无机材料工艺学--陶瓷2-原料

1、2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理1第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料绪言绪言 高岭石高岭石伊利石伊利石石英石英钾长石钾长石钠长石钠长石硅灰石硅灰石叶腊石叶腊石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理2第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料组织结构组织结构/成分成分Structure/Composition加工工艺加工工艺Processing物化性能物化性能Property使用性能使用性能Performance2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理3 质量达标（并非越纯越好）；质量达标（并非越纯越好）； 储量要大（原料来源稳定）；储量要大（原料来源稳定）； 价格合理；价格合理； 性能稳

2、定（对原料的最基本要求）；性能稳定（对原料的最基本要求）； 运输方便。运输方便。第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 原料选择原则：原料选择原则： 原料的组成应能保证产品的质量性能要求；原料的组成应能保证产品的质量性能要求； 原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。绪言绪言2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理4第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 陶瓷原料的分类陶瓷原料的分类可塑性原料可塑性原料1. 从工艺性能分：从工艺性能分：天然原料天然原料 化工原料化工原料2. 从来源分：从来源分：绪言绪言高岭土高岭土石英石英钾长石钾长石非可塑性原料（瘠性原

3、料）非可塑性原料（瘠性原料）2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理5第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料1-1 粘土类原料粘土类原料 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 （一）概念：（一）概念：粘土（粘土（clay）是由多种微细矿物（主要是含水铝）是由多种微细矿物（主要是含水铝硅酸盐矿物）构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于硅酸盐矿物）构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于2 m。从外观看从外观看：（：（i）由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。 (ii) 由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚

4、硬。 （二）成因：（二）成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理6第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 （二）成因：（二）成因：自然风化自然风化物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用化学风化：自然界

5、中的化学物质对岩石造成的蚀变作用例如：例如：K2OAl2O3SiO2+ CO2+ H2O Al2O32SiO22H2O+ K2CO3+ 4SiO2钾长石钾长石高岭土高岭土 风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化物（如物（如SiO2）将成为粘土矿中的杂质矿物。）将成为粘土矿中的杂质矿物。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理7 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 根据粘土的成因分类：根据粘土的成因分类：I. 一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地，再一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地

6、，再经地质作用而形成的粘土。经地质作用而形成的粘土。 （三）分类：（三）分类：II. 二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。 特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。二次黏土的特点二次黏土的特点相反。相反。20

7、22-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理8第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 根据粘土的可塑性强弱分类：根据粘土的可塑性强弱分类： 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类强塑性粘土强塑性粘土中等塑性粘土中等塑性粘土弱塑性粘土弱塑性粘土 根据粘土的耐火度高低分类：根据粘土的耐火度高低分类：耐火粘土：耐火度耐火粘土：耐火度1580易熔粘土：耐火度易熔粘土：耐火度1350难熔粘土：耐火度介于难熔粘土：耐火度介于 1350 15802022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理9 二、粘土的组成二、粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、矿物组成、

8、化学组成和颗粒组成。化学组成和颗粒组成。1 1、粘土的化学组成、粘土的化学组成 主要化学成分主要化学成分为为 SiOSiO2 2、A1A12 2O O3 3和结晶水（和结晶水（H H2 2O O）。）。 杂质化学成分：杂质化学成分：含有少量的碱金属氧化物含有少量的碱金属氧化物 K K2 2O O、NaNa2 2O O，碱土金属，碱土金属氧化物氧化物 CaOCaO、MgOMgO，以及着色氧化物，以及着色氧化物 FeFe2 2O O3 3、TiOTiO2 2等。等。 不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般SiO2 2含量含量较高，而较高，而

9、A12 2O3 3含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。 所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量一项。一项。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理10（4）CaO、MgO、K2O、Na2 2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。：降低烧结温度，缩小烧结范围。1-1 粘土类原料粘土类原料 粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质:（1）SiO2 ：若：若SiO2多，意味着游离石英较多，则粘土可塑性降低，干多，意味着游离石英较多，则粘土可塑

10、性降低，干燥及烧成收缩较小。燥及烧成收缩较小。（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。：含量多，耐火度增高，难烧结。（3）Fe2O31 ，TiO2 0.5：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。（5） H2O、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大从从“烧失烧失量量”一项判断。一项判断。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理112. 粘土的矿物组成粘土的矿物组成 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。因此，粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物

11、的混合体。因此，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因素。素。 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。 高岭石高岭石叶腊石叶腊石伊利石伊利石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理12a高岭石类（高岭石类（Kaolinite，Al2O32SiO22H2O） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石高岭石族矿物

12、包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。 b蒙脱石类（蒙脱石类（Montmorillonite, Al2O34SiO2nH2O (n2) ） 蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土（为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。污染时呈现其它颜色。 c. 伊利石类伊利石类 (Illite)

