無機(jī)材料工藝學(xué)--原料-SS課件

1、無機(jī)材料工藝學(xué)-陶瓷2-原料 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)則由原料的種類和加工工藝決定。組織結(jié)構(gòu)/成分Structure/Composition加工工藝Processing物化性能Property使用性能Performance7/17/20222河南省精品課程陶瓷工藝原理 質(zhì)量達(dá)標(biāo)（并非越純越好）； 儲量要大（原料來源穩(wěn)定）； 價格合理； 性能穩(wěn)定（對原料的最基本要求）； 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)能滿足生產(chǎn)加工過程的工藝要求。緒言7/17/202

2、23河南省精品課程陶瓷工藝原理第一章 陶瓷原料 陶瓷原料的分類可塑性原料1. 從工藝性能分：天然原料 化工原料2. 從來源分：緒言高嶺土石英鉀長石非可塑性原料（瘠性原料）7/17/20224河南省精品課程陶瓷工藝原理第一章 陶瓷原料1-1 粘土類原料 一、粘土的概念與分類 （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。從外觀看：（i）由于所含雜質(zhì)種類及數(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，有的堅硬。 （二）成因：粘土主要是由鋁硅酸鹽類巖石，如長石、片麻巖、偉晶花崗巖等經(jīng)過漫長的自然風(fēng)化作用形成

3、的。 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。7/17/20225河南省精品課程陶瓷工藝原理第一章 陶瓷原料 一、粘土的概念與分類 （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)對巖石造成的蝕變作用例如：K2OAl2O3SiO2+ CO2+ H2O Al2O32SiO22H2O+ K2CO3+ 4SiO2鉀長石高嶺土 風(fēng)化過程中產(chǎn)生的可溶性鹽類將被雨水洗去，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。7/17/20226河南省精品課程陶瓷工藝原理 一、粘土的概念與分類 根據(jù)粘土的成因分類：I. 一次粘土（原生粘土）：母巖風(fēng)化后的產(chǎn)

4、物滯留于原地，再經(jīng)地質(zhì)作用而形成的粘土。 （三）分類：II. 二次粘土（次生粘土）：母巖的風(fēng)化產(chǎn)物經(jīng)過自然力（洪水、大風(fēng)）搬遷，在別處沉積下來而形成的粘土。此即為沉積型粘土礦，如唐山子木節(jié)土、黑山膨潤土。 特點比較：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。二次黏土的特點相反。7/17/20227河南省精品課程陶瓷工藝原理第一章 陶瓷原料 根據(jù)粘土的可塑性強(qiáng)弱分類： 一、粘土的概念與分類強(qiáng)塑性粘土中等塑性粘土弱塑性粘土 根據(jù)粘土的耐火度高低分類：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 15807/17/20228河

5、南省精品課程陶瓷工藝原理 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。7/17/20229河南省精品課程陶瓷工藝原理（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低燒結(jié)溫度，

6、縮小燒結(jié)范圍。1-1 粘土類原料 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）Fe2O31 ，TiO2 0.5：瓷制品呈白色。若含量過高，坯體顏色將變深，甚至還影響電絕緣性。（5） H2O、有機(jī)質(zhì)：含量多時可塑性較好，但收縮大從“燒失量”一項判斷。7/17/202210河南省精品課程陶瓷工藝原理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

7、類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。 高嶺石葉臘石伊利石7/17/202211河南省精品課程陶瓷工藝原理a高嶺石類（Kaolinite，Al2O32SiO22H2O） 高嶺石族礦物包括高嶺石、地開石、珍珠陶土和多水高嶺石等。高嶺石是粘土中常見的粘土礦物，主要由高嶺石組成的粘土稱為高嶺土。 b蒙脫石類（Montmorillonite, Al2O34SiO2nH2O (n2) ） 蒙脫石也是一種常見的粘土礦物，以蒙脫石為主要組成礦物的粘土稱為膨潤土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉紅色或淡黃色，被雜質(zhì)污染時呈現(xiàn)其它顏色。 c.

