03-结构陶瓷-第3讲报告优秀PPT.ppt

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1、结构陶瓷及其应用结构陶瓷及其应用材料科学与工程学院无机非金属陈宁，主楼427上节课程内容上节课程内容l材料无机非金属陶瓷结构陶瓷；l结构陶瓷的探讨对象和范围无机非金属（特种陶瓷）与力学（和热学）性能相关；l范围：力学性能相关方法合成方法（成型工艺）、微观结构、性能测试；l主要目标：微观结构（合成）l-成份-性能的三角关系合成方法工艺应用设备产品结构陶瓷结构陶瓷 其次讲其次讲陶器的历史与传统制备工艺学问和理论是来源于实践材料结构与性能由成份和工艺确定工艺方法包括哪些？陶器历史的重点陶器历史的重点从目前所知的考古材料来看，陶器中的精品：l有旧石器时代晚期距今万多年的灰陶l有多年前的磁山文化的红陶l

2、有多年的仰韶文化的彩陶l有多年的大汶口的“蛋壳黑陶”l有多年的商代白陶l有多年的西周硬陶l还有秦代的兵马俑l汉代的釉陶l唐代的唐三彩等l现代作品主要结论主要结论l陶器的历史和发展；l陶器的原料和釉料（成份），工艺（温度，气氛和设备），性质（力学，热学，光学）的演化；l三者之间的相互影响的关系陶器的独创，是人类文明发展的重要标记，是人类第一次利用自然物，依据自己的意志，创建出来的一种崭新的东西。它揭开了人类利用自然、改造自然的新篇章，具有重大的划时代的意义。专题探讨专题探讨古代陶瓷原料成份和制备工艺陶瓷的陶瓷的成份成份l（粘土）成份对最终产品（陶瓷）性能的影响是很重要的；此外，（烧结）工艺也能影

3、响性能；而且，（粘土）成份也确定了（烧结）工艺；l依据目的不同，可以分为三种：l陶土风化后的岩石又与其他物质混合具可朔性较低温l瓷土高岭土无杂质较高温可朔性低l釉料高温植物灰似玻璃可绘画釉上釉下什么是粘土（成份）什么是粘土（成份）?l粘土是一种含水铝硅酸盐产物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的，在自然界中分成广泛，种类繁多，藏量丰富，是一种珍贵的自然资源。l它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类，据矿物的结构与组成的不同，陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石（水云母）等三种，另外还有较少见的水铝石。长石（长石（Feldspar）l一族含钙、钠和钾的铝

4、硅酸盐类矿物。为地壳中最常见的矿物，在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。长石是几乎全部火成岩的主要矿物成分，对于岩石的分类具有重要意义。l化学组成常用OrxAbyAnz（xyz100）表示；Or、Ab和An分别代表KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8等3种组分。以某二组分为主，可划分为两个类质同象系列：碱性长石系列（即Or-Ab系列）；斜长石系列（即Ab-An系列）。Or与An组分间只能很有限地混溶，不形成系列。l长石的基本结构单位是四面体，它由4个氧原子围绕一个硅原子或铝原子而构成。每一个这样的四面体都和另一个四面体共用一个氧原子，形成一种三维的骨架。大半径的碱或碱土金

5、属阳离子位于骨架内大的空隙中，配位数为8（在单斜晶系长石中）或9（在三斜晶系长石中）。l长石晶体多数呈板状或沿某一结晶轴延长的板柱状。双晶现象特殊普遍，双晶律多达20多种。常见的有钠长石律、曼尼巴律、巴温诺律、卡斯巴律、肖钠长石律双晶。它们分别存在于三斜晶体或单斜与三斜晶体中。长石常见乳白色，但常因含有杂质而被染成黄、褐、浅红、深灰等色，有的还可具有美丽的变彩或晕色。有两组完全解理，其夹角90(单斜晶系）或近于90（三斜晶系)。l比重2.562.76之间，随成分中An含量增高而增高，随Or的增多而削减。莫氏硬度为66.5。富含钾或钠的长石主要用于陶瓷工业、玻璃工业及搪瓷工业；含有铷和铯等稀有元

