陶瓷工艺原理中的“原料”学陶瓷工艺
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陶瓷工艺原理中的“原料”学
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陶瓷工艺原理第一章 原料rawmaterial主讲人：胡晓洪内? 第一节 ? 第二节 ? 第三节 ? 第四节 ? 第五节容原料的分类及要求 粘土类原料 石英（硅质）原料 长石（熔剂性）原料 其它辅助原料第一节 原料的分类及要求 一、概述? 制造任何物品都从原料开始 ? 天然的硅酸盐原料种类繁多、蕴藏量丰富，分布 极广。 ? 人工合成，特种陶瓷、色料。 ? 矿物 ：地壳中存在的自然化合物和少数 自然元素，具有相对固定的化学成分和性质。 ? 岩石rock：是固态矿物或矿物的混合物，其中海 面下的岩石称为礁、暗礁及暗沙，由一种或多种 矿物组成的，具有一定结构构造的集合体，也有 少数包含有生物的遗骸或遗迹（即化石）。第一节 原料的分类及要求? 二、 原料的分类方法?陶瓷原料成分复杂，分类无统一的方法 ?根据工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。 ? 根据用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。? 根据矿物组成分：粘土原料，硅质原料，长石原料，钙质原料，镁质原料。 ? 根据原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。 ?第一节 原料的分类及要求? 1原料是基础? 传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。. . . 窑 盛 供 应 优 质 陶 瓷 搜 艺4 0 0 x 3 7 5第一节 原料的分类及要求? 陶瓷制品的结构是决定其性能和品质的内因， 而制品的结构是性能由由原料的种类和工艺生 产过程决定的。 ? 原料的合理选择十分重要。选择原则：第一， 保证其加工后能生成制品所需要各种晶相和玻 璃相等结构物质，第二，保证能适应其在加工 过程中，所需要的各种工艺性能。2.三大原料：粘土，长石，石英? 生成晶相的粘土，石英类原料 ? 生成玻璃相的长石类熔剂原料 ? 工艺性能：能进行塑性加工的粘土类原料、 减少收缩的石英类瘠性原料其它原料：第一节 原料的分类及要求3. 对原料的基本要求：? 质量达标（不是越纯越好）? 储量要大（保证长期供应）? 价格合理（不能太贪便宜） ? 性能稳定（稳定压倒一切） ? 运输方便（避免等米下锅）第二节 粘土类原料? 粘土（Clay ） ? 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原 料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、 水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离 不开粘土原料。 细陶瓷占40－60％，陶器， 炻器还要多。 粘土是一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块 状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 较高耐火度，良好吸水性，膨胀性和吸附性。第二节 粘土类原料? 自然界的粘土呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色， 颗粒微细，多数均小于2μ m，晶体有片状、管状、 球状及六角鳞片状等。将粘土与水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有 一定机械强度，煅烧后坚硬如石。 粘土的成分高岭石、多水高岭石，蒙脱石、水云母。伴生矿物石英、长石、铁，化学成分－SiO2、Al2O3第二节 粘土类原料粘土定义：粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿 物的混合体。Clay mineral? 粘土的成因与分类 ? 粘土的组成? 粘土的工艺性质? 粘土在陶瓷生产中的作用第二节 粘土类原料一、 ——粘土成因与分类? 地球外壳的主要成分为硅酸盐。各种富含硅酸盐矿物的岩 石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。? 风化残积型 ? 热液蚀变型 ? 沉积型第二节 粘土类原料1. ——粘土成因与分类 ? 风 化 残 积 型 —— 一 次 粘 土 P residual clay [ri'zid?u:?l]? 成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地 风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。 ? 代表：我国南方的高岭土大多属于此类，如：江西星子高岭、 景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。
第二节 粘土类原料2.2 ——粘土成因与分类 ? 热液蚀变型? 成因：热液作用于母岩所形成的。热液：高温岩浆冷凝结晶后，残余 岩浆含大量挥发分和水分。当温度 进一步降低时，水分以液态存在， 但其中溶有大量其它化合物。? 代表：苏州阳山、衡阳界碑等地粘 土矿多为热液蚀变型。第二节 粘土类原料1.——粘土成因与分类? 沉 积 型 —— 二 次 粘 土 Secondary sedimentary clay? 成因：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁 移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的 矿床，成为二次粘土（也称为沉积粘土或次 生粘土）。 ? 代表：漳州黑泥、山西紫木节等粘土矿。? 特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩 大。2KAlSi3O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+SiO2+K2CO3高岭石Al2Si2O5(OH)4=Al2O3· 2 O+SiO2· 2O nH nH水铝石 蛋白石CaAl2Si2O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+CaCO3钙长石2[KAl3Si3O10(H2O)2]+3H2O+H2CO3=3Al2Si2O5(OH)4+K2CO3绢云母第二节 粘土类原料? 2. ——粘土的分类? 按成因分：原生粘土（一次粘土） 次生粘土（二次粘土）两者区别： 化学组成 耐火度 成型性能一次粘土 二次粘土较纯 杂质含量高较高 较低塑性低 塑性高? 按可塑性分： 高可塑性粘土，软质——膨润土、球土、木节土 中等可塑性粘土 低可塑性粘土，硬质——焦宝石、瓷石、叶蜡石 ? 按耐火度分：耐火粘土（耐火度 & 1580 ?C) 难熔粘土（耐火度 ?C ） 易熔粘土（耐火度 & 1350 ?C ）第二节 粘土类原料3. ——粘土的类型 ? 矿物组成? 陶瓷工业中粘土的主要矿物有： ? 高岭石（多水高岭石） ? 蒙脱石（叶腊石） ? 伊利石（水云母）第二节 粘土类原料3. ——粘土的组成? 矿物组成——高岭石（ Kaolinite ['kei?linait]）矿物组成——高岭石化学通式：Ａl2Ｏ3 · 2ＳiＯ2· 2Ｏ（Ａl2Ｓi2Ｏ5 2Ｈ （ ＯＨ）4 ） 理论组成：Ａl2Ｏ3 39.5%，ＳiＯ2 46.54%， Ｈ2Ｏ 13.96% (101.9,60.1,18) 晶 系：三斜晶系，细分散的晶体，外形呈片状、 粒状、杆状，假六方片状。您第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——高岭石类? 晶体结构式：Al4 ［Si4O10]（OH） 8 ，1:1型层状结构硅酸盐，Si－O四面体层和Al－（O，OH）八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较 小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。 ? 离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上 有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子［OH-］中的H+可被 Ｋ+或Na+取代。第二节 粘土类原料第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成 [h?'l?i,sait]? 化学通式：Al2O3· 2SiO2· 2O (n=4～6) nＨ? 矿物组成——多水高岭石（埃洛石halloysite）? 理 论 组 成 ： Al2O3 13.96%。? 晶 缩大。39.5% ， SiO246.54% ， H2O系：单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——多水高岭石（埃洛石）? 特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在Ｃ轴方向厚度加 大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微弱的分子 键相连，层间有一定的自由活动能力，水分子易进入层间形成 层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可塑性 ；又因层间 ? 单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑 性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。距增大，层间结合力降低，晶体易变成弯曲卷状（SEM图）。第二节 粘土类原料第二节 粘土类原料第二节 粘土类原料2.3——粘土的组成? 外[,m?nt?m?'ril?,nait]? 矿物组成——蒙脱石类Montmorillonite （叶腊石） 观：微晶高岭石，胶岭石。白色，灰白色，因含不同杂质呈黄、浅红、蓝至绿色。? 化学通式：Ａl2O3· 4ＳiO2· 2O（蒙脱石n&2，叶蜡石n=1） nＨ ? 晶 系：单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属胶体微粒，故晶体轮廓不清。2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠O键相连， 结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间 水，层间水的数量是可变的。Al4(Si8OnH 20 20)(OH)4·蒙脱石第二节 粘土类原料第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——蒙脱石类 ? 特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土（bentonite）['bent?,nait]其吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是膨润土的名称的由来。? 