陶瓷原料的矿物学基础课件

1、第二章 陶瓷原料基础一、日用陶瓷原料矿物学基础二、中国古代陶瓷原料简介1 原料研究在陶瓷烧制工艺中的作用原料是烧造陶瓷的基础陶瓷制品的 性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。 陶瓷制品的主要性能由陶瓷胎的结构决定，而胎结构则由原料的种类和工艺决定。原料的合理选择十分重要 陶瓷原料的基本构成传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物或岩石，这些原料主要分布于地壳中。矿物指的是自然化合物或自然元素，是地壳中经过各种物理化学作用形成的产物，具有均匀的化学组成，呈晶体存在。岩石是矿物的结合体，是由多种矿物以一定规律组合而成。地壳分为大陆性地壳和海洋性地壳。大陆性地壳占地壳的1/3，位于地壳上层，组成以硅

2、铝酸盐为主，又叫硅铝层。海洋性地壳占地壳的2/3，由硅镁酸盐组成。传统陶瓷材料主要来自大陆性地壳，化学组成为一种硅铝酸盐材料硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、钠(Na)、钾(K)及氧(O)等八种元素，占地壳总物质的97%以上。造岩元素：硅、铝、镁、钙、钠、钾，这些元素在地壳中的存在形式主要为氧化物或者硅酸盐。以上八种元素加上钛（Ti），锰（Mn）和磷（P）是陶瓷研究中经常涉及的元素。地壳的基本化学组成 2 原料选择的基本要求质量达标（不是越纯越好） 储量要大（原料来源稳定） 价格合理 性能稳定（对原料的最基本要求） 运输方便 原料选择是古代窑厂选择窑址的最基本标准。2

3、 陶瓷原料的分类按照成品种类划分按照制造地域划分按照矿物组成划分1 按照成品种类的分类制陶原料制瓷原料陶瓷原料制陶原料胎料釉料彩料制瓷原料胎料釉料材料当时的技术决定原料的划分早期窑炉温度低-选择易熔粘土窑炉温度进步-选择瓷石或者高岭土。原料的选择又决定成品种类易熔粘土烧成温度低-陶器。瓷石或者高岭土烧成温度高-瓷器陶北方：黄土南方：红土瓷北方：高铝粘土南方：瓷石2 按照地域划分中国南北方大陆地球化学性质的差异南北方在三叠纪（2.47-2.09亿年前）为两块分开的古大陆。板块碰撞形成现代中国大陆的基本形状。秦岭-淮河一线（长江-黄河分水岭），将中国天然划分为南方北方。地质板块之间的差异导致南北方

4、陶瓷原料之间的化学组成不同，由此亦可将陶瓷原料按照地区划分。这种地质体差异是用化学手段判断陶瓷原料产地（窑口）的基本依据。二叠纪时古大陆情况三叠纪后古大陆情况，中国大陆形成南北方地球化学分界北方：黄土，高铝粘土南方：红土，瓷石陶瓷制作原料选择原则决定的是就地取材为，因此形成了南北方原料选择不同的工艺传统。3 根据矿物组成划分的原料种类粘土类原料（中国古代陶器、北方瓷器制造的主要原料）瓷石质原料（古代南方瓷器制造的主要原料）石英类原料（古代陶瓷制造中主要用作羼和料）长石类原料（现代陶瓷工业常用原料）古陶瓷制胎三大主要原料低铁粘土瓷石质原料易熔粘土古陶瓷制釉的主要原料高温釉草木灰石灰釉灰低温釉铅的

5、氧化物第三节 中国古代陶瓷原料技术的发展陶瓷原料发展的两个方面原料选择技术进步特定陶土的选择瓷石、高铝粘土的发现淘洗技术的进步原料技术的发展导致陶瓷技术的不断进步，新陶瓷品种的不断出现。陶瓷材料的发展历程第四节 陶瓷原料矿物组成简介1 粘土由富含长石等铝硅酸盐的岩石（长石、伟晶花岗岩、斑岩等）经过长期风化作用或热液蚀变作用形成的一种疏松或呈胶状致密的土状或致密块状的产物，为多种微细矿物和杂质的混合体。4.1 粘土的分类粘土共有四种分类方法成因可塑性耐火度矿物类型4.1.1 按照成因分类一次粘土风化残积型，深层岩浆岩在原产地风化后残留在原地形成的优质矿床。（原生高岭）热液蚀变型，热液（岩浆喷发降

