工藝技術(shù)_無(wú)機(jī)材料工藝學(xué)培訓(xùn)課件

2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 1 原料選擇的重要性 第一章陶瓷原料 緒言 傳統(tǒng)陶瓷制品所用原料多為天然礦物原料 陶瓷制品的性質(zhì)不僅與工藝過(guò)程有關(guān) 而且與原料的種類(lèi)有關(guān) 原料是陶瓷制品質(zhì)量的基礎(chǔ) 影響產(chǎn)品質(zhì)量的兩因素 1 原料質(zhì)量 2 生產(chǎn)工藝過(guò)程 高嶺石 伊利石 石英 鉀長(zhǎng)石 鈉長(zhǎng)石 硅灰石 葉臘石 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 2 原料選擇的重要性 第一章陶瓷原料 陶瓷制品的性能由坯體顯微結(jié)構(gòu)決定 而坯體顯微結(jié)構(gòu)則由原料的種類(lèi)和加工工藝決定 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 3 質(zhì)量達(dá)標(biāo) 并非越純?cè)胶?儲(chǔ)量要大 原料來(lái)源穩(wěn)定 價(jià)格合理 性能穩(wěn)定 對(duì)原料的最基本要求 運(yùn)輸方便 原料選擇的基本要求 第一章陶瓷原料 原料選擇原則 原料的組成應(yīng)能保證產(chǎn)品的質(zhì)量性能要求 原料的工藝性能應(yīng)能滿(mǎn)足生產(chǎn)加工過(guò)程的工藝要求 緒言 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 4 第一章陶瓷原料 陶瓷原料的分類(lèi) 可塑性原料 1 從工藝性能分 緒言 高嶺土 石英 鉀長(zhǎng)石 非可塑性原料 瘠性原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 5 第一章陶瓷原料 1 1粘土類(lèi)原料 一 粘土的概念與分類(lèi) 一 概念 粘土 clay 是由多種微細(xì)礦物 主要是含水鋁硅酸鹽礦物 構(gòu)成的混合體 其礦物晶體粒徑一般小于2 m 從外觀(guān)看 i 由于所含雜質(zhì)種類(lèi)及數(shù)量不同 粘土可呈多種顏色 ii 由于地質(zhì)成因不同 粘土有的松軟 有的堅(jiān)硬 二 成因 粘土主要是由鋁硅酸鹽類(lèi)巖石 如長(zhǎng)石 片麻巖 偉晶花崗巖等經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的自然風(fēng)化作用形成的 但只要是粘土 或多或少都具有一定的可塑性 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 6 第一章陶瓷原料 一 粘土的概念與分類(lèi) 二 成因 自然風(fēng)化 物理風(fēng)化 暴曬 冰凍 水力及風(fēng)力的破壞作用等 化學(xué)風(fēng)化 自然界中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)巖石造成的蝕變作用 風(fēng)化過(guò)程中產(chǎn)生的可溶性鹽類(lèi)將被雨水洗去 剩下的難溶鹽和氧化物 如SiO2 將成為粘土礦中的雜質(zhì)礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 7 一 粘土的概念與分類(lèi) 根據(jù)粘土的成因分類(lèi) I 一次粘土 原生粘土 母巖風(fēng)化后的產(chǎn)物滯留于原地 再經(jīng)地質(zhì)作用而形成的粘土 三 分類(lèi) II 二次粘土 次生粘土 母巖的風(fēng)化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)自然力 洪水 大風(fēng) 搬遷 在別處沉積下來(lái)而形成的粘土 此即為沉積型粘土礦 如唐山子木節(jié)土 黑山膨潤(rùn)土 特點(diǎn)比較 一次粘土雜質(zhì)較少 顆粒較粗 可塑性較差 干燥強(qiáng)度較低 干燥收縮較小 燒結(jié)溫度較高 二次黏土的特點(diǎn)相反 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 8 第一章陶瓷原料 根據(jù)粘土的可塑性強(qiáng)弱分類(lèi) 一 粘土的概念與分類(lèi) 根據(jù)粘土的耐火度高低分類(lèi) 耐火粘土 耐火度 1580 易熔粘土 耐火度 1350 難熔粘土 耐火度介于1350 1580 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 9 二 粘土的組成 粘土的性能取決于粘土的組成 包括粘土的礦物組成 