漿體的膠體化學(xué)原理

1、漿體的膠體化學(xué)原理第1頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)本章重點(diǎn): 第一節(jié) 引言關(guān)鍵詞：粘土水系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容：粘土-水系統(tǒng)的膠體化學(xué)知識以及其膠 體性質(zhì)與陶瓷生產(chǎn)工藝性質(zhì)的關(guān)系。 粘土水系統(tǒng)：由粘土顆粒分散在水介質(zhì)中所形成的 分散體系。第2頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)一、流變學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （1）牛頓型 （2）賓漢型 如：水、甘油、低分子化合物溶液等如：新拌混凝土等牛頓型賓漢型 dv/dxf第3頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料

2、科學(xué)基礎(chǔ)一、流變學(xué)基礎(chǔ) 第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （3）塑流型 陶瓷材料中最主要的流動方式（4）假塑型如：泥漿、油墨等如：淀粉、高分子溶液F1fnfN脹流型假塑流型塑流型（5）膨脹型如：面粉，Al2O3粉、石英砂第4頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）粘土的荷電性 粘土-水系統(tǒng)有一個基本現(xiàn)象電泳和電滲粘土帶電 1、負(fù)電荷（1）負(fù)電荷產(chǎn)生的原因 晶格取代 吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解 粘土邊面斷裂（高嶺土）（2）負(fù)電荷的分布層狀硅酸鹽的板面板面邊面第5頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4

3、6分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）粘土的荷電性2、兩性電荷高嶺土帶電主要類型 在酸性介質(zhì)中PH6 在中性介質(zhì)中PH7 在堿性介質(zhì)中PH8 3、凈電荷邊面帶正電荷邊面不帶電邊面帶負(fù)電由于斷鍵而引起的可局部吸附正電荷或負(fù)電荷，即因PH不同而有不同電荷的現(xiàn)象叫。第6頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （二）粘土的離子吸附與交換性 主要介紹粘土陽離子吸附與交換特點(diǎn)、 陽離子交換量及影響因素、陽離子交換順序 1、粘土陽離子吸附與交換現(xiàn)象（2）陽離子交換的特點(diǎn)（

4、1）離子的交換過程同號離子相互交換離子以等當(dāng)量交換 交換是可逆的 離子交換不影響粘土本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但可改變其膠體性質(zhì)應(yīng)用：利用粘土的交 換性，可提純粘土。第7頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （二）粘土的離子吸附與交換性 2、粘土陽離子交換容量（cation exchange capacity，cec）定義：100g干土吸附的陽離子的毫克當(dāng)量數(shù) 吸附的毫克當(dāng)量/100克干粘土（1）交換容量大小的意義反映粘土所帶負(fù)電荷多少、可初步鑒定粘土礦物的種類礦物高嶺石多水高嶺石伊利石蒙脫石陽離子交換容量315204010407

5、5150第8頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) 2、粘土陽離子交換容量（2）影響交換容量大小的因素 粘土的礦物組成 粘土顆粒的細(xì)度 腐殖質(zhì)的含量 介質(zhì)的PH值 介質(zhì)的溫度 吸附陽離子的電價與半徑大小第9頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) 2、粘土陽離子交換容量（3）陽離子交換次序 表征粘土與陽離子的結(jié)合能力的大小離子被吸附的難易程度，取決于離子的電價和水化離子半徑。 其規(guī)律： 濃度相同時，高價離子交換能力大水化半徑離子在溶液中發(fā)生了水化作用后的

6、半徑 水化能力表征： 電價相同時，半徑大的交換能力強(qiáng)水化半徑小第10頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) 2、粘土陽離子交換容量（3）陽離子交換次序陽離子被吸附的能力，有下列順序：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+交換作用：大 小 電價： 高 低 半徑： 大 小 說明： 陽離子濃度相同時，電價愈高，交換能力愈大 電價相同，離子半徑愈小，交換能力小 低價離子濃度大于高價離子濃度時，可將高價離子置換下來。 H+離子的交換能力最強(qiáng)，與粘土有強(qiáng)烈的吸附作用。原因？第11頁，共35頁，2022年，

