陶瓷工藝學：第4章 傳統(tǒng)陶瓷的生產(chǎn)-傳統(tǒng)陶瓷原料

傳統(tǒng)陶瓷的生產(chǎn)4.1傳統(tǒng)陶瓷原料陶瓷原料,用于陶瓷制品生產(chǎn)的原材料。通常指提供陶瓷制品化學成分的原材料。分化工原料與礦物原料兩大類。礦物原料為天然的原料，其雜質(zhì)含量較高，但得到的成本較低；化工原料是經(jīng)過高度提純的原料，純度高，但得到的成本高。先進陶瓷生產(chǎn)一般采用化工原料，有時也采用部分礦物原料；普通(傳統(tǒng))陶瓷生產(chǎn)多采用采用礦物原料，但隨著傳統(tǒng)資源的枯竭或者本身生產(chǎn)技術的提高，也越來越多地采用化工原料，一般地是采用化工原料+礦物原料的混合原料。傳統(tǒng)的陶瓷制品的化學成分屬于鋁硅酸鹽，外加一些堿金屬和堿土金屬元素。之所以形成這樣的成分，是因為提供這種成分特點的礦物原料更容易獲得與更容易制備成陶瓷，這是歷代陶瓷從業(yè)者不斷試錯的結(jié)果，是歷史的選擇。為了滿足制品化學成分的要求，傳統(tǒng)陶瓷大量使用以下礦物原料：4.1.1粘土多種含水鋁硅酸鹽礦物的混合體，外觀多為土狀或致密的塊狀，呈白、黃、紅灰等多種顏色。1）粘土的化學組成粘土主要化學成分是SiO2、Al2O3、H2O等，簡單記為:xSiO2·yAl2O3·zH2O,其中x、y、z隨具體礦物而定。粘土同時含有堿金屬氧化物K2O、Na2O，堿土金屬氧化物CaO、MgO等及著色氧化物Fe2O3、TiO2等。由于成礦條件不同，各地粘土的化學成分成分有較大差異。

表4－1我國主要粘土原料的化學組成續(xù)表4－1續(xù)表4－12）粘土礦物組成粘土是多種礦物的混合物。主要分高嶺石類、蒙脫石類、伊利石類。高嶺石類化學式為:Al2O3·2SiO2·2H2O，是一種常見的粘土礦物，為制瓷的優(yōu)質(zhì)粘土。因首先在江西浮梁縣高嶺村發(fā)現(xiàn)，故稱為高嶺土（Kaolin）。

它的主要礦物是高嶺石（包括地開石、珍珠陶土及多水高嶺石）。景德鎮(zhèn)自古以來陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)達，得益于浮梁縣的高嶺土。但現(xiàn)在，該高嶺土的資源已經(jīng)耗竭，景德鎮(zhèn)已被國務院列為資源枯竭型城市，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構面臨著重大轉(zhuǎn)型。蒙脫石類以蒙脫石為主要礦物的粘土，化學式為:Al2O3·4SiO2·nH2O(n常大于4)伊利石類又稱水云母類礦，包括白云母（化學式為:K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O）、水云母（白云母中的K+離子被（H3O)+離子部分取代）及絹云母（細小鱗片狀白云母）礦。

特點是K2O含量較多。表4－2我國幾種粘土原料的礦物組成3）粘土在傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中的作用傳統(tǒng)陶瓷中生產(chǎn)中通?；蚨嗷蛏俨捎靡恍┱惩猎?。目前，粘土占日用陶瓷原料份額的40%~60%，占釉面磚原料份額的40%以上。采用粘土的理由各異，歸納如下：粘土的可塑性是傳統(tǒng)陶瓷制品賴以成型的基礎當粘土與適量的水混煉后形成泥團，具有較好的可塑性，廣泛用于各種塑法成形。圖4.1某粘土含水量與應力－應變曲線的關系

可塑性限度（簡稱塑限），粘土由粉末狀態(tài)進入塑性狀態(tài)的含水量。液體限度（簡稱液限），粘土由塑性狀態(tài)變成流動狀態(tài)的含水量?？伤苄灾笖?shù)，塑限與液限之差。

圖4.2粘土的的可塑性與水含量的關系。利用粘土的的可塑性，可以將粘土粉末先變成泥料，然后制成成型坯。粘土加入適量水后形成的漿料，具有良好的懸浮性和穩(wěn)定性，即漿料組分均勻，不沉淀分層，可以進行注漿成型。粘土粉末與水組成的泥料或漿料具有一定的粘合性

