第二章无机非金属材料组成及配料计算

第一节无机非金属材料的组成

CaO—SiO2—Al2O3K2O—SiO2—Al2O3系统

Na2O—CaO—SiO2系统其他体系第二章无机非金属材料组成及配料计算

硅酸三钙C3S

硅酸二钙C2S

铝酸三钙C3A

铝酸一钙CA

二铝酸一钙CA2

七铝酸十二钙C12A7

钙铝黄长石C2AS

六铝酸一钙CA6一、CaO—SiO2—Al2O3系统硅酸三钙C3S

纯C3S只在2065~1250℃温度范围内稳定。随着温度的降低，C3S在不同温度下存在多晶转变。硅酸三钙可以固溶少量的其它氧化物，将影响它的反应能力和晶型。硅酸三钙加水调和后，初凝≥45min，终凝≤12h。

水化较快。硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度较高，且强度增进率较大，28d强度可以达到一年强度的70~80%。硅酸三钙水化热较高，抗水性较差。硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。硅酸三钙的合成：在CaO—SiO2二元系统中：

1800℃，几分钟；

1650℃，1h，C3S基本形成，游离CaO1％左右；

1450℃，1h，只有少量C3S生成。硅酸三钙单矿物在1450℃合成时，需要多次重复粉磨再燃烧。如有足够的熔剂(液相)存在，就可使C2S在液相中吸收CaO，比较迅速地形成硅酸三钙。硅酸二钙C2S

纯C2S在1450℃下，进行下列多晶转变：C2S由β型转变为γ型，体积膨胀10%而导致物料粉化。γ型C2S水硬性微弱

硅酸二钙可固溶其它少量氧化物。固溶的氧化物不同，同一晶型的硅酸二钙与水反应后所得的强度不同。纯硅酸二钙色洁白当有氧化铁时呈棕黄色。硅酸二钙固溶体与水反应速度较慢，28天仅有20%左右反应。

凝结硬化较慢，早期强度低，但后期强度增进率较高，一年后可赶上或超过硅酸三钙固溶体。硅酸二钙固溶体的水化热较小，耐水性好。

等轴晶系，可固溶部分其他氧化物，呈多晶形态。在偏光镜下，无色透明。在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷呈矩形或柱状。反光能力弱，呈暗灰色。

水化迅速，放热多，凝结很快，如不加缓凝剂，就会急凝。

硬化很快，它的强度3天内就大部分发挥出来，故早期强度较高，但绝对值不高，以后几乎不再增长，甚至倒缩。干缩变形大，抗硫酸盐性能差。铝酸三钙C3A

二、K2O—SiO2—Al2O3系统主要矿物有：莫来石二氧化硅刚玉长石液相三、Na2O—CaO—SiO2系统组成位于低共熔点或界线上的熔体中，每种晶体的析晶能力都低。同时，这些组成的配料熔化温度一般比较低，这对玻璃的熔制是有利的。第二节无机非金属材料的组成设计及配料计算

（一）、硅酸盐水泥的组成设计

1.硅酸盐水泥对矿物组成的要求

硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，因此水泥熟料矿物必须具备：良好的与水反应的能力相当的强度与良好的耐久性反应速度可以满足生产的要求一、硅酸盐水泥对硅酸盐水泥而言，最符合硅酸盐水泥性质要求的矿物组成是硅酸三钙和硅酸二钙。3C2SykC2SC3SC3AC3SC3A2.硅酸盐水泥组成矿物的选择

硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成。均以固溶体的形式存在。A矿——在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C3S称为阿利特（Alite），又称为A矿；在反光显微镜下为黑色多角形颗粒B矿——C2S固溶体称为贝利特（Belite），又称为B矿；在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；慢冷常具有黑白平行双晶条纹。C矿——固溶了其它少量氧化物的C4AF称为才利特

（Celite），又称为C矿；

在偏光显微镜下反光能力强，一般称为白

色中间相。黑色中间相——C3A固溶体。

在偏光显微镜下反光能力弱，一般称为黑

色中间相。

C3A和C4AF在煅烧中的作用

铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称熔剂矿物，可以促进硅酸三钙的顺利形成。

如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降低窑的产量，增加燃料消耗。如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回转窑内易结大块，甚至结圈等。液相的粘度，随C3A／C4AF比而增减。粘度的影响？3.硅酸盐水泥的组成设计

