第一章：原料-2.ppt

《第一章：原料-2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章：原料-2.ppt（88页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1.陶瓷的制备工艺流程复习复习2.陶瓷原料的分类3.粘土的组成及工艺性质第一节第一节 原料分类原料分类 综合对原料的两方面的要求，可以把所需要的陶瓷原综合对原料的两方面的要求，可以把所需要的陶瓷原料主要归纳为料主要归纳为三大类：三大类：1）具有可塑性的）具有可塑性的粘土类粘土类原料；原料；2）具有非可塑性的）具有非可塑性的石英类石英类原料；原料；3）长石类长石类原料（熔剂原料）。原料（熔剂原料）。第二节第二节 粘土类原料粘土类原料一、粘土的成因与分类一、粘土的成因与分类二、粘土的组成二、粘土的组成三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质四、粘土的加热变化四、粘土的加热变化五、粘土在陶瓷生产中的作用

2、五、粘土在陶瓷生产中的作用六、我国的粘土原料六、我国的粘土原料分类依据分类依据特点特点实例实例成成因因原生粘土原生粘土（一次粘土）（一次粘土）母岩风化崩解后在原地残留下来的粘土母岩风化崩解后在原地残留下来的粘土质地较粗，耐火度较高，但含母岩杂质（石英、云母、质地较粗，耐火度较高，但含母岩杂质（石英、云母、方解石等）；颗粒较粗，可塑性差方解石等）；颗粒较粗，可塑性差高岭土高岭土次生粘土次生粘土（二次粘土）（二次粘土）风化形成，经雨水河流的漂流迁移至盆地、湖泊颗粒较风化形成，经雨水河流的漂流迁移至盆地、湖泊颗粒较粗，可塑性差水流缓慢的地方沉积而形成的粘土层；颗粗，可塑性差水流缓慢的地方沉积而形成的

3、粘土层；颗粒较细，可塑性好，耐火度差，显色粒较细，可塑性好，耐火度差，显色膨润土膨润土可可塑塑性性高可塑性粘土高可塑性粘土（软质粘土）（软质粘土）分散度大，呈疏松状或板状、页状分散度大，呈疏松状或板状、页状膨润土膨润土木节土木节土低可塑性粘土低可塑性粘土（硬质粘土）（硬质粘土）分散度小，呈致密块状、石状分散度小，呈致密块状、石状耐耐火火性性耐火粘土耐火粘土耐火度耐火度1580，杂质少，纯度高，为细陶瓷耐火材料的，杂质少，纯度高，为细陶瓷耐火材料的主原料主原料难熔粘土难熔粘土耐火度介于耐火度介于13501580，易熔杂质，易熔杂质1015%，为炻器、，为炻器、陶器、装饰砖、瓷砖的主原料陶器、装饰

4、砖、瓷砖的主原料易熔粘土易熔粘土耐火度耐火度1350,杂质多，危害最大是黄铁矿，易使制品产杂质多，危害最大是黄铁矿，易使制品产生气泡、熔洞等缺陷；多用于建筑砖瓦、粗陶生气泡、熔洞等缺陷；多用于建筑砖瓦、粗陶矿矿物物组组成成高岭石粘土高岭石粘土苏州土苏州土伊利石粘土伊利石粘土瓷石瓷石蒙脱石粘土蒙脱石粘土膨润土膨润土粘土的分类粘土的分类二、粘土的组成二、粘土的组成问题：应从哪些方面来描述粘土的组成？问题：应从哪些方面来描述粘土的组成？（1）矿物组成；）矿物组成；（2）化学组成；）化学组成；（3）颗粒组成。）颗粒组成。（一）矿物组成（一）矿物组成为便于研究粘土的矿物组成，根据其性质和数量可分成为便于

5、研究粘土的矿物组成，根据其性质和数量可分成两大类，即两大类，即粘土矿物和杂质矿物粘土矿物和杂质矿物。粘土矿物粘土矿物主要包括高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等。主要包括高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等。除此之外，在粘土形成过程中，常由于除此之外，在粘土形成过程中，常由于岩石风化未完全，岩石风化未完全，或由于其它因素而混入一些非粘土矿物和有机物质或由于其它因素而混入一些非粘土矿物和有机物质，这，这些物质我们统称为些物质我们统称为杂质矿物杂质矿物。杂质矿物通常以细小晶粒。杂质矿物通常以细小晶粒极其集合体分散于粘土中，常会影响甚至决定粘土的工极其集合体分散于粘土中，常会影响甚至决定粘土的工艺性能。艺性能。