13、 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母比较，伊利石多比较，伊利石多H H2 2O O而少而少K K2 2O O。与高岭石比较，伊利石含。与高岭石比较，伊利石含K K2 2O O较多而含较多而含H H2 2O O较少。较少。 2. 粘土的矿物组成粘土的矿物组成2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理13 粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面粘土矿物是具有层状结构

14、硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如下图所示的结构模型图土矿物，如下图所示的结构模型图。硅氧四面体层硅氧四面体层铝氧八面体层铝氧八面体层层状结构粘土矿物晶体结构模型图层状结构粘土矿物晶体结构模型图 2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理14 各种粘土矿物的结构特点各种粘土矿物的结构特点高岭石高岭石多水高岭石多水高岭石叶腊石叶腊石蒙脱石

15、蒙脱石伊利石伊利石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理15 各种粘土矿物的工艺性质各种粘土矿物的工艺性质a. 高岭石：高岭石：可塑性较差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，可塑性较差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，干燥收缩较小，耐火度较高（烧结温度较高）。干燥收缩较小，耐火度较高（烧结温度较高）。b. 蒙脱石蒙脱石：可塑性好，阳离子交换容量大，遇水膨胀，：可塑性好，阳离子交换容量大，遇水膨胀，干燥干燥收缩大，收缩大，烧结温度较低。烧结温度较低。c. 伊利石伊利石：与高岭石相近。：与高岭石相近。可塑性差，阳离子交换容量小，可塑性差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范

16、围窄。遇水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范围窄。绢云绢云母和瓷石也划归为伊利石类原料。母和瓷石也划归为伊利石类原料。 叶腊石叶腊石(Al2O32SiO2H2O), 其结构与蒙脱石（其结构与蒙脱石（ Al2O34SiO2nH2O ）相似，但晶格中的同晶置换现象轻微，故阳离子交换容量很小。遇相似，但晶格中的同晶置换现象轻微，故阳离子交换容量很小。遇水也不膨胀，硬度低，是一种优良的陶瓷原料。水也不膨胀，硬度低，是一种优良的陶瓷原料。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理16作作 业：业：1. 选择原料时应考虑哪些主要因素？选择原料时应考虑哪些主要因素？2. 粘土的化学全分析数据在生产上有

17、何指导意义？粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？3. 比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性能。能。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理17 关于绢云母和瓷石：关于绢云母和瓷石：1. 绢云母：一种矿物。是一种细小鳞片状的白云母，因其表面呈丝绢云母：一种矿物。是一种细小鳞片状的白云母，因其表面呈丝绢光泽而得名。其化学组成和结构与白云母极相似，两者在矿物学绢光泽而得名。其化学组成和结构与白云母极相似，两者在矿物学上并无区别。但绢云母外观多呈粘土状，具有粘土特性，是瓷石中上并无区别。但绢云母外观多呈粘土状，具有粘土特性，是瓷石中

18、的主要组成矿物，可塑性与高岭石相当；高温下具有一定的熔剂作的主要组成矿物，可塑性与高岭石相当；高温下具有一定的熔剂作用。用。 绢云母可视为白云母与伊利石之间的过渡矿物。绢云母可视为白云母与伊利石之间的过渡矿物。2. 瓷石：是由长英岩或石英粗面岩经过长期的热液蚀变作用形成的一种瓷石：是由长英岩或石英粗面岩经过长期的热液蚀变作用形成的一种多矿物混合体。多矿物混合体。风化程度深的瓷石，其中的绢云母会逐渐高岭石化，部风化程度深的瓷石，其中的绢云母会逐渐高岭石化，部分地转变为高岭石。所以，分地转变为高岭石。所以，瓷石的矿物组成大致为：瓷石的矿物组成大致为： 石石 英：英：4060% 绢云母：绢云母：20

19、40% 长长 石：石：530% 高岭石：高岭石：010%2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理18瓷石的形成过程示意图：瓷石的形成过程示意图：石石 英英长长 石石石石 英英绢云母绢云母长长 石石石石 英英绢云母绢云母石石 英英绢云母绢云母高岭石高岭石 瓷石可单独制瓷。烧成时，绢云母兼有高岭土和长石之作用。瓷石可单独制瓷。烧成时，绢云母兼有高岭土和长石之作用。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理19 粘土的加热变化粘土的加热变化各种粘土的差热曲线各种粘土的差热曲线2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理201）100时排除吸附水。时排除吸附水。例如高岭石受热时：例如高岭石受热时

20、： 粘土矿物被加热时，一般都要经过排除自由水和吸附水、粘土矿物被加热时，一般都要经过排除自由水和吸附水、分解并脱去结晶水、形成莫来石新相等过程。分解并脱去结晶水、形成莫来石新相等过程。 粘土的加热变化粘土的加热变化2）450以上，结构水缓慢排出，高岭石变成偏高岭石（不以上，结构水缓慢排出，高岭石变成偏高岭石（不含结晶水的高岭石）：含结晶水的高岭石）：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 + 2H2O 450 2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理21 3）继续加热，偏高岭石进一步反应形成硅铝尖晶石：）继续加热，偏高岭石进一步反应形成硅铝尖晶石：92523223222223S

