无机材料工艺学-陶瓷2-原料

◆原料选择的重要性第一章陶瓷原料绪言●传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；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。原料是陶瓷制品质量的基础。影响产品质量的两因素：（1）原料质量；（2）生产工艺过程。

高岭石伊利石石英钾长石钠长石硅灰石叶腊石1/13/20231河南省精品课程——陶瓷工艺原理◆原料选择的重要性第一章陶瓷原料●陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构则由原料的种类和加工工艺决定。组织结构/成分Structure/Composition加工工艺Processing物化性能Property使用性能Performance1/13/20232河南省精品课程——陶瓷工艺原理质量达标（并非越纯越好）；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。◆原料选择的基本要求第一章陶瓷原料◆原料选择原则：●原料的组成应能保证产品的质量性能要求；●原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。绪言1/13/20233河南省精品课程——陶瓷工艺原理第一章陶瓷原料◆陶瓷原料的分类可塑性原料1.从工艺性能分：天然原料

化工原料2.从来源分：绪言高岭土石英钾长石非可塑性原料（瘠性原料）1/13/20234河南省精品课程——陶瓷工艺原理第一章陶瓷原料§1-1粘土类原料一、粘土的概念与分类

（一）概念：粘土（clay）是由多种微细矿物（主要是含水铝硅酸盐矿物）构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于2µm。从外观看：（i）由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。(ii)由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。

（二）成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。●但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。1/13/20235河南省精品课程——陶瓷工艺原理第一章陶瓷原料一、粘土的概念与分类

（二）成因：自然风化物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用例如：K2O·Al2O3·SiO2+CO2+H2OAl2O3·2SiO2·2H2O+K2CO3+4SiO2钾长石高岭土●风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化物（如SiO2）将成为粘土矿中的杂质矿物。1/13/20236河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、粘土的概念与分类●根据粘土的成因分类：I.一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地，再经地质作用而形成的粘土。

（三）分类：II.二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。◆特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。二次黏土的特点相反。1/13/20237河南省精品课程——陶瓷工艺原理第一章陶瓷原料●根据粘土的可塑性强弱分类：一、粘土的概念与分类强塑性粘土中等塑性粘土弱塑性粘土●根据粘土的耐火度高低分类：耐火粘土：耐火度＞1580℃易熔粘土：耐火度＜1350℃难熔粘土：耐火度介于1350℃

~1580℃1/13/20238河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、粘土的组成粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组成和颗粒组成。1、粘土的化学组成

主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。

杂质化学成分：含有少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属氧化物CaO、MgO，以及着色氧化物Fe2O3、TiO2等。

◆不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般SiO2含量较高，而A12O3含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量一项。1/13/20239河南省精品课程——陶瓷工艺原理（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。§1-1粘土类原料●粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质:（1）SiO2

：若SiO2多，意味着游离石英较多，则粘土可塑性降低，干燥及烧成收缩较小。（2）Al2O3

：含量多，耐火度增高，难烧结。（3）Fe2O3＜1％，TiO2＜0.5％：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。（5）H2O、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大——从“烧失量”一项判断。1/13/202310河南省精品课程——陶瓷工艺原理2.粘土的矿物组成粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。因此，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因素。粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。高岭石叶腊石伊利石1/13/202311河南省精品课程——陶瓷工艺原理a．高岭石类（Kaolinite，Al2O3·2SiO2·2H2O）高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。b．蒙脱石类（Montmorillonite,Al2O3·4SiO2·nH2O(n＞2)

）

蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。

c.伊利石类(Illite)

伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母比较，伊利石多H2O而少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。2.粘土的矿物组成1/13/202312河南省精品课程——陶瓷工艺原理粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如下图所示的结构模型图。硅氧四面体层铝氧八面体层层状结构粘土矿物晶体结构模型图

1/13/202313河南省精品课程——陶瓷工艺原理●各种粘土矿物的结构特点高岭石多水高岭石叶腊石蒙脱石伊利石1/13/202314河南省精品课程——陶瓷工艺原理●各种粘土矿物的工艺性质a.高岭石：可塑性较差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，干燥收缩较小，耐火度较高（烧结温度较高）。b.蒙脱石：可塑性好，阳离子交换容量大，遇水膨胀，干燥收缩大，烧结温度较低。c.伊利石：与高岭石相近。可塑性差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范围窄。绢云母和瓷石也划归为伊利石类原料。◆叶腊石(Al2O3·2SiO2·H2O),其结构与蒙脱石（Al2O3·4SiO2·nH2O