6、素的长石可作为提取这些元素的矿物原料；色泽美丽的长石可作为装饰石料和次等宝石。高岭石高岭石(Kaolinite)l高岭石名称来自我国江西景德镇的高岭(山名)，因该地所产的高岭石质地优良，在国内外久享盛名。l【化学组成】Al4Si4O10(OH)8常有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体配位中的Al。Al、Fe3+代Si的数量通常很低。碱及碱土金属元素多为机械混入物。l【物理性质】纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的黄、褐、红、绿、蓝等各种颜色；致密块体呈土状光泽或蜡状光泽。001极完全解理。硬度2.03.5。相对密度2.602.63。土状块体具粗糙感，干燥时具吸水性(粘舌)，湿态具可塑性，但

7、不膨胀。阳离子交换性能差，只能由颗粒边缘的破键而引起微量交换。【晶体结构】常见多型为1Tc型，三斜晶系；P1;a0=0.154nm,b0=0.893nm,c0=0.737nm;=9148,=10442,=90;Z=1。结构属TO型，二八面体型。层间域没有阳离子或水分子存在，氢键(OOH=0.289nm)加强了结构层之间的联结。在实际的高岭石结构中，由于八面体片(a0=0.506nm,b0=0.862nm)与SiO4四面体片(a0=0.514nm,b0=0.893nm)的大小不完全相同，因此，四面片中的四面体必需经过轻度的相对转动和翘曲才能与八面体片相适应。蒙脱石蒙脱石Montmorilloni

8、tel蒙脱石又名微晶高岭石，是一种层状结构、片状结晶的硅酸盐粘土矿，因其最初发觉于法国的蒙脱城而命名的。l蒙脱石成分为l(Na，Ca)0.33(AlMg)2Si4O10(OH)2nH2O，水的含量变更很大。颗粒细小，约0.21微米，具胶体分散特性，通常呈块状或土状集合体产出。在电子显微镜下视察，晶体属单斜晶系，一般呈不规则片状。颜色为白色带浅灰，有时带浅蓝或浅红色，光泽暗淡；莫氏硬度22.5，比重22.7，积累密度为1-1.1g/mL。具有很强的吸附实力和离子交换实力。l【物理性质】白色，有时为浅灰、粉红、浅绿色。鳞片状者解理完全。硬度22.5。相对密度22.7。甚松软。有滑感。加水膨胀，体积

9、能增加几倍，并变成糊状物。具有很强的吸附力及阳离子交换性能。伊利石伊利石 illite l志向化学组成为K0.75(Al1.75R)Si3.5Al0.5O10(OH)2晶体主要属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物。式中R2+代表二价金属阳离子主要为Mg2+Fe2+等。l晶体结构与白云母的基本相同也属於21型结构单元层的二八面体型。晶体有1M2M1Md和3T等多型变体。与白云母不同的是层间K+的数量比白云母少而且有水分子存在。因此伊利石也称为水白云母。还有人把它作为水云母的同义词。l纯的伊利石黏土呈白色但常因杂质而染成黄绿褐等色。底面解理完全。摩斯硬度12。比重2.62.9。伊利石是常见的一种黏土

10、矿物常由白云母钾长石风化而成并产於泥质岩中或由其他矿物蚀变形成。它常是形成其他黏土矿物的中间过渡性矿物。白云母燧石白云母燧石,方解石片岩方解石片岩 Muscovite釉陶技术中的釉料釉陶技术中的釉料l到了商代的中后期，釉陶渐渐增多，表明人们已从无意识地发觉釉料发展到有意识地配制釉料。l对出土的商周釉陶进行的分析，证明当时运用的釉是石灰釉。即由石灰石或方解石等碳酸盐加上确定量的粘土和其它物质配制成的。石灰石石灰石limestone l石灰石:碳酸钙CaCO3熟石灰:氢氧化钙Ca(OH)2石灰石只要成分是碳酸钙CaCO3，而生石灰主要成分是CaO。l化学分析：二氧化硅0.07%、三氧化二铝0.02

