應用型本科材料專業的開放性實驗課程設計

吳甜甜　李瑞鋒　李長江　鄭玉船　徐寶和

摘 要

針對應用型本科高校的教學要求，結合黃山學院材料科學與工程專業實際情況，提出了針對本專業開設陶瓷材料注漿成型的開放性實驗課程設計。通過泥漿制備、注漿成型、開模、修坯、施釉、燒結等完整生產工藝的設計，擴展學生通過該實驗所獲得的基礎理論知識，了解和掌握上述工藝對陶瓷材料相關性能的影響，極大提高學生的自主創新能力和學習的興趣，該課程受到學生的歡迎，取得良好的效果。

關鍵詞

開放性;注漿成型;實驗教學;陶瓷材料

中圖分類號： J527? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

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

材料科學與工程屬于工學學科門類，是以材料科學實驗性理論為教學基礎的一門綜合性學科。進一步提高實驗教學的質量對于學生的綜合能力培養至關重要，實驗教學需要在使得學生快速獲得基礎知識的同時培養和提高學生的自主動手創新能力和積極參與科技實踐創新的精神、以激發其學習的積極性和興趣[1]。黃山學院材料科學與工程專業開設了《陶瓷注漿成型工藝設計》綜合開放性實驗項目，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驗教學內容。本文介紹了黃山學院材料科學與工程專業的陶瓷材料注漿成型工藝設計實驗項目，該項目緊密聯系材料科學內容與發展以及高等教育科研和教學的實際需要，貫徹落實黃山學院“應用型、地方性”的辦學理念和培養應用型人才目標的需求。該綜合開放性實驗項目開設以來受到學生的歡迎，取得了良好的學習效果。

1 綜合開放性實驗設計的作用

傳統基礎實驗課程的項目多為驗證型實驗，傳統驗證性實驗存在的問題和缺陷已有廣泛共識：實驗操作步驟機械化、學生對教學內容印象不深刻、積極性和主動性不高、從中收獲的知識也有限等。傳統驗證性實驗不利于教師對實驗課成績的評價，學生分析解決問題的能力和創新思維均得不到引導[2-4]。《陶瓷注漿成型工藝設計》采用開放性實驗的技術思路，結合實驗目的、實驗原理、實驗步驟以及實驗所要用到的設備及材料等方面進行探討，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工藝流程的工作要領，以及對產品性能的影響。

2 綜合開放性實驗設計的內容

2.1 實驗設計目的

了解和幫助學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驗，使學生對陶瓷生產工藝和陶瓷產品有一個全面了解。同時學生可以利用課本所學的陶瓷工藝知識，親自動手，利用各種陶瓷生產原設計料制作各種陶瓷產品，完成陶瓷試樣配方計算、配料、研磨、成型、施釉、燒成等過程。本實驗將生產實踐與陶瓷工藝理論課程內容相緊密結合，培養了學生親自動手、獨立設計和分析、解決技術性問題的意識和能力，同時也為今后的工作和大四畢業論文的環節作奠定良好的基礎。

2.2 實驗設計原理

注漿成型方法是一種古老和應用比較傳統的陶瓷坯體成型法，應用極為廣泛。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的反絮凝劑配制成的具有一定流動性的泥漿，然后將泥漿注入石膏模內。隨后逐漸在石膏模具內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，鞏固后再進行脫模得到陶瓷坯體。凡是各種形狀復雜、不規則的、壁薄的、體積大且對尺寸要求不嚴的陶瓷器物都可以采用這種注漿法成型[5]。

2.3 實驗設計準備

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

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

2.4 實驗設計內容

2.4.1 漿料的調制

為適應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的粘土和礦物顆粒組成，必須達到一定的顆粒細度和解凝度[6]。泥漿的性能對于整個注漿成型工藝的影響非常大的，必須嚴格準確把握泥漿的流動性、穩定性和懸浮性，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，可適當添加些稀釋劑;如果懸浮性不好，應加入懸浮劑，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。

（2）添漿。石膏模具有一定的吸水性，隨著時間的延長連續性的吸收泥漿內的水分，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，保證坯體的內壁光滑，無泥頭或乳頭狀泥釘。

（4）脫模。放漿后不應立即進行脫模，坯體強度太低需繼續排出水分即為鞏固。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合的工藝方式進行施釉，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

陶瓷產品最關鍵的工藝就是高溫燒成，坯體和釉料在高溫下經過一系列物理化學的變化，獲得具有特定組織結構和特定組成的陶瓷致密體，而釉料則經過高溫熔融后形成各種顏色和不同藝術效果的玻璃層。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 綜合開放性實驗過程要求

在開實驗課前兩周內，由老師布置實驗的具體內容和要求，實驗的學生分組，3-5個學生編成一個實驗小組。首先實驗小組成員根據實驗任務要求，結合自己所學的專業知識和個人興趣愛好，通過查閱有關文獻資料，讓實驗小組初步了解實驗內容后討論確定本次實驗的設計方案。最后，每一個實驗小組協作共同完成實驗內容。在實施方案，即從組成設計到最終陶瓷成品的制作全過程，均以學生為主體，實驗教師主要針對學生在實驗中遇到的問題與學生交流和討論，然后給予講解。試驗完成后，每位同學應提交一份實驗報告和一個注漿成型的陶瓷工藝品。在教學實踐過程中，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，在綜合性實驗的成績評定更注重實驗的過程。實驗成績的評定方式：出勤10分+實驗平時表現30分+實驗陶瓷工藝成品30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。

4 實驗教學效果

經過本次綜合開放性實驗的教學，發現同學們參與的積極性明顯提高，氣氛更加活躍。學生通過查閱文獻、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用于實踐過程中。通過本次的實驗同學們學會了將理論知識融會貫通，極大地提高了全體學生的課堂學習效率和興趣，同時鍛煉了學生自主動手的能力。

5 結語

結合本校材料科學與工程專業實驗教學手段，為培養與時俱進的高素質創新應用型材料類領軍人才。《陶瓷注漿成型工藝設計》開放性實驗開設是一個較好的嘗試。綜合開放性實驗顯著提高了學生的學習興趣和學習的積極性，保障了原有的實驗教學目標實現的同時激發了學生在其中產生更多的聯想和創造性。

參考文獻

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