陶瓷原料的矿物学基础.ppt
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1、第三章 陶瓷原料的矿物学基础1 概述l l1.1 原料的分类方法l l1.2 原料选择的重要性l l1.3 原料选择的基本要求1.1 原料的分类方法l l根据工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠根据工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠根据工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠根据工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠性),性),性),性),l l根据用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料熔根据用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料熔根据用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料熔根据用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料熔剂性原料。剂性原料。剂性原料。剂性原料。l l 根据矿物组成分:
2、粘土原料,硅质原料,长石原料,根据矿物组成分:粘土原料,硅质原料,长石原料,根据矿物组成分:粘土原料,硅质原料,长石原料,根据矿物组成分:粘土原料,硅质原料,长石原料,钙质原料,镁质原料。钙质原料,镁质原料。钙质原料,镁质原料。钙质原料,镁质原料。l l 根据原料的获得方式分:矿物原料,化工原料。根据原料的获得方式分:矿物原料,化工原料。根据原料的获得方式分:矿物原料,化工原料。根据原料的获得方式分:矿物原料,化工原料。1.2 原料选择的重要性l l原料是烧造陶瓷的基础原料是烧造陶瓷的基础l l传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料;传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料;陶瓷制品的陶瓷制品的 性
3、质不仅与工艺过程有关,而性质不仅与工艺过程有关,而且与原料的种类有关。且与原料的种类有关。l l 陶瓷制品的性能由瓷胎结构决定,瓷胎结陶瓷制品的性能由瓷胎结构决定,瓷胎结构则由原料的种类和工艺决定。构则由原料的种类和工艺决定。l l原料的合理选择十分重要原料的合理选择十分重要 1.3 原料选择的基本要求l l质量达标(不是越纯越好)质量达标(不是越纯越好)质量达标(不是越纯越好)质量达标(不是越纯越好)l l 储量要大(原料来源稳定)储量要大(原料来源稳定)储量要大(原料来源稳定)储量要大(原料来源稳定)l l 价格合理价格合理价格合理价格合理 l l 性能稳定(对原料的最基本要求)性能稳定(
4、对原料的最基本要求)性能稳定(对原料的最基本要求)性能稳定(对原料的最基本要求)l l 运输方便运输方便运输方便运输方便 原料选择是古代窑厂选择窑址的最基本原料选择是古代窑厂选择窑址的最基本标准。标准。1.4 根据矿物组成划分的原料种类l l粘土类原料l l石英类原料l l长石类原料l l其它矿物原料 2 粘土类原料l l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。2.1 粘土的分类l l粘土共有四种分类方法l l成因成因l l可塑性可塑性l l耐火度耐火度l l矿物类