）相似，但晶格中的同晶置换现象轻微，故阳离子交换容量很小。遇水也不膨胀，硬度低，是一种优良的陶瓷原料。1/13/202315河南省精品课程——陶瓷工艺原理作业：1.选择原料时应考虑哪些主要因素？2.粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？3.比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性能。1/13/202316河南省精品课程——陶瓷工艺原理●关于绢云母和瓷石：1.绢云母：一种矿物。是一种细小鳞片状的白云母，因其表面呈丝绢光泽而得名。其化学组成和结构与白云母极相似，两者在矿物学上并无区别。但绢云母外观多呈粘土状，具有粘土特性，是瓷石中的主要组成矿物，可塑性与高岭石相当；高温下具有一定的熔剂作用。

绢云母可视为白云母与伊利石之间的过渡矿物。2.瓷石：是由长英岩或石英粗面岩经过长期的热液蚀变作用形成的一种多矿物混合体。风化程度深的瓷石，其中的绢云母会逐渐高岭石化，部分地转变为高岭石。所以，瓷石的矿物组成大致为：石英：40~60%绢云母：20~40%长石：5~30%高岭石：0~10%1/13/202317河南省精品课程——陶瓷工艺原理●瓷石的形成过程示意图：石英长石石英绢云母长石石英绢云母部分绢云母化完全绢云母化石英绢云母高岭石部分高岭石化◆瓷石可单独制瓷。烧成时，绢云母兼有高岭土和长石之作用。1/13/202318河南省精品课程——陶瓷工艺原理●粘土的加热变化各种粘土的差热曲线1/13/202319河南省精品课程——陶瓷工艺原理1）≥100℃时排除吸附水。例如高岭石受热时：◆粘土矿物被加热时，一般都要经过排除自由水和吸附水、分解并脱去结晶水、形成莫来石新相等过程。●粘土的加热变化2）450℃以上，结构水缓慢排出，高岭石变成偏高岭石（不含结晶水的高岭石）：Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2O

450℃1/13/202320河南省精品课程——陶瓷工艺原理3）继续加热，偏高岭石进一步反应形成硅－铝尖晶石：4）温度超过1050℃左右，硅－铝尖晶石逐渐分离出晶格中的方石英（SiO2），形成热力学稳定的莫来石：1/13/202321河南省精品课程——陶瓷工艺原理3、粘土的颗粒组成：粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。◆粘土的颗粒组成与其工艺性能密切相关：<1um的细颗粒愈多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高，烧结温度低。另外，片状颗粒比杆状颗粒接触面积大，塑性大，强度高。◆粘土中的杂质矿物主要包括：（1）石英与母岩残渣（如长石、白云母等）；（2）碳酸盐和硫酸盐矿物；（3）铁质矿物；（4）有机质。2、粘土的矿物组成1/13/202322河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质1.可塑性概念：可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。概念：粘土的工艺性质系指其所具有的、对生产工艺过程有重要影响的性质。包括可塑性、结合性、干燥性质、泥浆性质、烧结性质等。◆粘土的工艺性质取决于其化学组成、矿物组成和颗粒组成。生产上，常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标等参数来反映粘土的可塑性大小。◆可塑性的产生机理1/13/202323河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质1.可塑性干粉区泥浆区塑性泥料区可塑性含水率塑限液限最佳塑性范围塑限：粘土由干粉状态变为塑性状态时的最低含水率。液限：粘土由塑性状态变为无塑性的泥浆状态时的含水率。可塑性指数：液限—塑限可塑性指标：系指在一定的工作水分下，粘土泥团受外力作用时，最初出现裂纹时的应力与应变的乘积。1/13/202324河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质1.可塑性干粉区泥浆区塑性泥料区可塑性含水率塑限液限最佳塑性范围◆塑限、液限、可塑性指数及可塑性指标高低大小在生产上的实际意义。◆粘土根据塑性大小分类：强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6中等塑性粘土：指数7~15或指标2.5~3.6弱塑性粘土：指数1~7或指标＜2.5瘠性原料：可塑性指数＜1.1/13/202325河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质1.可塑性