特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层Ｓi4+部分被? Ａl3+、Ｐ5+置换。八面体层中Ａl3+被Ｍg2+、Ｆe3+、Ｚn2+、 ? Ｌi+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如 Ｃa2+、Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离 子不同分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。第二节 粘土类原料2.3——粘土的组成 ? 矿物组成——蒙脱石类? 特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。煅烧时脱水过程长，收缩大，Ａl2Ｏ3含量低，又吸附了其 它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯 体软化变形，用量不宜太多，一般在５％左右。? 特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗 粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成 ? 矿物组成——蒙脱石类? 我国膨润土矿点主要在东部地区：辽宁黑山膨润土， 地表部分多为Ｃa－膨润土。河北宣化，浙江宁海粘土，福建连城、武平膨润土等，第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——叶腊石pyrophyllite）[pair?u’filait]? 化学通式：Al2O3· 4SiO2· 2O Al2(Si4O10)(OH)2 Ｈ? 理论组成：Al2O3 28.30% ，SiO2 66.70%，H2O 5.00 %。? 晶 系：单斜晶系，2:1型层状硅酸盐，两层[SiO4]四面体中 间夹着一层[AlO6]八面体，层间以范德华力结合，强度很弱，但晶格四面体中的Ｓi４+和[AlO6]八面体中的Al3+ 并未被其他阳离子置换，故不易吸收水分和吸附阳离子。外形多为片状及弯 曲状。由于各晶层间结合力弱，易沿晶层滑动解理，所以硬度 低。第二节 粘土类原料第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——叶腊石? 外观：颜色为白色、浅黄或浅灰色。 ? 特性：叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土，但无可塑性。叶腊石含结晶水较少，总收缩不大，线膨胀系数小，在升温 过程中脱水极为缓慢，可做对尺寸要求高 的内外墙砖，适于配制快速烧成的陶瓷坯 体。 ? 产地：浙江青田，昌化，福建寿山等地叶 腊石较出名。第二节 粘土类原料2.3——粘土的组成? 矿物组成——白云母 muscovite [,m?sk?'vait]化 学 通 式 ： Ｋ2Ｏ · Ａ l2 Ｏ 3· Ｓ i Ｏ 2·Ｈ 3 62Ｏ(KAl2[Si3AlO10](OH,F)2 )? 结构：单斜晶系，抗风化能力强，常与粘土一起沉积下来，强烈风化可水化成水化白云母，伊利石等。第二节 粘土类原料2.3——粘土的组成 ? 八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、 Mg 、 Fe 2+ 甚至 Mn 、 Cr 、 V 等所置换。 白云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。 薄片富弹性的特点。第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——绢云母Sericite ['serisait]? 化学通式：K0.5-1 (Al,Fe,Mg ) 2 ( SiAl ) 4 O 10(OH) 2 ? nH 2 O ,? 特 性：热液或变质作用形成的细小鳞片状白云母，有丝绢光泽，故称绢云母。比白云母ＳiＯ2含量高。Ｋ2Ｏ 含量比白云母低，而比伊利石高。水含量也介于白云母与 伊利石之间，化学式与白云母一致。 是一种水化不完全的白云母，是白云母与伊利石之间的过渡产物，能单独成瓷。? 产 地：江西柳家湾、福建南安。绢云母是一种天然细粒 白云母，属白云母的亚 种，是层状结构的硅酸 盐，结构由两层硅氧四 面体夹着一层铝氧八面 体构成的复式硅氧层。 解理完全，可劈成极薄 的片状，片厚可达1u以 下（理论上可削成 0.001u），径厚比大； 与白云母相比：具有天 然粒径小，易加工超细 的特点。绢云母绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近，又具有粘土 矿物的某些特性，即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好， 色白粒细，有粘性等。因此，绢云母兼具云母类矿物和粘土 类矿物的多种特点。第二节 粘土类原料2.3——粘土的组成? 矿物组成——瓷石P?化学通式： china stone? 特性：绢云母，石英为主要成分，含长石，高岭石等杂质矿物。可塑性不高，结合强度不大，干燥速度快。绢云母起粘土及长石的作用，促进成瓷及烧结。可配制釉料，称为“釉果”或“釉石”。 ? 产 地：景德镇南港瓷石、安徽祁门瓷石、福建德 化拉屎坑瓷石等。第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 化学通式：(K,H3O) & 1 nH2O{(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2}? 矿物组成——伊利石illite[ilait]类 —（水云母）? 化学组成： ——水化了的白云母，介于高岭石，白云母之间K2O较低， SiO2 、MgO、FeO、H2O 较高。? 结构：单斜晶系，与蒙脱石结构类似，2:1型层状硅酸盐，但[SiO4]四面体中Ａl３+较蒙脱石多，晶间阳离子常为K+，也有部分被Ｈ+，Ｎa+取代， K+半径大小正好嵌入层间，因此晶格 结构牢固，不发生膨胀。第二节 粘土类原料2.3 ——粘土的组成? 矿物组成——伊利石类 —（水云母）? 外观：多呈不规则片状，颜色洁白，黄色，绿色及褐色。? 特性：伊利石类可以看做是白云母风化过程中形成高岭石和蒙脱石的中间产物，转变程度不同，所形成的矿物不同，矿物 组成变化较多。伊利石类矿物构成的粘土，一般可塑性低，干后强度大，干燥烧成收缩小，烧结温度低，烧结范围窄。? 产地：我国河北邢台，江西德兴，湘南等地产伊利石较出名。伊利石第二节 粘土类原料? 2.3 ——粘土的组成(Al2O3)(SiO2)1.3-2 ?2.5-3H]2O ? 水铝英石是由氧化硅、氧化铝和水组成的非晶质 铝硅酸盐矿物，水铝英石外观上呈海绵状团聚体, 有许多细孔和巨大表面积。颜色随吸附的金属离 子而异,是火山灰土壤的主要黏粒矿物。它们通 常是在低温低压环境里的风化过程中而产生，严 格来说，不应该定义为矿物，而应以似矿物称之。 ? allophane [‘?l?fein] 水铝英石水铝英石第二节 粘土类原料2.4 ——粘土的组成? ? ? ? 矿物组成: 化学组成： 颗粒度组成： 有机杂质第二节 粘土类原料2.4——粘土的组成? 一、矿物组成 ? 1.石英和母盐残渣（长石，云母等） ? 2.碳酸盐（方解石、菱镁矿）及硫酸盐类（石膏， 明矾石，硫酸钾、钠等） ? 3.铁和钛的化合物 ? 4.有机物杂质第二节 粘土类原料2.4——粘土的组成? 化学组成? 粘土的化学组成在生产中有重要的指导意义，根据化学组成，可 初步估计出粘土的1.矿物组成 、2.粘土耐火度的高低、3.粘土 的颜色及4.工艺性能等。? 粘土是一种含水铝硅酸盐的混合物，组成为平均值，一般粘土的 化学组成指九项全分析数据： SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO， MgO，K2O，Na2O，I.L. 。 对于特殊原料，还要测 MnO，P2O5， CO2，SO3等。 ? 粘土矿物是多种矿物组成的，随各种粘土原料所含的矿物组成不 同，杂质含量不同，其化学组成变化很大。第二节 粘土类原料2.6 ——粘土的组成? 全国各地粘土的化学组成名 称 SiO2 47.28 Al2O3 37.41 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 0.78 / 0.36 0.10 2.51 0.23 12.03 景德镇高岭苏 州土46.9268.52 43.2537.5020.24 39.440.150.60 0.27//0.560.150.160.75 0.380.08/0.05/14.527.49 16.07界牌桃红土 山西大同土1.420.09 0.24淄博焦宝石唐山紫木节45.2641.9638.3435.910.700.910.78 0.050.96 2.100.050.420.05 0.100.37 /14.4616.96第二节 粘土类原料2.6 ——粘土的组成? 化学组成4.粘土的化学组成一定程度上反映其工艺性质，根据粘土的化学组成可初步判定其质量：? ＳiＯ2： ? Ａl2Ｏ3： 含量多——可塑性低——收缩小 含量高——耐火度高——难于烧结——高岭石类? Ｋ2Ｏ，Ｎa2Ｏ： 含量高——烧结温度较低——伊利石类? Ｆe2Ｏ3 ，ＴiＯ2：使坯体着色，随含量增加——颜色加深? ＣaＯ、ＭgＯ： 降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量可使坯体起泡 ? I L： 有机杂质较多灼减量大，粘土颜色深，吸水性强，可塑性好，干燥强度大，但收缩也大。第二节 粘土类原料2.6——粘土的组成 ? 化学组成? 对于某一天然粘土矿物来说，常见的是含有二种或二 种以上的粘土矿物的混合物，而且粘土在形成过程中， 由于风化不完全或在冲刷漂移过程中也会混入其它杂 质矿物。 ? 常见的杂质矿物：石英，母岩残渣，碳酸盐和硫酸盐， 铁钛的化合物，有机杂质。第二节 粘土类原料2.6 ——粘土的组成 ? 化学组成? 粘土的化学组成一定程度上反映其工艺性质，根据粘 土的化学组成可初步判定其质量。 ? 仅从粘土化学组成上判断其性质还是不够的，不能反映粘土的交换能力，吸附等性能。粘土中各种矿物及硅酸盐矿物也难从化学组成上区别，因此有必要用其它组成描述。第二节 粘土类原料2.6——粘土的组成?化学组成? 5.粘土的化学组成一定程度推断粘土在烧结过程 中产生膨胀或气泡的可能性。CaO、MgO的碳酸盐 与硫酸盐。 ? Fe2O3 ? 6.粘土的化学组成一定程度计算粘土矿物组成的 示性分析第二节 粘土类原料2.4——粘土的组成? 颗粒组成? 定义：指粘土中含不同大小颗粒的百分含量 。? 意义：通过颗粒组成的分析，可初步判断工艺性能，颗粒越易变形。小，可塑性越大，干燥收缩越大，干燥后强度高，烧结温度低，? 可初步判断粘土矿物类型，粘土矿物粒径小于2微米，非粘土矿物大于2微米，多数在10—60 微米。区别相对含量，判断粘 土非粘土。判断粘土本身矿物类型，高岭土粗，膨润土细。第二节 粘土类原料2.4 ——粘土的组成? 颗粒组成——测定方法?