無機材料工藝學-陶瓷2-原料

◆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；陶瓷制品的性質不僅與工藝過程有關，而且與原料的種類有關。原料是陶瓷制品質量的基礎。影響產(chǎn)品質量的兩因素：（1）原料質量；（2）生產(chǎn)工藝過程。

高嶺石伊利石石英鉀長石鈉長石硅灰石葉臘石1/13/20231河南省精品課程——陶瓷工藝原理◆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構決定，而坯體顯微結構則由原料的種類和加工工藝決定。組織結構/成分Structure/Composition加工工藝Processing物化性能Property使用性能Performance1/13/20232河南省精品課程——陶瓷工藝原理質量達標（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）；運輸方便?！粼线x擇的基本要求第一章陶瓷原料◆原料選擇原則：●原料的組成應能保證產(chǎn)品的質量性能要求；●原料的工藝性能應能滿足生產(chǎn)加工過程的工藝要求。緒言1/13/20233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）1/13/20234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）是由多種微細礦物（主要是含水鋁硅酸鹽礦物）構成的混合體，其礦物晶體粒徑一般小于2μm。從外觀看：（i）由于所含雜質種類及數(shù)量不同，粘土可呈多種顏色。(ii)由于地質成因不同，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)過漫長的自然風化作用形成的?！竦灰钦惩?，或多或少都具有一定的可塑性。1/13/20235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：自然風化物理風化：暴曬、冰凍、水力及風力的破壞作用等化學風化：自然界中的化學物質對巖石造成的蝕變作用例如：K2O·Al2O3·SiO2+CO2+H2OAl2O3·2SiO2·2H2O+K2CO3+4SiO2鉀長石高嶺土●風化過程中產(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礦物。1/13/20236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）：母巖風化后的產(chǎn)物滯留于原地，再經(jīng)地質作用而形成的粘土。

（三）分類：II.二次粘土（次生粘土）：母巖的風化產(chǎn)物經(jīng)過自然力（洪水、大風）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?！籼攸c比較：一次粘土雜質較少，顆粒較粗，可塑性較差，干燥強度較低、干燥收縮較小，燒結溫度較高。二次黏土的特點相反。1/13/20237河南省精品課程——陶瓷工藝原理第一章陶瓷原料●根據(jù)粘土的可塑性強弱分類：一、粘土的概念與分類強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℃

~1580℃1/13/20238河南省精品課程——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、化學組成和顆粒組成。1、粘土的化學組成

主要化學成分為SiO2、A12O3和結晶水（H2O）。

雜質化學成分：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，粘土的化學全分析數(shù)據(jù)包括上述各成分，外加燒失量一項。1/13/20239河南省精品課程——陶瓷工藝原理（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低燒結溫度，縮小燒結范圍。§1-1粘土類原料●粘土的化學組成在一定程度上反映了其工藝性質:（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。（3）Fe2O3＜1％，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、有機質：含量多時可塑性較好，但收縮大——從“燒失量”一項判斷。1/13/202310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，而是多種微細礦物的混合體。因此，粘土所含各種微細礦物的種類和數(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1/13/202311河南省精品課程——陶瓷工藝原理a．高嶺石類（Kaolinite，Al2O3·2SiO2·2H2O）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,Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)

）

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，被雜質污染時呈現(xiàn)其它顏色。

c.伊利石類(Illite)

伊利石是白云母經(jīng)強烈的化學風化作用轉變?yōu)槊擅撌蚋邘X石過程中的中間產(chǎn)物，故其化學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1/13/202312河南省精品課程——陶瓷工藝原理粘土礦物是具有層狀結構硅酸鹽礦物，其基本結構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，從而構成了不同類型的層狀結構粘土礦物，如下圖所示的結構模型圖。硅氧四面體層鋁氧八面體層層狀結構粘土礦物晶體結構模型圖

