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研究生: 蔡坤錦
Tommy Tsai
論文名稱: 陶瓷殼模法應用於陶藝創作之實驗研究
A Study of Ceramic Shell Mold Process Applying to Ceramic Art Creation
指導教授: 吳讓農
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 科技應用與人力資源發展學系
Department of Technology Application and Human Resource Development
論文出版年: 2000
畢業學年度: 88
語文別: 中文
論文頁數: 124
中文關鍵詞: 陶藝陶藝創作陶瓷殼模陶瓷殼模法耐火材料
英文關鍵詞: ceramic arts, ceramic art ceration, ceramic shell, ceramic shell mold process
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:249下載:55
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  • 中文摘要
    模具的使用是陶瓷業輔助生產重要的方法,舉凡石膏模、木模、金屬模具均十分常見,但是將鑄造用「陶瓷殼模」應用在陶瓷上,做為陶瓷坯體的方式,本研究算是第一次;有別於一般模具外模的方式,陶瓷殼模是使用內模輔助成形。
    本研究旨在探討精密鑄造陶瓷殼模的成形方法應用於陶藝創作的可行性,經由文獻探討與實地訪視,瞭解陶瓷殼模的材料與成形方法,透過陶瓷殼模包模實驗與強度試驗,調整殼模包模用泥漿填充劑的組成與殼模沾砂成分,獲致最佳的殼模成分組成,使其保有陶瓷殼模的特性,又能適合陶藝創作。
    本研究結果歸納如下:
    一、最適合陶藝創作的殼模坯體組成
    基於強度、收縮率、殼模本身的最小差異性,由實驗結果得知,最適合陶藝創作的殼模坯體組成,係使用325目謨來石粉為泥漿填充劑,30%鈉長石為殼模泥漿助熔劑,矽酸膠與水的比例為3:1,面漿黏度為四號詹氏杯15秒,背漿黏度12秒,沾砂粒度第一層為35目,第二層35目,第三層35目,第四層22目,第五層22目。
    二、合適的內模材料與使用方法
    竹木材料、鋁網與可撓性線材為殼模坯體內模的較佳選擇,保麗龍與泡棉等發泡材料,則適合作為填充空間之用;使用上,以透空造形為較佳的創作方向,大面積與塊狀的創作在成形上較為困難,完整殼模的內模架構,有助於成形工作。
    三、殼模坯體的表面處理方式
    鏝平、噴附、塗刷、研磨均是殼模的表面處理方法,釉藥、色土、色料、玻璃為改變殼模表面質感與色澤的材料;殼模包模作業時背漿的濃度也是決定表面質感的因素。
    四、陶藝創作的應用
    殼模坯體乾燥收縮小,適合製作透空造形,幾何結構、非幾何結構,殼模坯體可使用泥漿重複沾黏,素燒前後的坯體可相互搭接,使其造形有無限延伸的可能,高鋁質陶瓷耐熱震的特性,是殼模坯體另一個值得開發的表現方向。
    五、陶瓷殼模坯體的焊接
    陶瓷殼模坯體的主要成分為高鋁質謨來石,坯體組成疏鬆、耐熱震,以矽酸膠、熔塊釉組成的釉藥,可作為殼模坯體焊接的「焊藥」,時驗結果發現「焊接」技術可以應用於陶瓷殼模坯體,這樣的發現將有助於陶藝創作空間的拓展。

    Abstract
    Molds are often used in the ceramic industry as an important means of production, such as plaster molds, wood molds and steel molds. The ceramic shell mold is one of precision-casting which uses wax as the interior mold. It’s never been used in ceramic production, and this research is the first time in this area. The object of this research is to study the feasibility of using the ceramic shell process as a way of ceramic art creation. Through related researches and documents analyzed by myself, I got the process and ingredients of the ceramic shell mold. Through the polystyrene mold coating experiments, middle concentrated load experiments and modifying the ingredients of the slurry and stucco, I found the best components of ceramic shell mold suitable for ceramic art creation.
