陶瓷工艺学第一章原料

1、第一章第一章 原原 料料 第一节第一节 原料的分类原料的分类 第二节第二节 石英原料石英原料 第三节第三节 长石类原料长石类原料 第四节第四节 粘土原料粘土原料 第五节第五节 其它原料其它原料 第六节第六节 原料的处理原料的处理 第七节第七节 原料标准化原料标准化 陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料，而非化工陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料，而非化工 原料。陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料。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。所以陶瓷生产中原料是至关重要的。原料的种类有关。所以陶瓷生产中原料是至关重要的。 原料原料 ： 硅酸盐矿物硅酸盐矿物(metasilica

2、te mineral ) 第一节第一节 原料的分类原料的分类 1 1、概述、概述 2 2、原料的分类、原料的分类 据据 工工 艺艺 特特 性性 据据 用用 途途 据据 获获 得得 方方 式式 可塑性原料可塑性原料 非可塑性原料非可塑性原料 （瘠性料）（瘠性料） 熔剂性原料熔剂性原料 坯用原料坯用原料 釉用原料釉用原料 色料和彩料色料和彩料 粘土原料粘土原料 硅质原料硅质原料 长石原料长石原料 钙质原料钙质原料 镁质原料镁质原料 据据 矿矿 物物 组组 成成 矿物原料矿物原料 化工原料化工原料 对原料的要求对原料的要求 : 1）保证最终形成制品所需的各种晶相，玻璃相等。保证最终形成制品所需的各种

3、晶相，玻璃相等。 2）保证工艺过程中所需的各种工艺性能。保证工艺过程中所需的各种工艺性能。 陶瓷工业中的辅助原料，主要为陶瓷工业中的辅助原料，主要为石膏石膏 和和耐火材耐火材 料料，各种添加剂如，各种添加剂如助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑 剂，剂， 增强剂。增强剂。 3、原料和制品的关系、原料和制品的关系 制品的制品的性能由结构决定性能由结构决定，结构由原料的种类和工结构由原料的种类和工 艺决定艺决定。 第二节第二节 石英原料石英原料 1、石英原料的种类、石英原料的种类 2、石英原料的性质、石英原料的性质 2.1 石英的物理性质石英的物理性质 2.2 石英的多晶转变的

4、特性石英的多晶转变的特性 2.3石英的膨胀性石英的膨胀性 3、瓷胎中的石英变体、瓷胎中的石英变体 4、晶型转化与实际生产、晶型转化与实际生产 5、石英在陶瓷生产中的作用、石英在陶瓷生产中的作用 6、石英的质量控制、石英的质量控制 7、作业、作业 脉石英脉石英 沙岩沙岩 石英岩石英岩 石英沙石英沙 燧石燧石 硅藻土硅藻土 1 1、石英原料的种类、石英原料的种类 （1）脉石英）脉石英 致密结晶态，火成岩。致密结晶态，火成岩。 外观特点：外观特点：纯白，半透明，呈油脂光泽纯白，半透明，呈油脂光泽 断口呈贝壳状。断口呈贝壳状。 SiO299% 是生产日用细瓷、釉料的良好原料。是生产日用细瓷、釉料的良好

5、原料。 （2）砂岩）砂岩 碎屑沉积岩，石英颗粒由碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物胶结物结合，据胶结结合，据胶结 物不同分为：物不同分为：石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂 岩，云母岩，云母 质砂岩，硅质砂岩质砂岩，硅质砂岩。 陶瓷中仅用陶瓷中仅用硅质砂岩硅质砂岩。SiO2 90%95% （3）石英岩）石英岩 硅质砂岩硅质砂岩经经变质变质作用，作用，石英颗粒再结晶石英颗粒再结晶形形 成的岩石。成的岩石。 外观特点外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，：灰白色，光泽鲜明，断面致密， 强度大，强度大， 硬度高。硬度高。 SiO297%。 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。

6、用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。 （4）燧石）燧石 隐晶质隐晶质SiO2，SiO2 液经化学沉积在岩石夹液经化学沉积在岩石夹 层中，层中， 硬度高硬度高，陶瓷工业，陶瓷工业做研磨用做研磨用。可做球蘑。可做球蘑 机内衬，研磨机内衬，研磨 体球石用。体球石用。 SiO298%。 （5）石英砂）石英砂 长石、花岗岩，伟晶岩风化的产物，长石、花岗岩，伟晶岩风化的产物，做陶瓷原料做陶瓷原料 可简化工艺可简化工艺，但杂质多，成分变化波动较大。，但杂质多，成分变化波动较大。 河床砂用于墙地砖，大缸生产，河床砂用于墙地砖，大缸生产，可减小可减小 其变形其变形。 燧石燧石 石英砂石英砂 （6）硅藻土）硅藻土

7、 溶于水的部分二氧化硅，被微细的硅藻类水溶于水的部分二氧化硅，被微细的硅藻类水 生生 物吸取，沉淀演变而成为含水的物吸取，沉淀演变而成为含水的非晶质二氧化非晶质二氧化 硅硅， 具有多孔隙具有多孔隙。可做绝热材料，多孔陶瓷可做绝热材料，多孔陶瓷等。等。 2 2、石英的性质、石英的性质 2.1 物理性质物理性质 （ 1）外观特性：石英的外观视其种类不同而异，大多）外观特性：石英的外观视其种类不同而异，大多 呈乳呈乳 白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃 光泽或脂光泽或脂 肪光泽。肪光泽。 （ 2）莫氏硬度为）莫氏硬度为7。 （ 3）密度：石英晶型

