第二章陶瓷原料課件

陶瓷工藝技術第二章原料7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理本章主要內容粘土原料的成因、分類、組成（化學組成、礦物組成和顆粒組成）、工藝性質和在陶瓷生產中的作用；石英類原料的種類、性質、晶型轉變和作用；長石類原料的種類、性質（互熔特性和熔融特性）和作用；堿土硅酸鋁原料（滑石、硅灰石和透輝石）碳酸鹽、硫酸鹽和硼酸鹽原料氧化物原料（ZrO2、TiO2、PbO和ZnO）其它原料（高鋁質原料、含堿硅酸鋁類、骨灰和輔助原料）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第一節(jié)原料概述

1原料的分類根據原料的獲得方式分：礦物原料，化工原料。根據工藝特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性），熔劑性原料。根據使用用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。根據礦物組成分：粘土質原料，硅質原料，長石質原料，鈣質原料，鎂質原料等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理2原料是基礎性能原料結構工藝內因外因陶瓷制品的性質不僅與工藝過程有關，而且與原料有關。原料的合理選擇十分重要。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理3選用原料的注意事項質量達標（不是越純越好）儲量要大（保證長期供應）性能穩(wěn)定（穩(wěn)定壓倒一切）運輸方便（避免等米下鍋）成本要低（當地原料優(yōu)先）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第二節(jié)粘土類原料概述粘土（clay）是一種顏色多樣、細分散的由多種呈疏松或膠狀密實的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。.……………7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理一粘土的成因及分類1、粘土的成因：粘土的成因大致可分為下列幾種類型：各種富含硅酸鹽礦物（如長石、偉晶花崗石）的巖石經風化（物理風化、化學風化和有機物風化），水解，熱液蝕變等作用可變?yōu)檎惩痢?/p>

風化殘積型熱液蝕變型沉積型7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理成因：深成巖（如花崗巖、偉晶巖、長英巖等）經風化后殘留在原地形成的粘土。

一般稱為一次粘土（殘留粘土或原生粘土）；代表：我國南方的高嶺土大多屬于此類，如：江西星子高嶺、景德鎮(zhèn)大州高嶺、龍巖高嶺、廣東飛天燕等粘土礦。風化殘積型——一次粘土7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理熱液蝕變型成因：高溫巖漿遇冷逐漸降溫時，其中溶有的大量其他化合物的熱液（水）作用于母巖而形成的粘土礦物。代表：蘇州陽山、衡陽界碑等地粘土礦多為熱液蝕變型。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理沉積型——二次粘土成因：風化了的粘土礦物借雨水或風力的遷移作用搬離母巖后，在低洼地方沉積而成的礦床。一般稱為為二次粘土（沉積粘土或次生粘土）。代表：漳州黑泥、山西紫木節(jié)等粘土礦。特點：雜質多，塑性好，干燥強度大，收縮大。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理2粘土的分類化學組成顆粒粒度成型性能耐火度一次粘土較純（石英多，有機物少）較粗塑性低較高二次粘土雜質含量高（石英少，有機物多）細小塑性高較低按成因分：一次粘土（殘留粘土或原生粘土）二次粘土（沉積粘土或次生粘土）

二次粘土：由風化而成的一次粘土經雨水、河川的漂流及風力作用，而遷移到低洼的地方沉積形成的粘土。一次粘土：母巖經風化后殘留在原地形成的粘土。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理（1）高可塑性粘土(軟質粘土、結合粘土)：特點：水中易分散，可塑性好，含雜質較多，多呈疏松狀或板狀，代表：膨潤土、木節(jié)土、球土等。（2）低可塑性粘土(硬質粘土、瘠性粘土):特點：在水中不易分散，可塑性較小，多呈致密塊狀、石狀，代表：葉臘石、焦寶石、堿石、瓷石等。按可塑性分：7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

⑴耐火粘土（耐火度>1580C)：較純，雜質少——瓷器、耐火材料

⑵難熔粘土（耐火度1350～1580C）：雜質10～15％——炻器、陶器等

⑶易熔粘土（耐火度<1350C）：大量雜質——建筑磚瓦和粗陶按耐火度分按構成粘土的主要粘土礦物⑴高嶺石類粘土。如蘇州土、紫本節(jié)土。⑵蒙脫石類粘土。如遼寧黑山和福建連成膨潤土。⑶水云母類粘土。如河北章村土。⑷葉臘石類粘土。如浙江青田葉臘石。⑸水鋁英石類粘土。如唐山A、B、C級礬土。7/27/2023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，包括粘土的化學組成、礦物組成和顆粒組成。1、粘土的化學組成主要化學成分為SiO2、A12O3和結晶水（H2O）。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。

有灼減量（化合水、有機物、碳酸鹽、硫酸鹽等）。SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O，I.L.7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理ＳiＯ2：含量多——可塑性低——收縮?。羖2Ｏ3：含量高——耐火度高——難于燒結——高嶺石類Ｆe2Ｏ3，ＴiＯ2：使坯體著色，隨含量增加——顏色加深；ＣaＯ、ＭgＯ：降低粘土的耐火度，縮小燒結范圍，過量可使坯體起泡Ｋ2Ｏ，Ｎa2Ｏ：含量高——燒結溫度較低IL：有機雜質較多灼減量大，粘土顏色深，吸水性強，可塑性好，干燥強度大，但收縮也大。根據化學組成，可初步估計出粘土的礦物組成、粘土耐火度的高低、粘土的顏色及工藝性能等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理2礦物組成粘土礦物高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）伊利石類（也稱水云母類）