    The results of this research is categorized as follows:
    1.Based on the strength, contractility and the least difference between the different ceramic shell molds, the best components of ceramic shell mold for ceramic art creation are:
    a.Binder --- colloidal silica : water = 3:1 (weight);
    b.Slurry filler --- Malite powder 325 mesh and 30% soda feldspar;
    c.Slurry viscosity --- Zahn cup #4 15 seconds and 12 seconds;
    d.Stucco (Malite) --- 1st layer: 35 mesh, 2nd layer: 35mesh, 3rd layer 35 mesh, 4th layer 22mesh, 5th layer 22mesh.
    2.Ideal materials for inner mold of ceramic shell mold process and the best way to use them:
    Bamboo, wood, aluminum net, and floppy strings are better choices for the inner mold of ceramic shell mold process. Evaporative material like polystyrene is commonly used to fill the inner space of a mold. Hollow and penetrating works would represent the characteristics of ceramic shell mold process in ceramic art creation. Works with large surface and big chunks are not suitable for this process. It will be helpful during the working process if inner molds have strong frame structures.
    3.Surface treatment of the ceramic shell mold
    Leveling with a trowel, spraying, brushing and grinding with abrasive paper are the methods for ceramic shell mold surface treatment. Glaze, colored clay, glass and coloring materials are useful to change the texture and color of ceramic shell surface. The slurry of the ceramic shell mold process is also a material for the ceramic shell mold finishing. Slurry viscosity and its color would also change the surface texture and color.
    4.The use of ceramic shell mold process on ceramic art creation
    Because of the small shrinkage, works with hollow and penetrating shapes, geometrical structures and non-geometrical structures are suitable for the ceramic shell mold process. Ceramic shell mold is formed layer by layer with slurry and stucco. It can be assembled piece by piece with slurry, each piece fired or not fired. The assembling of ceramic shell pieces makes any shape of ceramic work possible and extends the ceramic art creation to a new level. The suffering of the big temperature shock is no longer a problem with their new combination of materials.
    5.The welding of ceramic shell body