8、伊利石類 (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7/17/202212河南省精品課程陶瓷工藝原理 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、不等價離子同晶置換以及層間陽離子等不同，從而構(gòu)成了不同類型的層狀結(jié)構(gòu)粘土礦物，如下圖所示的結(jié)構(gòu)模型圖。硅氧四面體層鋁氧八面體層層狀結(jié)構(gòu)粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)模型圖 7/17/202213河南

9、省精品課程陶瓷工藝原理 各種粘土礦物的結(jié)構(gòu)特點高嶺石多水高嶺石葉臘石蒙脫石伊利石7/17/202214河南省精品課程陶瓷工藝原理 各種粘土礦物的工藝性質(zhì)a. 高嶺石：可塑性較差，陽離子交換容量小，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原料。 葉臘石(Al2O32SiO2H2O), 其結(jié)構(gòu)與蒙脫石（ Al2O34SiO2nH2O ）相似，但晶格中的同晶置換現(xiàn)象輕微，故陽離子

10、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。7/17/202215河南省精品課程陶瓷工藝原理作 業(yè)：1. 選擇原料時應(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)特點和工藝性能。7/17/202216河南省精品課程陶瓷工藝原理 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)上并無區(qū)別。但絹云母外觀多呈粘土狀，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

11、渡礦物。2. 瓷石：是由長英巖或石英粗面巖經(jīng)過長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：4060% 絹云母：2040% 長 石：530% 高嶺石：010%7/17/202217河南省精品課程陶瓷工藝原理瓷石的形成過程示意圖：石 英長 石石 英絹云母長 石石 英絹云母部分絹云母化完全絹云母化石 英絹云母高嶺石部分高嶺石化 瓷石可單獨制瓷。燒成時，絹云母兼有高嶺土和長石之作用。7/17/202218河南省精品課程陶瓷工藝原理 粘土的加熱變化各種粘土的差熱曲線7/17/202219河南省精品課程陶

12、瓷工藝原理1）100時排除吸附水。例如高嶺石受熱時： 粘土礦物被加熱時，一般都要經(jīng)過排除自由水和吸附水、分解并脫去結(jié)晶水、形成莫來石新相等過程。 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）：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 + 2H2O 450 7/17/202220河南省精品課程陶瓷工藝原理 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)定的莫來石：7/17/202221河南省精品課程陶瓷工藝原理3、粘土的顆粒組成：粘土中不同大小顆粒的體積百分

13、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）石英與母巖殘渣（如長石、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7/17/202222河南省精品課程陶瓷工藝原理 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)生開裂，除去外力后，仍能保持受力時的形狀的性能。概念：粘土的工藝性質(zhì)系指其所具有的、對生產(chǎn)工藝過程

14、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)來反映粘土的可塑性大小。 可塑性的產(chǎn)生機(jī)理7/17/202223河南省精品課程陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質(zhì)1.可塑性干粉區(qū)泥漿區(qū)塑性泥料區(qū)可塑性含水率塑限液限最佳塑性范圍塑限：粘土由干粉狀態(tài)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的最低含水率。液限：粘土由塑性狀態(tài)變?yōu)闊o塑性的泥漿狀態(tài)時的含水率?？伤苄灾笖?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，最初出現(xiàn)裂紋時的應(yīng)力與應(yīng)變的乘積。7/17/202224河南省精品課程陶

15、瓷工藝原理 三、粘土的工藝性質(zhì)1.可塑性干粉區(qū)泥漿區(qū)塑性泥料區(qū)可塑性含水率塑限液限最佳塑性范圍 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)上的實際意義。 粘土根據(jù)塑性大小分類： 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)715 或 指標(biāo)2.53.6弱塑性粘土：指數(shù)17 或 指標(biāo)2.5瘠性原料：可塑性指數(shù)1.7/17/202225河南省精品課程陶瓷工藝原理 三、粘土的工藝性質(zhì)1.可塑性 影響可塑性大小的因素1. 礦物組成；2. 顆粒組成（細(xì)度）及顆粒形狀；3. 陽離子交換容量；4. 分散介質(zhì)的含量及種類（潤濕能力及表面張力）。 改善粘土可塑性的途徑1. 淘洗除雜；2. 風(fēng)化處

