品。可以通過勻速攪拌泥漿，排出氣泡。

2.4.2 注漿成型

（1）注漿 。先將準(zhǔn)備好的石膏模具用尼龍刷、海綿清理干凈，用橡皮筋固定捆扎好，然后緩慢且勻速將泥漿垂直注入模具內(nèi)。

（2）添漿。石膏模具有一定的吸水性，隨著時間的延長連續(xù)性的吸收泥漿內(nèi)的水分，使泥漿水平位置不斷下降，需要及時添漿，直到放漿。否則漿料低于添漿口的最低處，造成坯體局部過薄。

（3）放漿。石膏模具內(nèi)壁逐漸形成均勻泥層，注意把握好吃漿時間，然后將多于泥漿輕輕搖動后倒出。內(nèi)壁泥層的厚度就是陶瓷坯體厚度，一般注漿件在4-7mm厚左右。注意放漿速度不宜太快，避免負(fù)壓而使坯體過早脫離模型造成坯體變形或塌落[7]。放漿之后將模具倒扣，保證坯體的內(nèi)壁光滑，無泥頭或乳頭狀泥釘。

（4）脫模。放漿后不應(yīng)立即進(jìn)行脫模，坯體強(qiáng)度太低需繼續(xù)排出水分即為鞏固。待坯體脫水鞏固后，便可開模取出坯體。要注意的是鞏固時間太短，坯體太軟易造成塌陷;鞏固時間太長，石膏模具會限制坯體收縮易使坯體開裂。

（5）修坯。當(dāng)坯體硬化脫模后將坯體輕放至平整光滑的托盤上，待其七成干后便可進(jìn)行修坯，這是修坯的最佳時段。修坯時要手法輕盈，力度適中，工具合適。

2.4.3 坯體施釉

將修坯后的坯體采用浸釉與刷釉相結(jié)合的工藝方式進(jìn)行施釉，一般釉層厚度1.5mm左右為宜。特別注意：坯體施釉時要保證釉層上厚下薄，底部不施釉。

2.4.4 燒結(jié)

陶瓷產(chǎn)品最關(guān)鍵的工藝就是高溫?zé)?，坯體和釉料在高溫下經(jīng)過一系列物理化學(xué)的變化，獲得具有特定組織結(jié)構(gòu)和特定組成的陶瓷致密體，而釉料則經(jīng)過高溫熔融后形成各種顏色和不同藝術(shù)效果的玻璃層。將施釉的坯體干燥后放置于高溫電窯中燒成。燒成制度確定為室溫到500℃，保溫1h，500℃升溫至最高溫度1100 ℃，保溫2h，最高溫度隨爐冷卻至室溫，取出陶瓷制品。

3 綜合開放性實(shí)驗(yàn)過程要求

在開實(shí)驗(yàn)課前兩周內(nèi)，由老師布置實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容和要求，實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分組，3-5個學(xué)生編成一個實(shí)驗(yàn)小組。首先實(shí)驗(yàn)小組成員根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識和個人興趣愛好，通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，讓實(shí)驗(yàn)小組初步了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后討論確定本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計方案。最后，每一個實(shí)驗(yàn)小組協(xié)作共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)施方案，即從組成設(shè)計到最終陶瓷成品的制作全過程，均以學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)教師主要針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與學(xué)生交流和討論，然后給予講解。試驗(yàn)完成后，每位同學(xué)應(yīng)提交一份實(shí)驗(yàn)報告和一個注漿成型的陶瓷工藝品。在教學(xué)實(shí)踐過程中，由于實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對獨(dú)立、靈活性強(qiáng)，很難用同一尺度來對學(xué)生進(jìn)行考核。因此，在綜合性實(shí)驗(yàn)的成績評定更注重實(shí)驗(yàn)的過程。實(shí)驗(yàn)成績的評定方式：出勤10分+實(shí)驗(yàn)平時表現(xiàn)30分+實(shí)驗(yàn)陶瓷工藝成品30分+實(shí)驗(yàn)報告30分，力爭較全面的考查學(xué)生的綜合能力和科研素質(zhì)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

經(jīng)過本次綜合開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，發(fā)現(xiàn)同學(xué)們參與的積極性明顯提高，氣氛更加活躍。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、小組討論和合作、親自動手操作，不僅收獲了生動的知識并將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐過程中。通過本次的實(shí)驗(yàn)同學(xué)們學(xué)會了將理論知識融會貫通，極大地提高了全體學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率和興趣，同時鍛煉了學(xué)生自主動手的能力。

5 結(jié)語

結(jié)合本校材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，為培養(yǎng)與時俱進(jìn)的高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型材料類領(lǐng)軍人才。《陶瓷注漿成型工藝設(shè)計》開放性實(shí)驗(yàn)開設(shè)是一個較好的嘗試。綜合開放性實(shí)驗(yàn)顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性，保障了原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時激發(fā)了學(xué)生在其中產(chǎn)生更多的聯(lián)想和創(chuàng)造性。

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