21、iCAlOSiOAlO SiOO 偏高岭石硅铝尖晶石（）105023223223(23)2(32) 5SiCAl O SiOAl OSiOO 方石英硅铝尖晶石莫来石4）温度超过）温度超过1050左右，硅铝尖晶石逐渐分离出晶格中的左右，硅铝尖晶石逐渐分离出晶格中的方石英（方石英（SiO2），形成热力学稳定的莫来石：），形成热力学稳定的莫来石：2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理223 3、粘土的颗粒组成：、粘土的颗粒组成：粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。 粘土的粘土的颗粒组成与其工艺性能密切相关：颗粒组成与其工艺性能密切相关： 1um的的细颗粒细颗

22、粒愈愈多，则多，则可塑性愈强可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高，干燥收缩大，干后强度高， 烧结温度低。烧结温度低。另外，另外，片状颗粒片状颗粒比比杆状颗粒杆状颗粒接触面积大，接触面积大，塑性大，强度高塑性大，强度高。 粘土中的杂质矿物粘土中的杂质矿物主要包括主要包括：（：（1）石英与母岩残渣（如长石、白云母等）；）石英与母岩残渣（如长石、白云母等）； （2）碳酸盐和硫酸盐矿物；）碳酸盐和硫酸盐矿物； （3）铁质矿物；）铁质矿物； （4）有机质。）有机质。2 2、粘土的矿物组成、粘土的矿物组成2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理23 三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质1.1.可塑性可塑

23、性 概念：概念：可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。保持受力时的形状的性能。概念：概念：粘土的工艺性质系指其所具有的、对生产工艺过程有重要粘土的工艺性质系指其所具有的、对生产工艺过程有重要影响的性质。包括可塑性、结合性、干燥性质、泥浆性质、烧结影响的性质。包括可塑性、结合性、干燥性质、泥浆性质、烧结性质等。性质等。 粘土的工艺性质取决于其化学组成、矿物组成和颗粒组成。粘土的

24、工艺性质取决于其化学组成、矿物组成和颗粒组成。 生产上，常用生产上，常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标等参数来反映等参数来反映粘土的可塑性大小。粘土的可塑性大小。 可塑性的产生机理可塑性的产生机理2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理24三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质1.1.可塑性可塑性干粉区干粉区泥浆区泥浆区塑性泥料区塑性泥料区可塑性可塑性含水率含水率塑限塑限液限液限最佳塑性范围最佳塑性范围塑限：塑限：粘土由干粉状态变为粘土由干粉状态变为塑性状态时的最低含水率。塑性状态时的最低含水率。液限：液限：粘土由塑性状态变为粘土由塑性状态变为无塑性的泥

25、浆状态时的含水无塑性的泥浆状态时的含水率。率。可塑性指数：可塑性指数：液限液限塑限塑限可塑性指标：可塑性指标：系指在一定的系指在一定的工作水分下，粘土泥团受外力作用时，工作水分下，粘土泥团受外力作用时，最初出现裂纹时的应力与应变的乘积。最初出现裂纹时的应力与应变的乘积。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理25 三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质1.1.可塑性可塑性干粉区干粉区泥浆区泥浆区塑性泥料区塑性泥料区可塑性可塑性含水率含水率塑限塑限液限液限最佳塑性范围最佳塑性范围 塑限、液限、可塑性指数塑限、液限、可塑性指数及可塑性指标及可塑性指标高低大小在生高低大小在生产上的实际意义。产上的

26、实际意义。 粘土根据塑性大小分类：粘土根据塑性大小分类： 强塑性粘土：指数强塑性粘土：指数 15 或或 指标指标3.6中等塑性粘土：指数中等塑性粘土：指数715 或或 指标指标2.53.6弱塑性粘土：指数弱塑性粘土：指数17 或或 指标指标2.5瘠性原料：可塑性指数瘠性原料：可塑性指数1.2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理26 三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质1.1.可塑性可塑性 影响可塑性大小的因素影响可塑性大小的因素1. 矿物组成；矿物组成；2. 颗粒组成（细度）及颗粒形状；颗粒组成（细度）及颗粒形状；3. 阳离子交换容量；阳离子交换容量；4. 分散介质的含量及种类（润湿能力

27、及分散介质的含量及种类（润湿能力及表面张力）。表面张力）。 改善粘土可塑性的途径改善粘土可塑性的途径1. 淘洗除杂；淘洗除杂；2. 风化处理；风化处理；3. 坯料陈腐和真空练泥处理；坯料陈腐和真空练泥处理；4. 加入适量塑化剂。加入适量塑化剂。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理27 三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质2.2.结合性结合性 粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定干燥强度的能力。一定干燥强度的能力。 结合性的表征方法：以能够形成塑性泥团时所加入的标准石英砂结合性的表征方法：以能够形成塑性泥