非粘土雜質礦物有益的雜質如石英、長石等有害的為碳酸鹽、硫酸鹽等粘土是多礦物組成的混合物，含有二種或二種以上的粘土礦物和在形成過程中由于風化不完全或在沖刷漂移過程中混入其它雜質礦物。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理包括高嶺石、地開石、珍珠陶土和多水高嶺石等。主要由高嶺石類礦物組成的粘土稱為高嶺土（Kaolin）。特點：吸附能力小，可塑性和結合性較差，雜質少、白度高、耐火度高。代表：江蘇的蘇州土（高嶺石和多水高嶺土）、湖南的白色界牌土（多水高嶺土）、山西的大同土（高嶺石）和廣東飛天燕土（高嶺石、多水高嶺土、水云母）高嶺土（1）高嶺石族礦物7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學通式：Ａl2Ｏ3·2ＳiＯ2·2Ｈ2Ｏ

理論組成：Ａl2Ｏ339.5%ＳiＯ246.54%Ｈ2Ｏ13.96%晶系：三斜晶系，外形呈片狀、粒狀、桿狀，假六方片狀。晶體結構：

1:1型層狀結構硅酸鹽，Si－O四面體層和Al－（O，OH）八面體層通過共用氧原子聯系成雙層結構，構成結構單元層。層間以氫鍵相連特性：層間結合力較弱，層間不易吸附水分子而缺乏膨脹性。晶格內部離子很少置換，結構外表面的OH-中的H+可以被K+或Na+所取代。高嶺石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理多水高嶺石（埃洛石、敘永石

）化學通式：Al2O3·2SiO2·nＨ2O(n=4～6，層間水

)

晶系：單斜晶系或三斜晶系，外形常呈微細空管狀或卷曲片狀晶體結構：結構與高嶺石相近，存在層間水，晶格在c軸方向厚度增大特性：晶層靠微弱的分子鍵相連，層間有一定的自由活動能力，易吸附水化離子與有機物，其可塑性、結合性比高嶺石強，干燥收縮大。加熱時在較低溫度下（110-200℃）會大量脫水，易使坯體開裂。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理蒙脫石（微晶高嶺石，膠嶺石）化學通式：Ａl2O3·4ＳiO2·nＨ2O（n>2）晶體結構：單斜晶系，2:1型層狀結構，兩端[SiO4]四面體，中間夾一個[AlO6]八面體，構成單元層。單元層間靠范德華力相連。性質：以蒙脫石為主要礦物的粘土稱膨潤土。白色，灰白色，因含不同雜質呈黃、淺紅、藍至綠色。蒙脫石結晶程度差，顆粒極細小（一般小于0.5um）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理蒙脫石：一種含水的層狀鋁硅酸礦物蒙脫石的晶體結構2：1型結構。[SiO4]四面體，中間夾一個[AlO6]八面體，構成單元層。單元層間靠范德華力相連。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理具有陽離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結性、吸附性等特性。蒙脫石結構的計算機模擬示意圖層間陽離子水分子Mg2＋7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理特點一：吸水性強、吸水后體積膨脹

結合力較小，水分子及其它極性分子易進入晶層中間形成層間水，層間水的數量是可變的。特點二：離子交換能力很強

晶格中四面體層的Si4+小部分被AI3+、P5+等置換，而八面體層中的AI3+也常被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等置換。使電價不平衡，促使晶層之間吸附陽離子如Ca2＋、Na＋，從而相應地稱為鈣蒙脫石和鈉蒙脫石。特點7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理特點三：易粉碎，顆粒細小，可塑性好，觸變厚化性強，干燥收縮較大，干燥強度高，因含雜質多，Al2O3含量低，故燒成溫度較低，燒后色澤不理想。

坯體中用量不宜太多，一般在５％左右。代表：遼寧黑山膨潤土，河北宣化，浙江寧海粘土，福建連城、武平膨潤土等，地表部分多為Ｃa－膨潤土。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理常用的一種粘土礦物，它是由酸性火山巖經熱液蝕變而成，是陶瓷工業(yè)所常用的原料。

化學通式：Al2O3·4SiO2·Ｈ2O

理論組成：Al2O328.30%

，SiO266.70%，H2O5.00%。晶體結構：單斜晶系，2:1型層狀硅酸鹽，兩層[SiO4]四面體中間夾著一層[AlO6]八面體，層間以范德華力結合。晶格四面體中的Si4+和八面體中的Al3+并未被其它陽離子所置換，故不易吸收水分和吸附陽離子。葉臘石（蠟石）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理外觀：顏色為白色、淺黃或淺灰色。特性：葉蠟石無可塑性、吸附性差、硬度低。葉臘石含結晶水較少，總收縮不大，線膨脹系數小，在升溫過程中脫水極為緩慢，可做對尺寸要求高的內外墻磚，適于配制快速燒成的陶瓷坯體。代表：浙江青田，昌化，福建壽山等地葉臘石。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理伊利石類（水云母類）化學通式：(K,H3O)<1nH2O{(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2}化學組成：水化了的白云母，介于高嶺石、白云母之間.K2O白云母>伊利石>高嶺石