化學(xué)組成和顆粒組成 1 粘土的化學(xué)組成 主要化學(xué)成分為SiO2 A12O3和結(jié)晶水 H2O 雜質(zhì)化學(xué)成分 含有少量的堿金屬氧化物K2O Na2O 堿土金屬氧化物CaO MgO 以及著色氧化物Fe2O3 TiO2等 不同成因的粘土 其化學(xué)組成有差別 如一次粘土一般SiO2含量較高 而A12O3含量較低 鐵多于鈦 富含游離石英和長(zhǎng)石殘巖 所以 粘土的化學(xué)全分析數(shù)據(jù)包括上述各成分 外加燒失量一項(xiàng) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 10 4 CaO MgO K2O Na2O 降低燒結(jié)溫度 縮小燒結(jié)范圍 1 1粘土類(lèi)原料 粘土的化學(xué)組成在一定程度上反映了其工藝性質(zhì) 1 SiO2 若SiO2多 意味著游離石英較多 則粘土可塑性降低 干燥及燒成收縮較小 2 Al2O3 含量多 耐火度增高 難燒結(jié) 3 Fe2O3 1 TiO2 0 5 瓷制品呈白色 若含量過(guò)高 坯體顏色將變深 甚至還影響電絕緣性 5 H2O 有機(jī)質(zhì) 含量多時(shí)可塑性較好 但收縮大 從 燒失量 一項(xiàng)判斷 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 11 2 粘土的礦物組成 粘土很少由單一礦物組成 而是多種微細(xì)礦物的混合體 因此 粘土所含各種微細(xì)礦物的種類(lèi)和數(shù)量是決定其工藝性能的主要因素 粘土礦物主要為高嶺石類(lèi) 包括高嶺石 多水高嶺石等 蒙脫石類(lèi) 包括蒙脫石 葉蠟石等 和伊利石類(lèi) 也稱(chēng)水云母 等等 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 12 a 高嶺石類(lèi) Kaolinite Al2O3 2SiO2 2H2O 高嶺石族礦物包括高嶺石 地開(kāi)石 珍珠陶土和多水高嶺石等 高嶺石是粘土中常見(jiàn)的粘土礦物 主要由高嶺石組成的粘土稱(chēng)為高嶺土 b 蒙脫石類(lèi) Montmorillonite Al2O3 4SiO2 nH2O n 2 蒙脫石也是一種常見(jiàn)的粘土礦物 以蒙脫石為主要組成礦物的粘土稱(chēng)為膨潤(rùn)土 bentonite 一般呈白色 灰白色 粉紅色或淡黃色 被雜質(zhì)污染時(shí)呈現(xiàn)其它顏色 c 伊利石類(lèi) Illite 伊利石是白云母經(jīng)強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用轉(zhuǎn)變?yōu)槊擅撌蚋邘X石過(guò)程中的中間產(chǎn)物 故其化學(xué)組成介于白云母與高嶺石或蒙脫石之間 與白云母比較 伊利石多H2O而少K2O 與高嶺石比較 伊利石含K2O較多而含H2O較少 2 粘土的礦物組成 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 13 粘土礦物是具有層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物 其基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體層和鋁氧八面體層 由于四面體層和八面體層的結(jié)合方式 不等價(jià)離子同晶置換以及層間陽(yáng)離子等不同 從而構(gòu)成了不同類(lèi)型的層狀結(jié)構(gòu)粘土礦物 如下圖所示的結(jié)構(gòu)模型圖 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 14 各種粘土礦物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 15 各種粘土礦物的工藝性質(zhì) a 高嶺石 可塑性較差 陽(yáng)離子交換容量小 遇水不膨脹 干燥收縮較小 耐火度較高 燒結(jié)溫度較高 b 蒙脫石 可塑性好 陽(yáng)離子交換容量大 遇水膨脹 干燥收縮大 燒結(jié)溫度較低 c 伊利石 與高嶺石相近 可塑性差 陽(yáng)離子交換容量小 遇水不膨脹 干燥收縮小 燒結(jié)溫度低 燒結(jié)范圍窄 絹云母和瓷石也劃歸為伊利石類(lèi)原料 葉臘石 Al2O3 2SiO2 H2O 其結(jié)構(gòu)與蒙脫石 Al2O3 4SiO2 nH2O 相似 但晶格中的同晶置換現(xiàn)象輕微 故陽(yáng)離子交換容量很小 遇水也不膨脹 硬度低 是一種優(yōu)良的陶瓷原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 16 作業(yè) 1 選擇原料時(shí)應(yīng)考慮哪些主要因素 