16、理；3. 坯料陳腐和真空練泥處理；4. 加入適量塑化劑。7/17/202226河南省精品課程陶瓷工藝原理 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)部存在不等價離子置換而帶有電荷，因此必須吸附其它異號離子來補(bǔ)償其電價，粘土的這種性質(zhì)稱為離子交換性。 粘土通常發(fā)生的是陽離子吸附與交換。7/17/202227河南省精品課程陶瓷工藝原理3.離子交換性 （2）陽離子交

17、換容量（100克干粘土所吸附能夠交換的陽離子或陰離子之?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）黏土吸附不同陽離子對其工藝性能的影響 Al3+ Ba2+ Ca 2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ 泥漿穩(wěn)定性泥漿流動性泥漿觸變性注漿成型時間泥漿電位大小7/17/202228河南省精品課程陶瓷工藝原理c. 表征方法：泥漿厚化系數(shù) 泥漿厚化系數(shù)= 30min30sec d. 觸變性大小對生產(chǎn)的影響（生產(chǎn)操作對觸變性的要求）：若太小，成型后的生坯強(qiáng)度低，會影響脫模和之后的修坯操作。若太大，會造成泥漿輸送困難，且成型后的生坯易變形。4.泥漿性質(zhì) （1）觸變性 a

18、. 概念。b. 觸變性的解釋模型：片狀粘土顆粒各帶異號電荷，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”。7/17/202229河南省精品課程陶瓷工藝原理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）流動性及穩(wěn)定性a. 概念b. 對生產(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。 7/17/202230河南省精品課程陶瓷工藝原理5.干燥性質(zhì) （2）干燥強(qiáng)度 a. 表示方法：干燥抗折強(qiáng)度

19、 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：燒成線收縮、體積收縮。其含義與干燥收縮類似。 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)計的重要依據(jù)。 6.燒結(jié)性能 （1）燒后顏色：這是某些對坯體顏色和電（絕緣）性能有要求的制品所必須考慮的一點。7/17/202231河南省精品課程陶瓷工藝原理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。 T1T2T3Tem.氣孔率收縮率收縮率（體密）T1: 開始燒結(jié)溫度T2: 完全

20、燒結(jié)溫度（簡稱燒結(jié)溫度）T3: 軟化溫度燒結(jié)（溫度）范圍：T2T3c. 生產(chǎn)上對燒結(jié)溫度及燒結(jié)范圍的要求。7/17/202232河南省精品課程陶瓷工藝原理（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. 粘土耐火度高低對生產(chǎn)的影響：耐火度高，燒成時不易變形；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）。abc試錐在不同階段的彎倒情況a：熔融開始前；b: 在相當(dāng)于耐火度的溫度下；c: 在高于耐火度的溫度下7/17/202233河南省精品課程陶瓷工藝原理四、粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用4

21、.粘土可在高溫下分解生成莫來石，而足夠數(shù)量莫來石的存在，則是制品具有良好使用性能的保證。1-1 粘土類原料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 的主要來源，是坯體具有一定耐火度、燒成時不易變形的重要保證。7/17/202234河南省精品課程陶瓷工藝原理 一、石英原料的種類 1-2 石英類原料二氧化硅（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。另一部分則以獨立狀態(tài)存在，成為單獨的石英礦。但由于經(jīng)歷的地質(zhì)作用及成礦條件不同，石

22、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9095%。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。7/17/202235河南省精品課程陶瓷工藝原理脈石英水晶結(jié)晶良好的石英水晶結(jié)晶良好的石英7/17/202236河南省精品課程陶瓷工藝原理 二、石英的性質(zhì) 石英的主要化學(xué)成分為S