H2O白云母<伊利石<高嶺石結構：單斜晶系，與蒙脫石結構類似，2:1型層狀硅酸鹽，但[SiO4]四面體中Ａl３+較蒙脫石多，晶間陽離子常為K+，也有部分被Ｈ+，Ｎa+取代，K+半徑大小正好嵌入層間，因此晶格結構牢固，不發(fā)生膨脹。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理白云母化學通式：Ｋ2Ｏ·3Ａl2Ｏ3·6ＳiＯ2·2Ｈ2Ｏ結構：單斜晶系風化形成伊利石、絹云母、綠鱗石等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理外觀：多呈不規(guī)則片狀，顏色潔白，黃色，綠色及褐色。特性：伊利石類礦物構成的粘土，一般可塑性低，干后強度大，干燥燒成收縮小，燒結溫度低，燒結范圍窄。產地：我國河北邢臺，江西德興，湘南等地產伊利石較出名。伊利石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理絹云母成因：熱液或變質作用形成的細小鱗片狀白云母，有絲絹光澤.特性：一種水化不完全的白云母，是白云母與伊利石之間的過渡產物，能單獨成瓷。比白云母ＳiＯ2含量高。Ｋ2Ｏ含量比白云母低，而比伊利石高。水含量也介于白云母與伊利石之間.產地：江西柳家灣、福建南安。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理瓷石特性：絹云母，石英為主要成分，含長石，高嶺石等雜質礦物?？伤苄圆桓?，結合強度不大，干燥速度快。絹云母起粘土及長石的作用，促進成瓷及燒結?？膳渲朴粤希Q為“釉果”或“釉石”。產地：景德鎮(zhèn)南港瓷石、安徽祁門瓷石等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理定義：指粘土中含不同大小顆粒的百分含量(體積百分比或質量分數）。意義：可初步判斷工藝性能：顆粒越小，可塑性越大，干燥收縮越大，干燥后強度高，燒結溫度低，易變形。

可初步判斷礦物類型：粘土礦物粒徑小于2微米，非粘土礦物大于2微米，多數在10～60微米?！袛嗾惩练钦惩良跋鄬俊?/p>

判斷粘土本身礦物類型：高嶺土類粗，蒙脫石、伊利石類粘土細。

3、顆粒組成7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理顆粒組成－表示方法（1）頻度分布（微分型）頻度分布曲線：橫坐標表示粒徑；縱坐標表示各粒徑對應的顆粒百分含量。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理累積分布曲線：橫坐標表示顆粒徑；縱坐標表示在某粒度值以下的顆粒占總顆粒的百分含量。（2）累積分布（積分型）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理方法或儀器基本原理測定范圍μm

特點標準篩（篩分法）通過一組篩子將樣品分級，稱重各粒級，可得粒度重量累積分布

38～1000方法簡單、快速，但精確度低；可得平均粒徑和粒度分布移液管法（沉降法）

分散在沉降介質中的樣品顆粒的沉降速度是顆粒大小的函數，通過測定分散體因顆粒沉降而發(fā)生的濃度變化，測定顆粒大小和粒度分布1～100儀器便宜，方法簡單，應用廣。缺點是測定時間長，分析、計算工作量很大激光粒度分析儀（激光散射法）根據夫瑯和費衍射原理測定顆粒粒度和粒度分布2～176自動化程度高、操作簡單、測定速度快、重復性好、可用于在線粒度分析X射線透過法測定因分散濃度變化引起的濁度變化，測定樣品的粒度分布

0.1～100自動測定，數據不需處理便可得到分布曲線，可用于在線粒度分析

顆粒組成——測定方法

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三粘土的工藝性質1可塑性定義：粘土—水系統形成泥團，在外力作用下泥團發(fā)生變形而不開裂，當外力解除后，仍能保持其形狀不變，這種現象稱為可塑性。粘土具有可塑性的解釋粘土在水中分散成細小顆粒，由于離子吸附，粘土顆粒周圍形成適當厚度的水化薄膜，受力作用時水膜起潤滑作用，可任意滑移變形；粘土顆粒間形成毛細管，水膜又成了張緊膜，使發(fā)生滑移的顆粒不致脫離分開，起保形作用。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理表示方法：可塑性指數，可塑性指標?？伤苄浴伤苄灾笖?/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末狀態(tài)進入塑性狀態(tài)時的含水量。液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由塑性狀態(tài)進入流動狀態(tài)時的含水量。塑限W1——反映粘土被水潤濕后，形成水化膜，使粘土顆粒能相對滑動而出現可塑性的含水量。塑限高，表明粘土顆粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收縮也大。液限W2——反映粘土顆粒與水分子親和力的大小。W2上升表明顆粒很細，在水中分散度大，不易干燥，濕坯強度低?？伤苄灾笖担阂合夼c塑限之差；W=W2-W17/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理可塑性——可塑性指標可塑性指標：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出現裂紋時應力與應變的乘積。