●影响可塑性大小的因素1.矿物组成；2.颗粒组成（细度）及颗粒形状；3.阳离子交换容量；4.分散介质的含量及种类（润湿能力及表面张力）。●改善粘土可塑性的途径1.淘洗除杂；2.风化处理；3.坯料陈腐和真空练泥处理；4.加入适量塑化剂。1/13/202326河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质2.结合性粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定干燥强度的能力。

◆

结合性的表征方法：以能够形成塑性泥团时所加入的标准石英砂量及试样干后的抗折强度表示。◆可塑性好的粘土，其结合性也好。3.离子交换性（1）粘土颗粒因其表面存在断键及晶格内部存在不等价离子置换而带有电荷，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为离子交换性。◆粘土通常发生的是阳离子吸附与交换。1/13/202327河南省精品课程——陶瓷工艺原理3.离子交换性（2）阳离子交换容量（100克干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子之数量）及其影响因素（粘土矿物组成、颗粒细度、晶格完善程度、有机质含量等）。（3）黏土吸附不同阳离子对其工艺性能的影响Al3+Ba2+Ca2+Mg2+

K+Na+Li+泥浆稳定性泥浆流动性泥浆触变性注浆成型时间泥浆ζ电位大小1/13/202328河南省精品课程——陶瓷工艺原理c.表征方法：泥浆厚化系数泥浆厚化系数=τ30minτ30secd.触变性大小对生产的影响（生产操作对触变性的要求）：若太小，成型后的生坯强度低，会影响脱模和之后的修坯操作。若太大，会造成泥浆输送困难，且成型后的生坯易变形。4.泥浆性质

（1）触变性

a.概念。b.触变性的解释模型：片状粘土颗粒各带异号电荷，形成边-边或边-面结合，即所谓的泥浆“卡片结构”，容纳大量的自由水于其中，使泥浆“变稠”。1/13/202329河南省精品课程——陶瓷工艺原理4.泥浆性质

e.影响触变性大小的因素：矿物组成；颗粒细度；泥浆含水率及温度；所用电解质的性质及数量。（2）流动性及稳定性a.概念b.对生产之影响。c.影响因素。5.干燥性质（1）干燥收缩a.表示方法：干燥线收缩、体积收缩。b.与生产的关系：坯体外形尺寸确定、模型放尺率。1/13/202330河南省精品课程——陶瓷工艺原理5.干燥性质（2）干燥强度a.表示方法：干燥抗折强度b.生产上的要求：强度要大，但要考虑干燥收缩和变形的控制。（2）烧成收缩a.表示方法：烧成线收缩、体积收缩。其含义与干燥收缩类似。b.生产上的要求：适当小，以便于烧成变形的控制。

◆干燥收缩和烧成收缩的综合叫做试样的总收缩。是模型设计的重要依据。

6.烧结性能

（1）烧后颜色：这是某些对坯体颜色和电（绝缘）性能有要求的制品所必须考虑的一点。1/13/202331河南省精品课程——陶瓷工艺原理6.烧结性能（3）烧结温度和烧结范围

a.粘土的加热曲线b.影响因素：主要取决于粘土的化学矿物组成及颗粒细度。

T1T2T3Tem.气孔率收缩率收缩率（体密）T1:开始烧结温度T2:完全烧结温度（简称烧结温度）T3:软化温度烧结（温度）范围：T2~T3c.生产上对烧结温度及烧结范围的要求。1/13/202332河南省精品课程——陶瓷工艺原理（4）耐火度

a.概念：材料在自重作用情况下，抵抗高温作用而不破坏的能力（最高温度）。6.烧结性能b.表征方法：c.粘土耐火度高低对生产的影响：耐火度高，烧成时不易变形；但也意味着制品的烧成温度也高。d.影响因素：主要是化学组成（铝硅比、铁与碱氧化物含量）。abc试锥在不同阶段的弯倒情况a：熔融开始前；b:在相当于耐火度的温度下；c:在高于耐火度的温度下1/13/202333河南省精品课程——陶瓷工艺原理四、粘土在陶瓷生产中的作用4.粘土可在高温下分解生成莫来石，而足够数量莫来石的存在，则是制品具有良好使用性能的保证。§1-1粘土类原料1.粘土的可塑性以及在水中的分散性和悬浮性，可以赋予坯料以良好的成型性能。2.粘土具有的结合性可以使之在成型时结合瘠性原料，保证成型坯体的强度。3.粘土是坯料中Al2O3的主要来源，是坯体具有一定耐火度、烧成时不易变形的重要保证。1/13/202334河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、石英原料的种类