2 粘土的化學(xué)全分析數(shù)據(jù)在生產(chǎn)上有何指導(dǎo)意義 3 比較高嶺石 蒙脫石及伊利石三者的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝性能 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 17 關(guān)于絹云母和瓷石 1 絹云母 一種礦物 是一種細(xì)小鱗片狀的白云母 因其表面呈絲絹光澤而得名 其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)與白云母極相似 兩者在礦物學(xué)上并無(wú)區(qū)別 但絹云母外觀(guān)多呈粘土狀 具有粘土特性 是瓷石中的主要組成礦物 可塑性與高嶺石相當(dāng) 高溫下具有一定的熔劑作用 絹云母可視為白云母與伊利石之間的過(guò)渡礦物 2 瓷石 是由長(zhǎng)英巖或石英粗面巖經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的熱液蝕變作用形成的一種多礦物混合體 風(fēng)化程度深的瓷石 其中的絹云母會(huì)逐漸高嶺石化 部分地轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石 所以 瓷石的礦物組成大致為 石英 40 60 絹云母 20 40 長(zhǎng)石 5 30 高嶺石 0 10 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 18 瓷石的形成過(guò)程示意圖 部分絹云母化 完全絹云母化 部分高嶺石化 瓷石可單獨(dú)制瓷 燒成時(shí) 絹云母兼有高嶺土和長(zhǎng)石之作用 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 19 粘土的加熱變化 各種粘土的差熱曲線(xiàn) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 20 1 100 時(shí)排除吸附水 例如高嶺石受熱時(shí) 粘土礦物被加熱時(shí) 一般都要經(jīng)過(guò)排除自由水和吸附水 分解并脫去結(jié)晶水 形成莫來(lái)石新相等過(guò)程 粘土的加熱變化 2 450 以上 結(jié)構(gòu)水緩慢排出 高嶺石變成偏高嶺石 不含結(jié)晶水的高嶺石 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 21 3 繼續(xù)加熱 偏高嶺石進(jìn)一步反應(yīng)形成硅 鋁尖晶石 4 溫度超過(guò)1050 左右 硅 鋁尖晶石逐漸分離出晶格中的方石英 SiO2 形成熱力學(xué)穩(wěn)定的莫來(lái)石 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 22 3 粘土的顆粒組成 粘土中不同大小顆粒的體積百分比含量 粘土的顆粒組成與其工藝性能密切相關(guān) 1um的細(xì)顆粒愈多 則可塑性愈強(qiáng) 干燥收縮大 干后強(qiáng)度高 燒結(jié)溫度低 另外 片狀顆粒比桿狀顆粒接觸面積大 塑性大 強(qiáng)度高 粘土中的雜質(zhì)礦物 主要包括 1 石英與母巖殘?jiān)?如長(zhǎng)石 白云母等 2 碳酸鹽和硫酸鹽礦物 3 鐵質(zhì)礦物 4 有機(jī)質(zhì) 2 粘土的礦物組成 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 23 三 粘土的工藝性質(zhì) 1 可塑性概念 可塑性是指粘土粉碎后用適量的水調(diào)和 混練后捏成泥團(tuán) 在一定外力的作用下可以任意改變其形狀而不發(fā)生開(kāi)裂 除去外力后 仍能保持受力時(shí)的形狀的性能 概念 粘土的工藝性質(zhì)系指其所具有的 對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程有重要影響的性質(zhì) 包括可塑性 結(jié)合性 干燥性質(zhì) 泥漿性質(zhì) 燒結(jié)性質(zhì)等 粘土的工藝性質(zhì)取決于其化學(xué)組成 礦物組成和顆粒組成 生產(chǎn)上 常用塑限 液限 可塑性指數(shù) 可塑性指標(biāo)等參數(shù)來(lái)反映粘土的可塑性大小 可塑性的產(chǎn)生機(jī)理 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 24 三 粘土的工藝性質(zhì) 1 可塑性 塑限 粘土由干粉狀態(tài)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時(shí)的最低含水率 液限 