国外：对超细粉体的分级技术研究较早（早在五、六 十年代），采用X光透过法、激光法、沉降法先进方 法，可以测出0.1～100μ m的颗粒，精确度和自动化 程度都很高。?国内：大多数陶瓷厂家还仅仅使用筛分法来表示和控 制原料的细度，此法只能测定粒径大于40μ m的大颗 粒，较粗糙，精确度不高。第二节 粘土类原料2.4 ——粘土的组成? 颗 粒 组 成 —— 表 示方法? 统计的表 示方法： 理论上 粘土的分布是连续的曲线 ， 据统计的 表示方法 ，把尺寸分段， 做方框图 ，连接得分布曲线。第二节 粘土类原料2.4——粘土的组成? 颗粒组成——表示方法? 百分比表示方法：某一粒径的颗粒数量（或重量） 占总数量（或总重量）的 百分比。第二节 粘土类原料?2.5——粘土的工艺性质 ? 可塑性 为工业生产的一个重要指标? 定义：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发 生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维 持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为 可塑性。 ? 表示方法：可塑性指数，可塑性指标。?2.5——粘土的工艺性质第二节 粘土类原料? 可塑性 ? 粘土可塑性的大小主要决定于固相与液相 的性质和数量。 ? 固相的性质指固体粉料类型、颗粒形状、 颗粒大小及颗粒分布、颗粒的离子交换能 力等。 ? 液相的性质指液相对固体的浸润能力和液 相的粘度。 ? 固相与液相的比例影响可塑性第二节 粘土类原料? 2.7 ——粘土的工艺性质 ? 可塑性——可塑性指数? 可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差 ）? 可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。? 液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。第二节 粘土类原料2.7——粘土的工艺性质? 可塑性——可塑性指数? 可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差 ）? 塑限W1——反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能 相对滑动而出现可塑性的含水量。塑限高，表明粘土颗粒的水 化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 ? 液限W2——反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明 颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。? Ｗ降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 可塑性——可塑性指标 ? 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以 这时的相应含水率表示。 ? 可塑性指标——反映粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型 应力小，应变大——旋坯成型4 ． 再 压 扁 成 圆 片 。5 ． 像 卷 席 子 一 样 将 泥 片 卷 起 ， 把 一 端 捏
第二节 粘土类原料2.7——粘土的工艺性质?可塑性第二节 粘土类原料2.7——粘土的工艺性质? 可塑性 ? 陶瓷生产中为了获得成形性能良好的坯料， 除了选择适宜的粘土外，还可调节坯料的可 塑性以满足生产上对可塑性的要求。提高坯 料可塑性的措施有： ? ①将粘土原矿进行淘洗，除去所夹杂的非 可塑件物料，或进行长期风化。 ? ②将湿润了的粘土或坯料长期陈腐。第二节 粘土类原料2.7——粘土的工艺性质? ? ? ? 可塑性 ③将泥料进行真空处理，并多次练泥。 ④掺用少量的强可塑性粘土。 ⑤必要时加入适当的胶体物质如糊精、胶体SiO2、 Al(OH)3、羧甲基纤维素等一般日用陶瓷生产中不用 此法。 ? 降低坯料可塑性的措施有： ? ①加入非可塑性原料如石英、瘠性粘土、瓷粉等。 ? ②将部分粘土预先煅烧。第二节 粘土类原料2.7——粘土的工艺性质? 可塑性 ? 粘土的可塑性能根据可额指数或可塑指标 分为以下儿类：强塑性粘土指数＞15或指 ? 标＞3. 6；中塑性粘土指数7一15或指标 2．5—3．6；弱塑性粘土指数1—7或指标 ＜2．5； ? 非塑性粘土指数＜1。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 结合性? 定义：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。? 粘土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量，而结合 力的大小又与粘土矿物的种类、结构等因素有关。 ? 一般而言，可塑性强的粘土其结合力也大。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 结合性? 指标：实验室中粘土的结合力通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂（颗粒组成为:0.25～0.15mm70%，0.15～ 0.09mm 30%）的数量及干后抗折强度来反映。 ? 一般加砂量＞50%为结合力强的粘土，加砂量在25%～50%为 中等结合力粘土，加砂量＜20％为结合力弱的粘土。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 离子交换性 ? 起因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，而出现电荷而吸附反电荷，这些 反电荷又可被置换。? 表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位： mol×100／g。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 离子交换性? 交换容量大小：Ｈ+&Al3+&Ba2+&Sr2+&Ca2+&Mg2+&NH4+&K+&Na+&Li+? 除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附， 但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上， 取代顺序如下：OH-&CO32-&P2O74-&CNS-&I-&Br-&Cl-&NO3-&F-&SO42-第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 离子交换性? 影响离子交换能力的因素：? 离子性质； ? 粘土矿物的种类和有序度及分散度，有序度高则交换能力差； ? 有机物质的含量和粘土矿物结晶程度，一些活性基因-OH，COOH具有吸附阳离子的能力。结晶程度差，交换能力强。 ? 不同离子对粘土性能有影响。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 触变性? 定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度 会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之， 相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下 会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复 无数次，统称为触变性。? 泥料触变性过小时，成形后生坯的强度不够， 影响脱模与修坯的品质。而过大的泥浆在管道 输送过程中会带来不便，成形后生坯也易变形。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 触变性? 产生触变性的原因：由于粘土片状颗粒的活性 边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形 成局部边－边或边－面结合，使粘土颗粒之间 常组成封闭的网络状结构。这时，泥料中的大 量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使 整个粘土－水系统好像水分减少，粘度增加， 变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏松 和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时， 网络即被破坏，又呈流动状态。水渗入晶体之 间2.7 ——粘土的工艺性质?触变性第二节 粘土类原料? 粘土的触变性主要取决于粘土的矿物组成、 粒度大小与形状、水分含量、使用电解质 种类与用量，以及泥料(包括泥浆)的温度等。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 触变性——厚化系数? 泥浆厚化系统：触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之 比或剪切应力变化的百分数来表示。 ? 泥浆厚化系数＝τ 30min／τ 30sτ 30min——100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间 τ 30s——— 100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 触变性——厚化系数? 可塑泥团的厚化系数为静置一段时间后，球体或锥体压入泥团 达一定深度时剪切强度增加的百分数。 ? 泥料厚化系数＝（Ｐn -Ｐ0）／Ｐ0×100％Ｐ0——泥团开始承受的负荷g Ｐn——泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同深度时，泥团承 受的负荷g? 泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 膨化性? 粘土与水调和后，体积会不同程度有所增加。 ? 原因：粘土在吸附力，渗透力及毛细管力的作用下， 水分进入粘土颗粒的晶层之间或在胶团之间所致。? 膨化性能用膨胀容表示，指粘土在水溶液中吸水膨胀后，单位重量（g）所占的体积。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 干燥及烧成收缩使颗粒靠拢。? 影响因素：收缩情况与组成，含水量，阳离子交换能 力，细度及其它工艺性质有关。 ? 表示方法：线收缩率ＳＬ与体积收缩SV率。? 原因：泥团中的结合水，粘土颗粒的水化膜水分排出，第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质?干燥及烧成收缩? 线收缩率：ＳＬ＝（Ｌ０-Ｌ１）／Ｌ１×100%Ｌ０——试样成型后的原始尺寸长度 Ｌ１——试样干燥后或烧成后的长度? 体积收缩率：SV ＝（ V０ － V１）／ V０ ×100%V０——试样成型后的原始体积V１——试样干燥后或烧成后的体积第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质?