1/13/202313河南省精品課程——陶瓷工藝原理●各種粘土礦物的結構特點高嶺石多水高嶺石葉臘石蒙脫石伊利石1/13/202314河南省精品課程——陶瓷工藝原理●各種粘土礦物的工藝性質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，燒結溫度較低。c.伊利石：與高嶺石相近?？伤苄圆?，陽離子交換容量小，遇水不膨脹，干燥收縮小，燒結溫度低、燒結范圍窄。絹云母和瓷石也劃歸為伊利石類原料?！羧~臘石(Al2O3·2SiO2·H2O),其結構與蒙脫石（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。1/13/202315河南省精品課程——陶瓷工藝原理作業(yè)：1.選擇原料時應考慮哪些主要因素？2.粘土的化學全分析數(shù)據(jù)在生產(chǎn)上有何指導意義？3.比較高嶺石、蒙脫石及伊利石三者的結構特點和工藝性能。1/13/202316河南省精品課程——陶瓷工藝原理●關于絹云母和瓷石：1.絹云母：一種礦物。是一種細小鱗片狀的白云母，因其表面呈絲絹光澤而得名。其化學組成和結構與白云母極相似，兩者在礦物學上并無區(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；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。風化程度深的瓷石，其中的絹云母會逐漸高嶺石化，部分地轉變?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%長石：5~30%高嶺石：0~10%1/13/202317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。1/13/202318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1/13/202319河南省精品課程——陶瓷工藝原理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、分解并脫去結晶水、形成莫來石新相等過程。●粘土的加熱變化2）450℃以上，結構水緩慢排出，高嶺石變成偏高嶺石（不含結晶水的高嶺石）：Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2O

450℃1/13/202320河南省精品課程——陶瓷工藝原理3）繼續(xù)加熱，偏高嶺石進一步反應形成硅－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），形成熱力學穩(wěn)定的莫來石：1/13/202321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比含量?！粽惩恋念w粒組成與其工藝性能密切相關：<1um的細顆粒愈多，則可塑性愈強，干燥收縮大，干后強度高，燒結溫度低。另外，片狀顆粒比桿狀顆粒接觸面積大，塑性大，強度高?！粽惩林械碾s質礦物主要包括：（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）鐵質礦物；（4）有機質。2、粘土的礦物組成1/13/202322河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質1.可塑性概念：可塑性是指粘土粉碎后用適量的水調和、混練后捏成泥團，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：粘土的工藝性質系指其所具有的、對生產(chǎn)工藝過程有重要影響的性質。包括可塑性、結合性、干燥性質、泥漿性質、燒結性質等?！粽惩恋墓に囆再|取決于其化學組成、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)、可塑性指標等參數(shù)來反映粘土的可塑性大小?！艨伤苄缘漠a(chǎn)生機理1/13/202323河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質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：系指在一定的工作水分下，粘土泥團受外力作用時，最初出現(xiàn)裂紋時的應力與應變的乘積。1/13/202324河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質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)及可塑性指標高低大小在生產(chǎn)上的實際意義?！粽惩粮鶕?jù)塑性大小分類：強塑性粘土：指數(shù)＞15或指標＞3.6中等塑性粘土：指數(shù)7~15或指標2.5~3.6弱塑性粘土：指數(shù)1~7或指標＜2.5瘠性原料：可塑性指數(shù)＜1.1/13/202325河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質1.可塑性

●影響可塑性大小的因素1.礦物組成；2.顆粒組成（細度）及顆粒形狀；3.陽離子交換容量；4.分散介質的含量及種類（潤濕能力及表面張力）?！窀纳普惩量伤苄缘耐緩?.淘洗除雜；2.風化處理；3.坯料陳腐和真空練泥處理；4.加入適量塑化劑。1/13/202326河南省精品課程——陶瓷工藝原理三、粘土的工藝性質2.結合性粘土的結合性是指粘土能結合非塑性原料形成良好的可塑泥團、有一定干燥強度的能力。

