无机非金属材料课件第一章第一节天然矿物原料.ppt

1、,原料是制备无机非金属材料制品的基础， 陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与 原料有关。,1 原料是基础,2 选用原料的注意事项,质量达标（不是越纯越好） 储量要大（保证长期供应） 性能稳定（稳定压倒一切） 运输方便（避免等米下锅） 成本要低（当地原料优先）,3 原料的分类,据原料的获得方式：天然矿物原料，化工原料、合成原料。 据工艺特性：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。 据使用用途：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。 据矿物组成：粘土质原料，硅质原料，长石质原料， 钙质原料，镁质原料等。,一、粘土类原料,1.定义 粘土（clay）是自然界中硅酸盐岩石经长期风化作用而形成的疏

2、松状或胶状密实的块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 特点： a.颜色：多色红、白、黄、黑、灰等。 b.形状：片状、管状、球状、六角鳞片状等。 c.大小：粒径2m d.硬度：与水拌和塑成各类形状，煅烧后坚硬如石。,片状、管状,片状高岭石,管状高岭石,2.成因 各种富含铝硅酸盐矿物（如长石、花岗石）的 岩石经风化（物理风化、化学风化和有机物风化）、 水解、热液蚀变等作用可变成粘土。,胶状,可溶性,3.分类,按成因,一次粘土（残留粘土或原生粘土） 二次粘土（沉积粘土或次生粘土）,一次粘土：母岩经风化后残留在原地形成的粘土。,二次粘土：由风化而成的一次粘土经雨水、河川的漂流及 风力作用，而迁移到

3、低洼的地方沉积形成的粘土。,（1）高可塑性粘土(软质粘土、结合粘土) ： 特点：水中易分散，可塑性好，含杂质较多，多呈疏松 状或板状 代表：膨润土、木节土、球土等。 （2）低可塑性粘土(硬质粘土、瘠性粘土): 特点：在水中不易分散，可塑性较小，多呈致密块状、 石状 代表：叶腊石、焦宝石、碱石、瓷石等。,按可塑性, 耐火粘土（耐火度1580 C)： 较纯，杂质少瓷器、耐火材料 难熔粘土（耐火度13501580 C ）： 杂质1015炻器、陶器等 易熔粘土（耐火度1350 C ）： 大量杂质建筑砖瓦和粗陶,按耐火度,4.组成 粘土的性能取决于粘土的组成：化学组成、矿物组成和颗粒组成。,（1）粘土的

4、化学组成,主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 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。 有灼减量（化合水、有机物、碳酸盐、硫酸盐等）。,分解、挥发,i2： 含量多可塑性低收缩小 l23：含量高耐火度高难于烧结高岭石类 e23 ，i2：使坯体着色，随含量增加颜色加深； a、g：降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量可使 坯体起泡 2，a2：含量高烧结温度较低 I L： 有机杂质较多灼减量大，粘土颜色深，吸水性强， 可塑性好，干燥强度大，但收缩也大。,根据化学组成，可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐火度的

5、高低、粘土的颜色及工艺性能等。,粘土矿物,高岭石类（Al2O3.2SiO2.2H2O包括高岭石、多水高岭石等）,蒙脱石类（ Al2O3.4SiO2.nH2O 包括蒙脱石、叶蜡石等）,伊利石类（K0.1(Si, Al)4O10(OH)2.nH2O也称水云母类）,（2）矿物组成,粘土是多矿物组成的混合物，含有二种或二种以上的粘土矿物和在形成过程中由于风化不完全或在冲刷漂移过程中混入其它杂质矿物。,粘土矿物,高岭石类（Al2O3.2SiO2.2H2O包括高岭石、多水高岭石等）,蒙脱石类（ Al2O3.4SiO2.nH2O 包括蒙脱石、叶蜡石等）,定义：指粘土中含不同大小颗粒的百分含量(体积百分比 或