干燥及烧成收缩v ? 线收缩与体积收缩的关系式为： Sl ? (1 ? 3 1 ? 100 ) ? 100%S? 由于干燥收缩以成型后试样的长度为标准，烧成线收缩以烧成 后试样的长度为基准，因此总收缩Ｓt并不等于干燥线收缩SLd与烧成线收缩SLf之和。? 干燥线收缩与烧成线收缩之间的关系： ＳＬf＝（Ｓt－ＳＬd）／（100－ＳＬd）×100% ?第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 烧结性及耐火度? 原因：粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。 脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基 本理论。 ? 耐火度：表征粘土原料抵抗高温作用不致融化的性能指标。? 表示方法：? 烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率 ? 耐火度：三角锥第二节 粘土类原料? 2.7 ——粘土工艺性质——烧结性T1：开始烧结温度：开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。 T2：烧结温度：液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低-烧结。 T3：软化温度，随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常 T1 T2 T3 收 气缩 率 % 30 20 10 孔 率 % 9 6 3 收 缩 率气 孔 率200800120014001600温度℃第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 烧结性及耐火度? 烧结变化过程：? Ｔ1——气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超过800℃。? Ｔ 2——温度继续升高，液相有一定数量并填充于气孔中，开 口气孔降至最低，收缩率达最大。此时试样致密度最高。? Ｔ 3——温度继续升高，液相不断变多，以致不能维持试样原 有形状而发生变形这种情况的最低温度。? Ｔ2～T3 ——烧结范围。第二节 粘土类原料? 2.7 ——粘土的工艺性质? 烧结性及耐火度? 烧结影响因素：从化学组成来看，碱性成 分多、游离石英少的粘土易于烧结，烧结 温度也低；从矿物组成来看，膨润土、伊 利石类粘土比高岭土易于炔结，烧结后的 吸水率（5%）也较低。 ? 烧结范围：杂质，宽好。第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 烧结性及耐火度——耐火度测定方法? 三角锥法：将一定细度的粘土原料（& 0.2mm）制成一 个 等 边 截 头 三 角 锥 （ 上 底 2mm ， 下 底 8mm ， 高 测出三角锥的顶端软化下弯至锥底平面时的温度）。30mm，截面正三角形）干燥后，在一定升温制度下，第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? 烧结性及耐火度——耐火度影响因素 ? AI2O3 含量高其耐火度就高，碱类氧化物能 降低粘土的耐火度。 ? 通常可根据粘土原料中的AI2O3 ／SiO2比值 来判断耐火度。比值愈大，耐火度愈高，烧 结范围也愈宽。
第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质 ? 烧结性及耐火度——耐火度测定方法? 计算法：耐火度也可根据粘土的化学成分进行近似计 算：Ｔ＝5.5A＋1534－(8.3Ｆ+2∑M) ×30/AＴ——耐火度 Ａ——氧化铝含量％ Ｆ——氧化铁含量％ ∑Ｍ——TiO2，MgO，CaO和R2O总量％ ? 该公式适用于Al2O3含量在15～50%的粘土，各百分含量须换 算为无灼减量。第二节 粘土类原料 2.7 ——粘土的工艺性质? 粘土加热的变化 ? 粘土在加热过程中发生脱水、分解、析出新 晶相等物理和化学变化较为复杂，在研究中 由于条件不完全一致，对粘土的加热变化， 尤其是高温下的相变，出现很多看法。 ? 粘土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱 水阶段与脱水后产物的继续转化阶段。您 还
第二节 粘土类原料 2.7 ——粘土的工艺性质Al2O3? 2SiO2 ? 2H2O=Al2O3 ? 2SiO2 +2H2O偏高岭石500-600℃2Al2O3 ? 4SiO2 = 2Al2O3 ? 3SiO2+SiO2700℃-800℃脱水后变化Al-Si尖晶石3（2Al2O3 ? 3SiO2）= 2（3Al2O3 ? 2SiO2）+ 5SiO2Al-Si尖晶石925℃，1050℃变化莫来石各类粘土都生成莫来石方石英第二节 粘土类原料2.7 ——粘土的工艺性质? ①气孔率从900℃开始陆续下降，至l 200℃以后下降速度最 为剧烈。 ? ②失去部分质量现象主要发生在脱水阶段，脱水阶段后 仍有残留结构水排出而失去微小质量。 ? ②相对密度在900℃以前稍有降低，而在900一1000℃的 温度范围内相对密度大大增加，收缩异常显著。 ? ④收缩的开始温度则由于粘土的不同其开始温度也不同， 可在500一900℃，在900—1000℃以前一般收缩较缓 慢．至900一1000 ℃ 以上时收缩急剧增加，到达粘土的烧 结温度时(高岭石类粘土可达1350 ℃)收缩才终止。伊利石 的收缩终点可能较早。低融物液相填充，表面张力作用未 融颗粒靠近。 ? ⑤温度超出烧结温度范围时．将更新出现气孔增加、坯 体膨胀现象，乃至整个坯体熔融：对于一些杂质较多的易 熔粘土等，其发生的物理变化相似，但反应温度会有所不 同。第二节 粘土类原料? 2.8——粘土在陶瓷生产中的作用? 1.赋予泥坯的可塑性； ? 2.使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性； ? 3.在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及 最大堆积密度；? 4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。粘土中的 Al3O2含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程 度、烧结温度和软化温度的主要因素。? 5.是瓷坯中Al２O３的主要来源，也是烧成时生成莫来石 晶体的主要来源。第二节 粘土类原料? 2.8——我国的粘土原料资源丰富：一般来说，北方粘土往往在化学组成 上含Al2O3、TiO2和有机物较多，含游离石英和铁 质较少，因而可塑性好，吸附力强，耐火度较高， 不需淘洗即可使用，生坯强度较高，可以内外同 时上釉，由于铁质少，可用氧化焰烧成。 南方的高岭土和瓷土等含游离石英和铁质较多， 含TiO2和有机物较少，因而可塑性较差，耐火度 较低，往往需先淘洗而后使用，生坯强度也较差， 需要分内外两次上釉，由于铁质多，常用还原焰 烧成。第三节 硅质原料? 3. 1 石英 (quartz )—— 二氧化硅 SiO2俗称玛瑙、水晶；我们专业接触最多的——硅酸盐专业； 在地壳中的丰度为60%；是最常见的矿物：泥、沙石等多数 是硅酸盐矿物。自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石 英? SiO2矿物种类? SiO2多晶转变的特性? SiO2在陶瓷生产中的作用? 习题石英水晶－结晶良好的 纯度高的石英水晶－结晶良好的石英第三节 硅质原料? 3. 1 石英 —— 二氧化硅 SiO2? 由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石 英称为水晶。因水晶产量很少，除了制造石英玻璃外，一般 无机非金属材料制品无法采用。 ? 在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料第三节 硅质原料? 3. 1 石英——氧化硅SiO2? 含SiO2的矿物种类：? ? ? ? 脉石英： 石英砂： 砂岩： 石英岩：? 燧石? 硅藻土
第三节 硅质原料? 3.1 石英——氧化硅SiO2? 全国各地硅质原料举例：SiO2 山东泰安 99.48 湖南长沙 99.50 广东潮安 99.53 内蒙包头 99.79 山西闻喜 98.05 Al2O3 0.36 0.10 0.19 痕迹 / Fe2O3 CaO 0.10 0.30 痕迹 0.06 / / / / 0.18 / MgO / / 0.04 / 0.10 K2O / / / / / Na2O 痕迹 / / / / 烧失 0.03 / / 0.34 /第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——脉石英? 致密结晶态，火成岩。? 外观特点：纯白，半透明呈油脂光泽，断口呈贝壳状。? SiO2&99%，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。脉石英是由地下岩浆分泌出来的SiO2的热水溶液填充沉淀在岩石裂缝中形成的。外观呈乳 白色、白色，致密坚硬。石英为显晶质，结晶颗粒粗大，在2mm以上。第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——砂岩? 碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为：石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母质砂岩，硅质砂岩。? 陶瓷中仅用：硅质砂岩。 ? SiO2 含量 90～ 95%。?石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2 ， 石英砂的颜色为乳白色或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽， 相对密度为2.65，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1750℃。第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——石英岩? 硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。 ? 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。 ? SiO2 ＞ 97％。 ? 加热晶型转变困难。? 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。
第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——燧石? 隐晶质SiO2 ，SiO2 液经化学沉积在岩石夹层中， 硬度高。 ? 陶瓷工业常做研磨材料：砌筑球磨机内衬，研磨 体球石用。? SiO2&98%。