6、1 1、高岭石类、高岭石类高岭石的化学式：高岭石的化学式：Al2O32SiO22H2O 多水高岭石：多水高岭石：Al2O32SiO2 nH2O（n=46）高岭石属三斜晶系，常为细分散状的晶体（一般粒径 2 m）。密度为2.612.68 g/cm3，莫氏硬度13，001解理完全。高岭石由硅氧四面体(SiO4)层和铝氧八面体AlO2(OH)4层通过共用的氧原子联系而成的双层结构，而构成高岭石晶体的基本结构单元层。相邻的结构单元层通过八面体的羟基和另一层四面体的氧以氢键相联系，因而它们之间的结合力较弱，晶层解理完整而缺乏膨胀性。较高的可塑性，离子交换性不强。2、蒙脱石类、蒙脱石类理论化学通式为：理论

7、化学通式为：Al2O34SiO2 nH2O（n通常大于通常大于2 2）。其晶粒呈不规则）。其晶粒呈不规则细粒状或鳞片状。细粒状或鳞片状。特性：特性：1 1）吸湿膨胀性：吸水后体）吸湿膨胀性：吸水后体积可膨胀积可膨胀20-3020-30倍；倍；2 2）离子交换性：）离子交换性：在水中呈悬浮和凝胶状，具有良好在水中呈悬浮和凝胶状，具有良好的阳离子交换特性。的阳离子交换特性。易碎，颗粒细小可塑性好，收缩大易碎，颗粒细小可塑性好，收缩大烧结温度低，色泽差烧结温度低，色泽差叶腊石：叶腊石：是制造要求尺寸准确或热稳定性好的制品的优良原料；且适合快速烧结过程。3、伊利石（水云母）类、伊利石（水云母）类组成成

8、分与白云母组成成分与白云母(化学通式为化学通式为K2O3Al2O36SiO2 2H2O)相似，但比正常相似，但比正常的白云母多的白云母多SiO2和和H2O而少而少K2O。与高岭。与高岭石比较，伊利石含石比较，伊利石含K2O较多而含较多而含H2O较少。较少。伊利石属单斜晶系，晶体结构式为K 2(Al，Fe，Mg)4(Si，A1)8O20(OH)4n H2O。晶格结构牢固，可塑性低，干后强度低，可塑性低，干后强度低，干燥和烧成收缩小干燥和烧成收缩小。烧结温度低，烧结范围窄4、杂质矿物的类别及其影响：、杂质矿物的类别及其影响：1 1）石英和母岩残渣。）石英和母岩残渣。这些杂质一般以较粗颗粒混在粘土中

9、，这些杂质一般以较粗颗粒混在粘土中，对粘土的可塑性和干燥后强度产生很大影响。工厂多采用对粘土的可塑性和干燥后强度产生很大影响。工厂多采用淘洗法除去粗颗粒杂质。淘洗法除去粗颗粒杂质。2 2）碳酸盐及硫酸盐类。）碳酸盐及硫酸盐类。细颗粒的碳酸盐分布在粘土中对其影细颗粒的碳酸盐分布在粘土中对其影响不大，碳酸盐在高温下可分解出响不大，碳酸盐在高温下可分解出CaO、MgO，起熔剂作，起熔剂作用，能降低陶瓷的烧成温度。较多的硫酸盐在氧化气氛中用，能降低陶瓷的烧成温度。较多的硫酸盐在氧化气氛中容易引起坯泡。容易引起坯泡。3 3）铁和钛的化合物。）铁和钛的化合物。这类杂质矿物能使坯体呈色，降低粘土这类杂质矿物

10、能使坯体呈色，降低粘土的耐火度，也会严重影响制品的介电性能、化学稳定性等。的耐火度，也会严重影响制品的介电性能、化学稳定性等。4 4）有机杂质。）有机杂质。粘土中存在少量的有机杂质，可以增加粘土的粘土中存在少量的有机杂质，可以增加粘土的可塑性和泥浆的流动性，但有机物质过多时也可能会造成可塑性和泥浆的流动性，但有机物质过多时也可能会造成瓷器表面起泡与针孔。瓷器表面起泡与针孔。类类别别矿物矿物化学通式化学通式（晶体结构式）（晶体结构式）颜色颜色颗粒颗粒形状形状粒度粒度工艺特点工艺特点高高岭岭石石类类高岭石高岭石Al2O3 2SiO2 H2O(Al4 Si4O10(O H)3)白、黄白、黄灰、褐灰、

11、褐片、粒片、粒杆状杆状0.33m可塑性差，耐火度可塑性差，耐火度高，白度好高，白度好多水高岭石多水高岭石（叙永石）（叙永石）Al2O3 2SiO2 nH2O(Al4 Si4O10(O H)3 nH2O)(n=46)同上同上管、片管、片状状2)白、浅白、浅黄色黄色细粒、细粒、鳞片状鳞片状1515或指标或指标3.63.6 中可塑性粘土中可塑性粘土 指数指数715715或指标或指标2.53.62.53.6 弱可塑性粘土弱可塑性粘土 指数指数1717或指标或指标2.52.5 非可塑性粘土非可塑性粘土 指数指数1Al3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+k+Na+Li+即左面的离子能置换右面的离子

