第一章_陶瓷工艺学_原料课件

1、 Department of Materials and Chemical Engineering第一章第一章 原料原料u第一节第一节 原料分类原料分类u第二节第二节 黏土类原料黏土类原料u第三节第三节 石英类原料石英类原料u第四节第四节 长石类原料长石类原料u第五节第五节 其他矿物原料其他矿物原料u第六节第六节 陶瓷原料的标准化陶瓷原料的标准化 Department of Materials and Chemical Engineering第一节第一节 原料分类原料分类一、概述一、概述二、原料分类二、原料分类 根据根据工艺特性工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性），分：可塑性原料，非可

2、塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。熔剂性原料。 根据根据用途用途分：瓷坯（坯用）原料，瓷釉（釉用）原料，色分：瓷坯（坯用）原料，瓷釉（釉用）原料，色 料和彩料原料。料和彩料原料。 根据根据矿物组成矿物组成分：黏土质原料，硅质原料，长石质原料，分：黏土质原料，硅质原料，长石质原料， 钙质原料，镁质原料。钙质原料，镁质原料。 根据根据原料的获得方式原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。分：矿物原料，化工原料。 Department of Materials and Chemical Engineering 坯体所需坯体所需三大类原料：三大类原料：可塑性黏土类原料（也能形成结构晶相）可塑性黏土类原料（

3、也能形成结构晶相）非可塑性石英类原料（也能形成结构晶相）非可塑性石英类原料（也能形成结构晶相）溶剂原料（同时具有非可塑性）溶剂原料（同时具有非可塑性）要求要求 1.保证能生成制品所需的各种晶相和玻璃等结构物保证能生成制品所需的各种晶相和玻璃等结构物 2.保证能适应加工的工艺性能保证能适应加工的工艺性能 3.能生成玻璃相的溶剂原料能生成玻璃相的溶剂原料 陶瓷制品的结构是决定其性能和品质的内因，而制品的结陶瓷制品的结构是决定其性能和品质的内因，而制品的结构是由原料的种类和工艺生产过程来保证的。构是由原料的种类和工艺生产过程来保证的。 Department of Materials and Chem

4、ical Engineering第二节第二节 黏土类原料黏土类原料 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原料之一。在普通粘土是无机非金属材料制品生产的重要原料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等陶瓷、特种陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离不开粘土原料。行业都离不开粘土原料。 粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。自然界的粘土状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。自

5、然界的粘土呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒微细，多数均小呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒微细，多数均小于于2m，晶体有片状、管状、球状及六角鳞片状等。，晶体有片状、管状、球状及六角鳞片状等。 将粘土与水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有将粘土与水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有一定机械强度，煅烧后坚硬如石。一定机械强度，煅烧后坚硬如石。 Department of Materials and Chemical Engineering 结构：结构：SiO4四面体组成的（四面体组成的（Si2O5）n和一层由铝氧八面体和一层由铝氧八面体 组成的组成的AlO(OH)2相互以顶角相连的

6、层状结构。相互以顶角相连的层状结构。铝氧八面体铝氧八面体天然蒙脱石天然蒙脱石 Department of Materials and Chemical Engineering 外观外观: 白、灰、黄、红、黑白、灰、黄、红、黑 硬度：柔软或致密硬度：柔软或致密 含砂：多或少含砂：多或少 可塑性：大或小可塑性：大或小 成分：高岭石、多水高岭石、蒙脱石、水云母成分：高岭石、多水高岭石、蒙脱石、水云母 化学成分：化学成分：SiO2、Al2O3、H2O 特性：较高的耐火度、良好的吸水性、膨胀性、吸附性特性：较高的耐火度、良好的吸水性、膨胀性、吸附性 Department of Materials and

7、 Chemical Engineering一、一、 黏土的成因与分类黏土的成因与分类 各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。用可变为粘土。v 风化残积型v 热液蚀变型v 沉积型 Department of Materials and Chemical Engineering 风化残积型风化残积型一次粘土一次粘土 成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘

8、土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。地不同，其成分也有较大波动。 代表：我国南方的高岭土大多属于此类，如：江西星子高代表：我国南方的高岭土大多属于此类，如：江西星子高岭、景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。岭、景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。 风化作用：机械风化、化学风化、自然风化。风化作用：机械风化、化学风化、自然风化。 Department of Materials and Chemical Engineering钾长石钾长石高岭石高岭石蓝色水铝石蓝色水铝石蛋白石原石蛋白石原石 Dep

9、artment of Materials and Chemical Engineering 热液蚀变型热液蚀变型 成因：热液作用于母岩所形成的。成因：热液作用于母岩所形成的。 热液：高温岩浆冷凝结晶后，残热液：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆含大量挥发分和水分。当余岩浆含大量挥发分和水分。当温度进一步降低时，水分以液态温度进一步降低时，水分以液态存在，但其中溶有大量其它化合存在，但其中溶有大量其它化合物。物。 代表：苏州阳山、衡阳界碑等地代表：苏州阳山、衡阳界碑等地粘土矿多为热液蚀变型。粘土矿多为热液蚀变型。 Department of Materials and Chemical Enginee

10、ring 沉积型沉积型二次粘土二次粘土 成因：风化了的粘土矿物借雨成因：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土（也称为沉床，成为二次粘土（也称为沉积粘土或次生粘土）。积粘土或次生粘土）。 代表：漳州黑泥、山西紫木节代表：漳州黑泥、山西紫木节等粘土矿。等粘土矿。 特点：杂质多，塑性好，干燥特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩大。强度大，收缩大。 Department of Materials and Chemical Engineering（二）（二） 黏土的分类黏土的分类 按成因分：原生粘土

11、（一次粘土）按成因分：原生粘土（一次粘土） 次生粘土（二次粘土）次生粘土（二次粘土）两者区别：两者区别： 化学组成化学组成 耐火度耐火度 成型性能成型性能 一次粘土一次粘土 较纯较纯 较高较高 塑性低塑性低 二次粘土二次粘土 杂质含量高杂质含量高 较低较低 塑性高塑性高 按可塑性分：按可塑性分： 高可塑性粘土：高可塑性粘土：分散度大、多呈疏松状、板状或分散度大、多呈疏松状、板状或 叶状叶状膨润土、球土、木节土膨润土、球土、木节土 低可塑性粘土：低可塑性粘土：分散度小、多呈致密块状、石分散度小、多呈致密块状、石状状焦宝石焦宝石、瓷石、叶蜡石、瓷石、叶蜡石 按耐火度分：耐火粘土（耐火度按耐火度分：

12、耐火粘土（耐火度 1580 C) ) 难熔粘土（耐火度难熔粘土（耐火度13501580 C ） 易熔粘土（耐火度易熔粘土（耐火度 1350 C ） Department of Materials and Chemical Engineering（三）（三） 黏土的主要矿物类型黏土的主要矿物类型 陶瓷工业中粘土的主要矿物有：陶瓷工业中粘土的主要矿物有： 高岭石（多水高岭石）高岭石（多水高岭石） 蒙脱石（叶腊石）蒙脱石（叶腊石） 伊利石（水云母）伊利石（水云母） Department of Materials and Chemical Engineering高岭石高岭石 化学通式：化学通式：l23

13、 2i222 理论组成：理论组成：l23 39.5%，i2 46.54%， 2 13.96% 晶体结构式：晶体结构式：Al4(Si4O10)(OH)8 晶晶 系：三斜晶系，细分散的晶体，外形呈片状、粒状、系：三斜晶系，细分散的晶体，外形呈片状、粒状、杆状，假六方片状。杆状，假六方片状。 Department of Materials and Chemical Engineering 矿物组成矿物组成高岭石类高岭石类 1:1型层状结构硅酸盐，型层状结构硅酸盐，SiO四面体层和四面体层和Al（O，OH）八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构

14、单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。缺乏膨胀性。 离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子OH-中中的的H+可被可被+或或Na+取代。取代。 高岭土质地细腻，纯者为白色，含杂质为黄、灰、褐色。高岭土质地细腻，纯者为白色，含杂质为黄、灰、褐色。 Department of Materials and Chemical Engineering Department of Mater