第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——石英砂?花岗岩、伟晶岩风化的产物，水流冲刷自然聚集， 可简化工艺。 ?杂质多，成分变化波动较大。?河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。?平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。 ?东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。第三节 硅质原料? 3.1 石英——SiO2——硅藻土? 溶于水的部分二氧化硅,被微细的硅藻类水生物吸取,沉淀演变而成为含水的非晶质二氧化硅。? 具有多孔隙。? 可做绝热材料，多孔陶瓷等。
第三节 硅质原料? 3.2 石英——SiO2物理性质? 外观：视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色， 半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。 ? 硬度：莫氏硬度为7。 ? 密度：晶型不同密度不同，变动范围2.22—2.65。 ? 化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用， 生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态 物质。 ? 熔融温度范围：1400?C—1770?C，由SiO2的形态和杂质含 量决定。第三节 硅质原料? 石英四面体以顶点连接的三维空间， 共价键，紧密，空隙小，纯净，硬度 与强度高，熔融温度高。由于四面体 之间的连接方式不同而有不同晶形。第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2多晶转变? 常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下相互转化：870℃?—石英±16% 573℃ ±0.82%?—鳞石英?—鳞石英117℃1470℃?—方石英1713℃熔融态石英急冷±4.7% 163℃ ±0.2% 180~270℃ ±2.8%石英玻璃?—石英±0.2%?—鳞石英?—方石英第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2多晶转变的特点?高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化） 由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。 ? 低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变） 由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变 化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2多晶转变特性? 自然界中石英大部分以?—石英存在，很少以鳞石英或方石 英的介稳状态存在。? 石英多晶转变的体积效应：一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小， 且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。 二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效 应大，无液相，对内应力，坯体影响大，必须严格控制。第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2多晶转变特性? 石英理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化在 平衡态下进行。 ? 陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是否 有矿化剂，都经过半安定方石英这一过渡状态，参见实际转 化示意图。第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2晶型实际转化示意图半安定方石英 1470℃ ?—方石英无干 矿 转 1050 ℃开始， ℃强烈 化化 剂?-石英有湿 矿转 化化 剂 700—900 ℃开始， ℃明显半安定方石英 ℃?—鳞石英第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2晶型实际转变情况? 实际转化时升温快，常出现过渡状态（半安定方石英）但无论是否有矿化剂，?—石英的转化过程都经过半安定方 石英阶段。 ? 有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形成 方石英。 ? 矿化剂：RO，R2O；矿化剂来源：熔剂性原料。? 在普通陶瓷生产过程中，石英的转化主要是二级转化，而不是一级转化。? 实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在1300 ℃），最终 石英以半安定方石英存在，即所说的方石英。第三节 硅质原料? 问题一：为什么普通陶瓷胎体中无鳞石英？? 矿化剂：游离的钾钠离子矿化作用最强，其次为钙镁离子。但 钾钠离子以 长石形式加入，钾钠离子与长石结合牢固，起不到矿化剂的作用，所以无鳞石英。当长石和CaO同时加入做矿化剂， CaO取代长石中的钾离子，则钾离子游离出来，起到矿化剂的作 用。 ? 浓度：由于?—石英? ?—鳞石英为析晶过程，必须有一个饱 和浓度，而半安定方石英溶解速度大，在陶瓷生产配方范围内难 达饱和，不可能形成鳞石英。? 在陶瓷实际生产过程中，无鳞石英产生的条件，所以在瓷相的显微结构中无鳞石英。第三节 硅质原料? 3.2 ——SiO2晶型转化与生产应用? 石英预烧，利于粉碎：1000 ?C煅烧 ? 急冷 ? 变松 ，利用 石英573 ?C晶型转化时的体积变化效应。? 炻器、建材、彩釉砖，尽量减少石英用量，或使石英颗粒尽量细，以适应快速烧成的特点。? 陶瓷的烧成过程，必须注意升降温速度的问题，之所以要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程中伴随着体积 的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或收缩在极短的时间完 成，会造成坯体或制品开裂。第三节 硅质原料? 3.3 ——SiO2在陶瓷生产中的作用? 烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。 ? 烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体 的骨架，防止坯体软化变形。 ? 可提高坯体的机械强度，透光度，白度。 ? 釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。?第二节 硅质原料? 3.4 ——陶瓷工业对硅质原料的质量要求 ? 控制 SiO2含量：细瓷，釉料，高压电瓷＞98%；墙地砖要求＞ 85%。 ? 控制杂质（Fe2O3与TiO2）含量：高档白瓷：白度大于75?，Fe2O3 ? 0.3%；高压电瓷： Fe2O3+TiO2 ? 0.6%（ Fe2O3高温分解， 有气体产生，留下气孔，高压下易被击穿。 ? 其它炻器、卫生瓷据白度而定。第二节 硅质原料? 1.2.4 ——习题 ? 常见的石英的类型？? 石英横向和纵向晶型转化的体积效应？ ? 石英的外观特征？? 在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？? 在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些影响？ ? 石英的作用？ ? 在生产高档细瓷时对石英成分的要求？第四节 熔剂性原料4.1 —— 要? 定义与分类? 长石类熔剂 ? 对长石质量要求 ? 长石的作用 ? 其它熔剂性原料 ? 习题目第四节 熔剂性原料? 4.1 —— 定义与分类? 定义：小于1400?C烧成温度范围内，某一原料本身产生熔体，或与其它原料共熔形成熔体，由于熔体的产生使产品在低温下 烧成,具有这一特性的原料叫熔剂性原料。? 分类：? 自熔性熔剂：在烧成温度下，原料本身自动产生熔体，形成液 相。如：长石。 ? 共熔性熔剂：在烧成温度下，不能形成液相，而与其它原料共熔形成熔体。如：骨灰（骨灰熔点：1700 ?C ，但骨灰+ 石英：1240 ?C ）第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 种类：长石是地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩 中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅 酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自 然界中长石的种类很多，归纳起来都是由：? 钾长石、钠长石、钙长石和钡长石? 四种简单的长石组合而成。? 产地：湖南平江，陕西洛南，福建将乐、建宁、仙游。第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 种类：长石(feldspar) 构特点分为： ? 钾长石：K2O?Al2O3?6SiO2 ? 钠长石：Na2O?Al2O3?6SiO2 ? 钙长石：CaO?Al2O3?2SiO2['feldspɑ:]为架状硅酸盐结构，据结? 钡长石：BaO?Al2O3?2SiO2? 产状：自然界中，纯的长石较少，共生矿物有：石英，云母， 霞石，角闪石。其中云母，角闪石为有害杂质。含石英，霞石 的可考虑做原料使用。第四节 熔剂性原料 4.2——长石类熔剂第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 钾长石 KAS6 ：1150±20℃分解为白榴子石，全部熔融，范围宽，高温粘度大。 ? 钠长石NaAS6 ：1120 ℃开始熔融，液相稳定，粘度低，易变形； ? 钙长石CaAS2：熔点高达1550 ℃，熔融范围宽，熔体不透明， 度小，机械强度大。 ? 钡长石 BaAS2：熔点高达1715 ℃，熔融范围不宽，可人工合成， 电学性能好 。 ? 混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混 合形成共熔体。