28、团时所加入的标准石英砂量及试样干后的抗折强度表示。量及试样干后的抗折强度表示。 可塑性好的粘土，其结合性也好。可塑性好的粘土，其结合性也好。3.3.离子交换性离子交换性 （1）粘土颗粒因其表面存在断键及晶格内部存在不等价离子置换）粘土颗粒因其表面存在断键及晶格内部存在不等价离子置换而带有电荷，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性而带有电荷，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为离子交换性。质称为离子交换性。 粘土通常发生的是粘土通常发生的是阳离子吸附与交换。阳离子吸附与交换。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理283.3.离子交换性离子交换性 （2）阳离

29、子交换容量（）阳离子交换容量（100克干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴克干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子之数量）及其影响因素（粘土矿物组成、颗粒细度、晶格完善程度、离子之数量）及其影响因素（粘土矿物组成、颗粒细度、晶格完善程度、有机质含量等）。有机质含量等）。 （3）黏土吸附不同阳离子对其工艺性能的影响）黏土吸附不同阳离子对其工艺性能的影响 Al3+ Ba2+ Ca 2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ 泥浆泥浆稳定性稳定性泥浆泥浆流动性流动性泥浆泥浆触变性触变性注浆成型时间注浆成型时间泥浆泥浆电位电位大大小小2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理29c. 表征方法表征方法：泥浆厚化

30、系数：泥浆厚化系数 泥浆厚化系数泥浆厚化系数= 30min30sec d. 触变性大小对生产的影响触变性大小对生产的影响（生产操作对触变性的要求）：若（生产操作对触变性的要求）：若太小，成型后的生坯强度低，会影响脱模和之后的修坯操作。若太大，太小，成型后的生坯强度低，会影响脱模和之后的修坯操作。若太大，会造成泥浆输送困难，且成型后的生坯易变形。会造成泥浆输送困难，且成型后的生坯易变形。4.泥浆性质泥浆性质 （1）触变性）触变性 a. 概念概念。b. 触变性的解释模型触变性的解释模型：片状粘土颗粒各带异号电荷，形成：片状粘土颗粒各带异号电荷，形成边边-边或边边或边-面结合，即所谓的泥浆面结合，即

31、所谓的泥浆“卡片结构卡片结构” ，容纳大，容纳大量的自由水于其中，使泥浆量的自由水于其中，使泥浆“变稠变稠”。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理304.4.泥浆性质泥浆性质 e. 影响触变性大小的因素：影响触变性大小的因素：矿物组成；颗粒细度；泥浆含水率及矿物组成；颗粒细度；泥浆含水率及温度；所用电解质的性质及数量。温度；所用电解质的性质及数量。 （2）流动性及稳定性流动性及稳定性a. 概念概念b. 对生产之影响。对生产之影响。c. 影响因素。影响因素。5.5.干燥性质干燥性质 （1）干燥收缩）干燥收缩 a. 表示方法：干燥线收缩、体积收缩。表示方法：干燥线收缩、体积收缩。 b. 与

32、生产的关系：坯体外形尺寸确定、模型放尺率。与生产的关系：坯体外形尺寸确定、模型放尺率。 2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理315.5.干燥性质干燥性质 （2）干燥强度）干燥强度 a. 表示方法：干燥抗折强度表示方法：干燥抗折强度 b. 生产上的要求：强度要大，但要考虑干燥收缩和变形的控制。生产上的要求：强度要大，但要考虑干燥收缩和变形的控制。 （2）烧成收缩）烧成收缩 a. 表示方法：烧成线收缩、体积收缩。其含义与干燥收缩类似。表示方法：烧成线收缩、体积收缩。其含义与干燥收缩类似。 b. 生产上的要求：适当小，以便于烧成变形的控制。生产上的要求：适当小，以便于烧成变形的控制。 干燥收

33、缩干燥收缩 和烧成收缩的综合叫做试样的总收缩。是模型设计和烧成收缩的综合叫做试样的总收缩。是模型设计的重要依据。的重要依据。 6.6.烧结性能烧结性能 （1）烧后颜色：这是某些对坯体颜色和电（绝缘）性能有要求的制）烧后颜色：这是某些对坯体颜色和电（绝缘）性能有要求的制品所必须考虑的一点。品所必须考虑的一点。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理326.6.烧结性能烧结性能 （3）烧结温度和烧结范围）烧结温度和烧结范围 a. 粘土的加热曲线粘土的加热曲线b. 影响因素：影响因素：主要取决于粘土的化学矿物组成及颗粒细度。主要取决于粘土的化学矿物组成及颗粒细度。 T1T2T3Tem.气孔率气孔