12、即左面的离子能置换右面的离子，自右至左交换容量逐渐，自右至左交换容量逐渐增大。增大。v粘土吸附阴离子的能力较小，可按下列顺序排列：粘土吸附阴离子的能力较小，可按下列顺序排列：OH-CO32-P2O74-PO43-CNSI-Br-Cl-NO3-F-SO42-即左面的阴离子能在浓度相同的情况下从粘土上交换出右即左面的阴离子能在浓度相同的情况下从粘土上交换出右面的阴离子。面的阴离子。（四）触变性（四）触变性1 1、概念：、概念：粘土泥浆或可塑泥团受粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原流动性增加，静置后逐渐恢复原状。此外，泥料放置一段

13、时间后，状。此外，泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会出在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象，这种性质统现变稠和固化现象，这种性质统称为称为触变性触变性。2 2、在生产中一般希望泥料有一定、在生产中一般希望泥料有一定触变性。触变性。泥料触变性泥料触变性过小时过小时，成，成形后生坯的强度不够，影响脱模形后生坯的强度不够，影响脱模与修坯的质量。触变性与修坯的质量。触变性过大时过大时，在管道输送过程中会带来不便，在管道输送过程中会带来不便，成形后生坯也易变形。成形后生坯也易变形。3 3、影响粘土的触变性的因素：、影响粘土的触变性的因素：粘土的矿物组成、粒度大小粘土的矿物组成、粒度大

14、小与形状、水分含量、使用电解质种类与用量、以及泥料与形状、水分含量、使用电解质种类与用量、以及泥料（包括泥浆）的温度等。（包括泥浆）的温度等。矿物颗粒愈细，活性边表面愈多，愈易呈触变性；矿物颗粒愈细，活性边表面愈多，愈易呈触变性；球状颗粒不易显示触变性；球状颗粒不易显示触变性；触变效应与吸附离子及吸附离子的水化密切相关。粘土吸触变效应与吸附离子及吸附离子的水化密切相关。粘土吸附的阳离子其价数愈小或价数相同而离子半径愈小者，其附的阳离子其价数愈小或价数相同而离子半径愈小者，其触变效应愈大。触变效应愈大。含水量大的泥浆，不易形成触变结构，反之易形成触变结含水量大的泥浆，不易形成触变结构，反之易形成

15、触变结构而呈触变现象。构而呈触变现象。温度升高，粘土质点的热运动剧烈，使粘土颗粒间的联系温度升高，粘土质点的热运动剧烈，使粘土颗粒间的联系力减弱，不易建立触变结构，从而使触变现象减弱。力减弱，不易建立触变结构，从而使触变现象减弱。4 4、粘土泥料的触变性的测定、粘土泥料的触变性的测定 以厚化度（或稠化度）来表示以厚化度（或稠化度）来表示。厚化度以泥料的粘度变化之比或剪切。厚化度以泥料的粘度变化之比或剪切应力变化的百分数来表示。应力变化的百分数来表示。1 1）泥浆的厚化度）泥浆的厚化度是泥浆放置是泥浆放置3030min和和3030s后其相应粘度之比。即后其相应粘度之比。即泥浆厚化度泥浆厚化度=t

16、30min/t30s 式中：式中：t30min 为为100ml泥浆放置泥浆放置30min后，由恩式粘度计中流出的时后，由恩式粘度计中流出的时间；间；t30s 为为100ml泥浆放置泥浆放置30min后，由恩式粘度计中流出的时间。后，由恩式粘度计中流出的时间。2）可塑泥团的厚化度）可塑泥团的厚化度为放置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定为放置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。深度时剪切强度增加的百分数。泥团厚化度泥团厚化度=(Fn-F0)/F0100%式中：式中：F0-泥团开始承受的负荷，泥团开始承受的负荷，N；Fn-经过一定时间后，经过一定时间后，球体或球体

17、或锥体压入相同深度时泥团承受的负荷，锥体压入相同深度时泥团承受的负荷，N。（五）干燥收缩和烧成收缩（五）干燥收缩和烧成收缩1 1、概念：、概念：粘土泥料干燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发，粘土泥料干燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩，称为颗粒相互靠拢引起体积收缩，称为干燥收缩干燥收缩。u粘土泥料在煅烧时，由于发生一系列的物理化学变化（如粘土泥料在煅烧时，由于发生一系列的物理化学变化（如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、易熔杂质的熔化，脱水作用、分解作用、莫来石的生成、易熔杂质的熔化，以及这些熔化物充满质点间空隙等等），引起粘土再度收以及这些熔化物充满质点间空隙等等）