6、质量分数） 意义：可初步判断工艺性能：颗粒越小，可塑性越大，干燥收缩越大，干燥后强度高，烧结温度低，易变形。 可初步判断矿物类型：粘土矿物粒径小于2微米，非粘土矿物大于2微米，多数在1060 微米。判断粘土非粘土及相对含量。 判断粘土本身矿物类型：高岭土类粗，蒙脱石、伊利石类粘土细。,（3）颗粒组成,颗粒组成测定方法,标准筛 （筛分法,激光粒度 分析仪,目是个数量概念，是25.4mm长度上的网孔个数。,目是个数量概念，是25.4mm长度上的网孔个数。,5.粘土的工艺性质,（1）可塑性 定义：粘土与适量的水混炼后形成泥团，在外力作用下泥 团发生变形而不开裂，当外力解除后，仍能保持其 形状不变，这

7、种性质称为可塑性。,粘土具有可塑性的解释 粘土在水中分散成细小颗粒，由于离子吸附，粘土颗粒周 围形成适当厚度的水化薄膜，受力作用时水膜起润滑作 用，可任意滑移变形； 粘土颗粒间形成毛细管，水膜又成了张紧膜，使发生滑移 的颗粒不致脱离分开，起保形作用。,表示方法：可塑性指数，可塑性指标。,可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由塑性状态进入流动状态时的含水量。,可塑性指数：液限与塑限之差 ；W=W2-W1,可塑性指标: 在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。 可塑性指标反映粘土的成型性能一定的

8、含水率,根据粘土可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类： 强塑性粘土：指数15或指标3.6 中塑性粘土：指数 715，指标 2.53.6 弱塑性粘土：指数 l 7，指标 2.5 非塑性粘土：指数1。,定义：粘土颗粒吸附的离子被其它同性电荷的离子置换，发生离子交换的性质称为粘土的离子交换性。,（3）离子交换性,交换容量大小： 阳离子交换能力： +Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+ 阴离子取代能力 ： OH-CO32-P2O74-CNS-I-Br-Cl-NO3-F-SO42-,表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量。

9、 单位：m mol100g,影响离子交换能力的因素： 离子性质： 粘土矿物的种类：蒙脱石伊利石高岭石结构决定 粘土矿物的有序度及分散度： 有序度高则交换能力差；吸附在表面 分散度大则交换能力高：颗粒越细，断键多 有机物质的含量：活性基因-OH，-COOH具有吸附阳离子的能力。 粘土矿物结晶程度：结晶程度差，存在类质同晶置换，交换能力强。,（4）触变性 定义： 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，泥料放置一段时间后，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。这种性质统称为触变性。,产生触变性的原因： 粘土片状颗粒的活性边面上尚残留

10、少量电荷未被完全中和，以致形成局部边边或边面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。 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，变稠及固化现象 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。,表征：触变性的大小用稠化度或厚化度来表示 (1)泥浆厚化度：泥浆的厚化度以100ml的泥浆静置30min和30s后其相对粘度之比表示。 泥浆厚化度30min30s 30min100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间 30s 100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间,(2)可塑泥团的厚化度：静置一段时间后

11、，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。 泥团厚化度（1 -0）0100 0泥团开始承受的负荷,g 1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,g,（5）收缩 基本概念：干燥收缩 、烧成收缩和总收缩 原因： 粘土泥料在: 干燥时，颗粒的水化膜水分排出，使颗粒靠拢-干燥收缩； 煅烧时，发生的物理化学变化，使颗粒靠拢-烧成收缩。 成型试样: 经干燥、煅烧后的尺寸总变化-总收缩。 表示方法：线收缩率与体积收缩SV率。,(1)线收缩率：制品的长度变化百分率 （-）100% 试样成型后的原始尺寸长度 试样干燥后或烧成后的长度 (2)体积收缩率：制品的体积变化百分率 S

12、V （ V V） V 100% V试样成型后的原始体积 V试样干燥后或烧成后的体积,注意： 干燥线收缩以成型后试样的长度为基准； 烧成线收缩是以干燥后试样的长度为基准； 总收缩不等于干燥线收缩与烧成线收缩之和。,(6) 烧结性能及耐火度 定义： 烧结性能：烧结过程中表现出的各种物理变化及性能。 耐火度：粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。 表征方法：,烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率 耐火度：或根据化学成分计算（Al2O3-高；碱性氧化物-低） 三角锥（高30mm，下底边长8mm，上顶边长2mm-锥 顶端软化至底平面时的温度-耐火度）,三角锥,T1：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，