粘土由塑性狀態(tài)變?yōu)闊o(wú)塑性的泥漿狀態(tài)時(shí)的含水率 可塑性指數(shù) 液限 塑限 可塑性指標(biāo) 系指在一定的工作水分下 粘土泥團(tuán)受外力作用時(shí) 最初出現(xiàn)裂紋時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變的乘積 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 25 三 粘土的工藝性質(zhì) 1 可塑性 塑限 液限 可塑性指數(shù)及可塑性指標(biāo)高低大小在生產(chǎn)上的實(shí)際意義 粘土根據(jù)塑性大小分類(lèi) 強(qiáng)塑性粘土 指數(shù) 15或指標(biāo) 3 6 中等塑性粘土 指數(shù)7 15或指標(biāo)2 5 3 6 弱塑性粘土 指數(shù)1 7或指標(biāo) 2 5 瘠性原料 可塑性指數(shù) 1 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 26 三 粘土的工藝性質(zhì) 1 可塑性 影響可塑性大小的因素 改善粘土可塑性的途徑 1 淘洗除雜 2 風(fēng)化處理 3 坯料陳腐和真空練泥處理 4 加入適量塑化劑 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 27 三 粘土的工藝性質(zhì) 2 結(jié)合性粘土的結(jié)合性是指粘土能結(jié)合非塑性原料形成良好的可塑泥團(tuán) 有一定干燥強(qiáng)度的能力 結(jié)合性的表征方法 以能夠形成塑性泥團(tuán)時(shí)所加入的標(biāo)準(zhǔn)石英砂量及試樣干后的抗折強(qiáng)度表示 可塑性好的粘土 其結(jié)合性也好 3 離子交換性 1 粘土顆粒因其表面存在斷鍵及晶格內(nèi)部存在不等價(jià)離子置換而帶有電荷 因此必須吸附其它異號(hào)離子來(lái)補(bǔ)償其電價(jià) 粘土的這種性質(zhì)稱(chēng)為離子交換性 粘土通常發(fā)生的是陽(yáng)離子吸附與交換 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 28 3 離子交換性 2 陽(yáng)離子交換容量 100克干粘土所吸附能夠交換的陽(yáng)離子或陰離子之?dāng)?shù)量 及其影響因素 粘土礦物組成 顆粒細(xì)度 晶格完善程度 有機(jī)質(zhì)含量等 3 黏土吸附不同陽(yáng)離子對(duì)其工藝性能的影響 Al3 Ba2 Ca2 Mg2 K Na Li 泥漿穩(wěn)定性 泥漿流動(dòng)性 泥漿觸變性 注漿成型時(shí)間 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 29 c 表征方法 泥漿厚化系數(shù)泥漿厚化系數(shù) d 觸變性大小對(duì)生產(chǎn)的影響 生產(chǎn)操作對(duì)觸變性的要求 若太小 成型后的生坯強(qiáng)度低 會(huì)影響脫模和之后的修坯操作 若太大 會(huì)造成泥漿輸送困難 且成型后的生坯易變形 4 泥漿性質(zhì) 1 觸變性a 概念 b 觸變性的解釋模型 片狀粘土顆粒各帶異號(hào)電荷 形成邊 邊或邊 面結(jié)合 即所謂的泥漿 卡片結(jié)構(gòu) 容納大量的自由水于其中 使泥漿 變稠 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 30 4 泥漿性質(zhì)e 影響觸變性大小的因素 礦物組成 顆粒細(xì)度 泥漿含水率及溫度 所用電解質(zhì)的性質(zhì)及數(shù)量 2 流動(dòng)性及穩(wěn)定性 a 概念 b 對(duì)生產(chǎn)之影響 c 影響因素 5 干燥性質(zhì) 1 干燥收縮a 表示方法 干燥線(xiàn)收縮 體積收縮 b 與生產(chǎn)的關(guān)系 坯體外形尺寸確定 模型放尺率 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 31 5 干燥性質(zhì) 2 干燥強(qiáng)度a 表示方法 干燥抗折強(qiáng)度b 生產(chǎn)上的要求 強(qiáng)度要大 但要考慮干燥收縮和變形的控制 2 燒成收縮a 表示方法 燒成線(xiàn)收縮 體積收縮 其含義與干燥收縮類(lèi)似 b 生產(chǎn)上的要求 適當(dāng)小 以便于燒成變形的控制 干燥收縮和燒成收縮的綜合叫做試樣的總收縮 是模型設(shè)計(jì)的重要依據(jù) 6 燒結(jié)性能 1 燒后顏色 這是某些對(duì)坯體顏色和電 絕緣 性能有要求的制品所必須考慮的一點(diǎn) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 