15、ials and Chemical Engineering 高岭石族：高岭石、地开石、珍珠陶土、多水高岭石。珍高岭石族：高岭石、地开石、珍珠陶土、多水高岭石。珍珠陶土的结构特性使它能更好的增强水在层间的渗透性，珠陶土的结构特性使它能更好的增强水在层间的渗透性，加大吸附作用和膨胀性质。加大吸附作用和膨胀性质。v 多水高岭石（多水高岭石（埃洛石埃洛石） 特点：特点：在高岭石的结构晶层间充满了按一定取向排列的在高岭石的结构晶层间充满了按一定取向排列的水分子（层间水，其数量和位置不定），使之在水分子（层间水，其数量和位置不定），使之在c轴方向厚轴方向厚度增大。晶层之间沿度增大。晶层之间沿a、b轴错开轴

16、错开 化学通式：化学通式：Al2O32SiO2 n2O (n=46) 晶晶 系：系：单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。 Department of Materials and Chemical Engineering 特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在轴方向厚特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在轴方向厚度加大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微度加大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微弱的分子键相连，层间有一定的自由活动能力，水

17、分子易弱的分子键相连，层间有一定的自由活动能力，水分子易进入层间形成层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可进入层间形成层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可塑性塑性 ；又因层间距增大，层间结合力降低，晶体易变成；又因层间距增大，层间结合力降低，晶体易变成弯曲卷状（弯曲卷状（SEM图）。图）。 单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。 总结：高岭土中高岭石类黏土矿物含量越多，杂质越少，总结：高岭土中高岭石类黏土矿物含量越多，杂质越少，化学组成越接近高岭石的理论组

18、成，纯度越高的高岭土其化学组成越接近高岭石的理论组成，纯度越高的高岭土其耐火度越高，烧后越洁白，莫来石晶体发育越多，力学强耐火度越高，烧后越洁白，莫来石晶体发育越多，力学强度、热稳定性、化学稳定性越好。但分散度较小，可塑性度、热稳定性、化学稳定性越好。但分散度较小，可塑性较差。较差。 Department of Materials and Chemical Engineering2. 蒙脱石类蒙脱石类 来历：最早发现于法国蒙托地区，故名。来历：最早发现于法国蒙托地区，故名。 理论化学式：理论化学式：Al2O34Si2OnH2O (n通常大于通常大于2) 晶体构造式：晶体构造式：Al4(Si8O

19、20)(OH)4 nH2O 性状：晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般小性状：晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般小于于0.5m,结晶程度差。结晶程度差。 颜色：白色或淡黄颜色：白色或淡黄 Department of Materials and Chemical Engineering 结构：两层硅氧四面体间夹一层铝氧八面体结构：两层硅氧四面体间夹一层铝氧八面体 Department of Materials and Chemical Engineering 蒙脱石类蒙脱石类 特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如

20、以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀2030倍，倍，这就是膨润土的名称的由来。这就是膨润土的名称的由来。 特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层i4+部分被部分被 l3+、5+置换。八面体层中置换。八面体层中l3+被被g2+、e3+、n2+、 i+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如如 a2+、a+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离子不同分为吸附离子不同分为a蒙脱石，蒙脱石，a蒙脱石。蒙脱石。 Depart

21、ment of Materials and Chemical Engineering 特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。煅烧时脱水过程长，收缩大，性能。煅烧时脱水过程长，收缩大，l23含量低，又吸含量低，又吸附了其它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽附了其它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯体软化变形，用量不宜太多，一般在左右。差，会使坯体软化变形，用量不宜太多，一般在左右。 特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起轴膨胀特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起轴膨胀与收缩，因此蒙脱石吸水性强

22、，吸水后体积膨胀，容易破与收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。裂。颗粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。 Department of Materials and Chemical Engineering 蒙脱石族：蒙脱石、贝得石、绿高岭土、皂石蒙脱石族：蒙脱石、贝得石、绿高岭土、皂石 我国膨润土矿点主要在东部地区：辽宁黑山膨润土，河北我国膨润土矿点主要在东部地区：辽宁黑山膨润土，河北宣化，浙江宁海粘土，福建连城、武平膨润土等，地表部宣化，浙江宁海粘土，福建连城、武平膨润土等，地表部分多为分多为a膨润土。膨润土。 Depa