    The major components of ceramic shell body are high aluminum materials like malite, zircon and fused silica. The ceramic shell body is loosely composed. It will not suffer big temperature shock makes ceramic shell body welding possible. The glaze made of colloidal silica and fritted glaze can be used as the welding solder to the ceramic shell body. The welding skill applying to ceramic shell body is a new field waiting for us to elaborate.

    目 錄 謝 誌………………………………………………………………….Ⅰ 中文摘要………………………………………………………………Ⅲ 英文摘要………………………………………………………………….Ⅴ 目 錄……………………………………………….………………Ⅶ 圖 次….………………………………………………….…………Ⅸ 表 次…………………………………………………….……………Ⅹ 第一章 緒論 ..……………….…………………………………….…..1 第一節 研究緣起與動機 ……………………….………….1 第二節 研究目的與待答問題 ……………………….…….4 第三節 研究方法與步驟 ….……………………………….6 第四節 研究範圍與限制 ….……………………………….9 第五節 重要名詞解釋 ….…………………………………10 第二章 文獻探討 ……………………………………………………14 第一節 陶瓷殼模的定義與組成 …………………………14 第二節 殼模坯體材料的特性與規格 ……………………16 第三節 殼模坯體的內模材料與使用方法 ………………27 第四節 影響殼模強度的因素 ……………………………29 第五節 殼模坯體的表面處理方法與材料 ………………32 第六節 影響陶藝釉藥在坯體附著的因素與改善方法 …36 第三章 研究的設計與實施 …………………………………………40 第一節 研究架構 ………………………………………40 第二節 研究工具與對象 ………………………………....42 第三節 研究設計與實施 …………………………………44 第四章 實驗結果與討論 ………………………………...……………51 第一節 殼模坯體成分組成實驗 ………………...…………51 第二節 內模材料實驗 …...…………………………………88 第三節 表面處理方法與技術 …………………………….105 第四節 釉藥適合性實驗 …….……………………………111 第五節 陶瓷殼模坯體的焊接 …..………………………...113 第五章 結論與建議 …….………………………………….………...115 第一節 結論 …….………………………………….……...115 第二節 建議..………………….……………………………118 參考書目 ……………………...………………………………………120 附 錄:陶瓷殼模法陶藝創作圖例.....………………………………122 圖 次 圖1-1 陶瓷殼模一 ……………….…………………………..…………2 圖1-2 陶瓷殼模二 …………………………………………….………..2 圖1-3 本研究流程圖 ………………………………………………..… 8 圖1-4 本研究所用試片 ……………………………………………….13 圖3-1 本研究之研究架構圖 ………………………………………….41 圖4-1 陶瓷殼模包模成形程序 …………...……………………………52 圖4-2 陶瓷殼模E形試片分割的情形 …………………………………71 圖4-3 萬能材料試驗機組 ……………………………………...………72 圖4-4 強度實驗試片 ………………………………...…………………86 圖4-5 強度實驗試片受力圖 …………………………………………...86 圖4-6 保麗龍內模殼模內部與燒後的鐵絲 …………………………...90 圖4-7 有色泥漿試片…………………………………………………...110 圖4-8 殼模坯體基本釉的燒成情形 ……………………….…………111 圖4-9 淺綠色透明釉與殼模坯體搭配的情形 ……………………….112 圖5-1 陶瓷殼模法陶藝創作應用的簡單流程 ……………………….117 表 次 表2-1 陶瓷殼模常用材料之成分及熔點 ..………………………...…. 17 表2-2 矽膠質濃度30%的矽酸膠性狀 ..……………………………… 19 表2-3 陶瓷殼模用泥漿成分組成表Ⅰ ..……………………………… 21 表2-4 陶瓷殼模用泥漿成分組成表Ⅱ ..……………………………… 22 表2-5 熔融石英粒度與用途 ..………………………………………… 24 表2-6 鋯砂、鋯粉粒度與用途 ..……………………………………… 24 表2-7 Mullite、Molchite、Malite粒度與用途 ..……….……………… 25 表2-8 陶瓷殼模包模作業層次使用材料及乾燥時間表 ..…………… 25 表2-9 謨來石(Malite,高鋁砂)成分、粒度表 ..…………………… 26 表2-10 矽酸膠成分組成表 …………………………………………… 29 表2-11 本研究參考用化妝土成分 …………………………………… 34 表2-12 坯體與釉藥強度比較表 ..