可以將各種將各種不具有可塑性的粉末原料結(jié)合在一起，形成型坯。粘土中Al2O3及雜質(zhì)的多少是確定陶瓷坯體的燒結(jié)溫度、軟化溫度、燒成程度的主要因素因此，改變粘土的種類與用量，可獲得多品種的陶瓷產(chǎn)品。粘土中原料中的Al2O3是陶瓷坯體中生成莫來石晶體的主要成分來源由于莫來石的生成及其適當含量，使人們可以獲得機械強度、介電性能、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等性能均良好的陶瓷產(chǎn)品。表4－3粘土顆粒大小對工藝性能的影響4）粘土分類根據(jù)可塑性指數(shù)或可塑性指標分類。強塑性粘土指數(shù)>15，或指標>3.6中塑性粘土指數(shù)7～15，或指標2.5～3.6弱塑性粘土指數(shù)1～15，或指標<2.5非塑性粘土指數(shù)<14.1.2石英主要成分為SiO2。

SiO2在地殼中的豐度約為60%。在自然界形成分布廣泛的礦物，存在有高純度（大于99%）石英礦。1）石英性質(zhì)有多種晶體結(jié)構。表4－4石英的密度和比容圖4.3石英石英相變過程表4－5石英晶形轉(zhuǎn)變時的體積效應（計算值）2）石英礦最純的石英稱為水晶。因其產(chǎn)量很少，陶瓷工業(yè)一般無法采用。陶瓷工業(yè)采用較多的石英類原料有脈石英、砂巖、石英巖石英砂、硅藻土、燧石等。表4－6石英礦物的化學成分3）石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用作為瘠性原料（即可塑性不好的原料），可以調(diào)節(jié)泥料的可塑性，可降低坯體的干燥收縮與變形，有助加速干燥過程。在陶瓷燒成時，石英的加熱膨脹可以對坯體的的收縮起部分補償作用。高溫時，石英部分溶解于液相中，增加熔體的粘度，而未溶解的石英顆粒構成坯體的骨架，可防止坯體發(fā)生變形與開裂。石英能改善瓷器的白度與透光度SiO2是釉料與玻璃質(zhì)的主要組分增加釉中的石英含量，可相應提高釉熔溫度及粘度，并減少釉的膨脹系數(shù)。同時石英還可以賦予釉以較高的機械強度、硬度、耐磨性及耐化學侵蝕性。4.1.3長石類原料

1）礦物自然界中的長石種類很多，歸納起來都是由下面簡單的長石組合而成。鈉長石：Na2O·Al2O3·6SiO2或Na[AlSi3O8]，熔點為1100℃；鉀長石：K2O·Al2O3·6SiO2或K[AlSi3O8]，熔點1150℃；鈣長石：CaO·Al2O3·2SiO2或Ca[Al2Si2O8]，熔點1550℃；鋇長石：BaO·Al2O3·2SiO2或Ba[Al2Si2O8]，熔點1715℃。從化學組成上為堿金屬或堿土金屬的硅酸鹽。相對其它礦物原料，含有較多的堿金屬或堿土金屬是長石原料的特點。

表4－7長石的理論化學組成（%）表4－8長石礦的化學組成2）作用長石原料在高溫下熔化，可以幫助陶瓷實現(xiàn)致密燒結(jié)，故在傳統(tǒng)陶瓷中常作為熔劑(形成液相燒結(jié)的添加劑)使用。

通常，為了降低生產(chǎn)成本，希望傳統(tǒng)陶瓷能在盡可能低的溫度下燒成。基于這一點，多采用熔點低的長石，即鈉長石、鉀長石，作熔劑，而高熔點的鋇長石使用較少。4.1.4滑石天然的含水硅酸鎂礦物?；瘜W通式為：3MgO·4SiO2·H2O，結(jié)構式為：Mg3(Si4O10)(OH)2，其理論組成為MgO31.9%、SiO263.4%、H2O4.7%。

相對其它礦物，含較高比例的氧化鎂是滑石的特點。表4－9滑石的化學與礦物組成（%）4.1.5硅灰石為偏硅酸鈣礦物?；瘜W通式為：CaO·SiO2，其理論組成為SiO251.7%、CaO48.3%。能提供Si和Ca。表4－10硅灰石的化學組成（%）4.1.6骨灰、磷灰石屬于鈣的磷酸鹽。1）骨灰脊椎動物如牛、羊、豬等的骨骼經(jīng)一定溫度煅燒后的產(chǎn)物。其基本成分是羥基磷灰石，其結(jié)構式為：Ca10(PO4)6(OH)2.2）磷灰石天然的磷酸鈣礦物。其化學通式為：Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)。4.1.7碳酸鹽類原料1）白云石碳酸鎂和碳酸鈣的固溶體，其化學通式為CaCO3·MgCO3。2）菱鎂礦

MgCO3。3）方解石主要成分是碳酸鈣CaCO3。4.1.8工業(yè)廢渣及廢料1）磷礦渣用磷礦石生產(chǎn)黃磷的過程中產(chǎn)生的大量磷礦渣，其主要成分為SiO244.8%，Al2O30.47%，F(xiàn)e2O30.49%