32 6 燒結(jié)性能 3 燒結(jié)溫度和燒結(jié)范圍a 粘土的加熱曲線(xiàn) b 影響因素 主要取決于粘土的化學(xué)礦物組成及顆粒細(xì)度 T1 開(kāi)始燒結(jié)溫度 T2 完全燒結(jié)溫度 簡(jiǎn)稱(chēng)燒結(jié)溫度 T3 軟化溫度 燒結(jié) 溫度 范圍 T2 T3 c 生產(chǎn)上對(duì)燒結(jié)溫度及燒結(jié)范圍的要求 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 33 4 耐火度a 概念 材料在自重作用情況下 抵抗高溫作用而不破壞的能力 最高溫度 6 燒結(jié)性能 b 表征方法 c 粘土耐火度高低對(duì)生產(chǎn)的影響 耐火度高 燒成時(shí)不易變形 但也意味著制品的燒成溫度也高 d 影響因素 主要是化學(xué)組成 鋁硅比 鐵與堿氧化物含量 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 34 四 粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用 4 粘土可在高溫下分解生成莫來(lái)石 而足夠數(shù)量莫來(lái)石的存在 則是制品具有良好使用性能的保證 1 1粘土類(lèi)原料 1 粘土的可塑性以及在水中的分散性和懸浮性 可以賦予坯料以良好的成型性能 2 粘土具有的結(jié)合性可以使之在成型時(shí)結(jié)合瘠性原料 保證成型坯體的強(qiáng)度 3 粘土是坯料中Al2O3的主要來(lái)源 是坯體具有一定耐火度 燒成時(shí)不易變形的重要保證 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 35 一 石英原料的種類(lèi) 1 2石英類(lèi)原料 二氧化硅 SiO2 在地殼中的豐度約為60 其中一部分以硅酸鹽化合物的狀態(tài)存在于各種礦物中 另一部分則以獨(dú)立狀態(tài)存在 成為單獨(dú)的石英礦 但由于經(jīng)歷的地質(zhì)作用及成礦條件不同 石英礦體呈現(xiàn)多種狀態(tài)產(chǎn)出 并有不同的純度 a 水晶 結(jié)晶良好的純SiO2 b 脈石英 SiO2含量 99 高檔細(xì)瓷用原料 c 石英巖 SiO2含量 97 一般陶瓷生產(chǎn)用主要原料 d 砂巖 SiO2含量90 95 根據(jù)膠結(jié)物的不同 分石灰質(zhì) 粘土質(zhì) 云母質(zhì)和硅質(zhì)砂巖四種 陶瓷生產(chǎn)僅用硅質(zhì)砂巖 e 石英砂 SiO2含量 90 雜質(zhì)較多 一般不用 f 燧石 石英沉積巖 隱晶質(zhì) 硬度很大 可用作研磨材料 球磨機(jī)內(nèi)襯 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 36 脈石英 水晶 結(jié)晶良好的石英 水晶 結(jié)晶良好的石英 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 37 二 石英的性質(zhì) 石英的主要化學(xué)成分為SiO2 但是常含有少量的Al2O3 Fe2O3 CaO MgO TiO2等雜質(zhì)成分 石英具有很強(qiáng)耐酸侵蝕能力 氫氟酸除外 但與堿性物質(zhì)接觸時(shí)能起反應(yīng)而生成可溶性的硅酸鹽 高溫下 石英易與堿金屬氧化物作用生成硅酸鹽與玻璃態(tài)物質(zhì) 二氧化硅在常壓下有七種結(jié)晶態(tài)和一個(gè)玻璃態(tài) 它們是 石英 石英 鱗石英 鱗石英 鱗石英 方石英 方石英 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 38 二 石英的性質(zhì) 多晶轉(zhuǎn)變 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 39 二 石英的性質(zhì) 多晶轉(zhuǎn)變 石英晶型轉(zhuǎn)變與陶瓷生產(chǎn)的關(guān)系 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 40 二 石英的性質(zhì) 多晶轉(zhuǎn)變 石英晶型轉(zhuǎn)變與陶瓷生產(chǎn)的關(guān)系 理論晶型轉(zhuǎn)化的前提 緩慢升溫 維持晶型轉(zhuǎn)化在平衡態(tài)下進(jìn)行 實(shí)際生產(chǎn)中 由于燒成溫度的限制 一般在1400 以下 因此普通陶瓷制品燒成后 殘留的石英礦物一般以 石英 鱗石英 半安定 方石英等形式存在 實(shí)際生產(chǎn)中升溫快 由上圖可見(jiàn) 無(wú)論是否有礦化劑 