23、iO2，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。7/17/202237河南省精品課程陶瓷工藝原理 二、石英的性質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變 兩種轉(zhuǎn)變類型重建性轉(zhuǎn)變：速度慢，體積效應(yīng)大。位移性轉(zhuǎn)變：速度快，體積效應(yīng)小。-石英亞 穩(wěn)方石英-鱗石英-方石英熔體石英玻璃-鱗石英-鱗石英-石英-方石英+0.82%有礦化劑存在時+

24、0.20%+0.20%+2.8%+ 16%+ 4.7%573870開始；1200以上劇烈1470亞 穩(wěn)方石英無礦化劑存在時1050開始；1200以上劇烈7/17/202238河南省精品課程陶瓷工藝原理 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-石英7/17/202239河南省精品課程陶瓷工藝原理 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。 實際生產(chǎn)中升溫快，由上圖可見，

25、無論是否有礦化劑，石英的轉(zhuǎn)化過程都經(jīng)過半安定方石英階段。有礦化劑存在時，最終有鱗石英形成；無礦化劑時，最終形成方石英。 在普通陶瓷生產(chǎn)過程中，對產(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。 7/17/202240河南省精品課程陶瓷工藝原理 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，縮短干燥時間，并對泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作用。 2. 燒成過程中，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

26、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。7/17/202241河南省精品課程陶瓷工藝原理 一、長石的種類 長石是陶瓷生產(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。自然界中長石的種類很多，但都是以下四種純長石的固溶體： 鈉長石(Ab): NaAlSi3O8 或 Na2OAl2O36SiO2 鉀長石(Or): KAlSi3O8 或 K2OAl2O36SiO2 鈣長石(An): CaAl2Si2O8 或 Ca OAl2O32SiO2 鋇長石(Cn): BaAl2Si2O8 或 BaOAl2O32SiO21-3 長石類原料自然界純長石

27、礦體罕見，尤其是鋇長石。鈉長石鉀長石鈣長石鋇長石7/17/202242河南省精品課程陶瓷工藝原理長石類礦物的化學(xué)組成與礦物物理性質(zhì) 名 稱鉀長石鈉長石鈣長石鋇長石化學(xué)通式K2OAl2O36SiO2Na2OAl2O36SiO2CaOAl2O32SiO2BaOAl2O32SiO2晶體結(jié)構(gòu)式KAlSi3O8NaAlSi3O8CaAl2Si2O8BaAl2Si2O8理論化學(xué)組成(%)SiO2Al2O3RO(R2O)64.7018.40K2O 16.9068.7019.50Na2O 11.8043.2036.70CaO 20.1032.0027.12BaO 40.88晶 系單斜三斜三斜單斜密度（g/cm

28、3）2.562.592.60 2.652.7 2.763.37莫氏硬度6 6.56 6.56 6.56 6.5顏 色白、肉紅、淺黃白、灰白、灰或無色白或無色熱膨脹系數(shù)（10-8/）7.57.4熔點（）1150（異元熔融）110015501725附注堿性長石系列：KAlSi3O8- NaAlSi3O8包括透長石、正長石，微斜長石、歪長石，條文長石及鈉長石斜長石系列：NaAlSi3O8- CaAl2Si2O8包括鈉長石、更長石、中長石、拉長石、培長石及鈣長石7/17/202243河南省精品課程陶瓷工藝原理 一、長石的種類1-3 長石類原料 自然界的純長石礦體罕見，主要是 K-Na長石的固溶體和 N

29、a-Ca長石固溶體。（一） K-Na長石的固溶體 鉀、鈉長石僅能形成有限固溶體。根據(jù)鈉長石的固溶度不同，可以三種單體礦物出現(xiàn)：微斜長石正長石透長石存在溫度范圍鈉長石含量65095065095020 % 30 % 50 %7/17/202244河南省精品課程陶瓷工藝原理 一、長石的種類（二） Na-Ca長石的固溶體斜長石 鈉、鈣長石能形成無限（連續(xù)）固溶體。斜長石實指Na、Ca長石含量在 1090%之間的Na-Ca長石固溶體。否則，分別稱之為鈉長石或鈣長石。鈉長石斜長石鈣長石鈣長石含量10 %90 %1090 %10 %鈉長石含量90 % 陶瓷生產(chǎn)中主要利用正長石和微斜長石，即以鉀長石為主要組成