23、rtment of Materials and Chemical Engineering叶腊石（又名寿山石）叶腊石（又名寿山石） 化学通式：化学通式：Al2O34SiO2 H2O 理论组成：理论组成：Al2O3 28.30% ，SiO2 66.70%，H2O 5.00 %。 晶晶 系：单斜晶系，系：单斜晶系，2:1型层状硅酸盐，两层型层状硅酸盐，两层SiO4四面体四面体中间夹着一层中间夹着一层AlO6八面体，层间以范德华力结合，强度八面体，层间以范德华力结合，强度很弱，但晶格四面体中的很弱，但晶格四面体中的Si+和和AlO6八面体中的八面体中的Al3+ 并未并未被其他阳离子置换，故不易吸收水分

24、和吸附阳离子。外形被其他阳离子置换，故不易吸收水分和吸附阳离子。外形多为片状及弯曲状。由于各晶层间结合力弱，易沿晶层滑多为片状及弯曲状。由于各晶层间结合力弱，易沿晶层滑动解理，所以硬度低。动解理，所以硬度低。 Department of Materials and Chemical Engineering 三层结构，近似蒙脱石类，不同在于三层结构中四面体中三层结构，近似蒙脱石类，不同在于三层结构中四面体中 的的Si4+和八面体中的和八面体中的Al3+并未被置换，晶层间不易吸收水分并未被置换，晶层间不易吸收水分和吸附阳离子，各层之间靠范德华力联结，结合很弱，容和吸附阳离子，各层之间靠范德华力联结

25、，结合很弱，容易滑动解理，故硬度低。易滑动解理，故硬度低。 特性：特性：叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土，但无可叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土，但无可塑性。叶腊石含结晶水较少，总收缩不大，线膨胀系数小，塑性。叶腊石含结晶水较少，总收缩不大，线膨胀系数小，在升温过程中脱水极为缓慢，可做对尺寸要求高的内外墙在升温过程中脱水极为缓慢，可做对尺寸要求高的内外墙砖，适于配制砖，适于配制快速烧成快速烧成的陶瓷坯体。的陶瓷坯体。 产地：产地：浙江青田，昌化，福建寿山等地叶腊石较出名。浙江青田，昌化，福建寿山等地叶腊石较出名。 Department of Materials and Chemical

26、 Engineering3. 伊利石类伊利石类 化学通式：化学通式：(K,H3O) Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附，但吸除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上，附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上，阴离子取阴离子取代顺序如下：代顺序如下： OH-CO32-P2O74-CNS-I-Br-Cl-NO3-F-SO42- Department of Materials and Chemical Engineering（四）（四） 触变性触变性 定义：定义：粘土泥浆或可

27、塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。变性。 影响因素影响因素：1.黏土的矿物组成黏土的矿物组成 2.粒度大小与形状粒度大小与形状 3.水分含量水分含量 4.使用电解质的种类和用量使用电解质的种类和用量 5.泥料的温度泥料的温度 Department of

28、 Materials and Chemical Engineering 产生触变性的原因：产生触变性的原因：由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边边边边或或边面边面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。这时，结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。这时，泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化整个粘土水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏松和不稳定的

29、，当稍有剪现象，但这样的网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。 Department of Materials and Chemical Engineeringv 触变性触变性厚化度厚化度 泥浆厚化系统：泥浆厚化系统：触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之比或触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数来表示。剪切应力变化的百分数来表示。 泥浆厚化度泥浆厚化度30min30s30min100ml泥浆静置泥浆静置3030分钟后由恩式粘度计中流分钟后由恩式粘度计中流出的时间出的时间30s 100ml

30、泥浆静置泥浆静置3030秒钟后由恩式粘度计中流秒钟后由恩式粘度计中流出的时间出的时间 Department of Materials and Chemical Engineering 可塑泥团的厚化度为静置一段时间后，球体或锥体压入泥可塑泥团的厚化度为静置一段时间后，球体或锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。团达一定深度时剪切强度增加的百分数。 泥料厚化度（泥料厚化度（Fn F0）F0100 F F0 0泥团开始承受的负荷泥团开始承受的负荷g g F Fn n泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同深度时，泥团承受的负荷深度时，泥团承受的负荷g