34、率收缩率收缩率收缩率（体密）收缩率（体密）T1: 开始烧结温度开始烧结温度T2: 完全烧结温度（简称完全烧结温度（简称烧结温度）烧结温度）T3: 软化温度软化温度烧结（温度）范围：烧结（温度）范围：T2T3c. 生产上对烧结温度及烧结范围的要求。生产上对烧结温度及烧结范围的要求。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理33（4）耐火度）耐火度 a. 概念概念：材料在自重作用情况下，抵抗高温作用而不破坏的能力：材料在自重作用情况下，抵抗高温作用而不破坏的能力（最高温度）。（最高温度）。6. 6. 烧结性能烧结性能b. 表征方法：表征方法：c. 粘土耐火度高低对生产的粘土耐火度高低对生产的影响

35、影响：耐火度高，烧成时不易变形；耐火度高，烧成时不易变形；但也意味着制品的烧成温度但也意味着制品的烧成温度也高。也高。d. 影响因素：影响因素：主要是化学组主要是化学组成（铝硅比、铁与碱氧化物成（铝硅比、铁与碱氧化物含量）。含量）。abc试锥在不同阶段的弯倒情况试锥在不同阶段的弯倒情况a：熔融开始前；：熔融开始前；b: 在相当于耐火度的在相当于耐火度的温度下；温度下；c: 在高于耐火度的温度下在高于耐火度的温度下2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理34四、粘土在陶瓷生产中的作用四、粘土在陶瓷生产中的作用4.4.粘土可在高温下分解生成莫来石，而足够数量莫来石的存粘土可在高温下分解生成莫来

36、石，而足够数量莫来石的存在，则是制品具有良好使用性能的保证。在，则是制品具有良好使用性能的保证。1-1 粘土类原料粘土类原料1.粘土的可塑性以及在水中的分散性和悬浮性，可以赋予粘土的可塑性以及在水中的分散性和悬浮性，可以赋予坯料以良好的成型性能。坯料以良好的成型性能。2.粘土具有的结合性可以使之在成型时结合瘠性原料，保粘土具有的结合性可以使之在成型时结合瘠性原料，保证成型坯体的强度。证成型坯体的强度。3.粘土是坯料中粘土是坯料中Al2O3 的主要来源，是坯体具有一定耐火度、的主要来源，是坯体具有一定耐火度、烧成时不易变形的重要保证。烧成时不易变形的重要保证。2022-2-18河南省精品课程陶瓷

37、工艺原理35 一、石英原料的种类一、石英原料的种类 1-2 石英类原料石英类原料二氧化硅（二氧化硅（SiO2 2）在地壳中的丰度约为）在地壳中的丰度约为60。其中一部分以硅酸盐。其中一部分以硅酸盐化合物的状态存在于各种矿物中。另一部分则以独立状态存在，成化合物的状态存在于各种矿物中。另一部分则以独立状态存在，成为单独的石英矿。但由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英矿为单独的石英矿。但由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英矿体呈现多种状态产出，并有不同的纯度。体呈现多种状态产出，并有不同的纯度。 a. a.水晶：水晶：结晶良好的纯结晶良好的纯SiOSiO2 2。 b.b.脉石英：脉石英：SiO

38、2 2含量含量99%。高档细瓷用原料。高档细瓷用原料。 c.c.石英岩：石英岩：SiO2 2含量含量97%。一般陶瓷生产用主要原料。一般陶瓷生产用主要原料。 d.d.砂岩：砂岩：SiO2 2含量含量9095%。根据胶结物的不同，分石灰质、。根据胶结物的不同，分石灰质、粘土质、云母质和硅质砂岩四种，陶瓷生产仅用硅质砂岩。粘土质、云母质和硅质砂岩四种，陶瓷生产仅用硅质砂岩。 e.e.石英砂：石英砂：SiO2 2含量含量90%，杂质较多，一般不用。，杂质较多，一般不用。 f.f.燧石：燧石：石英沉积岩，隐晶质，硬度很大，可用作研磨材料、石英沉积岩，隐晶质，硬度很大，可用作研磨材料、球磨机内衬。球磨机

39、内衬。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理36脉石英脉石英水晶结晶良好的水晶结晶良好的石英石英水晶结晶良好的石英2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理37 二、石英的性质二、石英的性质 石英的主要化学成分为石英的主要化学成分为SiOSiO2 2，但是常含有少量的，但是常含有少量的AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、TiOTiO2 2等杂质成分。等杂质成分。 石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），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，石英易与碱金属氧化物作用

40、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。生成硅酸盐与玻璃态物质。 二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。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。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理38 二、石英的性质二、石英的性质多晶转变多晶转变 两种转变类型两种转变类型重建性转变：速度慢，体积效应大。重建性转变：速度慢，体积效应大。位移性转变：速度快，体积效应小。位移性转变：速度快，体积效应小。-石英石英亚亚 稳稳方石英