18、，引起粘土再度收缩，称为缩，称为烧成收缩烧成收缩。u这两种收缩构成粘土泥料的这两种收缩构成粘土泥料的总收缩。总收缩。2 2、收缩测定是以直线长度或体积大小的变化来表示。、收缩测定是以直线长度或体积大小的变化来表示。为了方为了方便起见，可将体积收缩近似等于直线收缩的便起见，可将体积收缩近似等于直线收缩的3 3倍，但有倍，但有6%9%6%9%的误差。的误差。干燥收缩干燥收缩可按下式计算：可按下式计算：S干干=(=(L0-L干干)/)/L0100%烧成线收缩烧成线收缩按下式计算：按下式计算：S烧烧=(=(L干干-L烧烧)/)/L干干100%100%q由于干燥线收缩是以试样干燥前的原始长度为由于干燥线

19、收缩是以试样干燥前的原始长度为基础，而烧成线收缩是以试样干燥后的长度为基础，而烧成线收缩是以试样干燥后的长度为基准，因此粘土试样的总收缩基准，因此粘土试样的总收缩总总并不等于干燥并不等于干燥线收缩线收缩干干与烧成线收缩与烧成线收缩烧烧之和。它们之间的数之和。它们之间的数学关系为：学关系为：烧烧=(=(S总总-S干干)/(100-)/(100-S干干)100%)100%各类粘土的收缩范围 粘土种类粘土种类高岭石高岭石多水高岭多水高岭石石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石干燥线收缩率干燥线收缩率（）（）3107151223411烧成线收缩率烧成线收缩率（）（）217812610915（六（六）烧结温度与烧结

20、范围烧结温度与烧结范围1 1、概念：、概念：粘土在煅烧过程中，温度超过粘土在煅烧过程中，温度超过900900以上时，低以上时，低熔物开始出现，低熔物液相填充在未熔颗粒之间的空隙中，熔物开始出现，低熔物液相填充在未熔颗粒之间的空隙中，并由其表面张力的作用，将未熔颗粒进一步靠近，使体积并由其表面张力的作用，将未熔颗粒进一步靠近，使体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高。这种体积开始剧烈变急剧收缩，气孔率下降，密度提高。这种体积开始剧烈变化的温度称为化的温度称为开始烧结温度（开始烧结温度（T1）。）。随着温度的继续升高，粘土的气孔率不断降低，收缩不断随着温度的继续升高，粘土的气孔率不断降低，收缩不断增大

21、，当其密度达到最大状态时（一般以吸水率小于增大，当其密度达到最大状态时（一般以吸水率小于5%5%为为标志），称为标志），称为完全烧结完全烧结，相应于此时的温度叫，相应于此时的温度叫烧结温度烧结温度（T2）。）。从完全烧结开始，温度继续上升，会出现一个稳定阶段，从完全烧结开始，温度继续上升，会出现一个稳定阶段，体积密度和收缩等不发生显著变化。持续一段时间后，由体积密度和收缩等不发生显著变化。持续一段时间后，由于粘土中的液相不断增多，以致于不能维持粘土原有的形于粘土中的液相不断增多，以致于不能维持粘土原有的形状而变形，同时也会发生一系列高温化学反应，使粘土试状而变形，同时也会发生一系列高温化学反应

22、，使粘土试样的气孔率反而增大，出现膨胀。出现这种情况的最低温样的气孔率反而增大，出现膨胀。出现这种情况的最低温度称为度称为软化温度（软化温度（T3 ）。）。通常把烧结温度到软化温度之间粘土试样处于相对稳定阶通常把烧结温度到软化温度之间粘土试样处于相对稳定阶段的温度范围称为段的温度范围称为烧结范围（烧结范围（T2 T3）。）。粘土加热过程中气孔率和收缩率的变化粘土加热过程中气孔率和收缩率的变化气孔率（）温度温度 T收缩率（）12T1T2气孔率收缩率T3 T1：开始烧结温度：开始烧结温度 T2：烧结温度：烧结温度 T3：软化温度：软化温度 T3与与T2的温度差即为烧结范围。的温度差即为烧结范围。烧