硅酸盐水泥中含有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物，相应的组成氧化物为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。因为Fe2O3含量较低，可以合并入Al2O3一并考虑，C4AF则相应计入C3A，这样可以用CaO-Al2O3-Fe2O3三元系统来表示硅酸盐水泥的配料组成。CaO62%~67%SiO220%~24%Al2O3+Fe2O36.5%~13%C3S50%~60%C2S20%C3A+C4AF22%4.熟料中其他物质及其作用玻璃体

工厂中，通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就成为玻璃体。玻璃体的主要成分为Fe2O3、Al2O3、CaO，也有少量的MgO和碱(K2O和Na2O)等。游离氧化钙性质：水化很慢；水化生成氢氧化钙时，体积膨胀97.9％，在硬化水泥石内部造成局部膨胀应力。作用：游离氧化钙含量增加：强度降低，甚至倒缩；严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或开裂，导致水泥浆体的破坏。

应严格控制游离氧化钙的含量。种类产生原因特点对水泥安定性的影响欠烧游离氧化钙（欠烧f-CaO）熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在1100~1200℃低温下形成结构疏松多孔、不大一次游离氧化钙（一次f-CaO）因配料不当、生料过粗或煅烧不良，尚未与S、A、F反应而残留的CaO呈“死烧状态”，结构致密，大二次游离氧化钙（二次f-CaO）熟料慢冷或还原气氛下，C3S分解而形成的经过高温，水化较慢较大游离氧化钙（f-CaO)方镁石方镁石——系游离状态的氧化镁晶体。氧化镁的作用：熟料含有少量氧化镁时，能降低熟料液相生成温度，增加液相数量，降低液相粘，有利于熟料形成，还能改善熟料色泽。

方镁石性质：方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢；水化生成氢氧化镁时，体积膨胀148％，也会导致安定性不良。水化时会导致安定性不良。

方镁石膨胀的严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系。（二）配料计算1.熟料的率值

水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种主要氧化物化合而成。因此，在生产控制中，不仅要控制熟料中各氧化物的含量，还应控制各氧化物之间的比例，即率值。这样，可以比较方便地表示化学成分和矿物组成之间的关系，明确地表示对水泥熟料的性能和煅烧的影响。因此，在生产中，用率值作为生产控制的一种指标。

我国目前采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM三个率值。

石灰饱和系数（KH）

当Al2O3/Fe2O3≥0.64时，熟料CaO与另外三种酸性氧化物化合形成C3S、C2S、C3A、C4AF四个主要熟料矿物。CaO存在一个极限石灰含量。古特曼与杰耳：石灰理论极限含量的观点。将C4AF看作为“C3A”和“CF”，并把“C3A”与C3A视为同一相。理论上在熟料四个主要氧化物中，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物——C3S、C3A、C4AF。每1％酸性氧化物所需石灰含量分别为：1％Al2O3形成C3A所需CaO=3CaO分子量/Al2O3

分子量=1.651％Fe2O3形成CF所需CaO=CaO分子量/Fe2O3

分子量=0.351％SiO2形成C3S所需CaO=3CaO分子量/SiO2分子量=2.81％酸性氧化物所需石灰量，既石灰理论极限含量计算公式：

CaO＝2.8SiO2

十1.65Al2O3+0.35Fe2O3

金德和容克——Al2O3和Fe2O3始终为CaO所饱和，唯有SiO2可能不完全被饱和和CaO生成C3S，而存在一部分C2S。否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在公式中的SiO2之前加一系数——石灰饱和系数KH。CaO＝KH×2.8SiO2

十1.65Al2O3

十0.35Fe2O3KH=（CaO－1.65Al2O3－0.35Fe2O3

）/2.8SiO2石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C3S十C2S)所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。考虑到熟料中有游离CaO、游离SiO2和石膏，KH式可写为:KH=[（CaO-f-CaO）-（1.65Al2O3十0.35Fe2O3+0.7SO3)]/2.8(SiO2-f-SiO2)石灰饱和系数KH与熟料矿物组成的关系式：KH=(C3S+0.8838C2S)/(C3S+1.3256C2S)