41、方石英-鳞石英鳞石英-方石英方石英熔体熔体石英玻璃石英玻璃-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石英-石英石英-方石英方石英+0.82%有矿化剂存在时有矿化剂存在时+0.20%+0.20%+2.8%+ 16%+ 4.7%573870开始；开始；1200以上剧烈以上剧烈1470亚亚 稳稳方石英方石英无矿化剂存在时无矿化剂存在时1050开始；开始；1200以上剧烈以上剧烈2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理39 二、石英的性质二、石英的性质多晶转变多晶转变 石英晶型转变与陶瓷生产的关系石英晶型转变与陶瓷生产的关系-石英石英2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理40 二、石英的性质二、石英的性质多晶

42、转变多晶转变 石英晶型转变与陶瓷生产的关系石英晶型转变与陶瓷生产的关系 实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在1400 以下），因此以下），因此普通陶瓷制品烧成后，残留的石英矿物一般以普通陶瓷制品烧成后，残留的石英矿物一般以-石英、鳞石英、（半石英、鳞石英、（半安定）方石英等形式存在。安定）方石英等形式存在。 实际生产中升温快，由上图可见，无论是否有矿化剂，实际生产中升温快，由上图可见，无论是否有矿化剂， 石英石英的转化过程都经过半安定方石英阶段。有矿化剂存在时，最终有鳞的转化过程都经过半安定方石英阶段。有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形

43、成方石英。石英形成；无矿化剂时，最终形成方石英。 在普通陶瓷生产过程中，对产品烧成质量影响最大的是在普通陶瓷生产过程中，对产品烧成质量影响最大的是石英的位移性转化，尤其是石英的位移性转化，尤其是-石英和石英和-石英之间的转变，而石英之间的转变，而不是重建性转化。不是重建性转化。 2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理41 四、石英在陶瓷生产中的作用四、石英在陶瓷生产中的作用4. 石英可增大釉料的耐磨性、硬度、白度及化学稳定性，石英可增大釉料的耐磨性、硬度、白度及化学稳定性，降低釉的膨胀系数。降低釉的膨胀系数。1. 作为瘠性原料，石英可减小坯体的干燥收缩，缩短干燥作为瘠性原料，石英可减小坯

44、体的干燥收缩，缩短干燥时间，并对泥料的可塑性起调节作用。时间，并对泥料的可塑性起调节作用。 2. 烧成过程中，石英的体积膨胀可部分抵消坯体的烧成收烧成过程中，石英的体积膨胀可部分抵消坯体的烧成收缩，有利于保证坯体的外形。缩，有利于保证坯体的外形。3. 高温下石英熔融可增大液相粘度，拓宽坯体烧成范围，高温下石英熔融可增大液相粘度，拓宽坯体烧成范围，而未熔石英又可保证坯体的强度，防止坯体变形。而未熔石英又可保证坯体的强度，防止坯体变形。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理42 一、长石的种类一、长石的种类 长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料长石是陶瓷生产中的主要熔剂

45、性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是陶瓷生产三大原料之一。自然界中长熔剂等的基本成分，用量较大，是陶瓷生产三大原料之一。自然界中长石的种类很多，但都是以下四种纯长石的固溶体：石的种类很多，但都是以下四种纯长石的固溶体： 钠长石钠长石(Ab): NaAlSi3O8 或或 Na2OAl2O36SiO2 钾长石钾长石(Or): KAlSi3O8 或或 K2OAl2O36SiO2 钙长石钙长石(An): CaAl2Si2O8 或或 Ca OAl2O32SiO2 钡长石钡长石(Cn): BaAl2Si2O8 或或 BaOAl2O32SiO21-3 1-3 长石类原料长石类原料自

46、然界纯长石矿体自然界纯长石矿体罕见，尤其是钡长罕见，尤其是钡长石。石。钠长石钠长石钾长石钾长石钙长石钙长石钡长石钡长石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理43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 名名 称称钾长石钾长石钠长石钠长石钙长石钙长石钡长石钡长石化学通式化学通式K K2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2NaNa2 2OAlOAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2CaOAlCaOAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2BaOAlBaOAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2晶体结构式晶体结构式KAlSiKAlSi

47、3 3O O8 8 NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 CaAlCaAl2 2SiSi2 2O O8 8 BaAlBaAl2 2SiSi2 2O O8 8 理论化理论化学组成学组成(%)(%)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 20.1032.0032.0027.1227.12BaO 40.88BaO 40.88晶晶 系系单