§1-2石英类原料二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60％。其中一部分以硅酸盐化合物的状态存在于各种矿物中。另一部分则以独立状态存在，成为单独的石英矿。但由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英矿体呈现多种状态产出，并有不同的纯度。a.水晶：结晶良好的纯SiO2。

b.脉石英：SiO2含量＞99%。高档细瓷用原料。

c.石英岩：SiO2含量＞97%。一般陶瓷生产用主要原料。

d.砂岩：SiO2含量90~95%。根据胶结物的不同，分石灰质、粘土质、云母质和硅质砂岩四种，陶瓷生产仅用硅质砂岩。e.石英砂：SiO2含量＜90%，杂质较多，一般不用。f.燧石：石英沉积岩，隐晶质，硬度很大，可用作研磨材料、球磨机内衬。1/13/202335河南省精品课程——陶瓷工艺原理脉石英水晶－结晶良好的石英水晶－结晶良好的石英1/13/202336河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、石英的性质石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时能起反应而生成可溶性的硅酸盐。高温下，石英易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。

二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是α-石英、β-石英；α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英；α-方石英、β-方石英。1/13/202337河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、石英的性质——多晶转变◆两种转变类型重建性转变：速度慢，体积效应大。位移性转变：速度快，体积效应小。α-石英亚稳方石英α-鳞石英α-方石英熔体石英玻璃β-鳞石英γ-鳞石英β-石英β-方石英+0.82%有矿化剂存在时+0.20%+0.20%+2.8%+16%+4.7%573℃870℃开始；1200℃以上剧烈1470℃亚稳方石英无矿化剂存在时1050℃开始；1200℃以上剧烈1/13/202338河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、石英的性质——多晶转变◆石英晶型转变与陶瓷生产的关系α-石英1/13/202339河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、石英的性质——多晶转变◆石英晶型转变与陶瓷生产的关系

理论晶型转化的前提：缓慢升温，维持晶型转化在平衡态下进行。

●实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在1400℃以下），因此普通陶瓷制品烧成后，残留的石英矿物一般以β-石英、鳞石英、（半安定）方石英等形式存在。●实际生产中升温快，由上图可见，无论是否有矿化剂，—石英的转化过程都经过半安定方石英阶段。有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形成方石英。●在普通陶瓷生产过程中，对产品烧成质量影响最大的是石英的位移性转化，尤其是β-石英和α-石英之间的转变，而不是重建性转化。

1/13/202340河南省精品课程——陶瓷工艺原理四、石英在陶瓷生产中的作用4.石英可增大釉料的耐磨性、硬度、白度及化学稳定性，降低釉的膨胀系数。1.作为瘠性原料，石英可减小坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，并对泥料的可塑性起调节作用。

2.烧成过程中，石英的体积膨胀可部分抵消坯体的烧成收缩，有利于保证坯体的外形。3.高温下石英熔融可增大液相粘度，拓宽坯体烧成范围，而未熔石英又可保证坯体的强度，防止坯体变形。1/13/202341河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、长石的种类长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是陶瓷生产三大原料之一。自然界中长石的种类很多，但都是以下四种纯长石的固溶体：钠长石(Ab):Na[AlSi3O8]或Na2O·Al2O3·6SiO2钾长石(Or):K[AlSi3O8]或K2O·Al2O3·6SiO2钙长石(An):Ca[Al2Si2O8]或CaO·Al2O3·2SiO2钡长石(Cn):Ba[Al2Si2O8]或BaO·Al2O3·2SiO2§1-3长石类原料自然界纯长石矿体罕见，尤其是钡长石。钠长石钾长石钙长石钡长石1/13/202342河南省精品课程——陶瓷工艺原理长石类矿物的化学组成与矿物物理性质