可塑性指標——反映粘土的成型性能——一定的含水率根據粘上可塑指數或可塑指標大小可將其分為以下幾類：強塑性粘土：指數＞15或指標＞3.6中塑性粘土：指數7～15，指標2.5～3.6弱塑性粘土：指數l～7，指標<2.5非塑性粘土：指數<1。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理2結合性定義：粘土的結合性是指粘土能夠結合非塑性原料而形成良好的可塑泥團，并且有一定干燥強度的能力。表征：粘土結合瘠性料的結合力的大小來衡量。注：實驗室中粘土的結合力通常以能夠形成可塑泥團時所加入標準石英砂（顆粒組成為:0.25～0.15mm70%，0.15～0.09mm30%）的數量及干后抗折強度來反映。評價指標：加砂量＞50%為結合力強的粘土，加砂量在25%～50%為中等結合力粘土，加砂量＜20％為結合力弱的粘土。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理定義：粘土顆粒吸附的離子被其它同性電荷的離子置換，發(fā)生離子交換的性質稱為粘土的離子交換性。3離子交換性粘土顆粒帶有電荷吸附其它異電荷離子被吸附的離子被其它同性電荷的離子置換電價平衡Si4+被Al３+，Fe２+等置換以及邊緣斷鍵原因：7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理交換容量大?。宏栯x子交換能力：Ｈ+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

陰離子取代能力：

OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

表示方法：離子交換能力用交換容量來表示，100g干粘土所吸附能夠交換的陽離子或陰離子的量。單位：mmol／100g或mol*10-1／g。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理影響離子交換能力的因素：離子性質；粘土礦物的種類：蒙脫石＞伊利石＞高嶺石—結構決定粘土礦物的有序度及分散度：有序度高則交換能力差；——吸附在表面分散度大則交換能力高：——顆粒越細，斷鍵多有機物質的含量：活性基因-OH，-COOH具有吸附陽離子的能力。粘土礦物結晶程度：結晶程度差，存在類質同晶置換，交換能力強。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理4觸變性定義：粘土泥漿或可塑泥團受到振動或攪拌時，粘度會降低而流動性增加，靜置后能恢復原來狀態(tài)。反之，泥料放置一段時間后，在維持原有水分的情況下會增加粘度，出現變稠和固化現象。這種性質統稱為觸變性。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理產生觸變性的原因：粘土片狀顆粒的活性邊面上尚殘留少量電荷未被完全中和，以致形成局部邊－邊或邊－面結合，使粘土顆粒之間常組成封閉的網絡狀結構。大量的自由水被分隔和封閉在網絡的空隙中，使整個粘土－水系統好像水分減少，粘度增加，變稠及固化現象網絡狀結構是疏松和不穩(wěn)定的，當稍有剪切力的作用或振動時，網絡即被破壞，又呈流動狀態(tài)。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理表征：觸變性的大小用稠化度或厚化度來表示

(1)泥漿厚化度：泥漿的厚化度以100ml的泥漿靜置30min和30s后其相對粘度之比表示。

泥漿厚化度＝τ30min／τ30s

τ30min——100ml泥漿靜置30分鐘后由恩式粘度計中流出的時間

τ30s——100ml泥漿靜置30秒鐘后由恩式粘度計中流出的時間

(2)可塑泥團的厚化度：靜置一段時間后，球體或錐體壓入泥團達一定深度時剪切強度增加的百分數。泥團厚化度＝（Ｐn-Ｐ0）／Ｐ0×100％

Ｐ0——泥團開始承受的負荷,g

Ｐn——泥團靜置一定時間后，球體或圓錐體壓力相同深度時，泥團承受的負荷,g7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理5粘土的稠性定義：粘土在一定水量的摻和與外力攪拌下，顯示出既不是固體，也不是液體的中間型物體的硬度特點，稱為稠性。表征：稠性能用稠度系數來表示；K=（W1-W2）/W式中K—稠度系數；

W1—粘土成型時的含水量；

W2—達塑性時的含水量

W—塑性指數

K為0~0.25時，粘土是可塑性的，不粘附在其它物體上；K為0.25~0.5時，粘土具有粘性，可以粘附在其它物體上。粘土泥料的稠度系數以0.28時為最佳。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理6收縮基本概念：干燥收縮、燒成收縮和總收縮原因：泥團中的結合水，粘土顆粒的水化膜水分排出，使顆?？繑n。燒成時發(fā)生的物理化學變化，使顆?？繑n。影響因素：組成，含水量，陽離子交換能力，細度及其它工藝性質有關。表示方法：線收縮率ＳＬ與體積收縮SV率。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理(1)線收縮率：制品的長度變化百分率ＳＬ＝（Ｌ０-Ｌ１）／Ｌ１×100%Ｌ０——試樣成型后的原始尺寸長度Ｌ１——試樣干燥后或燒成后的長度(2)體積收縮率：制品的體積變化百分率