第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 我国长石资源丰富，分布很广，其化学组成和矿物组成也有很大差别，下表列出了我国几种优质长石的化学组成： 名 称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 0.40 0.17 / / 0.58 / / 11.80 2.49 0.21 0.46海城长石 65.52 18.59 平江长石 63.41 19.180.76 13.97 2.36忻县长石 65.66 18.38闻喜长石 64.62 19.980.170.17///0.3213.37 2.64 0.338.72 4.51 0.350.26 0.62第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 钾长石+钠长石： ? 钾长石和钠长石常以固熔体存在 钾长石和 钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶体折 射不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量 多时，形成条纹 。 ? 实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长石为 主的的钾钠长石。所谓的钠长石指以钠长石为主的钾钠长石。 ? 钾钠长石的命名方法： 钠长石含量 50% 透长石 钠长石含量 30% 正长石 钠长石含量 20% 微斜长石第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 钠长石 + 钙长石：? 钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。 ? 钠长石和钙长石命名方法： 钠长石 ? 90% 钙长石 ? 90% 钠长石 钙长石其余称统斜长石。第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂? 钾长石 + 钙长石：? 钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几乎不 互溶。 ? 在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长石的 熔融温度（1150?C? 1050 ?C ），所以调整配方时，钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度，尤其对于釉，利于釉的熔化和铺展。第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂——物理性质? 钾钠长石（含钾长石较多的） 外观：颜色为肉红色，粉红，个别的为白，灰，浅黄。 密度： 2.56 — 2.59 硬度： 6 — 6.5 断口呈玻璃光泽，解理清楚。 ? 钠钙长石 外观：颜色一般为白色，灰白色。 其它物理性质与钾钠长石相似。第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂——熔融特性? 长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。较宽的熔化温度范围。 ? 为使釉料在坯料烧结温度下成熟，要求釉料具有较高的始熔温 度，较宽的熔融温度范围。 ? 这就要求在烧成过程中，长石既具有良好的熔剂作用（即较高 的溶解其它物质的能力），又使熔融液相具有较高粘度（坯体 不易变形坍塌；釉料不易流釉）。? 为使坯体既易烧结，又不变形，则希望长石有较低的熔化温度，变形第四节 熔剂性原料? 4.2——长石类熔剂——熔融特性? 熔化温度范围：作为纯的钾钠钙长石有固定的熔点，但实际上只有一个熔化温度范围：常是几种长石的互溶物，加之一些杂质在内，使之无固定熔点，钾长石 1130?C — 1450?C ?T=320 ?C 钠长石 1120?C — 1250?C ?T= 130?C 钙长石 1250?C — 1550?C ?T=300 ?C ? 从以上可以看出：钾长石的始熔温度不是太高，且其熔融温度 范围宽，这与钾长石熔融反应有关。第四节 熔剂性原料? 4.3——对长石质量要求? 一般要求高温粘度大，高温粘度系数小。 但对于快速烧成的，则高温粘度不应太大，高温粘度系数 不宜太小。所以常用钠长石达到低温快烧的目的 。 ? 组成的要求（国标）：%。 ? K2O+ Na2O Fe2O3 Al2O3 MgO+ Na2O ? CaO ? 一级 ? 11 ?4 ? 0.2 ? 17 ? 2 ? 二级 ? 1 ? 0.5 ? 17 ? 2 ? ? 一级长石可做高级细瓷的坯釉。二级长石可做普通白瓷，不 可做釉。第四节 熔剂性原料? 4.3——对长石质量要求? 一级长石可做高级细瓷的坯釉。二级长石可做普通白瓷，不可做釉。? 陶瓷生产中使用的长石要求其熔化温度低于1230℃，Al2O3含量为15-20%，K2O +Na2O &13%，（其中Na2O&3%）Fe2O3&0.5%。? 玻璃行业对长石的要求为：Al2O3&16%，K2O +Na2O&12%，Fe2O3&0.3%。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——长石的作用? 在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的 主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低 烧成温度。 ? 熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；液 相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷 体的机械强度和化学稳定性。 ? 长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯 体机械强度，改善透光性能及电学性能。 ? 作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的 干燥收缩和变形。? 在釉料中做熔剂，形成玻璃相。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 长石的代用品：? 伟晶花岗岩 钠霞石：Na2O?Al2O3?2SiO2? 霞石正长岩? 酸性玻璃熔岩钾霞石：K2O?Al2O3?2SiO2锂霞石：LiO?Al2O3?2SiO2第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 1.伟晶花岗岩由石英和杂质的含量决定能否使用。? 一般要求：Fe2O3在0.5%以下，碱成分不小于8% ，CaO不大? 矿物成分：石英，长石及少量的杂质。其中石英的成分波动大。于2% ，K2O/Na2O质量比不小于2；石英：25%—30%，长石：60%—70%。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 2.霞石正长岩 ? 矿物成分：长石，霞石(Na,K)AlSiO4，杂质。 ? 特点：? 1060 ?C开始熔化，随碱含量的不同在1150 —1200 ?C范围内波动；K2O为主 要成分，高温粘度系数小。 ? Al2O3的含量比正长石高（一般在23%左右），几乎不含游离石英，且高温下能溶解石英，所以，熔融后高温粘度大；含铁多，需精选。? 结论：适于快烧，且烧成温度范围宽，霞石正长岩代替长石，可使坯体生产烧成时不易沉塌变形，热稳定性好，机械强度高。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 3.酸性玻璃熔岩 ? 矿物成分：属火成玻璃质岩石，主要由玻璃质组成， 含SiO2、较多,一般为65～75%。碱金属氧化物RO为 8～9%。含Fe、Ti等着色氧化物较少。 ? 主要为：浮岩，珍珠岩，松脂岩，黑曜岩。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 种类：? 碳酸锂：Li2CO3，工业原料 ? 锂云母：LiF · · 2O3 · KF Al 3SiO2，江西宜春 ? 锂长石（叶长石）： Li2O· 2O3 · Al 8SiO2，津巴布韦 ? 锂辉石：Li2O· 2O3 · Al 4SiO2，澳大利亚，新疆可可托海，陕西。? 作用：强熔剂，膨胀系数很小，可做耐热陶瓷，配制 低膨胀或负膨胀釉。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 锂辉石 ? 化学式：锂辉石结构式为LiAl（SiO3）2 ? 理论组成：Li2O 8.02%，SiO264.58%,，Al2O327.4%。? 结构：为单斜晶系，链状结构。晶质粗大，呈长柱状，集合体为板状和致密块状。锂辉石有三种同质多相变体，?、?、?-锂 辉石。其中只有?-锂辉石低温稳定存在，所以自然界中存在的 锂辉石为?-锂辉石。 ? 特性：颜色为浅灰白色，常带有浅绿和黄绿色调。架状结构硬度为6.5～7，相对密度为3.13～3.2。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 锂辉石 ? 加热变化：? 锂辉石加热到850 ℃开始由?-锂辉石转变为?-锂辉石。 ? 1000 ℃时转化趋于完全，此时出现亚稳态的?-锂辉石， ? 1100 ℃时?-锂辉石转化为?- 锂辉石 ? 加热到1430 ℃时达到不一致熔融，其中视杂质含量的多少可为?— 锂辉石固熔体。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 锂辉石 ? 化学式：锂辉石结构式为LiAl（SiO3）2 ? 理论组成：Li2O 8.02%，SiO264.58%,，Al2O327.4%。? 结构：为单斜晶系，链状结构。晶质粗大，呈长柱状，集合体为板状和致密块状。锂辉石有三种同质多相变体，?、?、?-锂 辉石。其中只有?-锂辉石低温稳定存在，所以自然界中存在的 锂辉石为?-锂辉石。 ? 特性：颜色为浅灰白色，常带有浅绿和黄绿色调。硬度为6.5～7，相对密度为3.13～3.2。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 锂辉石 ? 加热变化：? 锂辉石加热到850 ℃开始由?-锂辉石转变为?-锂辉石。 ? 1000 ℃时转化趋于完全，此时出现亚稳态的?-锂辉石， ? 1100 ℃时?-锂辉石转化为?- 锂辉石 ? 加热到1430 ℃时达到不一致熔融，其中视杂质含量的多少可为?— 锂辉石固熔体。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——锂质原料? 锂云母： ? 构造式：KLi [Al（OHF）2] Al（SiO3）3，化学组成不定。 ? 又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型结构的硅酸盐。 ? 锂云母为单斜晶系，晶体呈板状或短柱状，通常以片状或细鳞 片状集合体产出。 ? 外观：颜色为玫瑰色，浅紫色，有时为白色。 ? 特性：硬度为2.5～4，比密度为2.8～2.9。烧后为黄玉色，于1300 ℃完全熔化。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料-碱土硅酸盐原料? 滑石：Mg硅酸盐类 ? 化学式：硅酸镁矿物，3MgO· 4SiO2· 2O H? 理论组成：MgO 31.88%，SiO2 63.37%，H2O 4.74%? 结构：单斜晶系，晶体为六方或菱形板状，层间仅以微弱的键力吸引，联系很不牢固，层间极易裂成薄片。常见的有两 种形态：。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 滑石：Mg硅酸盐类? 外观：纯滑石为白色，含杂质为淡绿， 浅黄，浅灰，粉红，淡褐。脂肪光泽，有滑腻感。粗鳞片状与细鳞片致密块状集合体（块滑石）? 莫氏硬度为１，密度2.7～2.8。 ? 加热时于600 ?C左右开始脱水，880～970 ?C范围内完全排除，滑石分解为偏硅酸镁和二氧化硅：3MgO· 4SiO2· 2O?3（MgO· 2）+SiO2+H2O H SiO ? 