◆

結合性的表征方法：以能夠形成塑性泥團時所加入的標準石英砂量及試樣干后的抗折強度表示?！艨伤苄院玫恼惩?，其結合性也好。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償其電價，粘土的這種性質稱為離子交換性?！粽惩镣ǔ０l(fā)生的是陽離子吸附與交換。1/13/202327河南省精品課程——陶瓷工藝原理3.離子交換性（2）陽離子交換容量（100克干粘土所吸附能夠交換的陽離子或陰離子之數(shù)量）及其影響因素（粘土礦物組成、顆粒細度、晶格完善程度、有機質含量等）。（3）黏土吸附不同陽離子對其工藝性能的影響Al3+Ba2+Ca2+Mg2+

K+Na+Li+泥漿穩(wěn)定性泥漿流動性泥漿觸變性注漿成型時間泥漿ζ電位大小1/13/202328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)=τ30minτ30secd.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

（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電荷，形成邊-邊或邊-面結合，即所謂的泥漿“卡片結構”，容納大量的自由水于其中，使泥漿“變稠”。1/13/202329河南省精品課程——陶瓷工藝原理4.泥漿性質

e.影響觸變性大小的因素：礦物組成；顆粒細度；泥漿含水率及溫度；所用電解質的性質及數(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（1）干燥收縮a.表示方法：干燥線收縮、體積收縮。b.與生產(chǎn)的關系：坯體外形尺寸確定、模型放尺率。1/13/202330河南省精品課程——陶瓷工藝原理5.干燥性質（2）干燥強度a.表示方法：干燥抗折強度b.生產(chǎn)上的要求：強度要大，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。是模型設計的重要依據(jù)。

6.燒結性能

（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。1/13/202331河南省精品課程——陶瓷工藝原理6.燒結性能（3）燒結溫度和燒結范圍

a.粘土的加熱曲線b.影響因素：主要取決于粘土的化學礦物組成及顆粒細度。

T1T2T3Tem.氣孔率收縮率收縮率（體密）T1:開始燒結溫度T2:完全燒結溫度（簡稱燒結溫度）T3:軟化溫度燒結（溫度）范圍：T2~T3c.生產(chǎn)上對燒結溫度及燒結范圍的要求。1/13/202332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:在相當于耐火度的溫度下；c:在高于耐火度的溫度下1/13/202333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.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.粘土具有的結合性可以使之在成型時結合瘠性原料，保證成型坯體的強度。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。1/13/202334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：結晶良好的純SiO2。

b.脈石英：SiO2含量＞99%。高檔細瓷用原料。

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)膠結物的不同，分石灰質、粘土質、云母質和硅質砂巖四種，陶瓷生產(chǎn)僅用硅質砂巖。e.石英砂：SiO2含量＜90%，雜質較多，一般不用。f.燧石：石英沉積巖，隱晶質，硬度很大，可用作研磨材料、球磨機內襯。1/13/202335河南省精品課程——陶瓷工藝原理脈石英水晶－結晶良好的石英水晶－結晶良好的石英1/13/202336河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、石英的性質石英的主要化學成分為SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等雜質成分。石英具有很強耐酸侵蝕能力（氫氟酸除外），但與堿性物質接觸時能起反應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。

二氧化硅在常壓下有七種結晶態(tài)和一個玻璃態(tài)。它們是α-石英、β-石英；α-鱗石英、β-鱗石英、γ-鱗石英；α-方石英、β-方石英。1/13/202337河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、石英的性質——多晶轉變◆兩種轉變類型重建性轉變：速度慢，體積效應大。位移性轉變：速度快，體積效應小。α-石英亞穩(wěn)方石英α-鱗石英α-方石英熔體石英玻璃β-鱗石英γ-鱗石英β-石英β-方石英+0.82%有礦化劑存在時+0.20%+0.20%+2.8%+16%+4.7%573℃870℃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1/13/202338河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、石英的性質——多晶轉變◆石英晶型轉變與陶瓷生產(chǎn)的關系α-石英1/13/202339河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、石英的性質——多晶轉變◆石英晶型轉變與陶瓷生產(chǎn)的關系