8、不同密度不同，变动范围）密度：石英晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。 （4）化学稳定性）化学稳定性 具有强耐酸侵蚀力，除具有强耐酸侵蚀力，除HF； 与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱作用，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。与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。 （5）熔融温度范围：）熔融温度范围：1400 C1770 C，由，由SiO2的形态和杂的形态和杂 质含量决定质含量决定。 117 163 870 180-270 17131470 573 2.2 石英的晶型转化石英的晶型转化 高温型缓慢转化高温型缓慢转化低温型快速转化低温型快速转化 石英晶型转变的

9、特点石英晶型转变的特点 （1）高温型的缓慢转变高温型的缓慢转变（横向转变，又称一级转（横向转变，又称一级转 变）变） 转变由表及里缓慢进行，体积变化大，构型转转变由表及里缓慢进行，体积变化大，构型转 变（涉及到变（涉及到 键的破裂和重组为重建型转变）。键的破裂和重组为重建型转变）。 （2）低温型的快速转变低温型的快速转变（纵向转变，又称二级转（纵向转变，又称二级转 变）变） 转变表里瞬间同时进行，体积变化小，位移型转变表里瞬间同时进行，体积变化小，位移型 转变（键之转变（键之 间的角度稍做变动为位移型转变），间的角度稍做变动为位移型转变），可可 逆逆。 （3）石英多晶转变的体积效应石英多晶转变

10、的体积效应 缓慢转化缓慢转化计算转化计算转化 时的温度时的温度 体积变化体积变化 率率 (%) 快速转化快速转化计算转化计算转化 时的温度时的温度 体积变化体积变化 率率 (%) 石英石英 鳞石英鳞石英 1000+16.00石英石英 石英石英 573+0.82 石英石英 方石英方石英 1000+15.04鳞石英鳞石英 鳞石英鳞石英 117+2.0 石英石英 石英玻璃石英玻璃 1000 +15.05鳞石英鳞石英 鳞石英鳞石英 163+2.0 石英玻璃石英玻璃 方石英方石英 1000 -0.09方石英方石英 方石英方石英 150+2.80 石英多晶转变的石英多晶转变的体积体积效应效应 一级转变一级

11、转变的体积变化大，但由于其转化速度小，的体积变化大，但由于其转化速度小， 破坏作用小，且在高温下有液相存在，破坏作用小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不对坯体影响不 大。大。 二级转变二级转变的体积变化小，但转化速度大，瞬间完的体积变化小，但转化速度大，瞬间完 成，破坏作用大无液成，破坏作用大无液相相对坯体影响大，必须严格控制。对坯体影响大，必须严格控制。 石英石英理论晶型转化的基础条件理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶：慢升温，维持晶 型转化在型转化在 平衡态下进行。平衡态下进行。 不同晶型存在有不同温度范围。不同晶型存在有不同温度范围。 3 3、瓷胎中的石英变体、瓷胎中的石英变体 以

12、标准硬瓷为例：以标准硬瓷为例： 石英石英 20%30% 粘土粘土 50%60% 烧成温度烧成温度 长石长石 10%30% 1300 C1400 C 相组成：相组成： 玻璃相玻璃相 40%60% 莫来石莫来石 10%30% 残余石英残余石英 8%12% 气孔气孔0.5% 有些含有些含6%10%的方石英（石英总量达的方石英（石英总量达15%20%） 石英实际转化示意图石英实际转化示意图 石 石 英英 石英石英 半安定方石英半安定方石英 无矿化剂无矿化剂有矿化剂有矿化剂 干转化干转化湿转化湿转化 半安定方石英半安定方石英 方石英方石英 鳞石英鳞石英 1050 开始，开始， 12001300 强烈强烈

13、 700900 开始，开始， 12001470 明显明显 1470 12001400 明显明显 （1）实际转化时升温快，常出现过渡状态（半安定）实际转化时升温快，常出现过渡状态（半安定 方石英）方石英） 但无论但无论是否有矿化剂是否有矿化剂， 石英的转化过程石英的转化过程 都经过半安定方石英阶段。都经过半安定方石英阶段。 （2）有矿化剂存在有矿化剂存在，最终有鳞石英形成。，最终有鳞石英形成。无矿化剂无矿化剂 最终形最终形 成方石英。成方石英。 矿化剂：矿化剂：RO(CaO，MgO，FeO，Mn) R2O(Na2O，K2O) 矿化剂的来源：熔剂性原料。矿化剂的来源：熔剂性原料。 结论结论 4 4

14、、晶型转化与生产、晶型转化与生产 （1）石英煅烧，易于粉碎。石英煅烧，易于粉碎。 1000 C煅烧煅烧 急冷急冷 变松变松 利用石英利用石英573 C晶型转化。利用石英各向异性，晶型转化。利用石英各向异性， 在在600 C到到800 C时在两个方向上体积效应不同。垂时在两个方向上体积效应不同。垂 直于直于c 轴轴 1.7%2%，平行，平行 c轴轴 0.8%1.2%。 （2）烧成后冷却阶段，烧成后冷却阶段，到到573 C附近晶型转化，附近晶型转化， 坯坯 体易体易 开裂。如日用瓷彩烤冷却。开裂。如日用瓷彩烤冷却。 对烧成的前期即坯体升温过程影响不大。对烧成的前期即坯体升温过程影响不大。 原因：原

15、因： 升温过程中，升温过程中，573 C附近晶型转化的膨胀可附近晶型转化的膨胀可 弥补坯弥补坯 体本身的空隙。体本身的空隙。 （3 3）硅砖的生产硅砖的生产 硅砖中二氧化硅的含量大于硅砖中二氧化硅的含量大于70%70%，烧成时要控，烧成时要控制制 好升温速度，否则易炸裂。好升温速度，否则易炸裂。 （4 4）炻器、建材、彩釉砖，尽量）炻器、建材、彩釉砖，尽量减少石英用量减少石英用量，或，或 使使石英颗粒尽量细石英颗粒尽量细，以适应快速烧成的特点。，以适应快速烧成的特点。 （1）烧成前烧成前石英为石英为瘠性料瘠性料，调节泥料的可塑性，降，调节泥料的可塑性，降 低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，防止坯

