第八章-陶瓷岩相学分析.ppt

8 1概述 主要是在显微镜下观察陶瓷中各个相的分布 晶粒的大小 形状和取向 气孔的形状和位置 各种杂质 缺陷和微裂纹的存在形式和分布以及晶界特征等 一 晶相 晶相可以有一种或几种 两种以上的可分为主晶相 次晶相 主晶相的性能往往决定物理化学性能 陶瓷中晶体根据生长条件也有不同的自形程度和晶体形态 一般有粒状 柱状 板状 针状 片状 鳞片状等 自形晶等粒状均匀分布的晶相 陶瓷性能一般比较优越 陶瓷中晶体颗粒的大小对其性能也有很大的影响 如刚玉瓷随晶粒尺寸变小而机械强度上升 表9 2 晶粒的大小受生产工艺条件影响很大 如刚玉瓷烧成温度不同而使晶粒大小有明显差别 图9 1 陶瓷中晶粒的取向是不规则的 晶粒长大到相遇时就形成晶界 通常晶界的机械强度比晶粒低得多 陶瓷破坏多是沿着晶界断裂 晶界也是杂质易于富集的地方 晶界有玻璃相 也存在晶相 二 玻璃相是一种非晶态的低熔物 它的作用有 把分散的晶相粘结在一起 填充空隙 使瓷坯致密化 降低烧成温度 抑制晶体长大 防止晶型转变 玻璃相的数量因陶瓷种类不同而异 固相烧结的陶瓷没有玻璃相存在 有液相烧结的陶瓷中 玻璃相一般可在20 40 范围内变化 最高可达60 三 气相一般陶瓷气孔率可达5 10 气孔产生原因及其特征为 1 生烧 生烧气孔数量多而个小 以分散分布为主 气孔形状不规则 2 过烧 过烧气孔数量多而个大 分布不均匀 往往有玻璃相充填 形状以圆形或椭圆形为主 3 二次再结晶气孔 长大的晶粒包裹了周围的小晶粒和其中空隙 多为斑晶内的包裹气孔 且在斑晶中心分布 向边缘逐渐减少 4 成型压制不当产生的气孔或裂隙 为层状分布 形状多为长条形或纺垂形 图9 4 5 高温下原料矿物中的结构水 碳酸盐 硫酸盐分解物产生的气孔 一般成念珠状分布 四 釉层是陶瓷外面的覆盖层 成分应与坯体相近 釉层主要有玻璃相组成 其中有较多的气泡和少量的残余石英 有时有粘土团粒和云母残骸以及一些着色剂 釉层厚度一般为0 1 0 4mm 釉层结构如图9 5 五 陶瓷岩相的结构类型是指陶瓷中矿物的结晶程度 颗粒形状 大小及相互关系 现就部分结构类型的划分叙述如下 1 按组成矿物的结晶程度分类 全晶质结构 全部由结晶质矿物组成 半晶质结构 除结晶质矿物外 还有非晶质 如玻璃相 非晶质结构 全部由玻璃相组成 2 按矿物晶形发育的完好程度分类 自形晶结构 晶体上各晶面发育完整 半自形晶结构 晶体上部分晶面发育完整 他形晶结构 晶体上各晶面发育不完整 3 按陶瓷中颗粒大小 如刚玉瓷 分类 微粒结构 晶粒平均直径0 2 1 0 m 细粒结构 晶粒平均直径1 0 10 m 中粒结构 晶粒平均直径10 30 m 粗粒结构 晶粒平均直径30 100 m 粗大晶粒结构 晶粒平均直径 100 m 4 按晶粒的相对大小分类 等粒结构 矿物颗粒相近 大小之比一般不超过3 1 不等粒结构 矿物颗粒不同 大小之比一般不超过5 1 斑状结构 矿物颗粒相差悬殊 大小之比一般都超过5 1 5 按晶粒的分布特征或相互关系分类 定向排列结构 柱状或板状晶体在空间按基本一致的延长方向排列 交织结构 针状或片状矿物交织分布 霏细结构 晶体小而发育不好 成微细状 包裹结构 一种矿物包裹另一种矿物 8 2普通陶瓷岩相结构 一 刚玉瓷的岩相主晶相是刚玉 Al2O3 根据Al2O3的百分比含量有90瓷 95瓷 97瓷和99瓷等 Al2O3含量不同 显微结构特征将存在差异 主要表现在 主晶相刚玉的晶形存在差异 