7、5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 主要介紹粘土粘土顆粒與水介質(zhì)作用的相關(guān)性質(zhì) 1、粘土與水的作用粘土表面存在O2-、OH-與H2O以氫鍵結(jié)合粘土表面的靜電場 使極性水分子定向排列粘土吸附水化陽離子粘土與水作用的結(jié)果：與作用程度不同的結(jié)合水形成了粘土膠團(tuán)第12頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 2、粘土膠核周圍水的存在形式牢固結(jié)合水：定向排列水，又稱吸附水膜牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水

8、疏松結(jié)合水：定向程度低，又稱擴(kuò)散水膜自由水：超出作用力場作用范圍而存在的水分子提問：比較結(jié)構(gòu)水、層間水、牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水第13頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 3、粘土結(jié)合水量及其影響因素以100克干土吸附多少克水作為結(jié)合水量粘土的結(jié)合水量對粘土-水系統(tǒng)的工藝性質(zhì)有影響結(jié)合水量主要與陽離子電價及半徑有關(guān) 兩反規(guī)則 對于同價離子，半徑小，水化半徑大，粘土結(jié)合水量多 Li粘土Na粘土K粘土 對于異價離子，電價高時，粘土的結(jié)合水量少。第14頁，共35頁，2022年，5

9、月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 4、粘土膠體的電動電位電位（1） 電位的產(chǎn)生緊靠粘土離子吸附陽離子層（膠粒）松散分布層擴(kuò)散層 膠粒（負(fù)電） （正電） 膠團(tuán) -電位：吸附層與擴(kuò)散層之間的電位差。第15頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 4、粘土膠體的電動電位電位（2） 電位的大小電位可通過下式計算：D水的介電常數(shù)，u電泳速度，表面電荷密度第16頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科

10、學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土膠體的電動性質(zhì) 4、粘土膠體的電動電位電位（3） 影響電位的因素 陽離子電價與半徑吸附陽離子的種類 遵循兩反規(guī)則，即：對于同價離子，半徑越大，電位越低 對于不同價離子，電價越高， 電位越低與水化膜厚度有關(guān)，即與水化能力有關(guān)H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+、Li+電位：小 大第17頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) 陽離子濃度ddd=0dd=0-0+陽離子濃度等電態(tài)第18頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四L

11、OGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) 有機(jī)質(zhì)的影響 有機(jī)質(zhì)含量高，擴(kuò)散層增厚，電位升高。 4、粘土膠體的電動電位電位（3） 影響電位的因素（4） 電位與泥漿性能的關(guān)系 電位高懸浮性好 研究電位為改善泥漿性能指出了方向和途徑實(shí)例：陶瓷漿料球磨時常加入鈉鹽作為添加劑第19頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性 關(guān)鍵詞：流動性、穩(wěn)定性、稀釋性、稀釋劑（減水劑） 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 主要內(nèi)容：粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)，包括：流動性、穩(wěn)定性、 觸變性和可塑性 對于釉漿，可防止絮凝，在保

12、證工藝條件下，水分減少，固體含量高，釉漿比重大 使干燥耗能降低，增加粉料產(chǎn)出量稀釋的意義： 降低坯體收縮，縮短模具干燥時間，提高生坯強(qiáng)度第20頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理 加入適量電解質(zhì)可使屈服值下降，粘度降低； 加入不同電解質(zhì)其屈服值和粘度下降程度不同（Na要好于Ca）第21頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性

13、質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理 加入少量，粘度降低； 加入量多，粘度增大 不同電解質(zhì)效果不同， 而且NaSiO3比NaOH稀 釋效果好第22頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理板面邊面面-面邊-面邊-邊稀釋機(jī)理：消除粘土邊面上的異號電荷，使邊-面、邊-邊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 成面-面排列方式，才能出現(xiàn)粘度下降，流動性變好。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性2

14、、稀釋的條件（1）介質(zhì)需呈堿性（2）必須有一價陽離子交換粘土離子原來吸附的離子（3）陰離子的作用 促使陽離子交換進(jìn)行更徹底與原料上吸附的陽離子形成不可溶或穩(wěn)定的絡(luò)合物Ca-粘土 + NaOH Na-粘土 + Ca(OH)2Ca-粘土 + Na2CO3 Na-粘土 + CaCO3Ca-粘土 + Na2SiO3 Na-粘土 + CaSiO3第24頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （一）泥漿的流動性與穩(wěn)定性2、稀釋的條件（3）陰離子的作用 聚合陰離子的作用特殊吸附作用，見書135頁表8-4中和了原來的正電荷，使表面總負(fù)電荷