16、体变形。低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，防止坯体变形。 （2）烧成时烧成时，石英的加热膨胀可部分，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收抵消坯体的收 缩。缩。当当 玻璃质大量出现时，石英部分溶解于液相，玻璃质大量出现时，石英部分溶解于液相， 增加熔体的粘度，增加熔体的粘度， 未溶解的石英颗粒构成坯体的骨未溶解的石英颗粒构成坯体的骨 架，防止坯体软化变形。架，防止坯体软化变形。 （3）石英可）石英可提高坯体机械强度提高坯体机械强度，透光度，白度透光度，白度（高（高 石英配方中，石英料中含石英配方中，石英料中含Fe量低时）。量低时）。 （4）釉料釉料中，玻璃质的主要成分。中，玻璃质的主要成分。 提高釉料

17、的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵 蚀性；蚀性； 提高釉料的熔融温度与粘度。提高釉料的熔融温度与粘度。 5 5、石英在陶瓷生产中的作用、石英在陶瓷生产中的作用 6 6、石英的质量控制、石英的质量控制 （1）控制控制 SiO2含量，保证其纯度在含量，保证其纯度在85% 90%。 因产品的要求不同而定。细瓷，釉料，高压电瓷因产品的要求不同而定。细瓷，釉料，高压电瓷 大大 于于 98%； 墙地砖要求低些。墙地砖要求低些。 （2）控制控制 Fe2O3 + TiO2 含量含量 高档白瓷高档白瓷 ，白度，白度 大于大于75 ， Fe2O3 0.3% 高压电瓷，高压

18、电瓷， Fe2O3 + TiO2 0.6% Fe2O3 0.3%（ Fe2O3高温分解，有气体产生，留高温分解，有气体产生，留 下气孔，高压下易被击穿。）下气孔，高压下易被击穿。） 其它炻器、卫生瓷据其它炻器、卫生瓷据白度白度而定。而定。 1、常见的石英的类型？、常见的石英的类型？ 2、石英横向和纵向晶型转化的体积变化率和破坏作、石英横向和纵向晶型转化的体积变化率和破坏作 用？用？ 3、石英的外观特征？、石英的外观特征？ 4、在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？、在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？ 5、在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些、在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些 影

19、响？影响？ 6、石英的作用？、石英的作用？ 7、在生产高档细瓷时对石英成分的要求？、在生产高档细瓷时对石英成分的要求？ 作业：作业： 第三节第三节 长石类原料长石类原料 长石是陶瓷原料中最常见的熔剂性原料，在陶瓷长石是陶瓷原料中最常见的熔剂性原料，在陶瓷 生产中用作生产中用作坯料、釉料、色料、熔剂坯料、釉料、色料、熔剂等的基本组分，等的基本组分， 用量较大，是陶瓷三大原料之一。也称为用量较大，是陶瓷三大原料之一。也称为熔剂性原料熔剂性原料。 熔剂性原料：熔剂性原料：小于小于1400 C烧成温度范围内，某一烧成温度范围内，某一 原料本身原料本身产生熔体产生熔体，或，或与其它原料共熔形成熔体与其它

20、原料共熔形成熔体，由，由 于熔体的产生使产品在低温下烧成，具有这一特性的于熔体的产生使产品在低温下烧成，具有这一特性的 原料叫熔剂性原料。原料叫熔剂性原料。 据产生熔体的方式不同可分为：据产生熔体的方式不同可分为： 自熔性熔剂自熔性熔剂：在烧成温度下，原料本身自动产生：在烧成温度下，原料本身自动产生 熔熔 体，形成液相。如：长石体，形成液相。如：长石 共熔性熔剂共熔性熔剂：在烧成温度下，不能形成液相，而：在烧成温度下，不能形成液相，而 与其它原料共熔形成熔体。如：骨灰：与其它原料共熔形成熔体。如：骨灰：1700 C 骨灰骨灰+ 石英：石英：1240 C 定义：定义： 1 1、长石、长石(fel

21、dspar)(feldspar)类熔剂类熔剂 1.1 种类种类 钾长石钾长石 KAS6 1150 C 不一致熔融不一致熔融 钠长石钠长石NaAS6 1100 C 一致熔融一致熔融 钙长石钙长石CaAS2 1550 C 一致熔融一致熔融 钡长石钡长石 BaAS2 1715 C 一致熔融一致熔融(几乎不用。几乎不用。) 共生矿物有：石英，云母，霞石，角闪石。其中共生矿物有：石英，云母，霞石，角闪石。其中 云母，角闪石为有害杂质。云母，角闪石为有害杂质。 小于小于10% 钙长石钙长石 高温互溶高温互溶 低温分离低温分离 互溶互溶 互溶互溶 2 2、长石之间互溶特性、长石之间互溶特性 钠长石钠长石 钾

22、长石钾长石 不互溶不互溶 钾长石 钾长石+ 钠长石钠长石 高温互溶，低温分离。高温互溶，低温分离。 钠长石含量钠长石含量 50% 透长石透长石 钠长石含量钠长石含量 30% 正长石正长石 钠长石含量钠长石含量 20% 微斜长石微斜长石 钾长石钾长石 钠长石钠长石 高温下任意比互溶，低温下也不分离。高温下任意比互溶，低温下也不分离。 钠长石钠长石 90% 钠长石钠长石 钙长石钙长石 90% 钙长石钙长石 其余称斜长石。其余称斜长石。 实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的 钾长石钾长石指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的 钠长石钠