31、 g 泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢。 Department of Materials and Chemical Engineering（五）（五） 干燥收缩和烧成收缩干燥收缩和烧成收缩 干燥收缩：黏土泥料干燥时，因包围在黏土颗粒间的水分干燥收缩：黏土泥料干燥时，因包围在黏土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩，称为干燥收缩蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩，称为干燥收缩 烧成收缩：黏土泥料在煅烧时，由于发生一系列的物理化烧成收缩：黏土泥料在煅烧时，由于发生一系列的物理化学变化，因而黏土再度收缩，为烧成收缩。学变化，因而黏

32、土再度收缩，为烧成收缩。 总收缩总收缩 = 干燥收缩干燥收缩 + 烧成收缩烧成收缩 影响因素：影响因素： 组成、含水量、吸附离子及其他工艺性质组成、含水量、吸附离子及其他工艺性质规范吗？规范吗？ Department of Materials and Chemical Engineering 收缩测定以直线长度或体积大小的变化来表示。体积收缩收缩测定以直线长度或体积大小的变化来表示。体积收缩近似等于直线收缩的近似等于直线收缩的3倍。但有倍。但有6%9%的误差。的误差。 干燥收缩以试样干燥至干燥收缩以试样干燥至105110的尺寸变化来表示：的尺寸变化来表示： L0：式样的原始长度：式样的原始长度

33、 L干干：式样干燥后的长度：式样干燥后的长度 干干：式样的干燥线收缩率：式样的干燥线收缩率线收缩和体积收缩的关系：线收缩和体积收缩的关系：%100/00LLL干干100%100-1-13干干V Department of Materials and Chemical Engineering 干燥灵敏度：表示坯体在干燥时能产生形变和开裂倾向的干燥灵敏度：表示坯体在干燥时能产生形变和开裂倾向的大小。灵敏度大，干燥过程中容易变形和开裂。大小。灵敏度大，干燥过程中容易变形和开裂。 P孔孔：试样干燥后的总气孔率：试样干燥后的总气孔率 K敏敏：干燥灵敏度：干燥灵敏度 K敏敏: 容易形成缺陷容易形成缺陷 2

34、中等中等1 比较安全比较安全 烧成线收缩：烧成线收缩： L干干： 试样干燥后的长度试样干燥后的长度 L烧烧：试样烧成后的长度：试样烧成后的长度 烧烧：试样的烧成线收缩率试样的烧成线收缩率孔干敏PKV/%100/干烧干烧LLL Department of Materials and Chemical EngineeringT1 T2 T3温度温度 200 800 1200 1400 160030 920 610 3收收缩缩率率%气气孔孔率率%收收缩缩率率气气孔孔率率 总收缩：总收缩：（六）（六） 烧结温度与烧结范围烧结温度与烧结范围100%-100/-干干总烧T1：开始烧结温度。开始出现液相，气

35、孔率明显下降，收缩急剧增加。开始烧结温度。开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。T2：烧结温度，液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。烧结温度，液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。T3：软化温度，随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常软化温度，随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常 Department of Materials and Chemical Engineering 烧结变化过程：烧结变化过程： 1 1气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超过气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超过800800。 2 2温度继续升高，液相有一定

36、数量并填充于气孔中，温度继续升高，液相有一定数量并填充于气孔中，开口气孔降至最低，收缩率达最大。此时试样致密度最高。开口气孔降至最低，收缩率达最大。此时试样致密度最高。 3 3温度继续升高，液相不断变多，以致不能维持试温度继续升高，液相不断变多，以致不能维持试样原有形状而发生变形这种情况的最低温度。样原有形状而发生变形这种情况的最低温度。 2 2T T3 3 烧结范围烧结范围。 生成中常用吸水率反映黏土的烧结程度。一般要求黏土原生成中常用吸水率反映黏土的烧结程度。一般要求黏土原料烧结后的吸水率料烧结后的吸水率5%。 Department of Materials and Chemical En