SV＝（V０－V１）／V０

×100%

V０——試樣成型后的原始體積

V１——試樣干燥后或燒成后的體積干燥線收縮以成型后試樣的長度為基準；燒成線收縮是以干燥后試樣的長度為基準；總收縮不等于干燥線收縮與燒成線收縮之和。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理7燒結性能及耐火度定義：

燒結性能：粘土在燒結過程中所表現出的各種物理化學變化及性能。耐火度：粘土原料抵抗高溫作用不致熔化的能力。表征方法：燒結性：氣孔率、吸水率、體積密度、收縮率耐火度：三角錐或根據化學成分計算7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理T1：開始燒結溫度。開始出現液相，氣孔率明顯下降，收縮急劇增加。T2：燒結溫度。液相達到一定的數量，收縮達最大，氣孔率降到最低。T3：軟化溫度。隨溫度升高，液相繼續(xù)增加，開始變形，氣孔率、收縮率反常

T1T2T3溫度℃

200800120014001600309206103氣孔率%收縮率%收縮率氣孔率

Ｔ2～T3——燒結溫度范圍7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理保證泥坯的可塑性；使注漿料與釉料具有懸浮性和穩(wěn)定性；在坯料中結合其它瘠性原料，使具有一定干坯強度及最大堆積密度；影響坯體的燒結性能。是瓷坯中Al２O３的主要來源，也是燒成時生成莫來石晶體的主要來源。四粘土在陶瓷生產中的作用7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第三節(jié)石英類原料一石英礦石的類型

二氧化硅（SiO2）在地殼中的豐度約為60％。自然界中的結晶態(tài)二氧化硅統稱為石英。由于經歷的地質作用及成礦條件不同，石英呈現多種狀態(tài)，并有不同的純度。水晶

脈石英砂巖石英巖石英砂硅藻土隧石在陶瓷、玻璃、耐火材料生產中采用7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理石英礦物水晶－結晶良好的石英水晶－結晶良好的石英7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理1脈石英

致密結晶態(tài)，火成巖。外觀特點：純白，半透明呈油脂光澤，斷口呈貝殼狀。

SiO2>99%，是生產日用細瓷、釉料的良好原料。2砂巖

碎屑沉積巖，石英顆粒由膠結物結合，根據膠結物不同分為：石灰質砂巖，粘土質砂巖，石膏質砂巖，云母質砂巖，硅質砂巖。陶瓷中僅用：硅質砂巖。

SiO2含量90～95%。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

硅質砂巖經變質作用，石英顆粒再結晶形成的巖石。外觀特點：灰白色，光澤鮮明，斷面致密，強度大，硬度高。

SiO2＞97％。用于制作一般陶瓷，質量好的可做細瓷。3石英巖4石英砂花崗巖、偉晶巖風化的產物，可簡化工藝。雜質多，成分變化波動較大。河床砂用于墻地磚、大缸的生產，可減小其變形。平潭海砂：大量用于玻璃工業(yè)生產。東山海砂：是我國水泥行業(yè)的標準砂。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

隱晶質SiO2

，SiO2溶液經化學沉積在巖石夾層中，硬度高。陶瓷工業(yè)常做研磨材料：砌筑球磨機內襯，研磨體球石用。

SiO2>98%。5燧石6硅藻土

溶于水的部分二氧化硅,被微細的硅藻類水生物吸取,沉淀演變而成為含水的非晶質二氧化硅。具有多孔隙?？勺鼋^熱材料，多孔陶瓷等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理外觀：視其種類不同而異，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明狀態(tài)，斷面具有玻璃光澤或脂肪光澤。硬度：莫氏硬度為7。密度：晶型不同密度不同，變動范圍2.22—2.65?；瘜W組成：主成分SiO2，常含有少量雜質成分，如Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等——雜質礦物引入化學穩(wěn)定性：具有強耐酸侵蝕力（除HF外）；與堿作用，生成可溶性硅酸鹽；與堿金屬氧化物作用生成硅酸鹽與玻璃態(tài)物質。熔融溫度范圍：1400～1770C，由SiO2的形態(tài)和雜質含量決定。二

石英的性質7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三SiO2多晶轉變有七種結晶態(tài)和一種玻璃態(tài)，一定條件下相互轉化；自然界中石英大部分以—石英存在，很少以鱗石英或方石英的介穩(wěn)狀態(tài)存在。—石英

—鱗石英—方石英熔融態(tài)石英

—鱗石英石英玻璃—石英

—鱗石英—方石英870℃1713℃1470℃573℃

±0.82%

±0.2%117℃163℃±4.7%±0.2%±16%±2.8%180~270℃急冷7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理高溫型的緩慢轉化（橫向轉化或一級轉化）

——重建式轉變（涉及鍵的破裂和重建）低溫型的快速轉化（縱向轉化或二級轉變）

——位移式轉變（只是鍵長和鍵角的調整）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理SiO2多晶轉變的特點（1）高溫型的緩慢轉化（橫向轉化或一級轉化）由表面向內部逐步進行，結構變化。雖體積變化大，但由于其轉化速度慢，轉化時間很長，且在高溫下有液相存在，對坯體影響不大。（2）低溫型的快速轉化（縱向轉化或二級轉變）由表及里瞬間同時轉化，結構不發(fā)生特殊變化；雖體積變化小，但轉化速度快，瞬間完成，體積效應大，無液相，對坯體影響大，必須嚴格控制。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理SiO2晶型實際轉化示意圖1200—1400℃半安定方石英無礦化劑有礦化劑干轉化濕轉化半安定方石英—方石英—鱗石英1050℃開始，1200—1300℃強烈1470℃