5、型矿物类型2.1.1 按照成因分类l l一次粘土l l风化残积型,深层岩浆岩在原产地风化后残留风化残积型,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)在原地形成的优质矿床。(原生高岭)l l热液蚀变型,热液(岩浆喷发降温结晶后的热热液蚀变型,热液(岩浆喷发降温结晶后的热水)作用于母岩形成的。(蒙脱石类)水)作用于母岩形成的。(蒙脱石类)l l二次粘土l l由于雨水或风力的搬运作用,将风化后的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。(沉积矿物在低洼地方沉积形成的粘土矿床。(沉积高岭)高岭)两类粘土的特点化学组成化学组成耐火度耐火度成型性成型
6、性一次粘土一次粘土纯度高纯度高高高塑性低塑性低二次粘土二次粘土杂质含量高杂质含量高低低塑性高塑性高2.1.2 按照可塑性和耐火度的粘土分类l l可塑性:高可塑粘土,膨润土等;低可塑粘土,瓷石、高岭土等。l l耐火度分:耐火粘土(融化温度1580);难溶粘土(13501580);易熔粘土(99%,是生产日用细瓷、釉料的,是生产日用细瓷、釉料的良好原料。良好原料。(2)石英岩l l硅质砂岩经变质作用,石英颗粒再结晶形硅质砂岩经变质作用,石英颗粒再结晶形成的岩石。成的岩石。l l 外观特点:灰白色,光泽鲜明,断面致密,外观特点:灰白色,光泽鲜明,断面致密,强度大,强度大,硬度高。硬度高。l l Si
7、O2 97。l l 加热晶型转变困难。加热晶型转变困难。l l 用于制作一般陶瓷,质量好的可做细瓷。用于制作一般陶瓷,质量好的可做细瓷。(3)石英砂l l花岗岩、伟晶岩风化的产物,可简化工艺。花岗岩、伟晶岩风化的产物,可简化工艺。l l杂质多,成分变化波动较大。杂质多,成分变化波动较大。l l河床砂用于墙地砖,大缸大生产,可减小河床砂用于墙地砖,大缸大生产,可减小其变形。其变形。l l平潭海砂:大量用于玻璃工业生产。平潭海砂:大量用于玻璃工业生产。l l东山海砂:是我国水泥行业的标准砂。东山海砂:是我国水泥行业的标准砂。3.1.2 石英原料的性质l l 外观:视其种类不同而异,大多呈乳白色,有
8、的外观:视其种类不同而异,大多呈乳白色,有的外观:视其种类不同而异,大多呈乳白色,有的外观: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呈灰白色,半透明状态,断面具有玻璃光泽或脂呈灰白色,半透明状态,断面具有玻璃光泽或脂呈灰白色,半透明状态,断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。肪光泽。肪光泽。肪光泽。l l 硬度:莫氏硬度为硬度:莫氏硬度为硬度:莫氏硬度为硬度:莫氏硬度为7 7。l l 密度:晶型不同密度不同,变动范围密度:晶型不同密度不同,变动范围密度:晶型不同密度不同,变动范围密度:晶型不同密度不同,变动范围2.222.652.222.65。l l 化学稳定性:具
9、有强耐酸侵蚀力(除化学稳定性:具有强耐酸侵蚀力(除化学稳定性:具有强耐酸侵蚀力(除化学稳定性:具有强耐酸侵蚀力(除HFHF外);与外);与外);与外);与碱作用,生成可溶性硅酸盐;与碱金属氧化物作碱作用,生成可溶性硅酸盐;与碱金属氧化物作碱作用,生成可溶性硅酸盐;与碱金属氧化物作碱作用,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。用生成硅酸盐与玻璃态物质。用生成硅酸盐与玻璃态物质。用生成硅酸盐与玻璃态物质。l l 熔融温度范围:熔融温度范围:熔融温度范围:熔融温度范围:14001400 C1770C1770 C C,由,由,由,由SiOSiO2 2的的的的形态和杂质含量决定。形
10、态和杂质含量决定。形态和杂质含量决定。形态和杂质含量决定。3.2 石英的晶型转变初步介绍l l3.2.1 SiO3.2.1 SiO2 2多晶转变多晶转变多晶转变多晶转变 常压下有七种结晶态和一种玻璃态,在一定条件下常压下有七种结晶态和一种玻璃态,在一定条件下常压下有七种结晶态和一种玻璃态,在一定条件下常压下有七种结晶态和一种玻璃态,在一定条件下相互转化相互转化相互转化相互转化。3.2.2 两种类型的晶型转化l l高温型的迟缓转化(横向转化或一级转化)高温型的迟缓转化(横向转化或一级转化)高温型的迟缓转化(横向转化或一级转化)高温型的迟缓转化(横向转化或一级转化)由表面向内部逐步进行,结构变化。
