浆体的胶体化学原理

浆体的胶体化学原理第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础本章重点:第一节引言关键词：粘土—水系统本章主要内容：粘土-水系统的胶体化学知识以及其胶体性质与陶瓷生产工艺性质的关系。粘土—水系统：由粘土颗粒分散在水介质中所形成的

分散体系。第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础一、流变学基础第一节粘土—水系统的流变性质（1）牛顿型（2）宾汉型如：水、甘油、低分子化合物溶液等如：新拌混凝土等θ牛顿型宾汉型σdv/dxf第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础一、流变学基础第一节粘土—水系统的流变性质（3）塑流型——陶瓷材料中最主要的流动方式（4）假塑型如：泥浆、油墨等如：淀粉、高分子溶液F1fnfN胀流型假塑流型塑流型（5）膨胀型如：面粉，Al2O3粉、石英砂第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（一）粘土的荷电性粘土-水系统有一个基本现象——电泳和电渗——粘土带电

1、负电荷（1）负电荷产生的原因①晶格取代②吸附在粘土表面的腐殖质离解③粘土边面断裂（高岭土）（2）负电荷的分布——层状硅酸盐的板面板面边面第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（一）粘土的荷电性2、两性电荷——高岭土带电主要类型①在酸性介质中PH＜6②在中性介质中PH≈7③在碱性介质中PH＞8

3、净电荷边面带正电荷边面不带电边面带负电由于断键而引起的可局部吸附正电荷或负电荷，即因PH不同而有不同电荷的现象叫～。第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（二）粘土的离子吸附与交换性主要介绍粘土阳离子吸附与交换特点、阳离子交换量及影响因素、阳离子交换顺序

1、粘土阳离子吸附与交换现象（2）阳离子交换的特点（1）离子的交换过程①

同号离子相互交换②

离子以等当量交换③交换是可逆的④离子交换不影响粘土本身的结构特点，但可改变其胶体性质应用：利用粘土的交换性，可提纯粘土。第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（二）粘土的离子吸附与交换性

2、粘土阳离子交换容量（cationexchangecapacity，cec）定义：100g干土吸附的阳离子的毫克当量数吸附的毫克当量/100克干粘土（1）交换容量大小的意义反映粘土所带负电荷多少、可初步鉴定粘土矿物的种类矿物高岭石多水高岭石伊利石蒙脱石阳离子交换容量3～1520～4010～4075～150第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质

2、粘土阳离子交换容量（2）

影响交换容量大小的因素粘土的矿物组成粘土颗粒的细度腐殖质的含量介质的PH值介质的温度

吸附阳离子的电价与半径大小第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质

2、粘土阳离子交换容量（3）

阳离子交换次序

——

表征粘土与阳离子的结合能力的大小离子被吸附的难易程度，取决于离子的电价和水化离子半径。其规律：浓度相同时，高价离子交换能力大水化半径——离子在溶液中发生了水化作用后的半径

水化能力表征：电价相同时，半径大的交换能力强——水化半径小第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质

2、粘土阳离子交换容量（3）

阳离子交换次序阳离子被吸附的能力，有下列顺序：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+交换作用：大小电价：高低半径：大小说明：①阳离子浓度相同时，电价愈高，交换能力愈大②电价相同，离子半径愈小，交换能力小③低价离子浓度大于高价离子浓度时，可将高价离子置换下来。④H+离子的交换能力最强，与粘土有强烈的吸附作用。原因？第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质主要介绍粘土粘土颗粒与水介质作用的相关性质

1、粘土与水的作用粘土表面存在O2-、OH-——与H2O以氢键结合粘土表面的静电场——使极性水分子定向排列粘土吸附水化阳离子粘土与水作用的结果：与作用程度不同的结合水形成了粘土胶团第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质

2、粘土胶核周围水的存在形式牢固结合水：定向排列水，又称吸附水膜牢固结合水、疏松结合水和自由水疏松结合水：定向程度低，又称扩散水膜自由水：超出作用力场作用范围而存在的水分子提问：比较结构水、层间水、牢固结合水、疏松结合水和自由水第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础二、粘土-水系统第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质

3、粘土结合水量及其影响因素——以100克干土吸附多少克水作为结合水量——粘土的结合水量对粘土-水系统的工艺性质有影响结合水量主要与阳离子电价及半径有关——两反规则对于同价离子，半径小，水化半径大，粘土结合水量多Li粘土＞Na－粘土＞K粘土对于异价离子，电价高时，粘土的结合水量少。第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质

4、粘土胶体的电动电位——ζ电位（1）ζ电位的产生紧靠粘土离子——吸附阳离子层（胶粒）松散分布层——扩散层胶粒（负电）（正电）胶团

ζ-电位：吸附层与扩散层之间的电位差。第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质

4、粘土胶体的电动电位——ζ电位（2）ζ电位的大小ζ电位可通过下式计算：D—水的介电常数，u—电泳速度，σ—表面电荷密度第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土胶体的电动性质

