【精品】河南省精品课程陶瓷工艺原理

1、第一章 陶瓷原料第一节 粘土类原料一粘土的成因与产状 粘土clay是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其矿物粒径普通小于2 m，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物组成。粘土的成因：1. 风化残积型：指深成的岩浆岩如花岗岩、伟晶岩、长英岩等在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床类型。风化型粘土矿床主要分布在我国南方(如景德镇高岭村、晋江白安、潮州飞天燕等地，普通称为一次粘土也称为残留粘土或原生粘土。.2. 热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，剩余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分那么以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液水作用于母岩时，会构成

2、粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿，如苏州阳山、衡阳界牌土。3. 堆积型粘土矿床：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方堆积而成的矿床，称为二次粘土也称堆积粘土或次生粘土，如南安康垅，清远源潭。 粘土的种类不同，物理化学性能也各不一样。粘土可呈白、灰、黄、红、黑等各种颜色。有的粘土疏松柔软且可在水中自然分散，有的粘土那么呈致密巩固的块状。 . (二粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组成和颗粒组成。1、粘土的化学组成 主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水H2O。 含有少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属氧化物CaO、MgO

3、，以及着色氧化物Fe2O3、TiO2等。 风化残积型粘土矿床普通SiO2含量高，而A12O3含量低。 .化学组成在一定程度上反映其工艺性质。1SiO2 ：假设以石英形状存在的SiO2多时，粘土可塑性降低，但是干 燥后烧成收减少。2Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。3Fe2O31 ，TiO2 0.5 ：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。4CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，减少烧结范围。5 H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。.2.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，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决议其工艺性能的主要

4、要素。 粘土矿物主要为高岭石类包括高岭石、多水高岭石等、蒙脱石类包括蒙脱石、叶蜡石等和伊利石类也称水云母等等。 高岭石叶腊石伊利石.a高岭石类Kaolinite 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Montmorillonite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bentonite，普通呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。 c 伊利石类伊利石是白云母经剧烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。组成成分与白云母类似，但比正常的白云

5、母多SiO2和H2O而少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。 .各种粘土矿物的差热曲线 . 粘土矿物是具有层状构造硅酸盐矿物，其根本构造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、同形置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状构造粘土矿物，如以下图所示的构造模型图。层状构造粘土矿物晶体构造模型图 .3、颗粒组成颗粒组成：粘土中含有的不同大小颗粒的体积百分比含量。 1um的细颗粒愈多，那么可塑性愈强，枯燥收缩大，干后强度 高， 而且烧结温度低，比外表积大，外表能高片状比杆状堆积面积大，塑性大，强度高。 .三粘土的工艺性质1.可塑性 可塑性是指粘

6、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恣意改动其外形而不发生开裂，除去外力后，仍能坚持受力时的外形的性能。2.结合性 粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料构成良好的可塑泥团、有一定枯燥强度的才干。 3.离子交换性 粘土颗粒带有电荷，其来源是其外表层的断键和晶格内部被取代的离子，因此必需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。 .4.触变性 粘土泥浆或可塑泥团遭到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性添加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，一样的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会添加粘度，出现变稠和固化景象。上述情况可以反复无数次。粘土的上述性质统称为

7、触变性，也称为稠化性。5.膨胀性 膨胀性是指粘土吸水后体积增大的景象。这是由于粘土在吸附力、浸透力、毛细管力的作用，水分进入粘土晶层之间、或者胶团之间所致，因此可分为内膨胀性与外膨胀性两种。 .6.收缩 粘土泥料枯燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发、颗粒相互靠拢而引起的体积收缩，称为枯燥收缩。粘土泥料煅烧时，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，以及熔化物充溢质点间空隙等等)，因此使粘土再度产生的收缩，称为烧成收缩。这两种收缩构成粘土泥料的总收缩。7.烧结性能 通指粘土在烧结过程中所表现出的各种物理化学变化及性能。8.耐火度 耐火度是耐火资料的重要技

