第八章 陶瓷岩相学分析.ppt

材料岩相分析第八章陶瓷岩相分析,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2040范围内变化，最高可达60。,三.气相一般陶瓷气孔率可达510%。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0.10.4mm。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0.21.0m。细粒结构：晶粒平均直径1.010m。中粒结构：晶粒平均直径1030m。粗粒结构：晶粒平均直径30100m。粗大晶粒结构：晶粒平均直径100m。,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（3Al2O32SiO2），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（MgOSiO2）。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（2MgOSiO2），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1200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Bi2