37、gineering（七）（七） 耐火度耐火度原因：原因：粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基本理论。脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基本理论。耐火度：耐火度：表征粘土原料抵抗高温作用不致融化的性能指标。主表征粘土原料抵抗高温作用不致融化的性能指标。主 要取决于化学组成。要取决于化学组成。 表示方法：表示方法： 烧结性：烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率气孔率、吸水率、体积密度、收缩率 耐火度：耐火度：三角锥三角锥三角锥法：三角锥法：将一定细度的粘土原料（将一定细度的粘土原料（99%，

38、是生产日用细瓷、釉料的良好原料。，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。 Department of Materials and Chemical Engineering砂岩砂岩 碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为：分为：石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母 质砂岩，硅质砂岩质砂岩，硅质砂岩。 陶瓷中仅用：硅质砂岩。陶瓷中仅用：硅质砂岩。 SiO2 含量含量 90 95%。 Department of Materials and Chemical Engineering石英岩石英岩 硅质砂岩

39、经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大，外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。硬度高。 SiO2 97。 加热晶型转变困难。加热晶型转变困难。 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。 Department of Materials and Chemical Engineering石英砂石英砂 花岗岩、伟晶岩风化的产物，由水流冲激淘汰后自然聚集。花岗岩、伟晶岩风化的产物，由水流冲激淘汰后自然聚集。杂质多，成分变化波动较大。杂质多，成分变化波动较大。 河床

40、砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。 平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。 东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。 Department of Materials and Chemical Engineering燧石燧石 隐晶质隐晶质SiO2 ，SiO2 溶液经化学沉积在岩石夹层中形成。溶液经化学沉积在岩石夹层中形成。 硬度高。硬度高。 陶瓷工业常做研磨材料：砌筑球磨机内衬，研磨体球石陶瓷工业常做研磨材料：砌筑球磨机内衬，研磨体球石用。用。 SiO298%。 Department of M

41、aterials and Chemical Engineering硅藻土硅藻土 溶于水的部分二氧化硅溶于水的部分二氧化硅,被微细的硅藻类水生物吸取被微细的硅藻类水生物吸取,沉淀沉淀演变而成为含水的非晶质二氧化硅。演变而成为含水的非晶质二氧化硅。 具有多孔隙。具有多孔隙。 可做绝热材料，多孔陶瓷等。可做绝热材料，多孔陶瓷等。 Department of Materials and Chemical Engineering（二）石英原料的性质（二）石英原料的性质 外观：外观：视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂

42、肪光泽。半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。 硬度：硬度：莫氏硬度为莫氏硬度为7。 密度：密度：晶型不同密度不同，变动范围晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。 化学稳定性：化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用，外）；与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。璃态物质。 熔融温度范围：熔融温度范围：1400 C1770 C，由，由SiO2的形态和杂质含的形态和杂质含量决定。量决定。 Department of Materials and Chemical Engineeri

43、ngSiO2多晶转变多晶转变v 常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下相互转化：相互转化： 石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英 熔融态石英熔融态石英 鳞石英鳞石英 石英玻璃石英玻璃 石英石英 鳞石英鳞石英 方石英方石英87017131470573 0.82% 0.2%1171171634.7%0.2%16%2.8%180270急冷急冷 Department of Materials and Chemical Engineering鳞石英鳞石英方石英方石英 Department of Materials and Chemical Enginee

44、ringSiO2多晶转变的特点多晶转变的特点 高温型的迟缓转化（横向转化或高温型的迟缓转化（横向转化或一级一级转化）转化） 由表面向内部由表面向内部逐步逐步进行，结构变化。因为形成新的稳进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。大，所以需较高温度及较长时间。 低温型的迅速转变（纵向转变或低温型的迅速转变（纵向转变或二级二级转变）转变） 由表及里由表及里瞬间瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），

45、化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。易进行，且转化可逆。 Department of Materials and Chemical Engineering 自然界中石英大部分以自然界中石英大部分以 石英存在，很少以鳞石英或方石英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。石英的介稳状态存在。 石英多晶转变的体积效应：石英多晶转变的体积效应： 一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。 二级转变的体积变化小，但转化速度快，