23、长石指指 以钠长石为主的钾钠长石。以钠长石为主的钾钠长石。 钠长石 钠长石 + 钙长石钙长石 钾长石和钙长石 钾长石和钙长石 钾长石和钙长石的固溶性差，钾长石钾长石和钙长石的固溶性差，钾长石小于小于10%， 在任何温度下几乎不互溶。在任何温度下几乎不互溶。 在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可 降低钾长石的熔融温度（降低钾长石的熔融温度（1150 C 1050 C ），所以），所以 调整配方时，调整配方时，钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧 成温度，尤其利于釉的熔化和铺展成温度，尤其利于釉的熔化和铺展。 3 3、

24、长石原料的性质、长石原料的性质 3.1 物理性质物理性质 钾钠长石钾钠长石：（含钾长石较多）：（含钾长石较多） 外观：为肉红色，粉红，个别为白，灰，浅黄。外观：为肉红色，粉红，个别为白，灰，浅黄。 密度：密度： 2.56 2.59 硬度：硬度： 6 6.5 断口呈玻璃光泽，解理清楚。断口呈玻璃光泽，解理清楚。 钠钙长石钠钙长石 外观：颜色一般为白色，灰白色。外观：颜色一般为白色，灰白色。 其它物理性质与钾钠长石相似。其它物理性质与钾钠长石相似。 3.2 熔融特性熔融特性 长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。 在坯体中：较低的熔化温度，较宽

25、的熔化温度范围。在坯体中：较低的熔化温度，较宽的熔化温度范围。 在釉料中：较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。在釉料中：较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。 被熔解的物质被熔解的物质13001300的溶解度的溶解度15001500的溶解度的溶解度 钾长石钾长石钠长石钠长石钾长石钾长石钠长石钠长石 粘土分解产物粘土分解产物 石英石英 15201520 510510 25332533 815815 40504050 15251525 60706070 18281828 长石熔体对粘土、石英的溶解度（单位：长石熔体对粘土、石英的溶解度（单位：%） 要求要求: :具有良好的熔剂作用，具有较高粘度。具有

26、良好的熔剂作用，具有较高粘度。 熔点与熔化温度范围熔点与熔化温度范围 钾长石钾长石 1130 C 1450 C T=320 C 钠长石钠长石 1120 C 1250 C T= 130 C 钙长石钙长石 1250 C 1550 C T=300 C 从以上可以看出：从以上可以看出： 钾长石的始熔温度不是太高，且其熔融温度范围钾长石的始熔温度不是太高，且其熔融温度范围 宽，宽， 这与钾长石熔融反应有关。这与钾长石熔融反应有关。 KAS6 KAS4（白榴石）（白榴石）+2SiO2 钾钙长石互溶性差，但钾钙长石互溶性差，但在钾长石中引入少量钙长在钾长石中引入少量钙长 石，熔化温度从石，熔化温度从1150

27、 C 1050 C 。 长石原料的高温粘度与高温粘度系数长石原料的高温粘度与高温粘度系数 粘度系数：粘度随温度的变化率。粘度系数：粘度随温度的变化率。 要求：长石的高温粘度大，高温粘度系数小。要求：长石的高温粘度大，高温粘度系数小。 高温粘度越大，不易变形；高温粘度系数越小，高温粘度越大，不易变形；高温粘度系数越小， 熔融温度范围越宽。熔融温度范围越宽。 钾长石粘度钾长石粘度 钠长石粘度钠长石粘度 钙长石粘度钙长石粘度 钾长石高温粘度系数钾长石高温粘度系数 钠长石高温粘度系数钠长石高温粘度系数 钙钙 长石高温粘度系数长石高温粘度系数 粘度差异形成的原因粘度差异形成的原因 KAS6 KAS4（白

28、榴石）（白榴石）+ SiO2（熔体）（熔体） 1130C开始软化，在开始软化，在1220C时分解，时分解，白榴石新晶白榴石新晶 相相和二氧化硅熔体的生成使其粘度变大，高温粘度系和二氧化硅熔体的生成使其粘度变大，高温粘度系 数变小，不易变形。数变小，不易变形。 钠长石升温，始融温度低于钾长石，无新晶相产钠长石升温，始融温度低于钾长石，无新晶相产 生，随温度升高粘度变小，溶解快，易变形。但其对生，随温度升高粘度变小，溶解快，易变形。但其对 莫来石，石英，粘土，溶解能力大（约为钾长石的莫来石，石英，粘土，溶解能力大（约为钾长石的1.5 倍）倍）,溶解速度快（为溶解速度快（为23倍）。所以钠长石利于坯

29、体致倍）。所以钠长石利于坯体致 密，机械性能和电性能增强，使瓷化程度提高，半透密，机械性能和电性能增强，使瓷化程度提高，半透 明性提高。明性提高。 适宜比例：适宜比例： 钾长石：钠长石钾长石：钠长石= 3：1 4 4、陶瓷工业对长石质量要求、陶瓷工业对长石质量要求 4.1 高温粘度和高温粘度系数要求高温粘度和高温粘度系数要求 一般要求高温粘度大，高温粘度系数小。一般要求高温粘度大，高温粘度系数小。 但对于快速烧成的，则高温粘度不应太大，高温但对于快速烧成的，则高温粘度不应太大，高温 粘度系数不宜太小。所以常用钠长石达到低温快烧的粘度系数不宜太小。所以常用钠长石达到低温快烧的 目的。目的。 细瓷