石英的轉(zhuǎn)化過(guò)程都經(jīng)過(guò)半安定方石英階段 有礦化劑存在時(shí) 最終有鱗石英形成 無(wú)礦化劑時(shí) 最終形成方石英 在普通陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中 對(duì)產(chǎn)品燒成質(zhì)量影響最大的是石英的位移性轉(zhuǎn)化 尤其是 石英和 石英之間的轉(zhuǎn)變 而不是重建性轉(zhuǎn)化 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 41 四 石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用 4 石英可增大釉料的耐磨性 硬度 白度及化學(xué)穩(wěn)定性 降低釉的膨脹系數(shù) 1 作為瘠性原料 石英可減小坯體的干燥收縮 縮短干燥時(shí)間 并對(duì)泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作用 2 燒成過(guò)程中 石英的體積膨脹可部分抵消坯體的燒成收縮 有利于保證坯體的外形 3 高溫下石英熔融可增大液相粘度 拓寬坯體燒成范圍 而未熔石英又可保證坯體的強(qiáng)度 防止坯體變形 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 42 一 長(zhǎng)石的種類(lèi) 長(zhǎng)石是陶瓷生產(chǎn)中的主要熔劑性原料 一般用作坯料 釉料 色料熔劑等的基本成分 用量較大 是陶瓷生產(chǎn)三大原料之一 自然界中長(zhǎng)石的種類(lèi)很多 但都是以下四種純長(zhǎng)石的固溶體 鈉長(zhǎng)石 Ab Na AlSi3O8 或Na2O Al2O3 6SiO2鉀長(zhǎng)石 Or K AlSi3O8 或K2O Al2O3 6SiO2鈣長(zhǎng)石 An Ca Al2Si2O8 或CaO Al2O3 2SiO2鋇長(zhǎng)石 Cn Ba Al2Si2O8 或BaO Al2O3 2SiO2 1 3長(zhǎng)石類(lèi)原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 43 長(zhǎng)石類(lèi)礦物的化學(xué)組成與礦物物理性質(zhì) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 44 一 長(zhǎng)石的種類(lèi) 1 3長(zhǎng)石類(lèi)原料 自然界的純長(zhǎng)石礦體罕見(jiàn) 主要是K Na長(zhǎng)石的固溶體和Na Ca長(zhǎng)石固溶體 一 K Na長(zhǎng)石的固溶體 鉀 鈉長(zhǎng)石僅能形成有限固溶體 根據(jù)鈉長(zhǎng)石的固溶度不同 可以三種單體礦物出現(xiàn) 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 45 一 長(zhǎng)石的種類(lèi) 二 Na Ca長(zhǎng)石的固溶體 斜長(zhǎng)石 鈉 鈣長(zhǎng)石能形成無(wú)限 連續(xù) 固溶體 斜長(zhǎng)石實(shí)指Na Ca長(zhǎng)石含量在10 90 之間的Na Ca長(zhǎng)石固溶體 否則 分別稱(chēng)之為鈉長(zhǎng)石或鈣長(zhǎng)石 陶瓷生產(chǎn)中主要利用正長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石 即以鉀長(zhǎng)石為主要組成的K Na長(zhǎng)石的固溶體 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 46 二 長(zhǎng)石的熔融特性及生產(chǎn)要求 1 鉀長(zhǎng)石的始熔溫度約為1150 熔融范圍約350 1150 1500 高溫熔體粘度較大 且粘度隨溫度的升高降低較慢 2 鈉長(zhǎng)石的始熔溫度約為1100 熔融范圍約150 1150 1250 高溫熔體粘度較小 且粘度隨溫度的升高降低較快 與鉀長(zhǎng)石比較 3 鈣長(zhǎng)石的始熔溫度較高 1550 熔融溫度范圍窄 高溫下熔體不透明 粘度也小 冷卻時(shí)容易析晶 化學(xué)穩(wěn)定性也差 一 熔融特性 二 生產(chǎn)要求 始熔溫度低 1200 熔融范圍寬 熔體粘度較大 且隨溫度變化較小 就化學(xué)組成而言 Al2O315 20 K2O Na2O 13 其中Na2O 3 Fe2O3 0 5 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 47 三 長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中的作用 4 