名称钾长石钠长石钙长石钡长石化学通式K2O·Al2O3·6SiO2Na2O·Al2O3·6SiO2CaO·Al2O3·2SiO2BaO·Al2O3·2SiO2晶体结构式K[AlSi3O8]Na[AlSi3O8]Ca[Al2Si2O8]Ba[Al2Si2O8]理论化学组成(%)SiO2Al2O3RO(R2O)64.7018.40K2O16.9068.7019.50Na2O11.8043.2036.70CaO20.1032.0027.12BaO40.88晶系单斜三斜三斜单斜密度（g/cm3）2.56～2.592.60～2.652.7～2.763.37莫氏硬度6～6.56～6.56～6.56～6.5颜色白、肉红、浅黄白、灰白、灰或无色白或无色热膨胀系数（α×10-8/℃）7.57.4熔点（℃）1150（异元熔融）110015501725附注碱性长石系列：KAlSi3O8-NaAlSi3O8包括透长石、正长石，微斜长石、歪长石，条文长石及钠长石斜长石系列：NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8包括钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石及钙长石1/13/202343河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、长石的种类§1-3长石类原料●自然界的纯长石矿体罕见，主要是K-Na长石的固溶体和Na-Ca长石固溶体。（一）K-Na长石的固溶体◆钾、钠长石仅能形成有限固溶体。根据钠长石的固溶度不同，可以三种单体矿物出现：微斜长石正长石透长石存在温度范围钠长石含量＜650℃＞950℃650～950℃＜20%~30%~50%1/13/202344河南省精品课程——陶瓷工艺原理一、长石的种类（二）Na-Ca长石的固溶体——斜长石◆钠、钙长石能形成无限（连续）固溶体。斜长石实指Na、Ca长石含量在10~90%之间的Na-Ca长石固溶体。否则，分别称之为钠长石或钙长石。钠长石斜长石钙长石钙长石含量＜10%＞90%10～90%＜10%钠长石含量＞90%●陶瓷生产中主要利用正长石和微斜长石，即以钾长石为主要组成的K-Na长石的固溶体。1/13/202345河南省精品课程——陶瓷工艺原理二、长石的熔融特性及生产要求

1.钾长石的始熔温度约为1150℃，熔融范围约350℃（1150~1500℃）。高温熔体粘度较大，且粘度随温度的升高降低较慢。2.钠长石的始熔温度约为1100℃，熔融范围约150℃（1150~1250℃）。高温熔体粘度较小，且粘度随温度的升高降低较快（与钾长石比较）。3.钙长石的始熔温度较高（1550℃

），熔融温度范围窄，高温下熔体不透明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。（一）熔融特性（二）生产要求始熔温度低（＜1200℃）；熔融范围宽；熔体粘度较大，且随温度变化较小。就化学组成而言：Al2O315~20%;(K2O+Na2O)≥13%,其中Na2O＜3%,Fe2O3＜0.5%.1/13/202346河南省精品课程——陶瓷工艺原理三、长石在陶瓷生产中的作用4.在釉料中长石亦为主要熔剂，可降低釉料的烧成温度，并提高釉面的平整度、光泽度。1.作为瘠性原料，可缩短生坯干燥时间、减少坯体的干燥收缩变形等。2.高温烧成时起熔剂作用，降低烧成温度。其熔体可溶解石英和粘土矿物，促进固相反应，从而缩短烧成时间。3.烧成过程中，熔融后的长石熔体能促进坯体的致密化过程（即成瓷过程），改善制品的使用性能。1/13/202347河南省精品课程——陶瓷工艺原理课外作业：1.为什么Ca-土泥浆的稳定性、流动性比Na-土泥浆的差？2.试分析影响泥浆触变性的各个因素？3.说明粘土在陶瓷生产中的作用。4.对制品烧成质量影响最大的石英晶型转变是哪个？为什么？5.说明石英在陶瓷生产中的作用。6.配制坯料的长石应满足哪些要求？对其化学组成有何要求？7.说明长石在陶瓷生产中的作用。1/13/202348河南省精品课程——陶瓷工艺原理第四节其他矿物原料1.瓷石瓷石是一种由石英，绢云母组成，并含有若干高岭石，长石等的岩石状矿物集合体。瓷石的可塑性不高，结合强度不大，但干燥速度快。瓷石粉1/13/202349河南省精品课程——陶瓷工艺原理化学通式为：A12O3·4SiO2·nH2O晶体结构式为：A12(Si4O10)(OH)22.叶腊石：单斜晶系晶体。叶腊石理论化学组成为：A12O328.30％，SiO266.70％，H2O5.00％。叶蜡石通常呈白色、浅黄或浅灰色，结构和蒙脱石相似，都属于2：1型层状结构硅酸盐矿物。1/13/202350河南省精品课程——陶瓷工艺原理主要是高铝矾土及硅线石族矿物，可用于制造高铝陶瓷、窑具和砌筑窑炉的耐火材料。