23、结范围的大小取决于粘土中熔剂矿物的种类和数烧结范围的大小取决于粘土中熔剂矿物的种类和数量。量。优质高岭土可达优质高岭土可达200，伊利石类粘土仅为，伊利石类粘土仅为5080。陶瓷生产中通常要求粘土具有。陶瓷生产中通常要求粘土具有100150以以上或更宽的烧结范围。上或更宽的烧结范围。烧成温度范围还取决于液相量的生成速度和液相粘烧成温度范围还取决于液相量的生成速度和液相粘度随温度变化的幅度。度随温度变化的幅度。若粘土中含有的熔剂杂质数若粘土中含有的熔剂杂质数量多，液相量增加速率大，而液相粘度随温度的升量多，液相量增加速率大，而液相粘度随温度的升高下降的幅度大，其烧结温度范围较窄。高下降的幅度大，

24、其烧结温度范围较窄。烧结范围愈宽，陶瓷制品的烧成操作愈容易掌握，烧结范围愈宽，陶瓷制品的烧成操作愈容易掌握，也愈容易得到煅烧均匀的制品。也愈容易得到煅烧均匀的制品。粘土的烧结温度和烧结温度范围通常采用实验方法粘土的烧结温度和烧结温度范围通常采用实验方法确定，也可用粘土化学成分进行估算。确定，也可用粘土化学成分进行估算。（七）耐火度（七）耐火度1 1、概念：、概念：耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。它耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。它反映了材料抵抗高温作用的性能。反映了材料抵抗高温作用的性能。2 2、粘土的耐火度主要取决于其化学组成。、粘土的耐火度主要取决于

25、其化学组成。Al2O3含量高其耐火度就高，碱类氧化物能降低粘土的耐火度。通常可含量高其耐火度就高，碱类氧化物能降低粘土的耐火度。通常可根据粘土原料中的根据粘土原料中的Al2O3/SiO2比值比值来判断耐火度，比值愈大，耐火度愈来判断耐火度，比值愈大，耐火度愈高，烧结范围愈宽。高，烧结范围愈宽。3 3、耐火度的测定、耐火度的测定三角锥法：三角锥法：是将一定细度的原料制成一截头三角锥是将一定细度的原料制成一截头三角锥（高（高3030mm，下底边长下底边长8 8mm，上顶边长上顶边长2 2mm），），在高温电炉中以一定的升在高温电炉中以一定的升温速度加热，当锥内复相体系因重力作用而变形以致顶端软化弯

26、倒至温速度加热，当锥内复相体系因重力作用而变形以致顶端软化弯倒至锥底平面时的温度，即是试样的耐火度。锥底平面时的温度，即是试样的耐火度。4、耐火度也可根据粘土的化学成分进行估算，其经验公式颇多，应根据、耐火度也可根据粘土的化学成分进行估算，其经验公式颇多，应根据具体情况使用。具体情况使用。四、粘土的加热变化四、粘土的加热变化粘土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水粘土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水后产物的继续转化阶段。后产物的继续转化阶段。（一）脱水阶段（一）脱水阶段粘土干燥后，继续加热，首先出现的是脱水，其中最主要粘土干燥后，继续加热，首先出现的是脱水，其中最主要的

27、是结构水的排出。的是结构水的排出。以高岭土的加热脱水为例，其脱水的过程如下以高岭土的加热脱水为例，其脱水的过程如下：100110 100110 湿存水（大气吸附水）与自由水的排出。湿存水（大气吸附水）与自由水的排出。110400 110400 其它矿物杂质带入水的排出。其它矿物杂质带入水的排出。400450 400450 结构水开始缓慢排除。结构水开始缓慢排除。450550 450550 结构水快速排出。结构水快速排出。550800 550800 脱水缓慢下来，到脱水缓慢下来，到800 800 时排水近于停滞。时排水近于停滞。8001000 8001000 残余的水排出完毕。残余的水排出完毕。

28、各种粘土矿物的差热曲线各种粘土矿物的差热曲线 粘粘土土脱脱水水后后均均变变为为脱脱水水产产物物，高高岭岭石石类类粘粘土土脱脱水水后后生生成成偏偏高岭石，反应式如下：高岭石，反应式如下：Al2O32SiO22H2O=Al2O32SiO2+2+2H2O （1）(偏高岭石偏高岭石)（二）脱水后产物继续转化阶段（二）脱水后产物继续转化阶段 温度继续升高，粘土脱水后的产物可继续转化，偏高岭温度继续升高，粘土脱水后的产物可继续转化，偏高岭石由石由925 925 开始转化为由（开始转化为由（AlO6）和（和（SiO4 ）构成的尖）构成的尖晶石型新的结构物，其反应式如下：晶石型新的结构物，其反应式如下：2Al