片状结构不易粉碎，成型时定向排列易开裂，预烧破坏其片状结 构：滑石 600-850℃ 脱水 970-1000℃ 层状结构 链状（原顽辉石）第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 滑石 —— 作用 ? 熔剂：降低烧成温度，在较低温度下形成液相，促进莫来石的 生长，同时扩大烧成温度范围。 ? 提高坯体白度，透明度，机械强度，和热稳定性。 ? 提高釉的弹性，热稳定性，加宽釉的熔融温度范围。? 应用：日用瓷，釉面砖，电瓷（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质窑具。 ? 产地：辽宁海城，山东栖霞，广西陆川，江西广丰等。第四节 熔剂性原料4.4 ——其它熔剂原料-碱土硅酸盐原料? 蛇纹石与滑石同属镁的含水碳酸盐矿物，结晶构 造式为Mg3[Si2O5 ](OH)4，化学通式3MgO?2SiO2 ?2H2 0，其理论化学组成是：MgO 43.0％， SiO244.1％， H2 0 12.9％。 ? 常含铁、钛、镍等杂质，铁含量较高。? 3MgO· 2SiO2· 2O?2MgO· 2+MgOSiO2+2H2O 2H SiO ? 镁橄榄石 顽火辉石? 蛇纹石单斜晶系，晶体发育不完全，呈微细的鳞 片状和纤维状集合体，有的呈致密块状，有时夹 杂极薄的石棉细脉。一般蛇纹石性质较柔软，外 观呈绿色或暗绿色，具有玻璃或脂肪光泽。硬度 2．5—3，相对密度2．5—2．7。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料 ? 硅灰石-透辉石-透闪石? 化学式：硅灰石- CaO?SiO2 透辉石- CaO· MgO· 2SiO2 透闪石- Ca2Mg5[Si4O11]2[OH]2第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料 ? 硅灰石? 理论组成： CaO48.25%、SiO251.75%? 结 柱状。 ? 应 用：日用瓷，釉面砖，电瓷 构：三斜晶系。单晶体板状， 片状，集合体为片状，纤维状，块状，（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质窑具。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 硅灰石——在坯体中作用—低温快烧? 本身不含挥发分，也不热分解，干燥烧成收缩小，热膨胀系数 小，可快速烧成。 ? 降低烧成温度，节省能耗，高温下可与粘土生成钙长石及方石 英（约900-1000℃）。 ? 改善生坯质量，提高产品性能：晶体针状，长柱状，纤维状， 成型后晶体呈网状交织，水分可快速干燥，提高生坯强度，反 应生成钙长石起增强加固作用，膨胀系数小，提高抗热震性。 ? 烧成范围窄：易生成钙质玻璃，其粘度随温度升高迅速降低， 易使产品变形；可加入Al2O3 ，SiO2， ZrO2 等提高液相粘度，从 而扩大烧成范围。 ? 坯体白度降低：硅灰石链状结构能固溶Fe,Mn等离子，但高温 相变时，结构发生了相变，由链状变为环状，原来固溶的离子 就溶出形成着色氧化物，造成白度降低。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料 ? 透辉石 CaO· MgO· 2SiO2? 理论组成： CaO 25.9%、MgO 18.6%、SiO2 55.5%? 性 质：熔点1391 ?C ，密度3.3， 硬度5～6，玻璃光泽，呈灰、黄、浅 绿到深绿等色。 ? 应 用：建筑卫生陶瓷。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料? 透辉石——在坯体中作用—低温快烧? 降低烧成温度：降温幅度150～200℃ 。? 快速烧成：针状、柱状等晶型提供坯体水分快速逸通路,，可 快速干燥；不含有机物、结晶水、吸附水等，无明显吸热、放 热效应，不发生快速相变，膨胀系数小,能够快速烧成。 ? 减少烧成收缩：透辉石质面砖烧成收缩约为0.3％～0.5％，而 普通釉面砖的收缩率为1％～1.5％左右。? 提高机械强度：透辉石质釉面砖主要以透辉石、石英为骨架， 钙长石、方石英及少量的莫来石与玻璃体填充空隙而构成交织 结构，因而使制品具有较高的机械强度。? 热稳定性好：坯釉料结合较好。?4.4 ——其它熔剂原料第四节 熔剂性原料? 透闪石- Ca2Mg5[Si4O11]2[OH]2 透闪石是双键 状结构的硅酸盐矿物，属于角闪石族单斜角 闪石亚族，变质矿物。 ? 透闪石作为陶瓷原料的特点与硅灰石相似， 亦适于快速烧成，但因晶体结构中有少量结 构水，其结构水的排出温度较高(10 50℃)， 故可能不适于一次低温快烧。另外，透闪石 矿常有其它碳酸盐伴生，使还体烧失量大， 气化率难以控制，也难以实现快烧，在使用 前应注意检选。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 主要为含碱土金属的碳酸盐矿物原料，一般做为熔剂 使用，在釉料中还可作为无光釉的无光剂。 ? 常用的有：方解石、石灰岩、大理石（CaCO3）,菱镁 矿、苦土（MgCO3），白云石（CaCO3MgCO3）,碳 酸钡（BaCO3）等碳酸盐矿物或工业纯原料。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 方解石、石灰石、大理石（CaCO3）? 化学式：CaCO3 ? 理论组成：CaO56%，CO244%。? 产状：无色透明的方解石称冰洲石；石灰石成分与方解石相似， 纯度比方解石差，作用与方解石相同，多为灰白色，灰黑色。 在石灰岩洞中生成的有钟乳石，石笋和石幔； 海洋生物遗骸形成软泥状沉积的为白垩；河流湖泊沉积的称石灰华。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 方解石、石灰石、大理石（CaCO3）? 结构：三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状，板状。? 性质：? 一般为白色或无色。玻璃光泽， ? 性脆，硬度3，密度2.6—2.8 ? 高温下(860---970℃)发生分解反应： 850 ℃左右开始分解，放 出CO2，950 ℃剧烈反应：CaCO3CaO+CO2第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 方解石、石灰石、大理石（CaCO3） ? 作用：? 烧成前，瘠性料骨架作用，缩短生坯干燥时间，减少干燥收缩? 分解后，熔剂作用。在坯料中，与粘土和石英在较低温度下反 应，缩短烧成时间，提高透明度，使坯釉结合紧密。 ? 釉料中，提高釉的折射率，从而使光泽度提高，改善透光性。 使用不当易乳浊（析晶），单独使用时，在用油或煤做燃料时易引起阴黄，烟熏。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 白云石（ CaCO3· MgCO3 ）? 化学式：CaCO3· MgCO3，? 理论组成：CaO 30.4%，MgO 21.9%，CO2 47.7%。? 性质： ? 三方晶系，为碳酸钙和碳酸镁的固熔体。单体为菱面体，集合 体为粒状，致密块状。 ? 一般为灰白色，有时为淡黄，褐，淡绿；玻璃光泽。 ? 硬度3.5—4.0。比密度为2.8—2.9，性脆。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 白云石（ CaCO3· MgCO3 ）? 分解：白云石高温下分解成CaO与CO2： MgCO3 800℃ MgO+ CO2 CaCO3 ? 作用：950℃CaO+CO2? 降低烧成温度，促进石英的转化与莫来石的形成，加 入釉中可提高透光性，不易乳浊。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 菱镁矿、苦土（MgCO3）? 化学式： MgCO3? 理论组成： MgO47%，CO253%。? 性质：? 三方晶系，晶体为菱面体，集合体为粒状，或致密块状。? 颜色由白到灰、黄或肉红。玻璃光泽，脆。硬度4—4.5，比密 度2.9—3.1。? 400 ℃开始分解，800 ℃—850 ℃迅速分解。 1100 ℃完全分解。第四节 熔剂性原料? 4.4 ——其它熔剂原料——碳酸盐? 菱镁矿、苦土（MgCO3）? 作用：? 用菱镁矿部分取代长石，可降低坯料的烧成温度，并减少液相 量。 ? 提高坯体的半透明性，机械强度。 ? 釉料中，加入菱镁矿引入MgO，作用与滑石类似，可加宽釉料 的熔融温度范围，改善釉层的弹性，稳定性。 ? 应用： 电子工业用的镁质瓷，其他陶瓷坯料很少用，常用滑石引入 MgO。第四节 熔剂性原料?4.4 ——其它熔剂原料——钙的磷酸盐? 骨灰是脊椎动物骨骸经一定温度煅烧后的产物。其 中绝大部分有机物被烧掉，而剩下无机盐类，其主 要成分是羟基磷灰石，其结构式为Ca10(PO4)6(OH)2， 另行少量的氟化钙、碳酸钙、磷酸镁等。 ? 骨灰在骨灰瓷中为主要原料，用量可达整个坯料的 一半左右，是骨灰瓷中主晶相β-Ca3(PO4)2的主要来 源。骨灰在细磨后呈微弱可塑性，为了保证骨灰瓷 坯料的成形塑性，增塑剂第五节 辅助原料? 5. 7——骨灰（磷酸钙）? 成分：属钙的磷酸盐，羟基磷灰石和少量的氟化钙、碳酸 钙、磷酸镁等。 ? 结构式：Ca10（PO4）6（OH）2 ? 用途：生产中使用的骨灰为为牛、羊、猪等的骨骼经一定 的温度煅烧后的产物。主要用于骨灰瓷的生产。 动物骨骼 蒸煮脱脂 煅烧 球磨 水洗（900～1300 ℃ ）烘干 陈化 ? 注意：煅烧要通风好，避免炭化发黑。除铁4.4 ——其它熔剂原料——钙的磷酸盐第四节 熔剂性原料? 磷灰石是天然磷酸钙矿物 ? 将磷灰石少量引入长石釉中，能提高釉面 光泽度，使釉具有柔和感，但用量不宜过 多，如P2O5含量超过2％时，易使釉面发生 针孔、气泡，还会使釉难熔。第五节 辅助原料?5 ——高铝质矿物原料5 .1 氧化铝 Al２O３地壳中含量非常丰富，岩石中平均含量15.34%，自然界 中丰度仅次于ＳiＯ2 。? Al２O３原料的矿物种类 ? Al２O３的主要晶型? Al２O３在陶瓷生产中的作用? 习题第五节 辅助原料? 5.1 ——含Al２O３的矿物种类? 工业氧化铝? ? ? ? ?高铝矾土 高岭土 红柱石 蓝晶石 硅线石第五节 辅助原料? 5.1——工业氧化铝? 外观特点：白色，松散的粉状晶体，许多微晶体组成的多孔球状集合体。? 主晶相：γ- Al２O３及α- Al２O３少量和极少量的β- Al２O３。? 主要杂质：ＳiO2 、Fe2O3 、Na2O等。 ? 平均粒径：40～70μm，气孔率达50%。? 来源：经天然铝土矿和高岭土经化学处理而得的工业原料。? ? γ- Al２O３ （低温形态）950 ～ 1500℃不可逆α- Al２O３(高温形态)。第五节 辅助原料? 5.1——高铝矾土(bauxite)? 外观：又称铝土矿，由铝的氢氧化物—一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石三种矿物组成（化学沉积岩）。常含高岭石、绿泥石、赤铁矿、水云母、石英等杂质，并为呈胶状态的含水氧化铁、 含水铝硅酸盐、蛋白石等矿物质所胶结。因胶结物质不同，铝土 矿颜色变化较大，自淡灰白、灰褐到黑色，有时有红色斑点。 ? 产地：河南巩县，贵州。第五节 辅助原料? 5.1——高铝矾土(bauxite)? 组成：化学成分变化较大，一般含Al2O3 40～75%, SiO2 1～2%, Fe2O3 0～37%, TiO21～8.5%, H2O 8～8.5%。? 性质：隐晶质结构，豆状或块状构造，密度约2.5；吸水性小，有时有磁性，具粗糙感。 ? 用途：铝土矿是提炼金属铝的重要矿石，优质铝土矿可作人工 磨料、矾土水泥原料和耐火材料。 ?煅烧时的变化：400-1200℃分解阶段，-1500 ℃二次莫来石化，