11、%、三氧化二铁0.03%、氧化钙55.22%、氧化镁0.08%、石灰石块状/粉状：烧失量40.79，硅4.62，铝1.21，铁0.52，钙50.16，镁1.10白云石粉/块：硅0.19，铝0.15，铁0.17，钙32.1，镁21.19石灰石是生产玻璃的主要原料。方解石方解石Calcium carbonate l晶系：六方晶系化学成分：CaCO3特性：为最重要的碳酸盐矿物，有完全的菱面体解理，玻璃光泽，透亮至半透亮，一般为白色或无色，含有其他颜色亦不少，条痕白色，硬度3.0，比重2.71，可溶於稀盐酸而起泡，纯净透亮的称为冰洲石(IcelandSpar)，具有猛烈双折射和完全解理。l产状：石灰岩

12、、大理岩和美丽的钟乳石之主要矿物即为方解石。在泉水中可沉积出石灰华，在火成岩内亦常为次生矿物，在玄武岩流的杏仁孔穴中，沉积岩之裂缝内常有方解石充填而成细脉，或透过生物学作用，以贝壳或岩礁的方式产出。l用途：冰洲石因具双折射，常被利用於偏光稜镜，如以确定的方式切割成柱状，可当显微镜之稜镜，检测矿物之光学性，其品质要件须为：无色透亮，内部不含气泡或裂痕，不带双晶或歪曲，0.5吋（12.5mm）立方以上。一般方解石用於化工、水泥等工业原料。相关物质的成份相关物质的成份l主要成份；l主要晶体结构；l主要性能；l其他杂质问题；l三种不同的用途的粘土成份的主要区分在哪里？粘土的特点总结粘土的特点总结l粘土

13、具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜，耐火度高等工艺性能，因而，粘土是成为瓷器的基础。l粘土矿物的主体化学成分是硅铝氧化物和水，其特征是与适量水结合可调成柔可绕指的软泥，具有可塑性，将塑性成形的泥团烧后会变成具有确定湿度的坚硬烧结体。l粘土的可塑性使陶瓷坯泥赖以成形的基础；粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性；粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性；粘土的出现使其成为陶瓷坯体烧结时的主体，形成瓷器中莫来石晶体的主要来源。接着接着陶器在中国的发展历史；粘土分类和主要代表的成份；成份差异和工艺特点；陶瓷工艺的变更和发展；l新石器时代陶器就有很多种类，如灰陶、红陶、彩陶、黑陶、白陶、

14、釉陶等。l陶器之所以呈现出不同的颜色，主要是因制陶原料中含有呈色元素和烧窑后期人们能够变更、限制火焰的性质所致。灰陶是在烧窑后期，接受还原焰，使制陶原料中铁的氧化物大部分转化为二价铁，在这种状况下，烧成的陶器呈灰色或灰黑色。l灰陶是人们日用陶器中最多的一种，质地较疏松、粗糙。红陶是在氧化焰气氛中烧成的，质地较坚硬细致。l彩陶是新石器时代文化遗存中最精致的陶器，仰韶文化的彩陶堪称其代表作。彩陶花纹是陶坯未入窑焙烧前，用铁、锰等颜料在坯体上绘画纹饰，入窑后用氧化焰烧成。彩绘坚实地结合在器物表面，不易脱落。彩陶上的纹饰有变更多端的植物纹、形态各异的动物纹和几何形纹饰等。还有一种彩陶是在陶器烧成后进行

15、彩绘的，称“烧后彩绘陶”，彩色易剥落。古代制陶工艺古代制陶工艺类别的特点类别的特点古代制陶工艺古代制陶工艺原料成份原料成份l我国古代制陶工艺首先是原料的选择和加工。所需原料要选择含铁量高、粘性适度、可塑性强的粘土，一般还要在粘土中加料（石英、长石、砂石粉末、草木灰、碎陶片末等），目的是增加陶土的成型性能和成品的耐热急变性能，提高成品率。原料配制以后，须进行粉碎，以削减其中的颗粒度，使坯泥细腻。捏练和陈腐是原料加工的最终工序，以增加坯泥的可塑性。l当时彩陶的制作，据分析主要经过四个程序。l第一，常选用可塑性和操作性较好的红土、沉积土、黑土等，经过淘洗和沉滤后成为较纯较细的原料。从分析出土的彩陶片