30、要求高温粘度尽可能大，因其玻璃相在细瓷要求高温粘度尽可能大，因其玻璃相在60% 左右，只有高温粘度尽可能大，高温下制品才不变形。左右，只有高温粘度尽可能大，高温下制品才不变形。 4.2 组成的要求组成的要求 4.2.1 化学组成（国标规定）化学组成（国标规定） 一级长石一级长石可做高级细瓷的坯釉。可做高级细瓷的坯釉。二级长石二级长石可做普可做普 通白瓷，不可做釉。通白瓷，不可做釉。 成成 分分 % K2O + Na2 O Na2OFe 2O3Al2O3 MgO+ CaO 一一 级级 品品11 40.217 2 二二 级级 品品110517 2 注意注意 控制钾钠的比例，要求控制钾钠的比例，要求

31、K2O: Na2O = 4:12 1 日用瓷日用瓷 34，小而薄的制品比值要大。，小而薄的制品比值要大。 电瓷电瓷 3，大而厚的制品要小。，大而厚的制品要小。 由于由于CaO 和和MgO 能明显降低能明显降低 KNa 长石二元系长石二元系 统熔融温度和高温粘度，对于精细白瓷统熔融温度和高温粘度，对于精细白瓷CaO1%， 原因，钙长石高温体积稳定性差，易变形，所原因，钙长石高温体积稳定性差，易变形，所 以要严格控制以要严格控制CaO 的含量。的含量。 Fe2O30.5%可生产高档白瓷。可生产高档白瓷。 4.2.2 矿物组成的要求矿物组成的要求 坯料：对于云母含量高的长石坯料，要慎用，禁坯料：对于

32、云母含量高的长石坯料，要慎用，禁 用。云母不易研磨（片状结构，片层薄），且云母使用。云母不易研磨（片状结构，片层薄），且云母使 坯体易炸裂。坯体易炸裂。 釉料：在熔块釉中，白云母影响不大，黑云母禁釉料：在熔块釉中，白云母影响不大，黑云母禁 用。黑云母高温溶解为粘稠液体，且不与长石互溶，用。黑云母高温溶解为粘稠液体，且不与长石互溶， 而以黑斑独自存在，影响白度。而以黑斑独自存在，影响白度。 鉴定矿物纯度的方法：鉴定矿物纯度的方法：长石加热到长石加热到1260 C，看，看 是否有星斑，为夹杂矿物，可除。如果发绿，为夹含是否有星斑，为夹杂矿物，可除。如果发绿，为夹含 铁固溶物，不易除。发白，为较纯矿

33、物，质量好。铁固溶物，不易除。发白，为较纯矿物，质量好。 4.2.3 物理性能的控制物理性能的控制 熔点的控制：熔点的控制：长石的熔化温度长石的熔化温度 30 C50 C。 主要表现为：熔融和熔化其他物质的性质。主要表现为：熔融和熔化其他物质的性质。 5 5、长石的作用、长石的作用 5.长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料 中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的 熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。 5.熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和熔融后的长石熔体

34、能溶解部分高岭土分解产物和 石英颗粒。液相中石英颗粒。液相中Al23和和Si2互相互相作用，促进莫来作用，促进莫来 石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。 5.长石熔体能填充在各结晶颗粒间，使坯体致密，长石熔体能填充在各结晶颗粒间，使坯体致密， 减少空隙。冷却后长石熔体构成玻璃基质，增加透明减少空隙。冷却后长石熔体构成玻璃基质，增加透明 度，提高机械性能，电性能。度，提高机械性能，电性能。 5.在釉料中做熔剂。在釉料中做熔剂。 5.长石作为瘠性料，缩短坯体的干燥时间。减少坯长石作为瘠性料，缩短坯体的干燥时间。减少坯 体的干燥收缩和变形。

35、体的干燥收缩和变形。 6.1 伟晶花岗岩伟晶花岗岩 矿物成分：矿物成分：石英，长石及少量的杂质。其中石石英，长石及少量的杂质。其中石 英的成分英的成分 波动大。由石英和杂质的含量决定能否使波动大。由石英和杂质的含量决定能否使 用。用。 当石英在当石英在25%30%，长石在，长石在60%70%，杂，杂 质较少时。（一质较少时。（一 般要求：般要求：Fe2O3在在0.5%以下，碱成以下，碱成 分不小于分不小于8% ，CaO不大于不大于2% ，K2O/Na2O质量比质量比 不小于不小于2。）。） 6 6、其它熔剂性原料、其它熔剂性原料 6.2 霞石正长岩霞石正长岩 矿物成分：矿物成分：长石，霞石长石

36、，霞石(Na,K)AlSiO4，杂质。，杂质。 特点特点: (1)1060 C开始熔化，随碱含量的不同在开始熔化，随碱含量的不同在1150 1200 C范围内波动。范围内波动。K2O为主要成分，高温粘度系数为主要成分，高温粘度系数 小。小。 (2) Al2O3的含量比正长石高（一般在的含量比正长石高（一般在23%左右），左右）， 几乎不含游离石英，且高温下能溶解石英，所以，熔几乎不含游离石英，且高温下能溶解石英，所以，熔 融后高温粘度大。融后高温粘度大。 (3) 含铁多，需精选。含铁多，需精选。 结论：结论： 适于快烧，且烧成温度范围宽，霞石正长岩代适于快烧，且烧成温度范围宽，霞石正长岩代 替