a.高铝矾土（铝土矿）

b.硅线石族原料高铝矾土硅线石3.高铝质矿物原料1/13/202351河南省精品课程——陶瓷工艺原理①滑石滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组成，其化学式为3MgO·4SiO2·H2O，晶体结构式是Mg3[Si4O10](OH)2，理论化学组成为：MgO31.88％，SiO263.37％，H2O4.74％，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。滑石属2：1型层状结构硅酸盐矿物，其晶体结构与叶蜡石十分相似。4.碱土硅酸盐类原料

滑石在普通陶瓷的釉料中一般作为熔剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑石，也可降低烧成温度。另外，滑石是生产镁质瓷的主要原料。滑石A.滑石与蛇纹石1/13/202352河南省精品课程——陶瓷工艺原理②蛇纹石蛇纹石与滑石同属镁的含水硅酸盐矿物，化学式为3MgO·4SiO2·2H2O，晶体结构式为Mg3[SiO2](OH)4，理论化学组成：MgO43％，SiO244.1％，H2O12.9％，常含铁、钛、镍等杂质，铁含量较高。蛇纹石属单斜晶系，晶体发育不完全，一般只用作碱性耐火材料。蛇纹石4.碱土硅酸盐类原料

1/13/202353河南省精品课程——陶瓷工艺原理天然硅灰石是典型的高温变质矿物，通常产于石灰岩和酸性岩浆的接触带，由CaO与SiO2反应而成。其化学通式为CaO·SiO2，晶体结构式为Ca[SiO3]，理论化学组成为CaO48.25％，SiO251.75％。硅灰石B.硅灰石

硅灰石在陶瓷工业中的用途广泛，可用于制造釉面砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷等，也可用于生产卫生陶瓷、磨具、火花塞等。硅灰石作为碱土金属硅酸盐，在普通陶瓷坯体中可起助熔作用，降低坯体的烧结温度。1/13/202354河南省精品课程——陶瓷工艺原理C.透辉石透辉石的化学式为CaO·MgO·2SiO2，晶体结构式：CaMg[SiO3]，理论化学组成为：CaO25.9％，MgO18.5％，SiO255.6％。透辉石4.碱土硅酸盐类原料

透辉石也用作陶瓷低温快速烧成的原料，尤其在釉面砖生产中得到了广泛应用。1/13/202355河南省精品课程——陶瓷工艺原理A.霞石正长岩

主要矿物组成为长石类及霞石AlSiO4的固熔体,次要矿物为辉石、角闪石等，外观呈浅灰绿或浅红褐色，脂肪光泽。霞石正长岩5.含碱硅酸铝类矿物

以霞石正长岩代替长石，可使坯体烧成时不易沉塌，制得的产品不易变形，热稳定性好，力学强度有所提高。1/13/202356河南省精品课程——陶瓷工艺原理①锂辉石锂辉石的化学式为Li2O·Al2O3·4SiO2，晶体结构式为LiAl(SiO3)2，理论化学组成为：Li2O8.02％，SiO264.58％，Al2O327.40％，含有钾、钠、镁、锰、铁等杂质。锂辉石有三种同质多相变体，即α-锂辉石、β-锂辉石及γ-锂辉石。锂辉石B.锂质矿物原料5.含碱硅酸铝类矿物

1/13/202357河南省精品课程——陶瓷工艺原理②锂云母锂云母又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型结构状硅酸盐，其化学式为LiF·KF·Al2O3·3SiO2，晶体结构式为K(Li,Al)3[(Al,Si)Si3O10]（F,OH）2，化学组成不确定。在金属元素中，锂的相对原子质量最小，化学活性比钾、钠强，且Li+具有很高的静电场，因此有非常强的熔剂化作用，能显著降低材料的烧结和熔融温度。锂云母B.锂质矿物原料5.含碱硅酸铝类矿物