30、的K-Na長石的固溶體。7/17/202245河南省精品課程陶瓷工藝原理 二、長石的熔融特性及生產(chǎn)要求 1. 鉀長石的始熔溫度約為1150，熔融范圍約350（11501500）。高溫熔體粘度較大，且粘度隨溫度的升高降低較慢。2. 鈉長石的始熔溫度約為1100，熔融范圍約150（11501250）。高溫熔體粘度較小，且粘度隨溫度的升高降低較快（與鉀長石比較）。3. 鈣長石的始熔溫度較高（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：Al2O

31、3 1520%; (K2O+Na2O)13%, 其中Na2O3%, Fe2O30.5%.7/17/202246河南省精品課程陶瓷工藝原理 三、長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用4. 在釉料中長石亦為主要熔劑，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，可縮短生坯干燥時間、減少坯體的干燥收縮變形等。2. 高溫?zé)蓵r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)，從而縮短燒成時間。3. 燒成過程中，熔融后的長石熔體能促進(jìn)坯體的致密化過程（即成瓷過程），改善制品的使用性能。7/17/202247河南省精品課程陶瓷工藝原理課外作業(yè)：1. 為什么Ca-土泥漿的穩(wěn)定性、流

32、動性比 Na-土泥漿的差？2. 試分析影響泥漿觸變性的各個因素？3. 說明粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用。4. 對制品燒成質(zhì)量影響最大的石英晶型轉(zhuǎn)變是哪個？為什么？5. 說明石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用。6. 配制坯料的長石應(yīng)滿足哪些要求？對其化學(xué)組成有何要求？7. 說明長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用。7/17/202248河南省精品課程陶瓷工藝原理第四節(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7/17/202249河南省精品課程陶瓷工藝原理化學(xué)通式為：A12O34SiO2nH2O晶體結(jié)構(gòu)式為：A12(

33、Si4O10)(OH)22.葉臘石：單斜晶系晶體。葉臘石理論化學(xué)組成為：A12O3 28.30，SiO2 66.70，H2O 5.00。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 。7/17/202250河南省精品課程陶瓷工藝原理主要是高鋁礬土及硅線石族礦物，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. 硅線石族原料高鋁礬土硅線石3.高鋁質(zhì)礦物原料7/17/202251河南省精品課程陶瓷工藝原理滑石 滑石由天然的含水層狀硅酸鎂礦物組成，其化學(xué)式為 3MgO4SiO2H2O，晶體結(jié)構(gòu)式是Mg3Si4O10(OH)2，理論

34、化學(xué)組成為：MgO 31.88，SiO2 63.37，H2O 4.74，常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質(zhì)?；瘜?：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?；?石A. 滑石與蛇紋石7/17/202252河南省精品課程陶瓷工藝原理蛇紋石 蛇紋石與滑石同屬鎂的含水硅酸鹽礦物，化學(xué)式為3MgO4SiO22H2O ，晶體結(jié)構(gòu)式為Mg3SiO2(OH)4，理論化學(xué)組成：MgO 43，SiO2 44.1，H2O 12.9，常含鐵、鈦、鎳等雜質(zhì)，鐵含量較高。

35、 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. 堿土硅酸鹽類原料 7/17/202253河南省精品課程陶瓷工藝原理 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CaO 48.25，SiO2 51.75。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、低損耗無線電陶瓷等，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。7/17/202254河南省精品課程陶

36、瓷工藝原理C. 透輝石 透輝石的化學(xué)式為CaOMgO2SiO2，晶體結(jié)構(gòu)式：CaMgSiO3，理論化學(xué)組成為：CaO 25.9，MgO 18.5，SiO2 55.6。透輝石4. 堿土硅酸鹽類原料 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。7/17/202255河南省精品課程陶瓷工藝原理A. 霞石正長巖 主要礦物組成為長石類及霞石AlSiO4的固熔體,次要礦物為輝石、角閃石等，外觀呈淺灰綠或淺紅褐色，脂肪光澤。霞石正長巖5.含堿硅酸鋁類礦物 以霞石正長巖代替長石，可使坯體燒成時不易沉塌，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。7/17/202256河南省精品