37、长石，使坯体生产烧成时不易沉塌变形，热稳定性替长石，使坯体生产烧成时不易沉塌变形，热稳定性 好，机械强度高。好，机械强度高。 6.3 锂质矿物原料锂质矿物原料 锂云母和锂辉石锂云母和锂辉石 6.3.1 锂辉石锂辉石 锂辉石结构式为锂辉石结构式为LiAl（SiO3）2，理论组成为：，理论组成为： Li2O 8.02% ， SiO264.58% ， Al2O327.4% ，此外，此外， 还有钾，钠，镁，锰，铁等杂质。还有钾，钠，镁，锰，铁等杂质。 锂辉石加热到锂辉石加热到850 C开始由开始由 锂辉石转变为锂辉石转变为 锂辉石。锂辉石。1000 C时转化趋于完全，此时出现亚时转化趋于完全，此时出现

38、亚 稳态的稳态的 锂辉石，锂辉石，1100 C时时 锂辉石转化为锂辉石转化为 锂辉石，加热到锂辉石，加热到1430 C时达到不一致熔融，其中视时达到不一致熔融，其中视 杂质含量的多少可成为杂质含量的多少可成为 锂辉石固熔体。锂辉石固熔体。 锂云母又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三锂云母又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三 层型结构的硅酸盐，其构造式为层型结构的硅酸盐，其构造式为KLi Al（OHF）2 Al（SiO3）3，化学组成不定。，化学组成不定。 锂云母为单斜晶系，晶体呈板状或短柱状，通锂云母为单斜晶系，晶体呈板状或短柱状，通 常以片状或细鳞片状集合体产出。颜色为玫瑰色，常以片状或细鳞片状

39、集合体产出。颜色为玫瑰色， 浅紫色，有时为白色。浅紫色，有时为白色。 硬度为硬度为2.54，比密度为，比密度为2.82.9。烧后为黄玉。烧后为黄玉 色，于色，于1300 C完全熔化。完全熔化。 6.3.2 锂云母锂云母 作业作业 1、比较钾长石和钠长石的熔融特性。、比较钾长石和钠长石的熔融特性。 2、长石的作用、长石的作用 。 3、常见的长石代用品、常见的长石代用品 粘土的成因与分类粘土的成因与分类 粘土的组成粘土的组成 粘土的工艺性质粘土的工艺性质 粘土的加热变化粘土的加热变化 粘土在陶瓷生产中的作用粘土在陶瓷生产中的作用 第四节第四节 粘土原料粘土原料 1 1、粘土的成因、粘土的成因 粘土

40、的成因与分类粘土的成因与分类 粘土是由各种富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石粘土是由各种富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石 经漫长的地质年代的风化，水解，热液蚀变等作用经漫长的地质年代的风化，水解，热液蚀变等作用 而形成的。而形成的。 2KAlSi3O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+SiO2+K2CO3 Al2Si2O5(OH)4=Al2O3nH2 O+SiO2nH2O 水铝石水铝石 蛋白石蛋白石 CaAl2Si2O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+CaCO3 钙长石 钙长石 2KAl3Si3O10(H2O)2+3H2O+H2CO3=3Al2Si2O5(OH)4+K2

41、CO3 绢云母 绢云母 高岭石高岭石 2 2、粘土的分类、粘土的分类 2.1 按成因分：按成因分： 原生粘土（一次粘土）原生粘土（一次粘土） 次生粘土（二次粘土）次生粘土（二次粘土） 2.2 按可塑性分：高可塑性按可塑性分：高可塑性 中等可塑性中等可塑性 低可塑性低可塑性 2.3 按耐火度分：耐火粘土（耐火度按耐火度分：耐火粘土（耐火度1580 C) 难熔粘土（耐火度难熔粘土（耐火度13501580 C ） 易熔粘土（耐火度易熔粘土（耐火度1350 C ） 化学组成化学组成耐火度耐火度成型性能成型性能 一次粘土一次粘土较纯较纯较高较高塑性低塑性低 二次粘土二次粘土杂质含量高杂质含量高较低较低塑

42、性高塑性高 粘土组成粘土组成 3方面（三大组成）方面（三大组成） 矿物组成矿物组成 化学组成化学组成 颗粒组成颗粒组成 1 1、矿物组成、矿物组成 粘土矿物粘土矿物 杂杂 质质 1.1 粘土矿物粘土矿物 高岭石类高岭石类 蒙脱石类蒙脱石类 伊利石类伊利石类 水铝英石水铝英石 1.1.1 高岭石类高岭石类 主要矿物：主要矿物：高岭石和多水高岭石高岭石和多水高岭石 化学式：化学式：高岭石高岭石Al2O32SiO22H2O （Al2Si2O5 ( OH)2） 多水高岭石多水高岭石 Al2O32SiO22H2OnH2O (n=24) 理论组成：理论组成：l23 39.5%，i2 46.54%，2 13

43、.96 晶晶 系：系：三斜晶系。细分散的晶体，外形呈片状、粒三斜晶系。细分散的晶体，外形呈片状、粒 状、杆状，假六方片状。状、杆状，假六方片状。 高岭石晶体结构式：高岭石晶体结构式：Al4Si4O10（OH）8，1:1型层型层 状结构硅酸盐，状结构硅酸盐，SiO四面体层和四面体层和Al（O，OH） 八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结 构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶 体解理完全并缺乏膨胀性。体解理完全并缺乏膨胀性。 高岭石离子吸附与置换：高岭石离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在晶

44、格内部离子很少置换，在 破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它 阳离子阳离子OH-中的中的H+可被可被+或或Na+取代。取代。 高岭土晶体结构高岭土晶体结构 多水高岭石多水高岭石( (埃洛石，叙永石）埃洛石，叙永石） 结构单元层间多层间水，使单元层间距加大，范结构单元层间多层间水，使单元层间距加大，范 德华力和氢键变弱，所以，层间结合力小。为弯曲卷德华力和氢键变弱，所以，层间结合力小。为弯曲卷 状。原因，层间距增大，层间结合力降低。状。原因，层间距增大，层间结合力降低。 多水高岭石多水高岭石高岭石高岭石 杆杆 状状 高高 岭岭 石石 片片 状状