48、斜单斜三斜三斜三斜三斜单斜单斜密度（密度（g/cmg/cm3 3）2.562.562.592.592.60 2.60 2.652.652.7 2.7 2.762.763.373.37莫氏硬度莫氏硬度6 6 6.56.56 6 6.56.56 6 6.56.56 6 6.56.5颜颜 色色白、肉红、浅黄白、肉红、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膨胀系数热膨胀系数（1010-8-8/）7.57.57.47.4熔点（熔点（）11501150（异元熔融）（异元熔融）110011001550155017251725附附注注碱性长石系列：碱性长石系列：KAlSiKAlSi3 3O

49、 O8 8- NaAlSi- NaAlSi3 3O O8 8包括透长石、正长石，微斜长石、歪包括透长石、正长石，微斜长石、歪长石，条文长石及钠长石长石，条文长石及钠长石斜长石系列：斜长石系列：NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8- CaAl- CaAl2 2SiSi2 2O O8 8包括钠长石、更长石、中长石、拉长包括钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石及钙长石石、培长石及钙长石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理44 一、长石的种类一、长石的种类1-3 1-3 长石类原料长石类原料 自然界的纯长石矿体罕见，主要是自然界的纯长石矿体罕见，主要是 K-Na长石的固溶体和长石的固溶

50、体和 Na-Ca长石固溶体。长石固溶体。（一）（一） K-Na长石的固溶体长石的固溶体 钾、钠长石仅能形成有限固溶体。根据钠长石的固溶度不同，可钾、钠长石仅能形成有限固溶体。根据钠长石的固溶度不同，可以三种单体矿物出现：以三种单体矿物出现：微斜长石微斜长石正长石正长石透长石透长石存在温度范围存在温度范围钠长石含量钠长石含量65095065095020 % 30 % 50 %2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理45 一、长石的种类一、长石的种类（二）（二） Na-Ca长石的固溶体长石的固溶体斜长石斜长石 钠、钙长石能形成无限（连续）固溶体。斜长石实指钠、钙长石能形成无限（连续）固溶体。斜

51、长石实指Na、Ca长石含量在长石含量在 1090%之间的之间的Na-Ca长石固溶体。否则，分别称之长石固溶体。否则，分别称之为钠长石或钙长石。为钠长石或钙长石。钠长石钠长石斜长石斜长石钙长石钙长石钙长石含量钙长石含量10 %90 %1090 %10 %钠长石含量钠长石含量90 % 陶瓷生产中主要利用正长石和微斜长石，即以钾长石为主陶瓷生产中主要利用正长石和微斜长石，即以钾长石为主要组成的要组成的K-Na长石的固溶体。长石的固溶体。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理46 二、长石的熔融特性及生产要求二、长石的熔融特性及生产要求 1. 钾长石的始熔温度约为钾长石的始熔温度约为1150，熔

52、融范围约，熔融范围约350（11501500）。）。高温熔体粘度较大，且粘度随温度的升高降低较慢。高温熔体粘度较大，且粘度随温度的升高降低较慢。2. 钠长石的始熔温度约为钠长石的始熔温度约为1100，熔融范围约，熔融范围约150（11501250）。）。高温熔体粘度较小，且粘度随温度的升高降低较快（与钾长石比较）。高温熔体粘度较小，且粘度随温度的升高降低较快（与钾长石比较）。3. 钙长石的始熔温度较高（钙长石的始熔温度较高（1550 ），熔融温度范围窄，高温下熔体），熔融温度范围窄，高温下熔体不透明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。不透明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。（

53、一）熔融特性（一）熔融特性（二）生产要求（二）生产要求始熔温度低（始熔温度低（ 1200）；熔融范围宽；熔体粘度较大，且随温度）；熔融范围宽；熔体粘度较大，且随温度变化较小。就化学组成而言：变化较小。就化学组成而言：Al2O3 1520%; (K2O+Na2O)13%, 其中其中Na2O3%, Fe2O30.5%.2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理47 三、长石在陶瓷生产中的作用三、长石在陶瓷生产中的作用4. 在釉料中长石亦为主要熔剂，可降低釉料的烧成温度，并提在釉料中长石亦为主要熔剂，可降低釉料的烧成温度，并提高釉面的平整度、光泽度。高釉面的平整度、光泽度。1. 作为瘠性原料，可缩

54、短生坯干燥时间、减少坯体的干燥收缩作为瘠性原料，可缩短生坯干燥时间、减少坯体的干燥收缩变形等。变形等。2. 高温烧成时起熔剂作用，降低烧成温度。其熔体可溶解石英高温烧成时起熔剂作用，降低烧成温度。其熔体可溶解石英和粘土矿物，促进固相反应，从而缩短烧成时间。和粘土矿物，促进固相反应，从而缩短烧成时间。3. 烧成过程中，熔融后的长石熔体能促进坯体的致密化过程烧成过程中，熔融后的长石熔体能促进坯体的致密化过程（即成瓷过程），改善制品的使用性能。（即成瓷过程），改善制品的使用性能。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理48课外作业：课外作业：1. 为什么为什么Ca-土泥浆的稳定性、流动性比土泥浆