700—900℃開始，1200—1470℃明顯

-石英半安定方石英：一種在鱗石英穩(wěn)定溫度范圍內形成的，具有光學各向同性的方石英，結構近于方石英。形成溫度在1200～1250℃，處于穩(wěn)定狀態(tài)，冷卻后保持下來。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理實際轉化時升溫快，常出現過渡狀態(tài)（半安定方石英）但無論是否有礦化劑，—石英的轉化過程都經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。礦化劑：RO，R2O；礦化劑來源：熔劑性原料。

在普通陶瓷生產過程中，主要控制的是石英的二級轉化，而不是一級轉化。實際生產中，由于燒成溫度的限制（一般＜1400℃），最終石英以半安定方石英存在，即所說的方石英。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理SiO2晶型轉化與生產應用

石英預燒，利于粉碎：1000C煅燒急冷變松，利用石英573C晶型轉化時的體積變化效應。炻器、建材、彩釉磚，盡量減少石英用量，或使石英顆粒盡量細，以適應快速燒成的特點。陶瓷生產過程中必須注意升降溫速度的問題：在制品燒成和冷卻時，處于晶型轉化的溫度階段，應適當控制升溫與冷卻速度，以保證制品不開裂。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理釉料中,SiO2是玻璃質的主要成分，提高釉料的機械強度，硬度，耐磨性，耐化學侵蝕性；提高釉料的熔融溫度與粘度。三在陶瓷生產中的作用燒成前，石英是瘠性料，可調節(jié)泥料的可塑性，為生坯水分快速排除提供通路，增加了生坯的滲水性，有利于施釉工藝，且減少成型水分，降低干燥收縮并加快干燥。燒成時，石英的加熱膨脹可部分抵消坯體的收縮；高溫時石英部分溶解于液相，增加熔體的粘度，未溶解的石英顆粒構成坯體的骨架，防止坯體軟化變形?？商岣吲黧w的機械強度，透光度，白度。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第四節(jié)長石類原料

一長石的種類和性質

長石類礦物是架狀結構的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽。主要是含鉀、鈉、鈣和少量鋇的鋁硅酸鹽。自然界中長石的種類很多，歸納起來都是由以下四種長石組合而成：

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·Al2O3·2SiO27/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理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）2.56～2.592.60～2.652.74～2.763.37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（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、培長石及鈣長石長石類礦物的化學組成與礦物物理性質

互熔特性熔融特性7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理鈉長石鉀長石鈣長石鋇長石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理1互熔特性幾種基本類型的長石，由于其結構關系，彼此可混合形成共熔體。鈉長石與鈣長石：任何比例混熔——斜長石；鉀長石與鈉長石：

高溫下能以任何比例混熔成連續(xù)固熔體；

低溫下，有限混熔，形成條紋長石；鉀長石與鈣長石：在任何溫度下幾乎都不混熔；鉀長石與鋇長石：可形成不同比例的固熔體，但在地殼中分布不廣。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理鉀長石+鈉長石鉀長石和鈉長石常以固熔體存在鉀長石和鈉長石高溫互溶，低溫分離；據含量不同，晶體折射不同；鉀鈉長石的固熔體，鈉長石含量少時形成晶斑；含量多時，形成條紋。實際生產中，常用的為鉀鈉長石。所謂的鉀長石指以鉀長石為主的的鉀鈉長石。所謂的鈉長石指以鈉長石為主的鉀鈉長石。鉀鈉長石的命名方法：鈉長石含量50%透長石鈉長石含量30%正長石鈉長石含量20%微斜長石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理鉀微斜長石正長石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理鈉長石+鈣長石鈉長石和鈣長石高溫下任意比互溶，低溫下也不分離。鈉長石和鈣長石命名方法：鈉長石

90%鈉長石鈣長石

90%鈣長石其余稱斜長石斜長石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理鉀長石KAS6

：1150±20℃分解為白榴子石（K2O·AI2O3·4SiO2），全部熔融，范圍寬，高溫粘度大，且粘度隨溫度逐漸降低。

K2O·Al2O3·6SiO2→K2O·Al2O3·4SiO2

＋2SiO2鈉長石NaAS6

：1100℃開始熔融，液相穩(wěn)定（沒有新的晶相產生），液相粘度較低，熔融溫度較窄，且其粘度隨溫度的升高而降低的速度很快.鈣長石CaAS2：熔點高達1550℃，熔融范圍窄，熔體不透明，粘度小，冷卻時容易析晶，化學穩(wěn)定性也差。鋇長石BaAS2：熔點高達1715℃，熔融范圍不寬，可人工合成，電學性能好?！胀ㄌ沾刹徊捎?長石的熔融特性7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理長石在坯料和釉料中做為主要成分，起熔劑的作用。為使坯體既易燒結，又不變形，則希望長石有較低的熔化溫度，較寬的熔化溫度范圍。為使釉料在坯料燒結溫度下成熟，要求釉料具有較高的始熔溫度，較寬的熔融溫度范圍。這就要求在燒成過程中，長石既具有良好的熔劑作用（即較高的溶解其它物質的能力），又使熔融液相具有較高粘度（坯體不易變形坍塌；釉料不易流釉）。注意！7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理熔化溫度范圍：作為純的鉀鈉鈣長石有固定的熔點，但實際上常是幾種長石的互溶物，加之一些雜質在內，使之無固定熔點，只有一個熔化溫度范圍：鉀長石1130C—1450CT=320C