8、术目的之一，它表征资料无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。.四粘土在陶瓷消费中的作用1.粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的根底。2.粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3.粘土普通呈细分散颗粒，同时具有结合性。4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5.粘土是构成陶器主体构造和瓷器中莫来石晶体的主要来源。.第二节 石英类原料一石英矿石的类型 二氧化硅SiO2在地壳中的丰度约为60。含二氧化硅的矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的形状存在，构成各种矿物、岩石。另一部分那么以独立形状存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。由于阅历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种形状，并有不同的纯度。

9、 a.水晶 b.脉石英 c.砂岩 d.石英岩 e.石英砂 .石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英.二石英的性质 石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2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。它们是-石英、-石英；-鳞石英、-鳞石英、-鳞石英；-方石英、-方石英。 石英具有很强耐酸侵蚀才干氢氟酸除外，但与碱性物质接触时能起反响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。 石英资料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形状和杂质的含量。 .三石英的晶型转化石英的晶型转化类型有两种：1高温型的缓慢转

10、化2低温型的快速转化 石英晶型转化图释 .四石英在陶瓷消费中的作用1. 石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调理作用。 2. 在陶瓷烧成时 ，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。3. 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响 。4. 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。.第三节 长石类原料 一长石的种类和性质 长石是陶瓷消费中的主要熔剂性原料，普通用作坯料、釉料、色料熔剂等的根本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。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： 钠长石(Ab) NaAlSi3O8或Na2OAl2O36SiO2 钾长石(Or) KAlSi3O8或K2OAl2O36SiO

11、2 钙长石(An) CaAl2Si2O8或Ca OAl2O32SiO2 钡长石(Cn) BaAl2Si2O8或BaOAl2O32SiO2.钠长石钾长石钙长石钙长石钡长石.名 称钾长石钠长石钙长石钡长石化学通式K2OAl2O36SiO2Na2OAl2O36SiO2CaOAl2O32SiO2BaOAl2O32SiO2晶体结构式KAlSi3O8NaAlSi3O8CaAl2Si2O8BaAl2Si2O8理论化学组成(%)SiO2Al2O3RO(R2O)64.7018.40K2O 16.9068.7019.50Na2O 11.8043.2036.70CaO 20.1032.0027.12BaO 40.8

12、8晶 系单斜三斜三斜单斜密度（g/cm3）2.562.592.602.652.742.763.37莫氏硬度66.566.566.566.5颜 色白、肉红、浅黄白、灰白、灰或无色白或无色热膨胀系数（10-8/）7.57.4熔点（）1150（异元熔融）110015501725附注碱性长石系列：KAlSi3O8- NaAlSi3O8包括透长石、正长石，微斜长石、歪长石，条文长石及钠长石斜长石系列：NaAlSi3O8- CaAl2Si2O8包括钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石及钙长石长石类矿物的化学组成与矿物物理性质 .二长石的熔融特性 1. 钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。2.

13、钠长石的开场熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和熔长石的组成类似，即液相很稳定，但构成的液相粘度较低。3. 钙长石的熔化温度较高，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。4. 钡长石的熔点更高，其熔融稳定范围不宽，普通陶瓷产品不采用它。.三长石在陶瓷消费中的作用 长石在高温下熔融，构成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物K2O，Na2O的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。在釉料中长石是主要熔剂。长

14、石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体枯燥时间、减少坯体的枯燥收缩利变形等。.第四节 其他矿物原料 1.瓷石 瓷石是一种由石英，绢云母组成，并含有假设干高岭石，长石等的岩石状矿物集合体。瓷石的可塑性不高，结合强度不大，但枯燥速度快 。瓷石粉.2.叶腊石 叶蜡石属单斜晶系，化学通式为：A12O34SiO2nH2O， 晶体构造式为：A12(Si4O10)(OH)2,实际化学组成为：A12O3 28.30，SiO2 66.70，H2O 5.00。叶蜡石通常呈白色、浅黄或浅灰色 ，构造和蒙脱石类似，都属于2：1型层状构造硅酸盐矿物 。叶腊石.3.高铝质矿物原料 主要是高铝矾土及硅线石族矿物，可用于制造