理論晶型轉化的前提：緩慢升溫，維持晶型轉化在平衡態(tài)下進行。

●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β-石英、鱗石英、（半安定）方石英等形式存在?！駥嶋H生產(chǎn)中升溫快，由上圖可見，無論是否有礦化劑，—石英的轉化過程都經(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?！裨谄胀ㄌ沾缮a(chǎn)過程中，對產(chǎn)品燒成質量影響最大的是石英的位移性轉化，尤其是β-石英和α-石英之間的轉變，而不是重建性轉化。

1/13/202340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，拓寬坯體燒成范圍，而未熔石英又可保證坯體的強度，防止坯體變形。1/13/202341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):Na[AlSi3O8]或Na2O·Al2O3·6SiO2鉀長石(Or):K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2鈣長石(An):Ca[Al2Si2O8]或CaO·Al2O3·2SiO2鋇長石(Cn):Ba[Al2Si2O8]或BaO·Al2O3·2SiO2§1-3長石類原料自然界純長石礦體罕見，尤其是鋇長石。鈉長石鉀長石鈣長石鋇長石1/13/202342河南省精品課程——陶瓷工藝原理長石類礦物的化學組成與礦物物理性質

名稱鉀長石鈉長石鈣長石鋇長石化學通式K2O·Al2O3·6SiO2Na2O·Al2O3·6SiO2CaO·Al2O3·2SiO2BaO·Al2O3·2SiO2晶體結構式K[AlSi3O8]Na[AlSi3O8]Ca[Al2Si2O8]Ba[Al2Si2O8]理論化學組成(%)SiO2Al2O3RO(R2O)64.7018.40K2O16.9068.7019.50Na2O11.8043.2036.70CaO20.1032.0027.12BaO40.88晶系單斜三斜三斜單斜密度（g/cm3）2.56～2.592.60～2.652.7～2.763.37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)（α×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1/13/202343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Na-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＜650℃＞950℃650～950℃＜20%~30%~50%1/13/202344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10~90%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%10～90%＜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的K-Na長石的固溶體。1/13/202345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℃（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。就化學組成而言：Al2O315~20%;(K2O+Na2O)≥13%,其中Na2O＜3%,Fe2O3＜0.5%.1/13/202346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.高溫燒成時起熔劑作用，降低燒成溫度。其熔體可溶解石英和粘土礦物，促進固相反應，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坯體的致密化過程（即成瓷過程），改善制品的使用性能。1/13/202347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.對制品燒成質量影響最大的石英晶型轉變是哪個？為什么？5.說明石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用。6.配制坯料的長石應滿足哪些要求？對其化學組成有何要求？7.說明長石在陶瓷生產(chǎn)中的作用。1/13/202348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，結合強度不大，但干燥速度快。瓷石粉1/13/202349河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學通式為：A12O3·4SiO2·nH2O晶體結構式為：A12(Si4O10)(OH)22.葉臘石：單斜晶系晶體。葉臘石理論化學組成為：A12O328.30％，SiO266.70％，H2O5.00％。葉蠟石通常呈白色、淺黃或淺灰色，結構和蒙脫石相似，都屬于2：1型層狀結構硅酸鹽礦物。1/13/202350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.高鋁質礦物原料1/13/202351河南省精品課程——陶瓷工藝原理①滑石滑石由天然的含水層狀硅酸鎂礦物組成，其化學式為3MgO·4SiO2·H2O，晶體結構式是Mg3[Si4O10](OH)2，理論化學組成為：MgO31.88％，SiO263.37％，H2O4.74％，常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質?；瘜?：1型層狀結構硅酸鹽礦物，其晶體結構與葉蠟石十分相似。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)鎂質瓷的主要原料。滑石A.滑石與蛇紋石1/13/202352河南省精品課程——陶瓷工藝原理②蛇紋石蛇紋石與滑石同屬鎂的含水硅酸鹽礦物，化學式為3MgO·4SiO2·2H2O，晶體結構式為Mg3[SiO2](OH)4，理論化學組成：MgO43％，SiO244.1％，H2O12.9％，常含鐵、鈦、鎳等雜質，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.堿土硅酸鹽類原料