29、2O32SiO2 =2Al2O33SiO2+SiO2 （2）（Al-Si尖晶石）尖晶石）铝硅尖晶石结构尽管其结构较偏高岭石结构稳定。但其结构铝硅尖晶石结构尽管其结构较偏高岭石结构稳定。但其结构中空位较多，因而它也很不稳定的，继续加热时，中空位较多，因而它也很不稳定的，继续加热时，10501050开开始，就会转化成热力学稳定的莫来石而分离出方石英：始，就会转化成热力学稳定的莫来石而分离出方石英：3(23(2Al2O33SiO2)=2(3Al2O32SiO2)+5SiO2 （3）Al-Si尖晶石尖晶石 莫来石莫来石 方石方石英英l各种粘土矿物在高温下都能生成莫来石晶体，各种粘土矿物在高温下都能生成

30、莫来石晶体，莫来石莫来石是一种是一种针状或细柱状晶体，化学组成写作针状或细柱状晶体，化学组成写作3Al2O32SiO2 ，熔融温度，熔融温度1810，熔融后分解为刚玉和石英玻璃。它本身机械强度高、，熔融后分解为刚玉和石英玻璃。它本身机械强度高、热稳定性好、化学稳定性强，能赋予陶瓷制品许多良好的性热稳定性好、化学稳定性强，能赋予陶瓷制品许多良好的性能。能。五、粘土在陶瓷生产中的作用五、粘土在陶瓷生产中的作用（1 1）粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。）粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。（2 2）粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性，）粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性，这是陶瓷注浆

31、泥料与釉料所必备的性质。（3 3）粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。）粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。（4 4）粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。）粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。粘土中的Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主耍因素。（5 5）粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的）粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。主要来源。莫来石晶体能赋予瓷器以良好的力学强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。第第一一章章 原原料料1.陶瓷原料概述2.粘土类原料3.3.石石英英类类原原料料4.4.长长石石类类原原料料新课新课一、石英原料的种类和性质一、石

32、英原料的种类和性质 （一）石英原料的种类（一）石英原料的种类 自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石英石英。其中最。其中最纯的石英晶体称为纯的石英晶体称为水晶水晶。水晶的产量很少，且在工业上有。水晶的产量很少，且在工业上有更重要的用途，陶瓷工业一般不予使用。更重要的用途，陶瓷工业一般不予使用。由于经历的地质由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。度。第三节第三节 石英类原料石英类原料在陶瓷工业中常用的石英类原料有以下几种：在陶瓷工业中常用的石英类原料有以下几种：脉石英脉石英：是由二

33、氧化硅的熔融岩浆填充岩隙并在地壳的：是由二氧化硅的熔融岩浆填充岩隙并在地壳的较浅部分经急冷凝固形成的致密状结晶态石英（有的可凝固较浅部分经急冷凝固形成的致密状结晶态石英（有的可凝固为玻璃态石英），是为玻璃态石英），是火成岩火成岩。其。其SiO2含量可高达含量可高达99%99%，是生，是生产日用细瓷的良好原料。产日用细瓷的良好原料。砂岩砂岩：石英颗粒被胶结物结合而成的一种碎屑：石英颗粒被胶结物结合而成的一种碎屑沉积岩沉积岩。根。根据胶结物质的不同，可分为：石灰质砂岩、粘土质砂岩、石据胶结物质的不同，可分为：石灰质砂岩、粘土质砂岩、石膏质砂岩、硅质砂岩等。在陶瓷工业中仅硅质砂岩有使用价膏质砂岩、硅

34、质砂岩等。在陶瓷工业中仅硅质砂岩有使用价值。砂岩中值。砂岩中SiO2的含量为的含量为90%95%90%95%。石英岩石英岩：是一种：是一种变质岩变质岩。是由硅质砂岩经变质作用，石英。是由硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶的岩石。颗粒再结晶的岩石。SiO2含量一般在含量一般在97%97%以上，其中品质好以上，其中品质好的石英岩可作细瓷原料。的石英岩可作细瓷原料。石英砂石英砂：是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流：是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流冲击淘汰后自然聚集而成。含杂质较多，成分波动也大，冲击淘汰后自然聚集而成。含杂质较多，成分波动也大，生产使用时，其使用量须进行控制。生产使用时，其

35、使用量须进行控制。燧石燧石：属沉积岩。其硬度高，可作研磨材料，球磨机：属沉积岩。其硬度高，可作研磨材料，球磨机内衬等。内衬等。硅藻土硅藻土：溶解在水里的一部分二氧化硅被微细的硅藻：溶解在水里的一部分二氧化硅被微细的硅藻类水生物吸取沉积演变而成。硅藻土具有很多孔隙，是类水生物吸取沉积演变而成。硅藻土具有很多孔隙，是制造绝热材料、轻质砖、过滤体等多孔陶瓷的重要原料。制造绝热材料、轻质砖、过滤体等多孔陶瓷的重要原料。石英石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英（二）石英原料的性质（二）石英原料的性质 外观外观有的呈乳白色，有的呈灰白半透明状态，表有的呈乳白色，有的