鈉長石1120C—1250CT=130C

鈣長石1250C—1550CT=300C陶瓷生產中使用的長石要求其熔化溫度低于1230℃，Al2O3含量為15-20%，K2O+Na2O>13%，（其中Na2O<3%）Fe2O3<0.5%。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理

我國長石資源豐富，分布很廣，其化學組成和礦物組成也有很大差別，下表列出了我國幾種優(yōu)質長石的化學組成：

名

稱SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

燒失

海城長石65.5218.590.40/0.58/11.802.490.21平江長石63.4119.180.17//0.7613.972.360.46忻縣長石65.6618.380.17///13.372.640.33聞喜長石64.6219.980.170.260.620.328.724.510.35我國幾種長石的化學組成7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理高溫下熔融，形成粘稠的玻璃體，是坯料中堿金屬氧化物的主要來源，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，利于成瓷和降低燒成溫度。熔融后的長石熔體能溶解部分高嶺土分解產物和石英顆粒，促進莫來石的形成和長大；長石熔體能填充坯體孔隙，減少氣孔率，增大致密度，提高瓷體的機械強度和化學穩(wěn)定性。長石熔體填充于各顆粒間，促進坯體致密化。其液相過冷成為玻璃相，提高了陶瓷制品的透光度。作為瘠性原料，提高坯體滲水性，提高干燥速度，減少坯體的干燥收縮和變形。在釉料中做熔劑，形成玻璃相。二長石在陶瓷生產中的作用7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學式：含水硅酸鎂礦物，3MgO·4SiO2·H2O理論組成：MgO31.88%，SiO263.37%，H2O4.74%第五節(jié)堿土硅酸鹽類原料一、滑石外觀：純滑石為白色，含雜質為淡綠，淺黃，淺灰，粉紅，淡褐。脂肪光澤，有滑膩感。莫氏硬度為１，密度2.7～2.8。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理結構：單斜晶系,屬2：1層狀硅酸鹽礦物。由兩個四面體層夾著一個八面體層而構成的結構單元。層間以微弱的鍵力吸引，在層間極易裂成薄片。加熱變化：加熱時于600C左右開始脫水，880～970C范圍內完全排除，滑石分解為偏硅酸鎂和二氧化硅：

3MgO·4SiO2·H2O3（MgO·SiO2）+SiO2+H2O原料處理：片狀結構不易粉碎，成型時定向排列易開裂，預燒破壞其片狀結構：600-850℃970-1000℃滑石脫水層狀結構鏈狀（原頑輝石）預燒目的?7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理作用降低燒成溫度，在較低溫度下形成液相，促進莫來石的生長，同時擴大燒成溫度范圍。提高坯體白度，透明度，機械強度和熱穩(wěn)定性。提高釉的彈性，熱穩(wěn)定性，加寬釉的熔融溫度范圍。在精陶坯體中用滑石代替長石，可降低釉的后期龜裂。應用：日用瓷，釉面磚，電瓷（滑石瓷），堇青石質陶瓷，或堇青石質窯具。產地：遼寧海城，山東棲霞，廣西陸川，江西廣豐等。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學式：偏硅酸鈣類礦物，CaO·SiO2

理論組成：

CaO48.25%;SiO251.75%硅灰石性質：硅灰石單晶呈板狀或片狀，集合體呈片裝、纖維狀、塊狀或柱狀等。顏色呈白色及灰色，具有玻璃光澤。硬度4.5—5，熔點1540℃，密度2.8—2.9g/cm3。

應用：日用瓷，釉面磚，堇青石質陶瓷或窯具。二、硅灰石7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理硅灰石原料生產陶瓷的特點可以快速燒成：本身不含揮發(fā)分，也不熱分解，干燥燒成收縮小，熱膨脹系數小。降低燒成溫度，節(jié)省能耗：高溫下與粘土生成鈣長石及方石英（約900-1000℃）。AI2O3·2SiO2·2H2O+CaO·SiO2→CaO·AI2O3·2SiO2+SiO2+2H2O

高嶺石硅灰石鈣長石方石英改善生坯質量，提高產品性能：晶體針狀，長柱狀，纖維狀，成型后晶體呈網狀交織，水分可快速干燥，提高生坯強度，反應生成鈣長石起增強加固作用，膨脹系數小，提高抗熱震性。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理提高釉面質量：代替石英和石灰石（避免因石灰石分解放出CO2氣體，減少釉泡和針孔）；硅灰石能降低釉的高溫粘度，改善坯釉的結合。燒成范圍窄：易生成鈣質玻璃，其粘度隨溫度升高迅速降低，易使產品變形；坯體白度降低：升溫時硅灰石鏈狀結構（能固溶Fe,Mn等離子）變?yōu)榄h(huán)狀，原來固溶的離子溶出形成著色氧化物?？杉尤階I2O3、ZrO2、SiO2或鋇鋯硅酸鹽等以提高坯體中液相的粘度，從而達到擴大燒成范圍