当C3S=0时，KH=0.667，即此时的熟料矿物只有C2S、C3A、C4AF而无C3S；当C2S=0时，KH=1，即此时的熟料矿物只有

C3S、C3A、C4AF而无C2S。因此，在正常硅酸盐水泥熟料中，石灰饱和系数KH应控制在0.667~1.0之间。为了使水泥具有较好的力学性能，应适当提高C3S在熟料中的含量，KH一般控制在0.88~0.94。硅率SM硅率又称为硅酸率，其数学表达式是：ＳＭ＝SiO2/(Al2O3+Fe2O3)式中：SiO2、Al2O3、Fe2O3分别代表熟料中各该氧化物的质量百分数。物理意义：硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。

当Al2O3/Fe2O3大于0.64时：SM=(C3S+1.3256C2S)/(1.434C3S+2.046C2S)

式中：C3S、C2S、C3A、C4AF分别代表熟料中各该矿物的质量百分数。硅率随硅酸盐矿物与熔剂矿物之比而增减。熟料中硅率过高，液相量显著减少，热料煅烧困难。特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。硅率过低，硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。通常，硅酸盐水泥熟料的硅率在1.7~2.7之间，有的白色硅酸盐水泥熟料的硅率可高达4.0左右。铝率IM率铝又称为铁率，其数学表达式为：IM=Al2O3/Fe2O3

物理意义：铝率是表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。当IM铝大于0.64时，铝率和矿物组成关系的数学式是：IM=+0.64C4AF1.15C3A式中：C3A、C4AF为熟料中各该矿物的质量百分数。铝率高低，反映了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。铝率高，熟料中C3A多、相应C4AF较少，则液相粘度大，物料难烧。铝率过低，虽然液相粘度较小，液相中质点易于扩散，对硅酸三形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。

（一）玻璃的组成设计及配料计算

玻璃的化学组成是计算玻璃配合料的主要依据，与玻璃的物理和化学性质有重要的关系。改变玻璃的组成即可以改变玻璃的结构状态，从而使玻璃在性质上发生变化。玻璃的组成与结构原料的选择设计玻璃组成应注意的原则设计与确定玻璃组成的步骤玻璃组成设计举例配料计算二、玻璃1.玻璃的组成与结构（1）玻璃的组成许多氧化物或元素是玻璃的组成物质，根据各氧化物在玻璃结构中所起的作用，一般可分为三类：玻璃形成体（网络形成体）玻璃调整体（网络外体）玻璃中间体（网络中间体）玻璃形成体（网络形成体）能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系的氧化物，称为玻璃的网络形成体。如SiO2，B2O3，P2O5等。

F-O键是共价键与离子键的混合键；阳离子(F)的配位数是3或4，阴离子O2-的配位数为2；构成的配位多面体[FO4]或[FO3]一般以顶角相连。玻璃形成体的一般特点：

玻璃调整体（网络外体）

凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网络外体。其作用为调整玻璃一些性质。常见的有Li2O、Na2O、K2O、MgO、CaO、SrO和BaO等。玻璃调整体的特点：

M-O键是离子键，电场强度较小，氧离子易摆脱阳离子的束缚，成为“游离氧”，在玻璃结构中，往往起断网作用；

阳离子给出“游离氧”的能力与其电场强度的大小有关。阳离子场强越小、则给氧能力越大，反之，给氧能力越小；阳离子(特别是高电价、小半径的阳离子)的场强较大时，可

对非桥氧起积聚作用，使结构变得较为紧密而在一定程度上改善玻璃的性质，但对玻璃的析晶也有一定的促进作用，玻璃中间体（网络中间体）一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间的氧化物，称之为中间体。如A12O3，BeO，ZnO，Ga2O3，TiO2、PbO等。中间体的一般特点：阳离子配位数主要根据玻璃结构中“游离氧”的数目而定。“游离氧”充足时，阳离子可以夺取“游离氧”以四配位参加网络结构；“游离氧”不足时，则以其他配位数(比如六配位等)，处于网络之外，与网络外体作用相似。（2）玻璃结构玻璃结构是指玻璃中质点在空间的几何配置、有序程度以及它们彼此间的结合状态。玻璃结构可以分为三种尺度来讨论：

0.2—1nm的尺度或原于排布范围；

3至几百纳米的尺度或亚微结构范围；在微米到毫米或其以上的尺度，即在显微组织或宏观结构的范围。现代玻璃结构理论主要是晶子学说和无规则网络学说。晶子学说依据：微晶无序，即一些玻璃的衍射花样与同成分的晶体相似，认为玻璃由微晶与无定形物质两部分组成。证实：列别捷夫发现，硅酸盐光学玻璃的退火时玻璃折射率随温度的变化曲线上在520℃附近的发生突变，他认为这是石英微晶在520℃的同质异变。玻璃中存在石英“晶子”。1930年兰德尔提出。[SiO4]石英晶体结构以及所表达的石英玻璃、钠硅酸盐玻璃晶子结构示意图(a)硅氧四面体结构(b)石英晶体结构(c)石英玻璃晶子结构(d)钠硅酸盐玻璃晶子结构1一石英晶子2一硅酸钠晶子3一钠离子4一四面体

