漿體的膠體化學(xué)原理

第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(shí)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。第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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θ牛頓型賓漢型σdv/dxf第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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)（3）塑流型——陶瓷材料中最主要的流動(dòng)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、石英砂第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(gè)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①晶格取代②吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解③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五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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①在酸性介質(zhì)中PH＜6②在中性介質(zhì)中PH≈7③在堿性介質(zhì)中PH＞8

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～。第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(yáng)離子吸附與交換特點(diǎn)、陽(yáng)離子交換量及影響因素、陽(yáng)離子交換順序

1、粘土陽(yáng)離子吸附與交換現(xiàn)象（2）陽(yáng)離子交換的特點(diǎn)（1）離子的交換過(guò)程①

同號(hào)離子相互交換②

離子以等當(dāng)量交換③交換是可逆的④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。第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(yáng)離子交換容量（cationexchangecapacity，cec）定義：100g干土吸附的陽(yáng)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(yáng)離子交換容量3～1520～4010～4075～150第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(yáng)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(yáng)離子的電價(jià)與半徑大小第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(yáng)離子交換容量（3）

陽(yáng)離子交換次序

——

表征粘土與陽(yáng)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(jià)和水化離子半徑。其規(guī)律：濃度相同時(shí)，高價(jià)離子交換能力大水化半徑——離子在溶液中發(fā)生了水化作用后的半徑

水化能力表征：電價(jià)相同時(shí)，半徑大的交換能力強(qiáng)——水化半徑小第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(yáng)離子交換容量（3）

陽(yáng)離子交換次序陽(yáng)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(jià)：高低半徑：大小說(shuō)明：①陽(yáng)離子濃度相同時(shí)，電價(jià)愈高，交換能力愈大②電價(jià)相同，離子半徑愈小，交換能力?、鄣蛢r(jià)離子濃度大于高價(jià)離子濃度時(shí)，可將高價(jià)離子置換下來(lái)。④H+離子的交換能力最強(qiáng)，與粘土有強(qiáng)烈的吸附作用。原因？第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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(chǎng)——使極性水分子定向排列粘土吸附水化陽(yáng)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)第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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(chǎng)作用范圍而存在的水分子提問(wèn)：比較結(jié)構(gòu)水、層間水、牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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(duì)粘土-水系統(tǒng)的工藝性質(zhì)有影響結(jié)合水量主要與陽(yáng)離子電價(jià)及半徑有關(guān)——兩反規(guī)則對(duì)于同價(jià)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(duì)于異價(jià)離子，電價(jià)高時(shí)，粘土的結(jié)合水量少。第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（1）ζ電位的產(chǎn)生緊靠粘土離子——吸附陽(yáng)離子層（膠粒）松散分布層——擴(kuò)散層膠粒（負(fù)電）（正電）膠團(tuán)

ζ-電位：吸附層與擴(kuò)散層之間的電位差。第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（2）ζ電位的大小ζ電位可通過(guò)下式計(jì)算：D—水的介電常數(shù)，u—電泳速度，σ—表面電荷密度第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（3）影響ζ電位的因素①陽(yáng)離子電價(jià)與半徑——吸附陽(yáng)離子的種類

遵循兩反規(guī)則，即：對(duì)于同價(jià)離子，半徑越大，ζ電位越低對(duì)于不同價(jià)離子，電價(jià)越高，ζ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+ζ電位：小大第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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

陽(yáng)離子濃度ddd=0dd=0ζ

-0

+陽(yáng)離子濃度等電態(tài)第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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)③有機(jī)質(zhì)的影響有機(jī)質(zhì)含量高，擴(kuò)散層增厚，ζ電位升高。

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（3）影響ζ電位的因素（4）ζ電位與泥漿性能的關(guān)系①ζ電位高懸浮性好②研究ζ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(shí)常加入鈉鹽作為添加劑第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性與穩(wěn)定性關(guān)鍵詞：流動(dòng)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(dòng)性、穩(wěn)定性、觸變性和可塑性③對(duì)于釉漿，可防止絮凝，在保證工藝條件下，水分減少，固體含量高，釉漿比重大②使干燥耗能降低，增加粉料產(chǎn)出量稀釋的意義：①降低坯體收縮，縮短模具干燥時(shí)間，提高生坯強(qiáng)度第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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①加入適量電解質(zhì)可使屈服值下降，粘度降低；②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）第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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①加入少量，粘度降低；加入量多，粘度增大②不同電解質(zhì)效果不同，而且NaSiO3比NaOH稀釋效果好第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)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(hào)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(dòng)性變好。第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性與穩(wěn)定性2、稀釋的條件（1）介質(zhì)需呈堿性（2）必須有一價(jià)陽(yáng)離子交換粘土離子原來(lái)吸附的離子（3）陰離子的作用①促使陽(yáng)離子交換進(jìn)行更徹底——與原料上吸附的陽(yáng)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第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)性與穩(wěn)定性2、稀釋的條件（3）陰離子的作用②聚合陰離子的作用——特殊吸附作用，見(jiàn)書(shū)135頁(yè)表8-4中和了原來(lái)的正電荷，使表面總負(fù)電荷數(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)第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(dòng)時(shí)似凝固體，而一旦攪動(dòng)后又重新獲得流動(dòng)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(hào)電荷吸引第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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①含水量②礦物組成——稠化度③膠粒的大小與形狀④電解質(zhì)的種類與加入量⑤溫度冬季輸送的泥漿要預(yù)熱，使流動(dòng)性變好，觸變性小，尤其是在北方地區(qū)。第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(gè)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)F<fA（屈服值），應(yīng)力與應(yīng)變成正比，彈性體當(dāng)fA<F<fB

，明顯形變，塑性體當(dāng)F>fB

，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？第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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(guò)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(shí)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)管力第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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①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↑。

②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(duì)移動(dòng)所需力）→屈服值↑→可塑性↑③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↑第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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①吸附陽(yáng)離子的種類H-土>M3+-土>M2+-土>M+-土。②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③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(jí)配合適→可塑性↑。④含水量第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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——ζ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)，生成的產(chǎn)物在溶液中能解離兩性氧化物在酸性介質(zhì)中呈堿性——可電離出OH-兩性氧化物在堿性介質(zhì)中呈酸性——可電離出H+第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)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1、控制料漿的PH值（2）PH值與ζ電位和η的關(guān)系①PH=1～3pH↑→ζ↑→η↓②PH=3～9pH↑→ζ↓→η↑③PH=9～12pH↑→ζ↑→η↓④PH=12～14pH↑→ζ↓→η↑第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，編輯于2023年，星期日