95瓷中呈短柱状晶体 图6 30 97瓷中亦以柱状为主 而99瓷则呈粒状 多趋向六边形粒状 图9 7 图6 31 瓷坯中的玻璃相 含量随Al2O3含量增加而减少 在95瓷中玻璃相约占5 而99瓷中明显减少 烧成温度随Al2O3含量增加而提高 95瓷1600 左右 99瓷1700 以上 在95瓷和97瓷的坯体中一般均存在气孔 有晶内气孔和晶间气孔两类 图6 34 刚玉瓷的缺陷还有 主晶相刚玉大小悬殊 图6 32 晶体内产生不规则裂纹 尤其是穿晶裂纹 图6 35 烧成温度或时间不够引起的欠烧 造成晶体细小 发育不完整 图6 36 二 莫来石瓷的岩相主晶相为莫来石 3Al2O3 2SiO2 主要原料有粘土 长石 石英等 晶体会呈柱状 图1 1 1 但常见的是针状 图1 1 6 1 1 16 1 2 5 图1 2 6 针状形态属二次莫来石 它是从长石熔解物中析出的 或由粘土分解的Al2O3和配料中的石英熔融物接触反应而生成的 在1250 开始出现 到1300 长大到几微米 若温度继续升高 一次莫来石也会转变为二次莫来石 一次莫来石是由高岭石加热分解而成的 大约在1000 开始生成 多属固相反应 其粒度一般100A左右 只有在电镜下能观察到它的鳞片状 图6 4 以莫来石为主晶相 石英和方石英为次晶相的陶瓷是应用最广泛的普通陶瓷 日用瓷 建筑卫生瓷 电瓷等 图9 6是电瓷显微结构 可以看到有残余石英 微裂纹 熔蚀带 气孔及一次和二次莫来石 若过烧时 则莫来石会变为粗晶 呈粒状 8 3功能陶瓷岩相结构 功能陶瓷是具有某种特殊性能的陶瓷材料 如介电瓷 压电瓷 半导体瓷 湿敏瓷 气敏瓷 等等 一 滑石瓷的岩相 介电性能优良 主要原料是滑石和粘土 主晶相为顽火辉石 MgO SiO2 呈短柱状或板柱状晶体 属斜方晶系 次晶相为斜顽火辉石 属单斜晶系 柱状或板柱状 滑石瓷中玻璃相较多 含量达25 45 包围瓷体中所有晶相 有时还会有气孔 所以滑石瓷的结构类型为玻基斑状结构 图9 8 图6 54 图1 3 3 二 镁橄榄石瓷的岩相 介电性能极好 是以滑石和菱镁矿为原料 主晶相是镁橄榄石晶体 2MgO SiO2 属斜方晶系 晶体为粒状 短柱状 瓷体中含有一定量的玻璃相 把晶粒包围起来 结构类型也是玻基斑状结构 图6 56 晶体干涉色可达二级黄 三 金红石瓷的岩相 可作陶瓷电容器 主要原料是二氧化钛 少量高岭土 莹石 碳酸钡等 主晶相为金红石 TiO2 属四方晶系 多为柱状 短柱状 晶形多呈半自形晶和它形晶 薄片厚度 0 03mm时可出现黄 兰 红 紫等干涉色 图9 10 双晶发育 常可见到简单双晶 图6 57 联合双晶和聚片双晶 图6 58 瓷体中玻璃相很少 常分布在晶粒之间 气孔很少 有时可见到晶粒内的包裹气孔 金红石瓷的结构类型为不等粒结构 图9 10 四 钛酸钡瓷的岩相 是主要的铁电 压电 半导体功能材料 主晶相为钛酸钡 BaTiO3 主要原料是碳酸钡 BaCO3 和钛白粉 TiO2 BaTiO3主晶相有立方 四方 斜方和三方四种变体 分别在120 0 和 80 作可逆的相变 其中立方相转变为四方相的温度120 称为居里温度 120 以上稳定的立方相晶格属钙钛矿型构造 温度处于120 0 之间的四方相 晶体将出现沿Z轴方向产生自发极化 因此具有铁电和压电特性 钛酸钡的显微结构见图6 59 图1 5 29 五 氧化锌瓷的岩相 半导体变阻瓷 保护电器元件 与之并联 主要原料为氧化锌粉 还需要加一定量的Bi2O Sb2O3 Cr2