晶子学说的价值在于它第一次指出了玻璃中存在微不均匀物，即玻璃中存在一定的有序区域，这对于玻璃分相、晶化等本质的理解有重要价值。无规则网络学说查氏把离子结晶化学原则和晶体结构知识推演到玻璃态物质，描述了离子—共价键的化合物，如熔融石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃。核心观点：查氏提出[SiO4]为硅酸盐玻璃的最小结构单元。玻璃中的这种结构单元或者说键状态与晶体类似，构成连续的三度空间网络，只是[SiO4]四面体不像在结晶化合物中那样相互对称均匀地排列，缺乏对称性和周期性的重复。查氏提出氧化物形成玻璃的四个条件：（假定物质的玻璃态和结晶态的能量相近）（1）一个氧离子不能和两个以上的阳离子结合——氧的配位数不大于2；（2）阳离子周围的氧离子数不应过多(3或4)——阳离子的配位数为3或4；（3）网络中氧配位多面体之间只能共角顶，不能共棱、共面；（4）如果网络是三维的，则网络中每一个氧配位多面体必须至少有三个氧离子与相邻多面体相连，以形成向三度空间发展的无规则网络结构。图2-10无规则网络结构学说的玻璃结构图2-11方石英石英玻璃和硅胶的模型示意图X射线衍射图（a）石英玻璃结构模型（b）石英晶体结构模型（c）硅钠玻璃结构模型查氏学说宏观上强调了玻璃中多面体相互问排列的连续性、均匀性和无序性；晶子学说则强调了不连续性、有序性和微不均匀性。玻璃是连续性、不连续性，均匀性、微不均匀性；无序性、有序性几对矛盾的对立统一体，条件变化，矛盾双方可能相互转化。

晶子学说和查氏无规则网络结构学说的异同硅酸盐玻璃结构石英玻璃结构

晶体石英中Si—O键距为1.61Å，而在石英玻璃中Si—O键距为1.62Å说明后者原子间距稍大，结构较为疏松。图2-2-11Si－O－Si键角及其分布示意图（a）（b）(a)相邻两硅氧四面体之间的Si—O—Si键角(b)石英玻璃和方石英晶体的Si—O—Si键构分布曲线OSi碱硅酸盐玻璃结构——R2O－SiO2图2-2-12氧化钠与氧化硅四面体间作用示意图碱金属氧化物供氧，硅氧网络断裂。在石英玻璃中加入碱金属氧化物，使原有的石英玻璃结构疏松，并导致玻璃物理化学性质变坏。一般来说，碱金属氧化物引入量越大，玻璃的性能越差。钠钙硅酸盐玻璃结构Na2O—SiO2玻璃体系中引入CaO，从而构成了Na2O—CaO—SiO2三元系统玻璃。

CaO的加入强化了Na2O—SiO2二元玻璃的结构，同时也限制了Na+的活动。与碱硅二元玻璃相比，钠钙硅二元玻璃结构加强，性能变好，成为大多数实用玻璃的基础成分。为了进一步改善玻璃的使用性能及工艺性能，在钠钙硅成分的基础上还加入适量A12O3和MgO等。硼酸盐玻璃结构B2O3玻璃结构

纯B2O3玻璃的基本结构单元是由一个B3+离子和三个O2-离子组成[BO3]三角体。但硼氧配位体相互间究竟如何连接，主要有三种观点：

无序层状结构分子B4O6为基础的结构呈链状结构呈无序层状结构，见下图：以分子B4O6为基础的结构，见下图：呈链状结构，见下图：碱硼酸盐玻璃以及硼硅酸盐玻璃结构玻璃态氧化硼中加入R2O与RO后分子体积、膨胀系数下降，可能是氧化硼由链状或层状的硼氧三角体[BO3]

向三维空间接连的硼氧四面体[BO4]变化的结果。由于硼氧四面体[BO4]带有负电，周围必须围绕若干阳离子以达到电性中和。并且因电荷的斥力原因，[BO4]