46、瞬间完成，体积二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。 Department of Materials and Chemical Engineering 石英石英理论理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化在平衡态下进行。在平衡态下进行。 陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是否有矿化剂，都经过否有矿化剂，都经过半安定方石英半安定方石英这一过渡状态，参见实这一过渡状态，参见实际转化示意图。际转化示

47、意图。 Department of Materials and Chemical EngineeringvSiO2晶型实际转化示意图晶型实际转化示意图半安定方石英半安定方石英无矿化剂无矿化剂有矿化剂有矿化剂干转化干转化湿转化湿转化半安定方石英半安定方石英 方石英方石英 鳞石英鳞石英1050 开始，开始，12001300 强烈强烈1470 12001400 700900 开始，开始，12001470 明显明显 - 石石 英英 Department of Materials and Chemical EngineeringSiO2晶型实际转变情况晶型实际转变情况 实际转化时升温快，常出现过渡状态（

48、半安定方石英）实际转化时升温快，常出现过渡状态（半安定方石英）但无论是否有矿化剂，但无论是否有矿化剂， 石英的转化过程都经过半安定方石英的转化过程都经过半安定方石英阶段。石英阶段。 有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形成方石英。终形成方石英。 矿化剂：矿化剂：RO，R2O；矿化剂来源：熔剂性原料。；矿化剂来源：熔剂性原料。 在普通陶瓷生产过程中，石英的转化主要是二级转化，在普通陶瓷生产过程中，石英的转化主要是二级转化，而不是一级转化。而不是一级转化。 实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在13

49、00 ），），最终石英以半安定方石英存在，即所说的方石英。最终石英以半安定方石英存在，即所说的方石英。 Department of Materials and Chemical EngineeringSiO2晶型转化与生产应用晶型转化与生产应用 石英预烧，利于粉碎：石英预烧，利于粉碎：1000 C煅烧煅烧 急冷急冷 变松变松 ，利，利用石英用石英573 C晶型转化时的体积变化效应。晶型转化时的体积变化效应。 炻器、建材、彩釉砖，尽量减少石英用量，或使石英颗炻器、建材、彩釉砖，尽量减少石英用量，或使石英颗粒尽量细，以适应快速烧成的特点。粒尽量细，以适应快速烧成的特点。 陶瓷的烧成过程，必须注意升

50、降温速度的问题，之所以陶瓷的烧成过程，必须注意升降温速度的问题，之所以要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程中伴随着体积的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或中伴随着体积的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或收缩在极短的时间完成，会造成坯体或制品开裂。收缩在极短的时间完成，会造成坯体或制品开裂。 Department of Materials and Chemical Engineering三、石英在陶瓷生产中的作用 烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯

51、体的干燥收缩，增加生坯的渗坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。 烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。 可提高坯体的机械强度，透光度，白度。可提高坯体的机械强度，透光度，白度。 釉料中釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，是玻璃质的主要成分，提高

52、釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。度。 Department of Materials and Chemical Engineering第四节第四节 长石类原料长石类原料 长石是陶瓷原料中最常用的溶剂类原料，在陶瓷生产中作长石是陶瓷原料中最常用的溶剂类原料，在陶瓷生产中作坯料、釉料、色料、熔剂等的基本组分，是陶瓷的三大组坯料、釉料、色料、熔剂等的基本组分，是陶瓷的三大组分之一。分之一。 一、长石的种类和一般性质一、长石的种类和一般性质 概况：概况：长石是地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的长石是地壳中分

53、布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多，归纳起来都和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而成。成。 产地：产地：湖南平江，陕西洛南，福建将乐、建宁、仙游。湖南平江，陕西洛南，福建将乐、建宁、仙游。 Department of