1/13/202353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反應而成。其化學通式為CaO·SiO2，晶體結構式為Ca[SiO3]，理論化學組成為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，降低坯體的燒結溫度。1/13/202354河南省精品課程——陶瓷工藝原理C.透輝石透輝石的化學式為CaO·MgO·2SiO2，晶體結構式：CaMg[SiO3]，理論化學組成為：CaO25.9％，MgO18.5％，SiO255.6％。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)中得到了廣泛應用。1/13/202355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，力學強度有所提高。1/13/202356河南省精品課程——陶瓷工藝原理①鋰輝石鋰輝石的化學式為Li2O·Al2O3·4SiO2，晶體結構式為LiAl(SiO3)2，理論化學組成為：Li2O8.02％，SiO264.58％，Al2O327.40％，含有鉀、鈉、鎂、錳、鐵等雜質。鋰輝石有三種同質多相變體，即α-鋰輝石、β-鋰輝石及γ-鋰輝石。鋰輝石B.鋰質礦物原料5.含堿硅酸鋁類礦物

1/13/202357河南省精品課程——陶瓷工藝原理②鋰云母鋰云母又稱鱗云母，是一種富含揮發(fā)成分的三層型結構狀硅酸鹽，其化學式為LiF·KF·Al2O3·3SiO2，晶體結構式為K(Li,Al)3[(Al,Si)Si3O10]（F,OH）2，化學組成不確定。在金屬元素中，鋰的相對原子質量最小，化學活性比鉀、鈉強，且Li+具有很高的靜電場，因此有非常強的熔劑化作用，能顯著降低材料的燒結和熔融溫度。鋰云母B.鋰質礦物原料5.含堿硅酸鋁類礦物

1/13/202358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1/13/202359河南省精品課程——陶瓷工藝原理B.菱鎂礦菱鎂礦的化學通式是MgCO3，理論化學組成MgO47.82％，CO252.18％。菱鎂礦是制造鎂質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。菱鎂礦菱鎂礦1/13/202360河南省精品課程——陶瓷工藝原理C.白云石白云石是CaCO3和MgCO3的復鹽，化學通式為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，促進石英的熔解和莫來石的生成。白云石6.碳酸鹽類礦物1/13/202361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)

氧化鋁的晶型轉變示意圖（一）氧化物原料a.氧化鋁的晶型轉變1/13/202362河南省精品課程——陶瓷工藝原理B.Al2O3原料的制備制取氧化鋁的方法是澳大利亞的化學家拜耳（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、溶出、脫硅、分解和煅燒。氧化鋁粉體1/13/202363河南省精品課程——陶瓷工藝原理MgO屬立方晶系NaCl型結構，熔點2800℃，密度3.58g/cm3。MgO化學活性強，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（%）晶粒平均直徑（μm）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MgO13501.11.8348.51.014507.32.1828.84.0160012.52.6426.26.01/13/202364河南省精品課程——陶瓷工藝原理BeO具有與金屬相近的導熱系數(shù)，約為309.34W／(m·K)，是α—Al2O3的15～20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，且無晶形轉變。但是，BeO有劇毒，操作時必須注意防護，經(jīng)燒結的BeO陶瓷是無毒的。第五節(jié)新型陶瓷原料1/13/202365河南省精品課程——陶瓷工藝原理4.氧化鋯（ZrO2）

A.ZrO2的性質與晶型轉變第五節(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+2H2ONa2ZrO3+4HCl=ZrOCl2+2NaCl+2H2OZrOCl2+2NH4OH+H2O=Zr(OH)4+2NH4Cl

Zr(OH)4ZrO2+2H2O△B