36、呈灰白半透明状态，表面具有玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度为面具有玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度为7 7。相对密度相对密度因晶因晶型而不同，变动于型而不同，变动于2.222.652.222.65。石英的主要化学成分石英的主要化学成分为为SiO2，但是常含有少量的，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。等杂质成分。二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是它们是-石英、石英、-石英；石英；-鳞石英、鳞石英、-鳞石英、鳞石英、-鳞石英；鳞石英；-方石英、方石英、-方石英。方石英。石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），石

37、英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但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，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。石英易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。质的含量。二、石英的晶型转化二、石英的晶型转化 石英是由石英是由 SiO4 四面体互相以顶点四面体互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。由于连接而成的三维空间架状结构。由于 SiO4 四面体之间的连接在不同的条件与温度下呈四面体之间的连接在不同的条件与

38、温度下呈现不同的连接方式，石英可呈现出各种晶型，现不同的连接方式，石英可呈现出各种晶型，其晶型与晶型间的转变温度其晶型与晶型间的转变温度如图所示如图所示。石英在自然界中大部分为石英在自然界中大部分为-石英石英的形态稳定存在，只有的形态稳定存在，只有很少部分以很少部分以鳞石英或方石英鳞石英或方石英的介稳状态存在。的介稳状态存在。石英的晶型转变图石英的晶型转变图 石英晶型转化的特点：石英晶型转化的特点：1）高温型的缓慢转化（横向转化）：）高温型的缓慢转化（横向转化）：转化由表面开始逐转化由表面开始逐步向内部进行，转化后发生结构变化，因此转化进程缓慢，步向内部进行，转化后发生结构变化，因此转化进程缓

39、慢，体积变化大，并需要较高的温度和较长的时间，转化不可体积变化大，并需要较高的温度和较长的时间，转化不可逆。逆。2）低温型的快速转化（纵向转化）：）低温型的快速转化（纵向转化）：转化迅速，达到转转化迅速，达到转化温度后，晶体表里瞬间同时发生转化，转化后结构不发化温度后，晶体表里瞬间同时发生转化，转化后结构不发生特殊变化，体积变化不大，转化可逆。生特殊变化，体积变化不大，转化可逆。石英晶型转化的体积变化石英晶型转化的体积变化晶型转化晶型转化温度温度()体积膨胀体积膨胀(%)石英石英石英石英5730.82石英石英鳞石英鳞石英87016.0鳞石英鳞石英方石英方石英14704.7方石英方石英熔融石英熔

40、融石英17130.1鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英1630.2鳞石英鳞石英鳞石英鳞石英1170.2方石英方石英 方石英方石英1502.8石英晶型转化结果引起一系列物理变化，如体积、相对密度石英晶型转化结果引起一系列物理变化，如体积、相对密度等，其中对陶瓷生产影响较大的是等，其中对陶瓷生产影响较大的是体积变化体积变化。石英晶型转化石英晶型转化过程中的体积变化可由相对密度的变化计算出其转化的过程中的体积变化可由相对密度的变化计算出其转化的体积体积效应效应。属缓慢属缓慢转化的体积效应值大，例如转化的体积效应值大，例如在在-石英向石英向 鳞石英的转鳞石英的转化中，体积膨胀达到化中，体积膨胀达到16%。而。而

41、属快速转化的体积变化则很小，属快速转化的体积变化则很小，如如573 时，时，石英的体积膨胀仅石英的体积膨胀仅0.82%。单纯从数值上看，缓慢转化似乎会出现严重问题，但实际上单纯从数值上看，缓慢转化似乎会出现严重问题，但实际上由于：由于：1 1）它们的转化速度非常缓慢，）它们的转化速度非常缓慢，2 2）转化时转化时间也）转化时转化时间也很长，很长，3 3）液相的缓冲作用，）液相的缓冲作用，因此使得体积的膨胀进行缓慢，因此使得体积的膨胀进行缓慢，抵消了固体膨胀应力所造成的破坏作用，对生产过程的危害抵消了固体膨胀应力所造成的破坏作用，对生产过程的危害反而不大。反而不大。在在低温下的快速转化低温下的快

42、速转化，虽然体积膨胀很小，但因其转化迅速，虽然体积膨胀很小，但因其转化迅速，又是在无液相出现的所谓干条件下进行转化，因此破坏性又是在无液相出现的所谓干条件下进行转化，因此破坏性强，危害性大，强，危害性大，很容易使陶瓷制品产生变形和开裂的后果。很容易使陶瓷制品产生变形和开裂的后果。在粉碎石英原料时可因势利导的加以利用。在粉碎石英原料时可因势利导的加以利用。3）实际转化过程：图）实际转化过程：图1-9 1200度以上转化为半安定石英合少量其他晶型。度以上转化为半安定石英合少量其他晶型。半安定石英降温后可保持晶型；具有很好的稳定性。半安定石英降温后可保持晶型；具有很好的稳定性。三、石英在陶瓷生产中的