在釉料中長(zhǎng)石亦為主要熔劑 可降低釉料的燒成溫度 并提高釉面的平整度 光澤度 1 作為瘠性原料 可縮短生坯干燥時(shí)間 減少坯體的干燥收縮變形等 2 高溫?zé)蓵r(shí)起熔劑作用 降低燒成溫度 其熔體可溶解石英和粘土礦物 促進(jìn)固相反應(yīng) 從而縮短燒成時(shí)間 3 燒成過(guò)程中 熔融后的長(zhǎng)石熔體能促進(jìn)坯體的致密化過(guò)程 即成瓷過(guò)程 改善制品的使用性能 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 48 課外作業(yè) 1 為什么Ca 土泥漿的穩(wěn)定性 流動(dòng)性比Na 土泥漿的差 2 試分析影響泥漿觸變性的各個(gè)因素 3 說(shuō)明粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用 4 對(duì)制品燒成質(zhì)量影響最大的石英晶型轉(zhuǎn)變是哪個(gè) 為什么 5 說(shuō)明石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用 6 配制坯料的長(zhǎng)石應(yīng)滿(mǎn)足哪些要求 對(duì)其化學(xué)組成有何要求 7 說(shuō)明長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中的作用 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 49 第四節(jié)其他礦物原料 1 瓷石瓷石是一種由石英 絹云母組成 并含有若干高嶺石 長(zhǎng)石等的巖石狀礦物集合體 瓷石的可塑性不高 結(jié)合強(qiáng)度不大 但干燥速度快 瓷石粉 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 50 化學(xué)通式為 A12O3 4SiO2 nH2O晶體結(jié)構(gòu)式為 A12 Si4O10 OH 2 2 葉臘石 單斜晶系晶體 葉臘石 理論化學(xué)組成為 A12O328 30 SiO266 70 H2O5 00 葉蠟石通常呈白色 淺黃或淺灰色 結(jié)構(gòu)和蒙脫石相似 都屬于2 1型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 51 主要是高鋁礬土及硅線(xiàn)石族礦物 可用于制造高鋁陶瓷 窯具和砌筑窯爐的耐火材料 a 高鋁礬土 鋁土礦 b 硅線(xiàn)石族原料 高鋁礬土 硅線(xiàn)石 3 高鋁質(zhì)礦物原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 52 滑石滑石由天然的含水層狀硅酸鎂礦物組成 其化學(xué)式為3MgO 4SiO2 H2O 晶體結(jié)構(gòu)式是Mg3 Si4O10 OH 2 理論化學(xué)組成為 MgO31 88 SiO263 37 H2O4 74 常含有鐵 鋁 錳 鈣等雜質(zhì) 滑石屬2 1型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物 其晶體結(jié)構(gòu)與葉蠟石十分相似 4 堿土硅酸鹽類(lèi)原料 滑石在普通陶瓷的釉料中一般作為熔劑使用 在細(xì)陶瓷坯體中加入少量滑石 也可降低燒成溫度 另外 滑石是生產(chǎn)鎂質(zhì)瓷的主要原料 滑石 A 滑石與蛇紋石 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 53 蛇紋石蛇紋石與滑石同屬鎂的含水硅酸鹽礦物 化學(xué)式為3MgO 4SiO2 2H2O 晶體結(jié)構(gòu)式為Mg3 SiO2 OH 4 理論化學(xué)組成 MgO43 SiO244 1 H2O12 9 常含鐵 鈦 鎳等雜質(zhì) 鐵含量較高 蛇紋石屬單斜晶系 晶體發(fā)育不完全 一般只用作堿性耐火材料 蛇紋石 4 堿土硅酸鹽類(lèi)原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 54 天然硅灰石是典型的高溫變質(zhì)礦物 通常產(chǎn)于石灰?guī)r和酸性巖漿的接觸帶 由CaO與SiO2反應(yīng)而成 其化學(xué)通式為CaO SiO2 晶體結(jié)構(gòu)式為Ca SiO3 理論化學(xué)組成為CaO48 25 SiO251 75 硅灰石 B 硅灰石 硅灰石在陶瓷工業(yè)中的用途廣泛 可用于制造釉面磚 日用陶瓷 低損耗無(wú)線(xiàn)電陶瓷等 也可用于生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷 磨具 火花塞等 硅灰石作為堿土金屬硅酸鹽 在普通陶瓷坯體中可起助熔作用 降低坯體的燒結(jié)溫度 