相互间不能直接连接，在[BO4]之间必有一定数量的不带电的硼氧三角体[BO3]加以隔离。硼氧反常性

在R2O—B2O3二元玻璃中，碱金属氧化物提供的氧，可使硼从三配位转变成四配位，即在一定范围内，它们提供的氧不像在熔融石英玻璃中使网络断裂而成为非桥氧，相反是使硼氧三角体转变成由桥氧构成的硼氧四面体，使部分形成三维空间架状结构，使原有二维结构有所加强，并因此引起玻璃的各种理化性能变好。这种与相同条件下碱硅酸盐玻璃相比出现相反变化的现象，人们称为“硼氧反常性。”硼硅酸盐玻璃－以Na2O、B2O3，SiO2为基本成分的玻璃。加入Na2O后，通过Na2O提供的游离氧使二维的硼氧三角体转换为硼氧四面体。

当Na2O／B2O3＞1时，认为B3+以四面体结构为主，与

[SiO4]组成均匀、连续、统一的网络结构，Na+则以网络外离子配置在[BO4]四面体附近，以维持电荷平衡。当Na2O／B2O3＜1时，结构中有部分B3+离子仍处于[BO3]

结构状态且不能与[SiO4]组成统一、均匀、连续的结构网络，而独立形成层状结构，玻璃会产生分相现象，[BO3]

三角体数量越多，则分相区域也越大。由此可见，Na2O-B2O3-SiO2系统玻璃中，如果氧化硼的含量超过一定限度时，结构和性质会发生逆转现象，在性质变化曲线上则出现极大值或极小值，这种现象也称为“硼反常”现象。显然，它是因硼的配位数变化而引起结构改变所产生的。2.原料的选择选择原料时，应注意以下几个原则:原料的质量，必须符合要求，而且成分稳定；易于加工处理；成本低，能大量供应；少用过轻及相对人体健康有害的原料；对耐火材料的侵蚀要小。3.设计玻璃组成应注意的原则（1）根据组成，结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。（2）根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃，析晶倾向小(微晶玻璃除外)。（3）根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制、成型、加工等工序的实际要求。（4）所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。4.设计与确定玻璃组成的步骤（1）列出设计玻璃的性能要求

列出主要的性能要求，作为设计组成的指标。针对设计玻璃制品的不同，分别有重点的列出其热膨胀系数、软化点、热稳定性、化学稳定性、机械强度、光学性质、电学性质等。有时还要将工艺性能的要求一并列出，如熔制温度、成型操作性能和退火温度等，作为考虑因素。（2）拟定玻璃的组成

原始组成：按上述设计原则，根据玻璃的性能要求，参考现有玻璃组成，采用适当的玻璃系统并结合给定的生产工艺条件，拟定出设计玻璃的最初组成。

试验组成：按有关玻璃性质计算公式，预算设计玻璃的主要性质，如不合要求，则进行组成氧化物的增删和量的调整，然后，再预算、调整，直至初步合乎要求时，即作为设计玻璃的试验组成。对于新品种玻璃则参考有关相图和玻璃形成图选择组成点，拟出玻璃的原始组成，再进一步设计出玻璃的试验组成。（3）实验、测试、确定组成按照拟定的玻璃试验组成，制备配合料，在实验室电炉中进行熔制试验，并对熔好的玻璃进行有关性能的测试。通过试验和测试，对组成逐次调整修改，直至设计的玻璃达到给定的性能要求和工艺要求。然后在池炉中进行生产试验。在生产试验时对熔化、澄清、成型、退火等都应取得数据。必要时，再对组成氧化物进行调整，最后即确定为新设计玻璃的组成。5.玻璃组成设计举例设计一瓶罐玻璃，使其化学稳定性和机速比现有玻璃提高，价格降低。现有玻璃的组成为：SiO272.9％，Al2O31.6％，CaO8.8％，B2O30.4％，BaO0.5％。Na2O+K2O15.6％，SO30.2％。按上述步骤：（1）列出设计玻璃的主要性能要求：a.提高化学稳定性b.增加机速c.降低价格(2)拟定玻璃组成以现有玻璃为参考，进行组成的调整。a.提高设计玻璃的化学稳定性，必须使设计玻璃中的Na2O、K2O比现有玻璃降低，同时将SiO2、Al2O3适当增加。b.增加机速，设计玻璃的料性应当比原有玻璃短，同时考虑到MgO对提高化学稳定性有利，而又能防止析晶，为此在设计玻璃中强加了MgO，并使（MgO+CaO）的含量比原有玻璃中CaO的含量增高。c.为了降低玻璃的价格，将原玻璃组成的B2O3，BaO减去。d.采用萤石为助熔剂，并增加澄清剂（芒硝）的用量，以加速玻璃的熔化和澄清。(3)试验、测试通过熔制试验和对熔化的玻璃的性质进行测试，设计的玻璃符合原提出的性能要求，即确定为新玻璃的组成。测定的玻璃性能：热膨胀系数，软化温度(S)和退火点(A)。其它性能，按下列公式进行计算：a.相对机速式中S——软化温度，即黏度＝106.65帕·秒的温度A——退火点，即黏度＝1012帕·秒的温度b.工作范围工作范围指数＝(S—A)c.析晶指数析晶指数＝工作范围指数–160