45、 高高 岭岭 石石 1.1.2 蒙脱石类蒙脱石类 化学通式：化学通式：AlAl2 2OO3 34SiO4SiO2 2nHnH2 2OO（n n通常通常2 2） 晶体构造式晶体构造式：AlAl4 4 (Si (Si8 8OO2020) (OH) (OH)4 4nHnH2 2OO 晶晶 系：系：单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属 胶体微粒，故晶体轮廓不清。胶体微粒，故晶体轮廓不清。2:12:1型层状结构，两端型层状结构，两端 SiO4四面体，中间夹一个四面体，中间夹一个AlO6八面体，构成单元八面体，构成单元 层。单元层间靠层。单元层间靠O键相连，结合力较小，

46、水分子及其键相连，结合力较小，水分子及其 它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数 量是可变的。量是可变的。 可可 交交 换换 阳阳 离离 子子 一一 层层 水水 分分 子子 蒙脱石特点一：蒙脱石特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水， 体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可 膨胀膨胀2030倍，这就是膨润土的名称的由来。倍，这就是膨润土的名称的由来。 蒙脱石特点二：蒙脱石特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层离子交换能力强，晶格中的四面体层 i4+部

47、分被部分被l3+、5+置换。八面体层中置换。八面体层中l l3+ 3+被 被g2+、 e3+、n2+、i+等置换，使晶格中电价不平衡。晶等置换，使晶格中电价不平衡。晶 层之间吸附阳离子如层之间吸附阳离子如 a a2+ 2+、 、a a+ +等，又增加了蒙脱等，又增加了蒙脱 石的离子交换能力。根据吸附离子不同分为石的离子交换能力。根据吸附离子不同分为a a蒙脱蒙脱 石，石，a a蒙脱石。蒙脱石。 蒙脱石晶粒呈不规则的细颗粒状，鳞片状，颗粒蒙脱石晶粒呈不规则的细颗粒状，鳞片状，颗粒 较小，结晶程度差。蒙脱石易碎，分散度好，可塑性较小，结晶程度差。蒙脱石易碎，分散度好，可塑性 好，干燥强度大，干燥收

48、缩大。杂质含量大，烧结温好，干燥强度大，干燥收缩大。杂质含量大，烧结温 度低，烧后色泽深。坯料配方中用量度低，烧后色泽深。坯料配方中用量5%5%。釉料中少。釉料中少 量使用作为悬浮剂。量使用作为悬浮剂。 叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土。但无 可塑性。无层间水，杂质少，所以总收缩小，线胀系 数小，适于快速烧成。（因其在升温过程中脱水极为 缓慢，不会对坯体造成大的应力，可做对尺寸要求高 的制品如内墙砖。） 1.1.3 伊利石类伊利石类 化学通式：化学通式：(K,H3O) 15153.63.6 中可塑性中可塑性7157152.53.62.53.6 弱可塑性弱可塑性17172.52.5 非可塑性

49、非可塑性1AlAl3+ 3+Ba Ba2+ 2+Sr Sr2+ 2+Ca Ca2+ 2+Mg Mg2+ 2+NH NH4+ 4+K K+ +NaNa+ +LiLi+ + 除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸 附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱 边上，取代顺序如下：边上，取代顺序如下： OHOH- -COCO3 32- 2-P P2 2O O7 74- 4-CNS CNS- -II- -BrBr- -ClCl- -NONO3 3- -FF- -SOSO4 42- 2- 影响离子交换能力的因素：影

50、响离子交换能力的因素： 离子性质；离子性质； 粘土矿物的种类和有序度及分散度，有序度高则交粘土矿物的种类和有序度及分散度，有序度高则交 换能力差；换能力差； 有机物质的含量和粘土矿物结晶程度，一些活性基有机物质的含量和粘土矿物结晶程度，一些活性基 因因-OH-OH，- -COOHCOOH具有吸附阳离子的能力。结晶程度差，具有吸附阳离子的能力。结晶程度差， 交换能力强。交换能力强。 不同不同离子对粘土性能有影响。离子对粘土性能有影响。 4 4、触变性、触变性 定义：定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘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。度会

51、降低而流动性增加，静置后能恢复原来状态。 反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分反之，相同泥浆放置一段时间后，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，上述的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述 现象可重复无数次，统称为触变性。现象可重复无数次，统称为触变性。 泥料泥料触触变性过小时，成形后生坯的强度不够，影变性过小时，成形后生坯的强度不够，影 响脱模与修坯的品质。而过大的泥浆在管道输送过响脱模与修坯的品质。而过大的泥浆在管道输送过 程中会带来不便，成形后生坯也易变形。程中会带来不便，成形后生坯也易变形。 产生触变性的原因：产生触变性的原因：由于粘土片状颗粒的活性边面

52、上由于粘土片状颗粒的活性边面上 尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边尚残留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边或边面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网 络状结构。这时，泥料中的大量的自由水被分隔和络状结构。这时，泥料中的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，变稠及固化分减少，粘度增加，变稠及固化 现象，但这样的网络状结构是疏现象，但这样的网络状结构是疏 松和不稳定的，当稍有剪切力的松和不稳定的，当稍有剪切力的 作用或振动时，网络即被破坏，作用或振动时，网络