15、數(shù)增加如：水玻璃、六偏磷酸鈉、單寧酸鈉、蛋白質(zhì)鈉鹽應(yīng)用：生產(chǎn)中調(diào)節(jié)泥漿并不是使泥漿處于粘度最低狀態(tài)第25頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （二）泥漿的觸變性 關(guān)鍵詞：觸變性、觸變結(jié)構(gòu) 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、觸變性泥漿靜止不動時似凝固體，而一旦攪動后又重新獲得流動性，并可多次重復(fù)的性質(zhì)。2、觸變結(jié)構(gòu)（卡片結(jié)構(gòu)、紙牌結(jié)構(gòu)）霍夫曼首先解釋了泥漿具有觸變性的原因并提出了觸變結(jié)構(gòu)“卡片結(jié)構(gòu)”“卡片結(jié)構(gòu)”形成的原因：邊面和板面所帶異號電荷吸引第26頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料

16、科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （二）泥漿的觸變性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)3、如何描述觸變性？4、影響觸變性的因素 含水量 礦物組成稠化度 膠粒的大小與形狀 電解質(zhì)的種類與加入量 溫度冬季輸送的泥漿要預(yù)熱，使流動性變好，觸變性小，尤其是在北方地區(qū)。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土的可塑性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 當(dāng)粘土與適當(dāng)比例的水混合均勻制成泥團(tuán)，該泥團(tuán)受到高于某一個數(shù)值的剪應(yīng)力作用后可塑造成任何形狀，去除應(yīng)力泥團(tuán)仍然保持其形狀不變的性質(zhì)。1、應(yīng)力-應(yīng)變曲線當(dāng)FfA（屈服值），應(yīng)力與

17、應(yīng)變成正比，彈性體當(dāng)fAFfB ，泥團(tuán)出現(xiàn)裂紋 粘土泥團(tuán)為什么具有可塑性？可塑性受哪些因素的影響？ 如何調(diào)整改善泥團(tuán)的可塑性？第28頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土的可塑性 三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)2、可塑性機(jī)理泥料的可塑性是泥團(tuán)中引力和斥力不斷抗衡，不斷建立新平衡 的過程。當(dāng)應(yīng)力使間距縮短斥力為主變形 應(yīng)力消除后間距變大引力為主保形 同性電荷相斥引力邊-面靜電吸力 毛細(xì)管力 范德華力 毛細(xì)管力大，則成型時阻力大，屈服值高，可塑性好；適當(dāng)?shù)暮亢洼^細(xì)的顆?？梢垣@得較大的毛細(xì)管力第29頁，共35頁，20

18、22年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土的可塑性2、可塑性機(jī)理 顆粒間作用力與水膜厚度的關(guān)系 在形成連續(xù)水膜的基礎(chǔ)上，水膜越薄，顆粒之間作用力增加。水膜薄毛細(xì)管半徑毛細(xì)管力。 顆粒間作用力與可塑性的關(guān)系 毛細(xì)管力（顆粒間引力）產(chǎn)生形變所需的力（使顆粒間相對移動所需力）屈服值可塑性 泥團(tuán)具有可塑性的條件 需要具備一定的含水量 含水量適當(dāng)，顆粒表面形成很薄的連續(xù)水膜 毛細(xì)管力可塑性 第30頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 粘土水系統(tǒng)的流變性質(zhì) （三）粘土的可塑性3、影響可塑性的因素 吸附陽離子的種類H-土M3+-土M2+-土M+-土。 粘土礦物組成比表面積毛細(xì)管力可塑性。蒙脫石比表面積高嶺大得多，故蒙高 顆粒細(xì)度和形狀 顆粒細(xì)度毛力可塑性（水膜薄毛徑毛力）；板狀、短柱狀比表面積球狀、立方狀，故前者可塑性后者；大、中、小顆粒級配合適可塑性。 含水量 第31頁，共35頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)46分，星期四LOGO無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié) 瘠性料的懸浮與塑化一、瘠性料的懸浮 方法控制料漿的PH值添加有機(jī)懸浮劑1、控制料漿的PH值電位（1）兩性氧化物可用此法如：Al2O3、Cr2O3和Fe2O3等 兩性氧化物與酸、堿都能反應(yīng)， 生