…………………………………….. 38 表2-13 謨來石(Malite,高鋁砂)在各溫度的膨脹係數 ..…………… 39 表3-1 精密鑄造陶瓷殼模坯體組 ...…………………………………... 46 表3-2 陶藝土成分分析表 .………………………………….………… 46 表3-3 陶瓷殼模包模實驗各組實驗變項比較表 ………….…………. 49 表3-4 基本釉的成分組成 …………………………………………… 50 表4-1 殼模坯體包模實驗AⅡ實驗變項與結果 ……………………... 53 表4-2 殼模坯體包模實驗AⅢ實驗變項與結果 ……………………... 54 表4-3 殼模坯體包模實驗AⅣ實驗變項與結果 ……………………... 55 表4-4 殼模坯體包模實驗BⅠ實驗變項與結果 ……………………... 56 表4-5 殼模坯體包模實驗BⅡ實驗變項與結果 …………………….. 57 表4-6 殼模坯體包模實驗BⅢ實驗變項與結果 ……………………... 58 表4-7 殼模坯體包模實驗CⅠ實驗變項與結果 …………………….. 59 表4-8 殼模坯體包模實驗CⅡ實驗變項與結果 …………………….. 60 表4-9 殼模坯體包模實驗CⅢ實驗變項與結果 …………………….. 61 表4-10 殼模坯體包模實驗CⅣ實驗變項與結果 ……………………..62 表4-11 殼模坯體包模實驗CⅤ實驗變項與結果 ……………………..63 表4-12 殼模坯體包模實驗D實驗變項與結果 ……………………….64 表4-13 陶瓷殼模包模實驗AⅡ、AⅢ組1230℃燒成前後比較 ………65 表4-14 陶瓷殼模包模實驗AⅣ、BⅠ組1230℃燒成前後比較 ………66 表4-15 陶瓷殼模包模實驗BⅡ、BⅢ組1230℃燒成前後比較 ………67 表4-16 陶瓷殼模包模實驗CⅠ、CⅡ組1230℃燒成前後比較 ………68 表4-17 陶瓷殼模包模實驗CⅢ、CⅣ組1230℃燒成前後比較 ………69 表4-18 陶瓷殼模包模實驗CⅤ組1230℃燒成前後比較 ……………..70 表4-19 強度試驗進行的情形 ………………………………………….73 表4-20 陶瓷殼模強度試驗AⅡ組試片強度 ………………………….74 表4-21 陶瓷殼模強度試驗AⅢ組試片強度 ………………………….74 表4-22 陶瓷殼模強度試驗AⅣ組試片強度 ………………………….75 表4-23 陶瓷殼模強度試驗BⅠ組試片強度 …………………………..75 表4-24 陶瓷殼模強度試驗BⅡ組試片強度 …………………………..76 表4-25 陶瓷殼模強度試驗BⅢ組試片強度 …………………………..76 表4-26 陶瓷殼模強度試驗CⅠ組試片強度 …………………………..77 表4-27 陶瓷殼模強度試驗CⅡ組試片強度 …………………………..77 表4-28 陶瓷殼模強度試驗CⅢ組試片強度 …………………………..78 表4-29 陶瓷殼模強度試驗CⅣ組試片強度 …………………………..78 表4-30 陶瓷殼模強度試驗CⅤ組試片強度 …………………………..79 表4-31 陶瓷殼模強度試驗對照組—標準殼模試片強度 …………….79 表4-32 陶瓷殼模強度試驗對照組—陶土試片強度 ………………….80 表4-33 陶瓷殼模強度實驗試片彎曲應力比較 ……………………….81 表4-34 收縮率實驗試片 ……………………………………………...82 表4-35 殼模試片與陶土試片收縮率比較 …………………………….83 表4-36 殼模坯體與陶土的吸水率比較 ……………………………….84 表4-37 陶瓷殼模法陶藝應用之實驗研究實驗試片特性比較 ……….87 表4-38 蠟內模包模實驗燒成比較表 ………………………………….89 表4-39 泡棉內模包模實驗燒成比較表 ……………………………….91 表4-40 竹材內模包模實驗燒成比較表 ……………………………….92 表4-41 材內模包模實驗燒成比較表 ………………………………….93 表4-42 木材與可撓性內模包模實驗燒成比較表 …………………….94 表4-43 保麗龍內模包模實驗燒成比較表 …………………………….96 表4-44 保麗龍內模包模實驗燒成比較表 …………………………….97 表4-45 鐵絲內模包模實驗燒成結果 ………………………………….98 表4-46 鋁線內模包模實驗燒成比較表 ……………………………….99 表4-47 鋁網內模包模實驗燒成結果 ………………………………...100 表4-48 塑膠包覆鐵線衣架內模包模實驗燒成結果 ………………...102 表4-49 PVC包覆單心銅線內模包模實驗燒成結果 ………………103 表4-50 陶瓷殼模表面處理方法刷塗、噴覆、鏝平效果之比較 ……106 表4-51 陶瓷殼模表面處理方法之金屬氧化物、燻燒、釉藥實驗比較.108 表4-52 陶瓷殼模表面處理方法之玻璃、色土實驗比較 ……………109 表4-53 素燒陶土與殼模的吸水率比較 ……………………………...111 表4-54 基本釉與淺綠色透明釉的釉式比較 ………………………...112 表4-55 殼模坯體焊藥組成 …………………………………………...113 表4-56 殼模坯體焊接實驗結果比較 ..……………………………….114

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