53、即被破坏， 水渗入晶体之间，又呈流动状态。水渗入晶体之间，又呈流动状态。 影响触变性的因素影响触变性的因素 粘土的触变性主要取决于粘土的矿物组成、粒度粘土的触变性主要取决于粘土的矿物组成、粒度 大小与形状、水分含量、使用电解质种类与用量，以大小与形状、水分含量、使用电解质种类与用量，以 及泥料及泥料( (包括泥浆包括泥浆) )的温度等。的温度等。 泥浆触变性泥浆触变性厚化系数厚化系数 泥浆厚化系统：泥浆厚化系统：触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之 比或剪切应力变化的百分数来表示。比或剪切应力变化的百分数来表示。 泥浆厚化系数泥浆厚化系数30min30min30s

54、30s 30min100ml30min100ml泥浆静置泥浆静置3030分钟后由恩式粘度计分钟后由恩式粘度计 中流出的时间；中流出的时间； 30s100ml30s100ml泥浆静置泥浆静置3030秒钟后由恩式粘度计中秒钟后由恩式粘度计中 流出的时间。流出的时间。 泥团触变性泥团触变性厚化系数厚化系数 可塑泥团的厚化系数为静置一段时间后，球体或锥可塑泥团的厚化系数为静置一段时间后，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。体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。 泥料厚化系数（泥料厚化系数（n n - - 0 0）0 0100100 0 0泥团开始承受的负荷泥团开始承受的负荷g

55、g n n泥团静置一定时间后，球体或圆锥体泥团静置一定时间后，球体或圆锥体 压力相同深度时，泥团承受的负荷压力相同深度时，泥团承受的负荷g g 泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快， 以后慢。以后慢。 原因：原因：泥团中的结合水，粘土颗粒的水化膜水分排泥团中的结合水，粘土颗粒的水化膜水分排 出，使颗粒靠拢。出，使颗粒靠拢。 影响因素：影响因素：收缩情况与组成，含水量，阳离子交换收缩情况与组成，含水量，阳离子交换 能力，细度及其它工艺性质有关。能力，细度及其它工艺性质有关。 表示方法：表示方法：线收缩率线收缩率 与体积收缩 与体积收缩S SV V

56、率率。 。 5 5、干燥收缩和烧成收缩、干燥收缩和烧成收缩 干燥及烧成收缩干燥及烧成收缩 线收缩率：线收缩率： （ （ - - ） ） 100% 100% 试样成型后的原始尺寸长度试样成型后的原始尺寸长度 试样干燥后或烧成后的长度试样干燥后或烧成后的长度 体积收缩率：体积收缩率：S SV V （ （ V V V V ） ） V V 100% 100% V V 试样成型后的原始体积试样成型后的原始体积 V V 试样干燥后或烧成后的体积试样干燥后或烧成后的体积 干燥及烧成收缩干燥及烧成收缩 线收缩与体积收缩的关系式为：线收缩与体积收缩的关系式为： 由于干燥收缩以成型后试样的长度为标准，烧成由于干燥

57、收缩以成型后试样的长度为标准，烧成 线收缩以烧成后试样的长度为基准，因此总收缩线收缩以烧成后试样的长度为基准，因此总收缩 t t并不等于干燥线收缩并不等于干燥线收缩S SLd Ld与烧成线收缩 与烧成线收缩S SLf Lf之和。 之和。 干燥线收缩与烧成线收缩之间的关系：干燥线收缩与烧成线收缩之间的关系： f f（ （t t d d）（ ）（100100 d d） ）100%100% 3 100 (11) 100% v S l S 烧结性：烧结性：是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至 接近其熔点接近其熔点( (一般超过一般超过1000)1000)时，物质自发

58、地填充粒时，物质自发地填充粒 间隙而致密化的性能。间隙而致密化的性能。 烧结温度：烧结温度：气孔率下降到最低值，密度达到最大值气孔率下降到最低值，密度达到最大值 的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。 软化温度：软化温度：继续加热时，试样中的液相不断增加，继续加热时，试样中的液相不断增加， 试样开始变形，此时温度即称软化温度。试样开始变形，此时温度即称软化温度。 烧结温度范围：烧结温度范围：烧结温度与软化温度的范围称烧结烧结温度与软化温度的范围称烧结 范围。范围。 6 6、烧结温度和烧结温度范围、烧结温度和烧结温度范围 T1 T2 T3 温

59、度温度 200 800 1200 1400 1600 30 930 9 20 620 6 10 310 3 收收 缩缩 率率 % % 气气 孔孔 率率 % % 收收 缩缩 率率 气气 孔孔 率率 开始烧结温度开始烧结温度( (T1)T1)：开始出现液相，气孔率明显下开始出现液相，气孔率明显下 降，收缩急剧增加。降，收缩急剧增加。 烧结温度烧结温度( (T2)T2)： 液相达到一定的数量，收缩达最液相达到一定的数量，收缩达最 大，气孔率降到最低大，气孔率降到最低- -烧结。烧结。 软化温度软化温度( (T3)T3)：随温度升高，液相继续增加，开始随温度升高，液相继续增加，开始 变形，气孔率、收缩

60、率反常变形，气孔率、收缩率反常 。 烧结变化过程烧结变化过程 1 1气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超 过过800800。 2 2温度继续升高，液相有一定数量并填充于温度继续升高，液相有一定数量并填充于 气孔中，开口气孔降至最低，收缩率达最大。此时气孔中，开口气孔降至最低，收缩率达最大。此时 试样致密度最高。试样致密度最高。 3 3温度继续升高，液相不断变多，以致不能温度继续升高，液相不断变多，以致不能 维持试样原有形状而发生变形时的最低温度。维持试样原有形状而发生变形时的最低温度。 2 2T T3 3 烧结温度范围烧结温度范围。 。 烧结影响因素：烧结影