54、Materials and Chemical Engineering 种类种类：长石：长石(feldspar)为架状硅酸盐结构，据结构特点分为：为架状硅酸盐结构，据结构特点分为： 钾长石：钾长石：K2OAl2O36SiO2 钠长石：钠长石：Na2OAl2O36SiO2 钙长石：钙长石：CaOAl2O32SiO2 钡长石：钡长石：BaOAl2O32SiO2 前三种居多，后一种较少。前三种居多，后一种较少。 性状性状：自然界中，纯的长石较少，共生矿物有：石英，云：自然界中，纯的长石较少，共生矿物有：石英，云母，霞石，角闪石。其中云母，角闪石为有害杂质。含石母，霞石，角闪石。其中云母，角闪石为有害杂

55、质。含石英，霞石的可考虑做原料使用。英，霞石的可考虑做原料使用。 Department of Materials and Chemical Engineering各自特点各自特点 钾长石钾长石 KAS6 ：115020分解为白榴子石，全部熔融，范分解为白榴子石，全部熔融，范 围宽，高温粘度大。围宽，高温粘度大。 钠长石钠长石NaAS6 ：1120 开始熔融，液相稳定，粘度低，易变开始熔融，液相稳定，粘度低，易变 形；形； 钙长石钙长石CaAS2：熔点高达：熔点高达1550 ，熔融范围宽，熔体不透，熔融范围宽，熔体不透 明，机械强度大。明，机械强度大。 钡长石钡长石 BaAS2：熔点高达：熔点高

56、达1715 ，熔融范围不宽，可人工合，熔融范围不宽，可人工合 成，电学性能好成，电学性能好 。 混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可可 混合形成共熔体。混合形成共熔体。 Department of Materials and Chemical Engineering混溶情况混溶情况 钾长石钾长石 + 钠长石钠长石 = 微斜长石（高温存在）微斜长石（高温存在） 钠长石钠长石 + 钙长石钙长石 = 斜长石斜长石 钾长石钾长石 + 钙长石钙长石 钾长石钾长石 + 钡长石钡长石 钾长石钾长石+ +钠长石：钠长石： 钾长石和钠长石常以固熔

57、体存在钾长石和钠长石常以固熔体存在 钾长石和钾长石和 钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶体折射不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶体折射不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹斑；含量多时，形成条纹 。 实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的钠长石指以钠长石为主的钾石为主的的钾钠长石。所谓的钠长石指以钠长石为主的钾钠长石。钠长石。 Department of Materials and Chemical Engineering

58、钾钠长石的命名方法：钾钠长石的命名方法： 钠长石含量钠长石含量 50% 透长石透长石 钠长石含量钠长石含量 30% 正长石正长石 钠长石含量钠长石含量 20% 微斜长石微斜长石 钠长石钠长石 + + 钙长石：钙长石： 钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。 钠长石和钙长石命名方法：钠长石和钙长石命名方法： 钠长石钠长石 90% 钠长石钠长石 钙长石钙长石 90% 钙长石钙长石 其余称其余称斜长石斜长石。 Department of Materials and Chemical Engineering 钾长石钾长石 + + 钙长石：钙长石

59、： 钾长石和钙长石的固溶性差，小于钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几，在任何温度下几乎不互溶。乎不互溶。 在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长石的熔融温度（石的熔融温度（1150 C 1050 C ），所以调整配方时，），所以调整配方时，钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度，尤其对于钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度，尤其对于釉，利于釉的熔化和铺展釉，利于釉的熔化和铺展 Department of Materials and Chemical Engineering 钾钠长石钾钠长石（含钾长石较多的）（

60、含钾长石较多的） 外观：颜色为肉红色，粉红，外观：颜色为肉红色，粉红， 个别的为白，灰，浅黄。个别的为白，灰，浅黄。 密度：密度： 2.56 2.59 硬度：硬度： 6 6.5 断口呈玻璃光泽，解理清楚。断口呈玻璃光泽，解理清楚。 钠钙长石钠钙长石 外观：颜色一般为白色，灰白色。外观：颜色一般为白色，灰白色。 其它物理性质与钾钠长石相似。其它物理性质与钾钠长石相似。 Department of Materials and Chemical Engineering两个亚族两个亚族1.钾钠长石亚族钾钠长石亚族 自然界中的钾长石都混有钠长石自然界中的钾长石都混有钠长石透长石。含钠长石达透长石。含钠长