11、因为形成由表面向内部逐步进行,结构变化。因为形成由表面向内部逐步进行,结构变化。因为形成由表面向内部逐步进行,结构变化。因为形成新的稳定晶型,所以需较高的活化能;转变速度新的稳定晶型,所以需较高的活化能;转变速度新的稳定晶型,所以需较高的活化能;转变速度新的稳定晶型,所以需较高的活化能;转变速度慢;体积变化较大,所以需较高温度及较长时间。慢;体积变化较大,所以需较高温度及较长时间。慢;体积变化较大,所以需较高温度及较长时间。慢;体积变化较大,所以需较高温度及较长时间。l l 低温型的迅速转变(纵向转变或二级转变)低温型的迅速转变(纵向转变或二级转变)低温型的迅速转变(纵向转变或二级转变)低温型
12、的迅速转变(纵向转变或二级转变)由表及里瞬间同时转化,体积变化小,结构不由表及里瞬间同时转化,体积变化小,结构不由表及里瞬间同时转化,体积变化小,结构不由表及里瞬间同时转化,体积变化小,结构不特殊变化,位移型转变(键之间的角度稍做变动特殊变化,位移型转变(键之间的角度稍做变动特殊变化,位移型转变(键之间的角度稍做变动特殊变化,位移型转变(键之间的角度稍做变动为位移型转变),易进行,且转化可逆。为位移型转变),易进行,且转化可逆。为位移型转变),易进行,且转化可逆。为位移型转变),易进行,且转化可逆。3.2.3 晶型转变的特点l l自然界中石英大部分以自然界中石英大部分以 石英存在,很少石英存在
13、,很少以鳞石英或方石以鳞石英或方石 英的介稳状态存在。英的介稳状态存在。l l石英多晶转变的体积效应:石英多晶转变的体积效应:一级转变的体积变化大,但由于其转化速度一级转变的体积变化大,但由于其转化速度一级转变的体积变化大,但由于其转化速度一级转变的体积变化大,但由于其转化速度慢,体积效应小,慢,体积效应小,慢,体积效应小,慢,体积效应小,且在高温下有液相存在,对且在高温下有液相存在,对且在高温下有液相存在,对且在高温下有液相存在,对坯体影响不大。坯体影响不大。坯体影响不大。坯体影响不大。二级转变的体积变化小,但转化速度快,瞬二级转变的体积变化小,但转化速度快,瞬二级转变的体积变化小,但转化速
14、度快,瞬二级转变的体积变化小,但转化速度快,瞬间完成,体积效间完成,体积效间完成,体积效间完成,体积效 应大,无液相,对坯体影响大,应大,无液相,对坯体影响大,应大,无液相,对坯体影响大,应大,无液相,对坯体影响大,必须严格控制。必须严格控制。必须严格控制。必须严格控制。3.2.4 陶瓷生产时石英晶型转变的实际情况l(1)石英理论晶型转化的基础条件:)石英理论晶型转化的基础条件:慢升温,维持晶型转化在慢升温,维持晶型转化在 平衡态下进平衡态下进行。行。(2)陶瓷生产的实际情况l l实际转化时升温快,常出现过渡状态(半安定方石英)实际转化时升温快,常出现过渡状态(半安定方石英)实际转化时升温快,
15、常出现过渡状态(半安定方石英)实际转化时升温快,常出现过渡状态(半安定方石英)l l但无论是否有矿化剂,但无论是否有矿化剂,但无论是否有矿化剂,但无论是否有矿化剂,石英的转化过程都经过半安定石英的转化过程都经过半安定石英的转化过程都经过半安定石英的转化过程都经过半安定方方方方 石英阶段。石英阶段。石英阶段。石英阶段。l l 有矿化剂存在时,最终有鳞石英形成;无矿化剂时,最终有矿化剂存在时,最终有鳞石英形成;无矿化剂时,最终有矿化剂存在时,最终有鳞石英形成;无矿化剂时,最终有矿化剂存在时,最终有鳞石英形成;无矿化剂时,最终形成方石英。形成方石英。形成方石英。形成方石英。l l 矿化剂:矿化剂:矿
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