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 55 C 透輝石透輝石的化學(xué)式為CaO MgO 2SiO2 晶體結(jié)構(gòu)式 CaMg SiO3 理論化學(xué)組成為 CaO25 9 MgO18 5 SiO255 6 透輝石 4 堿土硅酸鹽類(lèi)原料 透輝石也用作陶瓷低溫快速燒成的原料 尤其在釉面磚生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 56 A 霞石正長(zhǎng)巖主要礦物組成為長(zhǎng)石類(lèi)及霞石AlSiO4的固熔體 次要礦物為輝石 角閃石等 外觀(guān)呈淺灰綠或淺紅褐色 脂肪光澤 霞石正長(zhǎng)巖 5 含堿硅酸鋁類(lèi)礦物 以霞石正長(zhǎng)巖代替長(zhǎng)石 可使坯體燒成時(shí)不易沉塌 制得的產(chǎn)品不易變形 熱穩(wěn)定性好 力學(xué)強(qiáng)度有所提高 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 57 鋰輝石鋰輝石的化學(xué)式為L(zhǎng)i2O Al2O3 4SiO2 晶體結(jié)構(gòu)式為L(zhǎng)iAl SiO3 2 理論化學(xué)組成為 Li2O8 02 SiO264 58 Al2O327 40 含有鉀 鈉 鎂 錳 鐵等雜質(zhì) 鋰輝石有三種同質(zhì)多相變體 即 鋰輝石 鋰輝石及 鋰輝石 鋰輝石 B 鋰質(zhì)礦物原料 5 含堿硅酸鋁類(lèi)礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 58 鋰云母鋰云母又稱(chēng)鱗云母 是一種富含揮發(fā)成分的三層型結(jié)構(gòu)狀硅酸鹽 其化學(xué)式為L(zhǎng)iF KF Al2O3 3SiO2 晶體結(jié)構(gòu)式為K Li Al 3 Al Si Si3O10 F OH 2 化學(xué)組成不確定 在金屬元素中 鋰的相對(duì)原子質(zhì)量最小 化學(xué)活性比鉀 鈉強(qiáng) 且Li 具有很高的靜電場(chǎng) 因此有非常強(qiáng)的熔劑化作用 能顯著降低材料的燒結(jié)和熔融溫度 鋰云母 B 鋰質(zhì)礦物原料 5 含堿硅酸鋁類(lèi)礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 59 A 方解石方解石是石灰?guī)r 大理巖的主要礦物 屬三方晶系 晶體呈菱面體 有時(shí)呈粒狀或板狀 方解石在陶瓷坯體中 高溫分解前起瘠化作用 分解后起熔劑作用 水晶 方解石花 6 碳酸鹽類(lèi)礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 60 B 菱鎂礦菱鎂礦的化學(xué)通式是MgCO3 理論化學(xué)組成MgO47 82 CO252 18 菱鎂礦是制造鎂質(zhì)耐火材料的重要原料 也是陶瓷工業(yè)中用于合成尖晶石 MgO Al2O3 鈦酸鎂 MgO TiO2 等原料 以及制備鎂橄欖石瓷 2MgO SiO2 的主要原料 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 61 C 白云石白云石是CaCO3和MgCO3的復(fù)鹽 化學(xué)通式為CaMg CO3 在陶瓷工業(yè)中 白云石的使用能同時(shí)引入CaO及MgO 它們一般起熔劑作用 能降低燒成溫度 促進(jìn)石英的熔解和莫來(lái)石的生成 白云石 6 碳酸鹽類(lèi)礦物 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 62 第五節(jié)新型陶瓷原料 1 氧化鋁 Al2O3 氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)變示意圖 一 氧化物原料 a 氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)變 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 63 B Al2O3原料的制備制取氧化鋁的方法是澳大利亞的化學(xué)家拜耳 KarlJosephBayer 于1889 1892年發(fā)明的 制取工業(yè)Al2O3的原料為鋁土礦 主要步驟為 燒結(jié) 溶出 脫硅 分解和煅燒 氧化鋁粉體 2020 2 18 河南省精品課程 陶瓷工藝原理 64 MgO屬立方晶系NaCl型結(jié)構(gòu) 熔點(diǎn)2800 密度3 58g cm3 MgO化學(xué)活性強(qiáng) 易溶于酸 水化能力大 因此制造MgO陶瓷時(shí)必須考慮原料的這種特性 另外 MgO在空氣中容易吸潮水化生成