55、的稳定性、流动性比 Na-土泥浆的差？土泥浆的差？2. 试分析影响泥浆触变性的各个因素？试分析影响泥浆触变性的各个因素？3. 说明粘土在陶瓷生产中的作用。说明粘土在陶瓷生产中的作用。4. 对制品烧成质量影响最大的石英晶型转变是哪个？为什么？对制品烧成质量影响最大的石英晶型转变是哪个？为什么？5. 说明石英在陶瓷生产中的作用。说明石英在陶瓷生产中的作用。6. 配制坯料的长石应满足哪些要求？对其化学组成有何要求？配制坯料的长石应满足哪些要求？对其化学组成有何要求？7. 说明长石在陶瓷生产中的作用。说明长石在陶瓷生产中的作用。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理49第四节第四节 其他矿物原料

56、其他矿物原料 1.1.瓷石瓷石 瓷石是一瓷石是一种由石英，绢云种由石英，绢云母组成，并含有母组成，并含有若干高岭石，长若干高岭石，长石等的岩石状矿石等的岩石状矿物集合体。瓷石物集合体。瓷石的可塑性不高，的可塑性不高，结合强度不大，结合强度不大，但干燥速度快但干燥速度快 。瓷石粉瓷石粉2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理50化学通式为化学通式为：A1A12 2O O3 34SiO4SiO2 2nHnH2 2O O晶体结构式为：晶体结构式为：A1A12 2(Si(Si4 4O O1010)(OH)(OH)2 22.叶腊石：叶腊石：单斜晶系晶体。单斜晶系晶体。叶腊石叶腊石理论化学组成为：理论

57、化学组成为：A12 2O3 3 28.30，SiO2 2 66.70，H2 2O 5.00。叶蜡石通常。叶蜡石通常呈白色、浅黄或浅灰色呈白色、浅黄或浅灰色 ，结构和蒙脱石相似，都属结构和蒙脱石相似，都属于于2：1型层状结构硅酸盐型层状结构硅酸盐矿物矿物 。2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理51主要是高铝矾土及硅线石族矿物，可用于制造高铝陶瓷、窑具和砌筑主要是高铝矾土及硅线石族矿物，可用于制造高铝陶瓷、窑具和砌筑窑炉的耐火材料。窑炉的耐火材料。 a. 高铝矾土（铝土矿）高铝矾土（铝土矿） b. 硅线石族原料硅线石族原料高铝矾土高铝矾土硅线石硅线石3.3.高铝质矿物原料高铝质矿物原料20

58、22-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理52滑石滑石 滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组成，其化学式为成，其化学式为 3MgO4SiO2 2H2 2O，晶体，晶体结构式是结构式是Mg3 3Si4 4O1010(OH)2 2，理论化学组，理论化学组成为：成为：MgO 31.88，SiO2 2 63.37，H2 2O 4.74，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。滑石属滑石属2：1型层状结构硅酸盐矿物，其晶型层状结构硅酸盐矿物，其晶体结构与叶蜡石十分相似。体结构与叶蜡石十分相似。 4. 4. 碱土硅酸盐类原料碱土硅酸盐类原料 滑石在普通陶瓷的釉料

59、中一般作为滑石在普通陶瓷的釉料中一般作为熔剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑熔剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑石，也可降低烧成温度。另外，滑石是石，也可降低烧成温度。另外，滑石是生产镁质瓷的主要原料。生产镁质瓷的主要原料。滑 石A. 滑石与蛇纹石滑石与蛇纹石2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理53蛇纹石蛇纹石 蛇纹石与滑石同属镁的蛇纹石与滑石同属镁的含水硅酸盐矿物，化学式为含水硅酸盐矿物，化学式为3MgO4SiO2 22H2 2O ，晶体结，晶体结构式为构式为Mg3 3SiO2 2(OH)4 4，理，理论化学组成：论化学组成：MgO 43，SiO2 2 44.1，H2 2O 12.9，常

60、含铁、钛、镍等杂质，铁常含铁、钛、镍等杂质，铁含量较高。含量较高。 蛇纹石属单斜晶蛇纹石属单斜晶系，晶体发育不完全，一般系，晶体发育不完全，一般只用作碱性耐火材料只用作碱性耐火材料 。蛇纹石蛇纹石4. 4. 碱土硅酸盐类原料碱土硅酸盐类原料 2022-2-18河南省精品课程陶瓷工艺原理54 天然硅灰石是典型的高温变质矿天然硅灰石是典型的高温变质矿物，通常产于石灰岩和酸性岩浆的接物，通常产于石灰岩和酸性岩浆的接触带，由触带，由CaO与与SiO2 2反应而成。其化反应而成。其化学通式为学通式为CaO SiO2 2，晶体结构式为，晶体结构式为Ca SiO3 3，理论化学组成为，理论化学组成为CaO