43、作用三、石英在陶瓷生产中的作用石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它在陶瓷生产中石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它在陶瓷生产中的作用不仅表现在坯体成形，而且在烧成时都有重要的影的作用不仅表现在坯体成形，而且在烧成时都有重要的影响。响。在烧成前在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。在烧成时，在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响；石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响；当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中，当玻璃

44、质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的粘度；而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨增加熔体的粘度；而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。在瓷器中，在瓷器中，合理的石英颗粒能提高瓷器坯体的强度。同合理的石英颗粒能提高瓷器坯体的强度。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。在釉料中，在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的热料中石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的热膨胀系数。

45、同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨膨胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。性和耐化学侵蚀性的主要因素。第四节第四节 长石类原料长石类原料一、长石的种类和一般性质一、长石的种类和一般性质长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，它呈架状硅酸盐结长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，它呈架状硅酸盐结构，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属硅酸盐。一般用构，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属硅酸盐。一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是传统作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是传统陶瓷的三大原料之一。陶瓷的三大原料之一。自然界中长石的种类很

46、多，归纳起来都是由以下四种长石组自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：合而成：钠长石钠长石 Na2OAl2O36SiO2 钾长石钾长石 K2OAl2O36SiO2 钙长石钙长石 CaOAl2O32SiO2 钡长石钡长石 BaOAl2O32SiO2 钠长石钠长石钾长石钾长石钙长石钙长石钡长石钡长石名名 称称钾长钾长石石钠长钠长石石钙长钙长石石钡长钡长石石化学通式化学通式K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2NaNa2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2CaOCaOAlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2BaOBaOA

47、lAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2晶体晶体结结构式构式KAlSiKAlSi3 3O O8 8 NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 CaAlCaAl2 2SiSi2 2O O8 8 BaAlBaAl2 2SiSi2 2O O8 8 理理论论化学化学组组成成(%)(%)SiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3RO(RRO(R2 2O)O)64.7064.7018.4018.40K K2 2O 16.90O 16.9068.7068.7019.5019.50NaNa2 2O 11.80O 11.8043.2043.2036.7036.70CaO 20.10CaO 20.103

48、2.0032.0027.1227.12BaO 40.88BaO 40.88晶晶 系系单单斜斜三斜三斜三斜三斜单单斜斜密度（密度（g/cmg/cm3 3）2.562.592.602.652.742.763.37莫氏硬度莫氏硬度66.566.566.566.5颜颜 色色白、肉白、肉红红、浅黄、浅黄白、灰白、灰白、灰或无色白、灰或无色白或无色白或无色热热膨膨胀胀系数系数（1010-8-8/）7.57.4熔点（熔点（）1150（异元熔融）（异元熔融）110015501725长石类矿物的化学组成与矿物物理性质长石类矿物的化学组成与矿物物理性质 由于长石的互熔特性，故地壳中单一的长石少见，多数是由于长石的

49、互熔特性，故地壳中单一的长石少见，多数是几种长石的互熔物，按其化学成分和结晶化学特点，可以几种长石的互熔物，按其化学成分和结晶化学特点，可以分为两个亚族：分为两个亚族：1 1、钾钠长石亚族、钾钠长石亚族 自然界的钾长石都混有钠长石，常见的钾钠长石有：自然界的钾长石都混有钠长石，常见的钾钠长石有：透长石透长石。其成分含钠长石可达。其成分含钠长石可达50%50%，生成温度在，生成温度在 900950 900950 以上，系高温型，产于喷出岩中。以上，系高温型，产于喷出岩中。正长石正长石。其成分中含钠长石可达。其成分中含钠长石可达30%30%，生成温度在，生成温度在650900 650900，系中温

50、型，产于侵入岩和变质岩中。，系中温型，产于侵入岩和变质岩中。微斜长石微斜长石。其成分中含钠长石可达到。其成分中含钠长石可达到20%20%，生成温度，生成温度在在650 650 以下，系低温型，多产于伟晶岩和变质岩中。以下，系低温型，多产于伟晶岩和变质岩中。2 2、斜长石亚族、斜长石亚族由钙长石和钠长石组成的长石中：由钙长石和钠长石组成的长石中：钠长石钠长石 含钠长石在含钠长石在90%90%以上以上 钙长石钙长石 含钠长石不足含钠长石不足10%10%斜长石斜长石 在这中间不同在这中间不同比例的混熔物比例的混熔物 斜长石中以钠长石的熔点最低（约斜长石中以钠长石的熔点最低（约1120 1120 ），