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理三透輝石化學式：偏硅酸鈣鎂，CaO·MgO·2SiO2理論組成：

CaO25.9%、MgO18.6%、SiO255.5%性質：熔點1391C，密度3.3，硬度6～7，玻璃光澤，呈灰、黃、淺綠到深綠等色。應用：建筑衛(wèi)生陶瓷。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理透輝石在坯體中作用—低溫快燒降低燒成溫度：降溫幅度150～200℃?？焖贌桑横槧睢⒅鶢畹忍峁┡黧w水分快速排除通路,，可快速干燥；不含有機物、結晶水、吸附水等，無明顯吸熱、放熱效應，不發(fā)生快速相變，膨脹系數小,能夠快速燒成。減少燒成收縮：透輝石質面磚燒成收縮約為0.3％～0.5％，而普通釉面磚的收縮率為1％～1.5％左右。提高機械強度：透輝石質釉面磚主要以透輝石、石英為骨架，鈣長石、方石英及少量的莫來石與玻璃體填充空隙而構成交織結構，因而使制品具有較高的機械強度。熱穩(wěn)定性好：坯釉料結合較好。

7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理第六節(jié)碳酸鹽、硫酸鹽及硼酸鹽類原料主要為含堿土金屬的碳酸鹽礦物原料，一般做為熔劑使用，在釉料中還可作為無光釉的無光劑。常用的有：方解石、石灰?guī)r、大理石（CaCO3）,菱鎂礦、苦土（MgCO3），白云石（CaCO3·MgCO3）,碳酸鋇（BaCO3）等碳酸鹽礦物或工業(yè)純原料。一、碳酸鹽類原料7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學式：CaCO3理論組成：CaO56%，CO244%。產狀：方解石含雜質較少，一般為乳白色或無色。

石灰石為由方解石組成的一種碳酸鹽類沉積巖。含雜質較多，多呈灰白色、黃色等。

大理石是微細的碳酸鈣晶粒在高溫、高壓下經再結晶而形成的變質巖。石灰石的同質異形體，質純。1方解石、石灰石、大理石（CaCO3）7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理作用：燒成前，瘠性料骨架作用，縮短生坯干燥時間，減少干燥收縮分解后，熔劑作用。在坯料中，與粘土和石英在較低溫度下反應，縮短燒成時間，提高透明度，使坯釉結合緊密。生產石灰釉；提高釉的折射率，從而使光澤度提高，改善透光性。高溫下(860---970℃)發(fā)生分解反應：

850℃左右開始分解，放出CO2，950℃劇烈反應：CaCO3CaO+CO27/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理2菱鎂礦化學式：

MgCO3

理論組成：

MgO47.82%，CO252.18%。應用：電子工業(yè)用的鎂質瓷，其他陶瓷坯料很少用，常用滑石引入MgO。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學式：CaCO3·MgCO3，理論組成：CaO30.4%，MgO21.9%，CO247.7%。性質：三方晶系，為碳酸鈣和碳酸鎂的固熔體。單體為菱面體，3白云石（CaCO3·MgCO3

）集合體為粒狀，致密塊狀。一般為灰白色，有時為淡黃，褐，淡綠；玻璃光澤。硬度3.5—4.0。比密度為2.8—2.9，性脆。作用：－代替方解石起熔劑作用，降低燒成溫度，促進石英的轉化與莫來石的形成；加入釉中可提高透光性，不易乳濁。7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理二、石膏——

成型模具128－168℃180℃

360－400℃1225℃化學式：

CaSO4?2H2O（二水石膏，生石膏，天然石膏）理論化學組成:CaO32.6%SiO246.5%H2O20.9%

顏色為白色或無色,莫氏硬度2,性脆,密度2.30-2.33

脫水：CaSO4?2H2OCaSO4?1/2H2O

γ-CaSO4

β-CaSO4

α-CaSO4熟石膏，半水石膏有α／β兩種可溶性無水石膏硬石膏高溫石膏7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理半水石膏的性質CaSO4?1/2H2O+3/2H2O→CaSO4?2H2O用途:陶瓷工業(yè)中石膏模型所用的石膏粉是將二水石膏在170℃以下炒制或蒸壓生成粉狀半水石膏制得。

性質α-半水石膏β-半水石膏制備條件有水蒸汽的密閉容器中蒸煮在干燥大氣中炒制結晶形態(tài)針狀、結晶良好、粒度粗片狀并有裂紋、結晶很細模型吸水性/強度吸收水量較低/強度高吸收水量較多/強度低α/β-CaSO4?1/2H2O比較7/27/2023河南省精品課程——陶瓷工藝原理化學式：Na2B4O7·10H2O理論組成：Na2O16.2%、B2