37、課程陶瓷工藝原理鋰輝石 鋰輝石的化學(xué)式為Li2OAl2O34SiO2，晶體結(jié)構(gòu)式為LiAl(SiO3)2，理論化學(xué)組成為：Li2O 8.02，SiO2 64.58，Al2O3 27.40，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.含堿硅酸鋁類礦物 7/17/202257河南省精品課程陶瓷工藝原理鋰云母 鋰云母又稱鱗云母，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LiFKFAl2O33SiO2，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，鋰的相對原

38、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，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.含堿硅酸鋁類礦物 7/17/202258河南省精品課程陶瓷工藝原理 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. 碳酸鹽類礦物7/17/202259河南省精品課程陶瓷工藝原理B. 菱鎂礦 菱鎂礦的化學(xué)通式是MgCO3，理論化學(xué)組成MgO 47.82，CO2 52.18。 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

39、尖晶石（MgOAl2O3）、鈦酸鎂（MgOTiO2）等原料，以及制備鎂橄欖石瓷（2MgOSiO2）的主要原料。菱鎂礦菱鎂礦7/17/202260河南省精品課程陶瓷工藝原理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)石英的熔解和莫來石的生成。白云石6. 碳酸鹽類礦物7/17/202261河南省精品課程陶瓷工藝原理第五節(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7/17/202262河南省精品課程陶瓷工藝原理

40、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（Karl Joseph Bayer）于18891892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7/17/202263河南省精品課程陶瓷工藝原理 MgO屬立方晶系NaCl型結(jié)構(gòu)，熔點2800，密度3. 58 g/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Mg(OH)2，在制造及使用過程中部必須注意。2. 氧化鎂（MgO）項 目煅燒溫度（）線收縮（%）體積密度（g/cm3）氣孔率（%）

41、晶粒平均直徑（m）由氫氧化鎂制得的MgO135015.72.4231.62.0145022.43.244.28.0160024.23.302.822.0由硝酸鎂制得的MgO13501.11.8448.21145010.12.4630.55160015.12.8620.110由堿式碳酸鎂制得的MgO135012.61.7250.81.5145010.12.2935.86.0160015.22.4531.87.5由氯化鎂制得的MgO13501.11.8348.51.014507.32.1828.84.0160012.52.6426.26.07/17/202264河南省精品課程陶瓷工藝原理 BeO具

42、有與金屬相近的導(dǎo)熱系數(shù)，約為309.34W(mK)，是Al2O3 的1520倍。BeO具有好的高溫電絕緣性能，BeO 熱膨脹系數(shù)不大。 因此，利用BeO 制備的 BeO陶瓷可用來作散熱器件、熔煉稀有金屬和高純金屬Be、Pt、V等的坩堝、磁流體發(fā)電通道的冷壁材料、高溫比體積電阻高的絕緣材料。3. 氧化鈹（BeO） 氧化鈹（BeO）晶體為無色，屬六方晶系，晶體很穩(wěn)定，很致密，且無晶形轉(zhuǎn)變。 但是，BeO有劇毒，操作時必須注意防護(hù)，經(jīng)燒結(jié)的BeO陶瓷是無毒的。第五節(jié) 新型陶瓷原料 7/17/202265河南省精品課程陶瓷工藝原理4. 氧化鋯（ZrO2） A. ZrO2 的性質(zhì)與晶型轉(zhuǎn)變 第五節(jié) 新型陶瓷原料 液相 單斜相1170，收縮 1000，膨脹 四方相 立方相 2370 2715 (m-ZrO2)(t-ZrO2)(c-ZrO2)例如： ZrO2SiO2 + 4NaOH = Na2ZrO3 + Na2SiO3 +2H2O Na2ZrO3 + 4HCl = ZrO