d.料滴温度料滴温度＝2.63（S-A)+S正数为不析晶，负数为有析晶潜力。即当玻璃在低温供料，成形大尺寸制品或压制成型时，有析晶可能。6.配合料的计算配合料计算基础玻璃的重量百分组成原料的化学成分熔化100公斤玻璃所需的各种原料用量算出每付配合料中各种原料的用量。玻璃以分子百分组成或分子式表示。精确计算：应补足各组成氧化物的挥发损失。如：飞扬损失，耐火材料对玻璃成分的改变等。配料计算方法？下面以普通玻璃为例，根据所设计玻璃成分和所用原料成分进行配料计算。(1)配合料计算中的几个工艺参数(2)计算步骤(3)配料计算实例(1)配合料计算中的几个工艺参数纯碱挥散率芒硝含率煤粉含率萤石含率碎玻璃掺入率纯碱挥散率纯碱挥散率指纯碱中未参与反应的挥发、飞散量与总量的比值，即：它是一个实验值，与加料方式、熔化方法、熔制温度、纯碱的本性(重碱或轻碱)等有关。在池窑中飞散率一般在0.2％~3.5％之间。芒硝含率芒硝含率指芒硝引入的Na2O与芒硝和纯碱引入的Na2O总量之比，即：芒硝含率＝芒硝引入的Na2O芒硝引入的Na2O+纯碱引入的Na2O×100％芒硝含率随原料供应和熔化情况而改变，一般掌握在5％~8％之间。煤粉含率煤粉含率指由煤粉引入的固定碳与芒硝引入的Na2SO4之比，即：煤粉含率=煤粉×C含量芒硝×Na2SO4含量×100％煤粉的理论含率为4.2％。根据火焰性质、熔化方法来调节煤粉含率。在生产上一般控制在3％~5％。现已不用。萤石含率萤石含率指由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即：萤石含率=萤石×CaF2含量原料总量×100％萤石用量与熔化条件有关。碎玻璃掺入率它随熔化条件和碎玻璃的储存量而增减，在正常情况下，一般在18％~26％。碎玻璃掺入率=碎玻璃用量出料量+碎玻璃量×100％（2）计算步骤I先进行粗算，先假定玻璃中：全部SiO2和A12O3均由硅砂和砂岩引入；

CaO和MgO由白云石和菱镁石引入；

Na2O由纯碱和芒硝引入。II进行校正，如，在进行粗算时，在硅砂和砂岩用量中没有考虑其他原料引入的SiO2和A12O3，所以应进行校正。III把计算结果换算成实际配料单。（3）配料计算实例a.玻璃的设计成分（见表2-2-11）b.各种原料的化学成分（见表2-2-12）c.配料的工艺参数与所设数据计算步骤如下：I.萤石用量的计算II.纯碱和芒硝用量的计算III.煤粉用量IV.硅砂和砂岩用量的计算V.白云石和菱镁石用量的计算VI.校正纯碱用量和挥散量VII.校正硅砂和砂岩用量VIII.把上述计算结果汇成用原料量表IX.玻璃获得率的计算X.换算单的计算I.萤石用量的计算根据玻璃获得率得原料总量为：100/0.825=121.2l(kg)设萤石用量为Xkg，根据萤石含率得：X＝1．47(kg)引入1.47kg萤石将带入的氧化物量为：