6、温结晶后的热水）作用于母岩形成的。（蒙脱石类）二次粘土由于雨水或风力的搬运作用，将风化后的粘土矿物在低洼地方沉积形成的粘土矿床。（沉积高岭）两类粘土的特点化学组成耐火度成型性代表类型一次粘土纯度高高塑性低南方原生高岭二次粘土杂质含量高低塑性高北方沉积高岭土4.1.2 按照可塑性和耐火度的粘土分类可塑性：高可塑粘土，膨润土等；低可塑粘土，高岭土等。耐火度分：耐火粘土（融化温度1580），难溶粘土（13501580），高岭土；易熔粘土（99%，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。（2）石英岩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， 硬度高。 SiO

7、2 97。 加热晶型转变困难。 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。（3）石英砂花岗岩、伟晶岩风化的产物，可简化工艺。 杂质多，成分变化波动较大。 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。 东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。5.1.2 石英原料的性质 外观：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肪光泽。 硬度：莫氏硬度为7。 密度：晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。 化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF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璃态物质。 熔融温度范围：1400C17

8、70C，由SiO2的形态和杂质含量决定。5.2 石英类原料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。 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。 釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。6.熔剂性材料长石类材料碳酸盐类材料磷酸盐类材料含氧化铅类材料6.1 长石类原料长石是地壳中分布

9、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。长石在陶瓷生产中主要作为熔剂原料使用。小于1400C烧成温度范围内，某一原料本身产生熔体，或与其它原料共熔形成熔体，由于熔体的产生使产品在低温下烧成,具有这一特性的原料叫熔剂性原料。6.1.1长石的化学组成及性质钾长石：K2OAl2O36SiO2，115020分解，全部熔融，范围 宽，高温粘度大。钠长石：Na2OAl2O36SiO2，1120 开始熔融，液相稳定，粘度低，易变形。钙长石：CaOAl2O32SiO2，熔点高达1550 ，

10、熔融范围宽，熔体不透明， 粘度小，机械强度大。 钡长石：BaOAl2O32SiO2，熔点高达1715 ，熔融范围不宽，可人工合成， 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，彼此可混合形成共熔体。 自然界中少有单一化学组成的长石，通常是两种或多种长石混熔形成的共熔体。6.1.2 陶瓷原料中常用的长石种类钾钠长石:1.透长石（含50 %钠长石）；正长石 （含30%钠长石）；微斜长石（含20% 钠长石）。钠钙长石：钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。将钠钙长石中两种长石含量都低于90%的 统称为斜长石。钾钙长石：钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几乎不

11、互溶；在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长石的熔融温度（1150C 1050 C ），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，尤其对于釉，利于釉的熔化和铺展。 钾长石斜长石6.1.3 长石在陶瓷生产中的作用在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。 作为瘠性

12、原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。 在釉料中做熔剂，形成玻璃相。6.2 碳酸盐原料我国古代瓷釉的主要助熔剂（石灰石，草木灰），主要化学组成CaCO3。结构：三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状，板状。 性质： 一般为白色或无色。玻璃光泽；性脆，硬度3，密度2.62.8 ；高温下(850-970)发生分解反应， 850 左右开始分解，放出CO2，950 剧烈反应。反应方程： CaCO3 CaO+CO26.2石灰石在陶瓷生产中的作用烧成前，瘠性料骨架作用，缩短生坯干燥时间，减少干燥收缩 分解后，熔剂作用。在坯料中，与粘土和石英在较低温度下反应，缩短烧成时间，提高透明度，使坯釉结合紧密。 釉料中，强助熔，同时提高釉的折射率，从而使光泽度提高，改善透光性。使用不当易乳浊（析晶），单独使用时，在用油或煤做燃料时易引起阴黄，烟熏。6.3 磷酸盐类原料骨灰瓷的主要原料： Ca3（PO4）2，主要来源脊椎动物骨骼经一定温度煅烧后得到的骨灰。骨灰的主要成分是羟基磷灰石： Ca3（PO4）2OH。骨灰的主要作用：本身难熔，但加入一定量（220%）到粘土中可起到强助熔剂的作用。目前没有太多证据表明我国古代生产了骨灰瓷。6.4 PbO类原料自然界：铅丹，红丹，化学式为b34。 b