15、高铝陶瓷、窑具和砌筑窑炉的耐火资料。 a.高铝矾土铝土矿 b.硅线石族原料 高铝矾土硅线石.4.碱土硅酸盐类原料 a.滑石与蛇纹石 滑石 滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组成，其化学式为 3MgO4SiO2H2O，晶体构造式是Mg3Si4O10(OH)2，实际化学组成为：MgO 31.88，SiO2 63.37，H2O 4.74，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。滑石属2：1型层状构造硅酸盐矿物，其晶体构造与叶蜡石非常类似。 滑石在普通日用陶瓷消费中普通作为熔剂运用，在细陶瓷坯体中参与少量滑石，可降低烧成温度。滑石是消费镁质瓷的主要原料。滑石.蛇纹石 蛇纹石与滑石同属镁的含水硅酸盐矿物，化学式为3Mg

16、O4SiO22H2O ，晶体构造式为Mg3SiO2(OH)4，实际化学组成：MgO 43，SiO2 44.1，H2O 12.9，常含铁、钛、镍等杂质，铁含量较高。 蛇纹石属单斜晶系，晶体发育不完全，普通只用作碱性耐火资料 。蛇纹石.b.硅灰石 天然硅灰石是典型的高温蜕变矿物，通常产于石灰岩和酸性岩浆的接触带，由CaO与SiO2反响而成。其化学通式为CaO SiO2，晶体构造式为Ca SiO3，实际化学组成为CaO 48.25，SiO2 51.75。硅灰石在陶瓷工业中的用途广泛，可用于制造釉面砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷等，也可用于消费卫生陶瓷、磨具、火花塞等。硅灰石作为碱土金属硅酸盐，在普通

17、陶瓷坯体中可起助熔作用，降低坯体的烧结温度。硅灰石.c.透辉石 透辉石的化学式为CaOMgO2SiO2，晶体构造式：CaMgSiO3，实际化学组成为：CaO 25.9，MgO 18.5，SiO2 55.6。透辉石也用作陶瓷低温快速烧成的原料，尤其在釉面砖消费中得到了广泛运用。透辉石.5.含碱硅酸铝类 a.霞石正长岩 主要矿物组成为长石类及霞石AlSiO4的固熔体,次要矿物为辉石、角闪石等，外观呈浅灰绿或浅红褐色，脂肪光泽。以霞石正长岩替代长石，可使坯体烧成时不易沉塌，制得的产品不易变形，热稳定性好，力学强度有所提高。霞石正长岩.b.锂质矿物原料 锂辉石 锂辉石的化学式为Li2OAl2O34Si

18、O2，晶体构造式为LiAl(SiO3)2，实际化学组成为：Li2O 8.02，SiO2 64.58，Al2O3 27.40，含有钾、钠、镁、锰、铁等杂质。锂辉石有三种同质多相变体，即-锂辉石、-锂辉石及-锂辉石。 锂辉石锂辉石晶体.锂云母 锂云母又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型构造状硅酸盐，其化学式为LiF KF Al2O3 3SiO2，晶体构造式为K(Li, Al)3(Al, Si) Si3O10F, OH2，化学组成不定在金属元素中，锂的相对原子质量最小，化学活性比钾、钠强，且Li+具有很高的静电场，因此有非常强的熔剂化作用，能显著降低资料的烧结和熔融温度。锂云母.6.碳酸盐类 a.