16、来看，泥质比后来的上等陶器并不逊色。l其次，制坏。彩陶坏最初大多是手制。小型器皿是干脆捏塑而成的；较大的陶器，其体部坏子，一般接受泥盘筑法分两段制成。粗坏制成后再装上颈口，嵌入把手，制坏工序初步完成。其外形圆正规则，对称性很强，在器壁外有轮纹存在。这表明仰韶文化时期，已起先出现慢轮制陶。l第三，彩绘和纹饰。一些较精细的彩陶，在彩绘之前，往往将陶坏放入极其细腻的泥浆中，让它披上一层匀整的陶衣便于上彩。彩绘就是将有色的自然矿物涂绘在陶坏上。仰韶文化时期陶器的纹饰大多是用带有花纹的木印板拍印上去的。l第四，烧窑。古代制陶工艺古代制陶工艺制作制作l坯体的成型和修饰成型方法主要有手制法和轮制法两种；l手

17、制陶器最常见的是泥条盘筑法。先将泥坯搓捏成泥条，由底部螺旋向上盘绕，直至口沿，用手和木拍里外抹平，便制成了各种器型。小型陶器则可用手干脆捏塑而成。某些特殊的器形（如鬲）往往接受局部模制的方法。l轮制法是将泥料放在快速转动的陶车上，两手随着轮盘的转动，塑拉出器形。再经打磨修饰，便成为待烧的坯体。坯体晾干后，才能入窑焙烧。古代制陶工艺古代制陶工艺成型成型l后来人们便独创了陶窑，依据考古发掘资料，新石器时代的陶窑主要有横穴式窑和竖穴式窑两种。横穴式窑较典型，它由火口、火膛、火道、窑室和窑箅组成，窑室呈圆形，底上有窑箅，箅上有很多火孔，由火膛进入的火焰，经火道和火孔到达窑室。竖穴窑的窑室在火膛之上，火

18、膛是口小底大的袋状坑，有多股垂直的火道通向窑室。横穴式窑和竖穴式窑在陕西半坡、河南陕县庙底沟、安阳范家庄、河北邯郸涧沟等仰韶文化和龙山文化遗址中都有发觉。l从考古发掘的材料来看，仰韶文化时期的陶窑主要是竖穴窑和横穴窑。它们都是由火口、火膛、火道、窑室等所组成，在火膛中燃烧起来的火焰，经火道到达窑室。这两种窑，由于有了窑室，陶器不是干脆在火焰上烧烤，已较原始的篝火式或炉灶式有了很大的进步。分析出土陶片的烧结状况，彩陶的烧成温度大约已达950。古代制陶工艺古代制陶工艺陶窑陶窑l黑陶是在焙烧时，前期接受氧化焰，烧窑快结束时用浓烟薰翳（这时火焰是还原焰），经短时间渗透，便呈现黑色。烧成温度在1000左

19、右。有的黑陶表面乌黑发亮，胎体薄如蛋壳。l白陶是用高岭土烧成的白色陶器，胎质细腻坚硬，烧成温度在1000左右。在我国江南地区和东南沿海一带，还出土了独具特色的印纹硬陶。l此后，人们还创烧了表面施釉的陶器，称釉陶。常见的有两种，一是胎呈灰色，胎质坚硬，器表带有灰色透亮青釉，烧成温度达1200的釉陶。其物理性能已接近瓷器，原料为高岭土，吸水率很低，火候1200，叩之有金属声。因此称这种釉陶为原始青瓷。另一种是胎呈红色，表面施绿、黄、黄褐色的低温釉，釉料中有铅作助熔剂，因之称铅釉陶器。在西汉晚期已经出现。唐三彩便是低温釉陶。古代制陶工艺古代制陶工艺炉温炉温传统的陶瓷的制作流程传统的陶瓷的制作流程传统古窑陶瓷成型技法传统古窑陶瓷成型技法 烧烧制制现代的成型工艺流程现代的成型工艺流程本节课内容本节课内容l陶瓷的历史与相应的特征；l粘土的分类和成份；l陶瓷制作工艺的变更和发展；l（专题提纲）l从传统陶瓷工艺了解陶瓷的历史和种类差别，特殊留意技术方面差异和发展工艺对陶瓷的发展的作用是关键 END古代陶瓷制备工艺和原料成份