℃重结晶烧结铝矾土第五节 辅助原料? 5.1——硅线石族原料? 硅线石族原料：指硅线石、红柱石和蓝晶石三种矿物， 它们是同质多象变体 。无水铝硅酸盐，化学组成相同第五节 辅助原料?5.1——硅线石(silimanite) Al2O3· 2 SiO? 外观：灰色、浅褐、浅绿等色。? 晶相：斜方晶系，常呈针状和柱状晶体，集合体呈放射状和纤 维状，有时在其它矿物中呈毛发状包裹体存在。 ? 组成：化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,含Fe2O3 可达2-3%。 ? 性质：硬度7，密度3.23-3.25。熔点1850℃，是一种高温变质矿 物。硅线石加热至1545℃变为富铝红柱石，再加热至1810℃时变 为刚玉与玻璃，反应时产生的体积不明显。具有高的耐火度、不 溶于氢氟酸和良好的机械性能等优良性质。 ? 用途：因此可以用作高级耐火材料、特种陶瓷、炼制铝硅合金 等。
第五节 辅助原料? 5.1——红柱石(andalusite)? 外观：俗称菊花石。呈灰色、褐色或浅红色。 ? 组成：工业用矿石一般含75～85%的红柱石，少量叶腊石、云母、金红石褐刚玉等伴生矿物。化学组成与蓝晶石相同，常含有Mn、Fe等杂质。 ? 晶相：斜方晶系，晶体呈柱状，集合体呈粒状或放射状。 ? 性质：硬度7-7.5，密度3.1-3.2。高温煅烧红柱石时，于1900℃ 开始分解，生产莫来石和游离SiO2，分解时无明显的体积膨胀。? 用途：红柱石具有高的耐火度及化学稳定性和良好的机械强度，可用作高铝质耐火材料、高技术陶瓷原料，色美透明者可作宝石。红柱石第五节 辅助原料? 5.1——蓝晶石(cyanite)? 外观：又名二硬石，常为兰色或青色。? 晶相：三方晶系，晶体呈扁平柱状，有时呈放射状集合体。 ? 性质：硬度随方向而异，平行于晶体延长方向硬度4.5，而垂直? 组成：化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,常含Fe、Cr等混合物。晶体延长方向为6.5～7，故有二硬石之称。密度3.56～3.68。蓝晶石在高温煅烧时，于1200℃开始分解生成莫来石和游离SiO2，伴 随这种反应产生约15%的体积膨胀。 ? 用途：所以需预先煅烧方能在耐火材料和陶瓷工业中应用。蓝晶石第五节 辅助原料? 5.1——Al２O３的主要晶型（α-， γ-， β-）?α -Al２O３ （高温形态）? 晶型：稳定的高温形态、刚玉、三方柱状晶体，O2-六方紧密堆积，Al3+填充６个O2-围成的八面体中心。由于Al3+与O2-个数比例为2:3，所以Al3+只能填充O2-八面体空隙的2/3。?性质： 熔点高 硬度大 刀具 切削工具 耐化学腐蚀 容器内衬 炼钢高炉内衬 介电性能优良 装置瓷?用途： 耐火材料 耐高温陶瓷第五节 辅助原料?5.1——Al２O３的主要晶型（α-，?γ -Al２O３（低温形态）? 晶型：O2-立方紧密堆积，Al3+填充于O2-空隙中，尖晶石型结 构。 ? 特性：晶格松散，堆积密度小，比重小，呈多孔球体，吸附 能力强，常含一定的杂质，自然界中不存在。 ? 加热：γ-Al２O３加速杂质逸出NH4F ，CaF2 ，AlF3 α-Al２ O３γ-， β-）催化剂可降低转化速度，H3BO3第五节 辅助原料? 5.1——Al２O３的主要晶型（α-， γ-， β-）?β-Al２O３? 是一类铝酸盐的总称，通式为M2O?xAl2O3，M可为 Na+,Ag+,NH4+等阳离子。 ? 特性： Na2O -11 Al2O3 Na2O -5 Al2O3 β -Al2O3 β -Al2O3? 用途：快离子导体，导电陶瓷，常作钠硫电池的导电隔膜材 料。第五节 辅助原料?5.1——Al２O３在陶瓷生产中的作用。高铝矾土常用于制造电瓷和匣钵。高铝矾土除用于生产高铝陶瓷外，还用于生产窑具和砌筑窑炉的耐火材料?。 ?。 ?。?第五节 辅助原料?5.1——习题?？第五节 辅助原料5.2 二氧化锆ＺrO2? ＺrO2原料的矿物种类? ＺrO2主要晶型? ＺrO2在陶瓷生产中的作用? 习题第五节 辅助原料? 5.2——含ＺrO2的矿物种类? 二氧化锆? 锆英石第五节 辅助原料? 5.2—— 二氧化锆? 外观：自然界中只有单斜相ＺrO2，称为斜锆石或斜锆矿，出现于霞石正长岩中，呈黑色或灰黑色；生产中主要使用 由锆英石提纯而来的工业产品。 ? 分子式：ZrO2。 ? 用途：釉料乳浊剂，提高釉的化学稳定性；第五节 辅助原料? 5.2—— 二氧化锆? 外观：自然界中只有单斜相ＺrO2，称为斜锆石或斜锆矿，出现于霞石正长岩中，呈黑色或灰黑色；生产中主要使用 由锆英石提纯而来的工业产品。 ? 分子式：ZrO2。 ? 用途：釉料乳浊剂，提高釉的化学稳定性；第五节 辅助原料?5.2—— 锆英石? 外观：又名锆石，风信子石，曲晶石；纯净者无色，常 染成黄、橙、褐等颜色，具有金属光泽。 ? 分子式：ZrSiO4。? 化学组成：ZrO2 67.1%，SiO2 32.9%。? 晶系：四方晶系，晶体呈短柱状，通常由四方柱和四方 双锥组成聚形。? 物性：硬度7～8，比重4.6～４.7，性脆，熔点2430℃ 。? 用途：釉料乳浊剂，提高釉的化学稳定性。第五节 辅助原料?5.2—— 锆英石? 成因：各种岩浆、是花岗岩、碱性岩的一种副矿物，见下图：产在黑花岗岩中产在结晶花岗岩中锆英砂第五节 辅助原料? 5.2——ＺrO2的主要晶型? 晶型转化规律：1170℃ 2370℃ 2715℃单斜相ＺrO2 +7% 四方相ＺrO2立方相ＺrO2液相m-ＺrO2t-ＺrO2c-ＺrO2Ｌ第五节 辅助原料?5.2——Ｚr原料在陶瓷生产中的作用? 釉料：建筑卫生陶瓷釉料中的乳浊剂，提高釉的化学稳定性。? 色料：可调配蓝、绿、黄、白、红等多种颜色。第五节 辅助原料第五节 辅助原料5.3 二氧化钛ＴiＯ２是应用及分布很广的氧化物，天然矿物有金红石，板钛 石，锐钛矿。具有高的折射率及反射率，色散性强，对各种 可见光的波长呈漫反射而呈白色，是一种白色颜料——又称 钛白粉。? ＴiＯ２的主要晶型 ? ＴiＯ２的制备方法 ? ＴiＯ２在陶瓷生产中的作用 ? 习题第五节 辅助原料?5.3 ——ＴiＯ２的主要晶型? 金红石：最稳定，四方晶系，优良的电性能，——将在特 种陶瓷中单独介绍金红石瓷（rutile ceramics）。 ? ? 锐钛石：四方晶系915℃金红石一些熔剂如水，有机熔剂可降低转化温度400℃左右即可转化。 ? 板钛矿：斜方晶系，亚稳相，也可以转化为金红石，熔剂 如钒酸等存在可降低转化为金红石的温度。第五节 辅助原料? 5.3 ——ＴiＯ２的制备方法? 工业钛白粉：通常将钛铁矿（ＦeＴiＯ３），用硫酸水 解法先制得ＴiＯ２(OH)2 胶体，再煅烧制成工业ＴiＯ２ ，纯度为98%左右，含有少量杂质（如SiO2，Al2O3， SO3，P2O5等）。第五节 辅助原料 ?5.3 ——ＴiＯ２在陶瓷生产中的作用? 特种陶瓷领域，用做电容器陶瓷及半导体陶瓷的原料。? 普通陶瓷领域做坯料着色剂——象牙黄瓷。? 在其他陶瓷原料中的ＴiＯ2一般被视为有害杂质，在还原气氛条件下呈现暗淡的土灰色。? 低温乳浊釉－－钛乳浊釉。
第五节 辅助原料 5.4 氧化铅ＰbＯ自然界中不存在，都是人工制造的。? ＰbＯ的原料种类 ? ＰbＯ在陶瓷生产中的作用? 习题第五节 辅助原料? 5.3 ——含ＰbＯ的原料种类? 铅丹，红丹：Ｐ3Ｏ4，ＰbＯ与ＰbＯ2的混合物２Ｐ3Ｏ4500℃６ＰbＯ+Ｏ2生成的ＰbＯ为新生态，化学活性大，易和其它物质结合，降低反应温度，同时生成的Ｏ2可防止ＰbＯ自身还原，用铅丹配釉时Ｏ2使釉料熔融的更均匀，因此多用作低温釉料及釉上彩的熔剂。 ? 黄丹，密佗僧：ＰbＯ， 斜方 高温下发挥性高，易被还原为Ｐb 四方 需在氧化气氛下烧。 ? 黑铅：Ｐb2Ｏ过度态。 有毒 ? 铅白（碱式碳酸铅）：第五节 辅助原料? 5.3 ——ＰbＯ的作用? 低温釉料，釉上彩的熔剂，压电陶瓷的原料? 釉料熔剂：是传统釉料的助熔剂，增加高温流动性，扩大釉熔融范围，提高釉面光泽，改善釉面的弹性和热稳定性。 ? 色料：促进发色， ? 注意：铅丹有毒，且易沉淀，一般要求先制成熔快后使用。第五节 辅助原料? 5.4 ——ZnＯ? 来源：人工制造，外观呈微黄或白色粉末，俗称锌白。 ? 用途： ? 用于中温、高温釉中，扩大釉熔融范围，提高釉的弹性。 ? 在钛乳浊釉中提高釉的覆盖能力，并可提高白度，光泽度，热稳定性。? 为晶核剂，可配制无光釉，结晶釉。 ? 作压敏电阻，高压线路中作避雷器阀片，既避雷又稳压。 ? ＺnＯ加热时体积会收缩导致缩釉，因此需预烧。第五节 辅助原料? 5.5 ——硼砂? 产状：产于含硼盐湖的干涸沉积中，常与石盐、芒硝等矿伴生。? 化学式：Na2B4O7· 2O 10H ? 理论组成：Na2O 16.2%、B2O3 36.6%、H2O 47.2% ? 结构：属单斜晶系，晶体呈短柱状，常呈土状块体。外观呈无色 或白色微带浅灰、浅黄等色调，具有玻璃光泽。硬度2—2.5，比重 1.69～1.72，易溶于水，须制熔块使用。熔点为732 ℃ (因含杂质不 同而异)。熔后为无色透明体。第五节 辅助原料? 5.5 —— 硼砂? 作用：陶瓷釉料中使用硼砂，可降低釉的熔点和粘度，减少析晶倾向，提高热稳定性，减少釉裂、增强釉之光泽度和硬度。?。第五节 辅助原料? 5.6 ——硼酸用手摸时有滑腻的感觉，稍溶于水。 ? 化学式：H3BO3 ? 理论组成：B2O3 56.3%、H2O 47.3%? 产状：工业原料，纯净的硼酸呈光亮的鳞片状或无色的细小结晶，? 性质与作用：硼酸能与熔剂成分化合，生成熔点较低的硼酸盐，当引入硼砂带入的Na2O多于釉料要求时，就必须用部分硼酸代替部 分硼砂。一般要求氧化硼含量要稳定（B2O3 ≥55％）。因而可降低釉的熔融温度。在低熔点的无铅釉中是必不可少的成分。第五节 辅助原料?5.8 ——石膏—— 模具? 化学式： CaSO4?2H2O（二水石膏，生石膏）天然石膏? 脱 水： CaSO4?2H2O128－168℃CaSO4?1/2H2O半水石膏180℃γ -CaSO4360－400℃β -CaSO4硬石膏1225℃α -CaSO4高温石膏可溶性石膏? 用途：陶瓷工业中石膏模型所用的石膏粉是将二水石膏（CaSO4?2H2O）在170℃以下炒制或蒸压生成粉状半水石膏制 得。第五节 辅助原料?5.9——各种添加剂? 电解质增塑剂 固定剂 消泡剂 絮凝剂? 增强剂 ? 稳定剂 ? 悬浮剂第七节陶瓷的工业废渣? 1.磷矿渣、2.高炉矿渣、3.萤石矿渣、4.辉 绿岩、5.粉煤灰6.煤矸石、7.高岭土与瓷石 尾矿、8.抛光粉第六节，陶瓷原料标准化? 化学组成、颗粒组成，波动范围，配料。结语? 陶瓷生产用到的原料是多种多样的，我国地 大物博，各地的地质条件、气候环境、生产方 式、生产工艺、传统习惯均有较大的差异；只 有在了解了各种原料的特性之后，才能更好地 为生产服务；矿产资源不可再生，杜绝浪费， 物尽其用，是我们的天职！
广而告之：
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