1/13/202358河南省精品课程——陶瓷工艺原理A.方解石方解石是石灰岩、大理岩的主要矿物。属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。方解石在陶瓷坯体中，高温分解前起瘠化作用，分解后起熔剂作用。水晶＋方解石花6.碳酸盐类矿物1/13/202359河南省精品课程——陶瓷工艺原理B.菱镁矿菱镁矿的化学通式是MgCO3，理论化学组成MgO47.82％，CO252.18％。菱镁矿是制造镁质耐火材料的重要原料，也是陶瓷工业中用于合成尖晶石（MgO·Al2O3）、钛酸镁（MgO·TiO2）等原料，以及制备镁橄榄石瓷（2MgO·SiO2）的主要原料。菱镁矿菱镁矿1/13/202360河南省精品课程——陶瓷工艺原理C.白云石白云石是CaCO3和MgCO3的复盐，化学通式为CaMg(CO3)。在陶瓷工业中，白云石的使用能同时引入CaO及MgO，它们一般起熔剂作用，能降低烧成温度，促进石英的熔解和莫来石的生成。白云石6.碳酸盐类矿物1/13/202361河南省精品课程——陶瓷工艺原理第五节新型陶瓷原料1.氧化铝(Al2O3)

氧化铝的晶型转变示意图（一）氧化物原料a.氧化铝的晶型转变1/13/202362河南省精品课程——陶瓷工艺原理B.Al2O3原料的制备制取氧化铝的方法是澳大利亚的化学家拜耳（KarlJosephBayer）于1889~1892年发明的。制取工业Al2O3的原料为铝土矿，主要步骤为：烧结、溶出、脱硅、分解和煅烧。氧化铝粉体1/13/202363河南省精品课程——陶瓷工艺原理MgO属立方晶系NaCl型结构，熔点2800℃，密度3.58g/cm3。MgO化学活性强，易溶于酸，水化能力大，因此制造MgO陶瓷时必须考虑原料的这种特性。另外，MgO在空气中容易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造及使用过程中部必须注意。2.氧化镁（MgO）项目煅烧温度（℃）线收缩（%）体积密度（g/cm3）气孔率（%）晶粒平均直径（μm）由氢氧化镁制得的MgO135015.72.4231.62.0145022.43.244.28.0160024.23.302.822.0由硝酸镁制得的MgO13501.11.8448.21145010.12.4630.55160015.12.8620.110由碱式碳酸镁制得的MgO135012.61.7250.81.5145010.12.2935.86.0160015.22.4531.87.5由氯化镁制得的MgO13501.11.8348.51.014507.32.1828.84.0160012.52.6426.26.01/13/202364河南省精品课程——陶瓷工艺原理BeO具有与金属相近的导热系数，约为309.34W／(m·K)，是α—Al2O3的15～20倍。BeO具有好的高温电绝缘性能，BeO热膨胀系数不大。因此，利用BeO制备的BeO陶瓷可用来作散热器件、熔炼稀有金属和高纯金属Be、Pt、V等的坩埚、磁流体发电通道的冷壁材料、高温比体积电阻高的绝缘材料。3.氧化铍（BeO）

氧化铍（BeO）晶体为无色，属六方晶系，晶体很稳定，很致密，且无晶形转变。但是，BeO有剧毒，操作时必须注意防护，经烧结的BeO陶瓷是无毒的。第五节新型陶瓷原料1/13/202365河南省精品课程——陶瓷工艺原理4.氧化锆（ZrO2）

A.ZrO2的性质与晶型转变第五节新型陶瓷原料液相单斜相1170℃，收缩1000℃，膨胀四方相立方相2370℃2715℃(m-ZrO2)(t-ZrO2)(c-ZrO2)例如：ZrO2SiO2+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2ONa2ZrO3+4HCl=ZrOCl2+2NaCl+2H2OZrOCl2+2NH4OH+H2O=Zr(OH)4+2NH4Cl

Zr(OH)4ZrO2+2H2O△B