19、 方解石 方解石是石灰岩、大理岩的主要矿物 。 方解石属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。 方解石高温分解前起瘠化作用，分解后起熔剂作用。水晶方解石花方解石.b.菱镁矿 菱镁矿的化学通式是MgCO3，实际化学组成MgO 47.82，CO2 52.18。 菱镁矿是制造耐火资料的重要原料，也是新型陶瓷工业中用于合成尖晶石MgOAL2O3铁酸镁MgOTiO2和镁橄榄石瓷2MgOSiO2等的主要原料，同时作为辅助原料和添加剂被广泛运用。菱镁矿.c.白云石 白云石是CaCO3和MgCO3的复盐，化学通式为CaMg(CO3) 。 在陶瓷工业中，白云石的运用能同时引入CaO及MgO，它们普通起熔剂作

20、用，能降低烧成温度，促进石英的熔解和莫来石的生成。白云石.第五节 新型陶瓷原料 一氧化物原料 1.氧化铝(Al2O3) a.氧化铝的晶型转变氧化铝的晶型转变表示图.b.Al2O3原料的制备 制取氧化铝的方法是澳大利亚的化学家拜耳Karl Joseph Bayer于18891892年发明的。 制取工业Al2O3的原料为铝土矿，主要步骤为：烧结、溶出、脱硅、分解和煅烧 。氧化铝粉体.2.氧化镁MgO MgO属立方晶系NaCl型构造，熔点2800，密度3. 58 g/cm3。 MgO化学活性强，易溶于酸，水化才干大，因此制造MgO陶瓷时必需考 虑原料的这种特性。 MgO在空气中容易吸潮水化生成Mg(

21、OH)2，在制造及运用过程中部必需留意。项目煅烧温度（）线收缩（%）体积密度（g/cm3）气孔率（%）晶粒平均直径（m）由氢氧化镁制得的MgO135015.72.4231.62.0145022.43.244.28.0160024.23.302.822.0由硝酸镁制得的MgO13501.11.8448.21145010.12.4630.55160015.12.8620.110由碱式碳酸镁制得的MgO135012.61.7250.81.5145010.12.2935.86.0160015.22.4531.87.5由氯化镁制得的MgO13501.11.8348.51.014507.32.1828.8

22、4.0160012.52.6426.26.0.3.氧化铍BeO 氧化铍BeO晶体为无色，属六方晶系，晶体很稳定，很致密，且无晶形转变。 BeO具有与金属相近的导热系数，约为309.34W(mK)，是Al2O3的1520倍。BeO具有好的高温电绝缘性能，BeO热膨胀系数不大。 因此，利用BeO制备的BeO陶瓷可用来作散热器件、熔炼稀有金属和高纯金属Be、Pt、V等的坩埚、磁流体发电通道的冷壁资料、高温比体积电阻高的绝缘资料。 但是，BeO有剧毒，操作时必需留意防护，经烧结的BeO陶瓷是无毒 。.4.氧化锆ZrO2 a. ZrO2的性质与晶型转变 液相 单斜相1170，收缩 1000，膨胀 四方相

23、 立方相 2370 2715 .b. ZrO2粉末的制备 氯化、热分解法反响式如下： ZrO2SiO2 + 4C + 4Cl2 = ZrCl4 + SiCl4 + 4CO 碱金属氯化物分解法其反响式如下： ZrO2SiO2 + 4NaOH = Na2ZrO3 + Na2SiO3 +2H2O ZrO2SiO2 + Na2CO3 = Na2ZrSiO5 + CO2 ZrO2SiO2 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2CO2.二碳化物类原料 1.碳化硅 a.SiC的晶型与性质 SiC为共价键化合物，属金刚石型构造，有多种变体。 SiC 具有稳定的晶体构造和化学特性，以及非常高的硬度 等性能。 b.SiC原料的合成 合成SiC的方法有二氧化硅碳热复原法、碳硅直接合成法、气相堆积法、聚合物热分解法等。.2.碳化硼 a. 碳化硼B4C为六方晶系，其晶胞中碳原子构成的链位于立体对角线上，同时碳原子处于充分活动的形状。 具有高导热、高硬度和高耐磨性，其硬度仅次于金刚石和立方BN还具有高的抗酸性与抗碱性。 b.