SiO21.47×24.62％＝0.36(kg)A12O31.47×2.08％＝0.03(kg)Fe2O31.47×0.43％＝0.01(kg)CaO1.47×51.56％＝0.76(kg)SiO2挥发量的计算：SiO2+2CaF2＝SiF4↑+2CaO

设有30％的CaF2与SiO2反应，生成SiF4而挥发，设SiO2的挥发量为Xkg，SiO2的摩尔质量为60.09，CaF2的摩尔质量为78.08，则：则萤石实际带入的SiO2量为：

0.36-0.12=0.24（kg）萤石引入的各氧化物量萤石掺量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O1.470.240.030.010.76II.纯碱和芒硝用量的计算设芒硝引入量为Xkg，根据芒硝含率得下式：X=5.24(kg)芒硝引入的各氧化物量见下表：纯碱用量=(14.5-2.18)/0.5794=21.26（kg）芒硝掺量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O5.240.060.020.010.030.022.18需纯碱带入的Na2O量玻璃中Na2O含量III.煤粉用量设煤粉用量为Xkg，根据煤粉含率得：X=0.28（kg）IV.硅砂和砂岩用量的计算设硅砂用量为Xkg，砂岩用量为Ykg，则：0.897X+0.987Y=72.4-0.24-0.06=72.10.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02=2.05X=35.60（kg）Y=40.68（kg）由硅砂和砂岩引入的各氧化物量见下表原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O硅砂31.9340.181.820.230.120.04砂岩0.160.060.060.011.280.08玻璃中的SiO2玻璃中的Al2O3V.白云石和菱镁石用量的计算设白云石用量为Xkg，菱镁石用量为Ykg，则：0.3157X+0.0071Y=6.4-0.76-0.03-0.16-0.06=5.390.2047X+0.4629Y=4.2-0.02-0.06-0.01=4.11X=17.04（kg）Y=1.34（kg）由白云石和菱镁石引入的各氧化物量见下表原料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO白云石0.120.030.025.383.49菱镁石0.020.010.010.62VI.校正纯碱用量和挥散量设理论纯碱用量为Xkg，挥散量为Ykg，则：0.5794X=14.5-2.18-1.28-0.08X=18.92（kg）Y=0.61（kg）VII.校正硅砂和砂岩用量设硅砂用量为Xkg，砂岩用量为Ykg，则：0.8970X+0.9876Y=72.4-0.24-0.06-0.12-0.02=71.960.0512X+0.0056Y=2.10-0.03-0.02-0.03=2.02X=34.96（kg）Y=41.11（kg）VIII.把上述计算结果汇成用原料量表原料用量%SiO2

Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OSO3含水干基湿基硅砂34.9628.931.361.790.120.150.061.284.5砂岩41.113440.600.230.040.060.010.081.0白云石17.0414.10.1120.030.025.383.490.3菱镁石1.341.10.02

0.010.010.62纯碱18.9216.110.961.8

挥散0.61芒硝5.244.30.060.020.030.020.022.184.2萤石1.471.20.240.030.76煤粉0.280.230.21合计120.9710072.42.16.45.624.214.50.2IX.玻璃获得率的计算玻璃获得率=100/120.97=82.7%X.配料单的计算原料用量配合比%含水干基湿基硅砂34.9628.94.5277.44290.51砂岩41.11341.0326.4329.69白云石17.0414.10.3135.36135.76菱镁石1.341.110.5610.56纯碱18.9216.11.8

154.56157.39挥散0.61芒硝5.244.34.242.2444.09萤石1.471.211.5211.52煤粉0.280.230.212.212.79合计120.97100960.29982.34碎玻璃240240总计1200.291222已知条件：碎玻璃掺入率为20%；配合料含水量为4%；混合机容量为1200kg干基。[混合机容量－(混合机容量×碎玻璃掺量)]×配合比＝原料的干基用量[1200-（1200×20%）]×28.9%=277.44（kg）原料的湿基用量＝原料的湿基用量/（1–含水量）硅砂的湿基用量＝277.44/（1-4.5%）＝290.51kg根据要求，配合料的水分为4%，所以拟定配合料的加水量为：加水量计算配料工艺流程：砂岩硅砂石灰石白云石萤石纯碱芒硝煤粉碎玻璃煅烧水冷粗碎粉碎筛分粉库称量水混合运输窑头料仓投料机选矿干燥筛分粗碎粉碎筛分粗碎粉碎筛分粗碎粉碎筛分粉碎筛分水洗拆包拆包粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库粉库称量混合洗涤破碎称量粉碎筛分筛分四、陶瓷的组成设计及配料计算1.陶瓷的组成与结构2.陶瓷性能与材料键性、结构的关系3.陶瓷强度的控制和脆性的改善4.坯料的的配制5.配料计算1.陶瓷的组成与结构陶瓷烧结体的显微组织结构陶瓷的相组成：

结晶物质玻璃态物质气孔化学组成及加工工艺决定显微结构和本征物理量；化学组成对显微结构和性能起决定性作用。2.陶瓷性能与材料键性、结构的关系

陶瓷材料的键性：主要是离子键与共价键，而且往往是两种键杂交在一起。陶瓷材料中原子或分子的排列方式和结构也是决定性能的重要依据。结构缺陷对陶瓷材料的性能也有显著的影响。3.陶瓷强度的控制和脆性的改善

陶瓷材料的实际强度为理论强度的1/10~l/100。提高陶瓷强度的关键即是控制其裂纹和位错。

陶瓷材料另一个强度特征是室温下具有脆性。在外加应力作用下会突然断裂；其抗冲击强度低，承受温度剧变能力差。原因：一是键性为离子键和共价键；二是组成相为晶体和玻璃相。原因：结构存在缺陷。提高陶瓷性能的方法：

提高材料的常温强度降低其总气孔率，且控制好气孔的大小、形状和分布。还要控制晶粒的大小、数量和形状。改善脆性降低脆性(即增韧)对提高强度有利。增韧方法：一般有表面补强、复合增韧和相变增韧。除强度和脆性外，陶瓷材料的高温力学性能、光学性能、介电、磁学性能都与材料的组成和结构密切相关。4.坯料的的配制（1）坯料组成的表示方法（2）设计配方的依据（3）配料计算（1）坯料组成的表示方法

配料比（量）表示法矿物组成(又称示性矿物组成)表示化学组成表示实验公式(赛格式)表示配料比（量）表示法这是最常见的方法，列出每种原料的重量百分比。如刚玉瓷的配方：工业氧化铝95.0％、苏州高岭土2.0％、海城滑石3.0％。卫生瓷乳浊釉的配方：长石33.2％、石英20.4％、苏州高岭土3.9％、广东锆英石13.4％、氧化锌4.7％、煅烧滑石9.4％、石灰石9.5％、碱石5.5％。

具体反映原料的名称和数量，便于直接进行生产或试验。无法互相对照比较或直接引用。矿物组成(又称示性矿物组成)表示

普通陶瓷生产中，常把天然原料中所含的同类矿物含量合并在一起，用粘土矿物、长石类矿物及石英三种矿物的重量百分比表示坯体的组成。依据：同类型的矿物在坯料中的主要作用基本上是相同。

这种方法只能粗略地反映一些情况。用矿物组成进行配料计算时较为简便。化学组成表示

根据化学分析的结果，用各种氧化物及灼烧减量的重量百分比反映坯和釉料的成分。利用这些数据可以初步判断坯、釉的一些基本性质。再用原料的化学组成可以计算出符合既定组成的配方。

由于原料和产品中这些氧化物不是单独和孤立存在的，它们之间的关系和反应情况又比较复杂，因此这种方法也有其局限性。实验公式(赛格式)表示

根据坯和釉的化学组成计算出各氧化物的分子式，按照碱性氧化物、中性氧化物和酸性氧化物的顺序列出它们的分子数。这种式子称为坯式或釉式。坯式通常以中性氧化物R2O3为基准，令其分子数为1，则可写成下列形式：

（x·R2O+y·RO）1·R2O3·z·SiO2

另外也可以R2O及RO的分子数之和为基准，今其为1，则坯式可写成：

1·（R2O+RO）m·R2O3·n·SiO2

该表示方法便于坯和釉料进行比较，以判断其结合性能。在釉料中碱金属及碱土金属氧化物起熔剂作用，所以釉式中常以它们的分子数之和为1，写成的釉式为：1·（R2O+RO）u·R2O3·v·SiO2

坯式或釉式的区别：根据A12O3和SiO2前面的系数值来区别它们是坯式或釉式。电子工业用的陶瓷常用分子式表示其组成。例如最简单的锆—钛—铅固溶体的分子式为：

Pb（ZrxTi1-x）O3它表示PbTiO3中的Ti有x％分子被Zr取代。如：Pb0.920Mg0.040Sr0