4、粘土胶体的电动电位——ζ电位（3）影响ζ电位的因素①阳离子电价与半径——吸附阳离子的种类

遵循两反规则，即：对于同价离子，半径越大，ζ电位越低对于不同价离子，电价越高，ζ电位越低——与水化膜厚度有关，即与水化能力有关H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+、Li+ζ电位：小大第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质②

阳离子浓度ddd=0dd=0ζ

-0

+阳离子浓度等电态第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质③有机质的影响有机质含量高，扩散层增厚，ζ电位升高。

4、粘土胶体的电动电位——ζ电位（3）影响ζ电位的因素（4）ζ电位与泥浆性能的关系①ζ电位高悬浮性好②研究ζ电位为改善泥浆性能指出了方向和途径实例：陶瓷浆料球磨时常加入钠盐作为添加剂第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性关键词：流动性、稳定性、稀释性、稀释剂（减水剂）三、粘土-水系统的胶体性质主要内容：粘土-水系统的胶体性质，包括：流动性、稳定性、触变性和可塑性③对于釉浆，可防止絮凝，在保证工艺条件下，水分减少，固体含量高，釉浆比重大②使干燥耗能降低，增加粉料产出量稀释的意义：①降低坯体收缩，缩短模具干燥时间，提高生坯强度第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性三、粘土-水系统的胶体性质1、稀释的现象及机理①加入适量电解质可使屈服值下降，粘度降低；②加入不同电解质其屈服值和粘度下降程度不同（Na要好于Ca）第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性三、粘土-水系统的胶体性质1、稀释的现象及机理①加入少量，粘度降低；加入量多，粘度增大②不同电解质效果不同，而且NaSiO3比NaOH稀释效果好第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性三、粘土-水系统的胶体性质1、稀释的现象及机理板面边面面-面边-面边-边稀释机理：消除粘土边面上的异号电荷，使边-面、边-边结构转变成面-面排列方式，才能出现粘度下降，流动性变好。第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性2、稀释的条件（1）介质需呈碱性（2）必须有一价阳离子交换粘土离子原来吸附的离子（3）阴离子的作用①促使阳离子交换进行更彻底——与原料上吸附的阳离子形成不可溶或稳定的络合物Ca-粘土+NaOH→Na-粘土+Ca(OH)2Ca-粘土+Na2CO3→Na-粘土+CaCO3Ca-粘土+Na2SiO3→Na-粘土+CaSiO3第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（一）泥浆的流动性与稳定性2、稀释的条件（3）阴离子的作用②聚合阴离子的作用——特殊吸附作用，见书135页表8-4中和了原来的正电荷，使表面总负电荷数增加如：水玻璃、六偏磷酸钠、单宁酸钠、蛋白质钠盐应用：生产中调节泥浆并不是使泥浆处于粘度最低状态第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（二）泥浆的触变性

关键词：触变性、触变结构三、粘土-水系统的胶体性质1、触变性泥浆静止不动时似凝固体，而一旦搅动后又重新获得流动性，并可多次重复的性质。2、触变结构（卡片结构、纸牌结构）霍夫曼首先解释了泥浆具有触变性的原因并提出了触变结构——“卡片结构”“卡片结构”形成的原因：边面和板面所带异号电荷吸引第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（二）泥浆的触变性三、粘土-水系统的胶体性质3、如何描述触变性？4、影响触变性的因素①含水量②矿物组成——稠化度③胶粒的大小与形状④电解质的种类与加入量⑤温度冬季输送的泥浆要预热，使流动性变好，触变性小，尤其是在北方地区。第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土的可塑性三、粘土-水系统的胶体性质

当粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团，该泥团受到高于某一个数值的剪应力作用后可塑造成任何形状，去除应力泥团仍然保持其形状不变的性质。1、应力-应变曲线当F<fA（屈服值），应力与应变成正比，弹性体当fA<F<fB

，明显形变，塑性体当F>fB

，泥团出现裂纹粘土泥团为什么具有可塑性？可塑性受哪些因素的影响？如何调整改善泥团的可塑性？第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土的可塑性三、粘土-水系统的胶体性质2、可塑性机理——泥料的可塑性是泥团中引力和斥力不断抗衡，不断建立新平衡的过程。当应力使间距缩短——斥力为主——变形

应力消除后间距变大——引力为主——保形

同性电荷相斥引力边-面静电吸力毛细管力范德华力毛细管力大，则成型时阻力大，屈服值高，可塑性好；适当的含水量和较细的颗粒可以获得较大的毛细管力第二十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土的可塑性2、可塑性机理①颗粒间作用力与水膜厚度的关系

在形成连续水膜的基础上，水膜越薄，颗粒之间作用力增加。水膜薄↓→毛细管半径↓→毛细管力↑。

②颗粒间作用力与可塑性的关系

毛细管力（颗粒间引力）↑→产生形变所需的力↑（使颗粒间相对移动所需力）→屈服值↑→可塑性↑③泥团具有可塑性的条件——需要具备一定的含水量

含水量适当，颗粒表面形成很薄的连续水膜→毛细管力↑→可塑性↑第三十页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第一节粘土—水系统的流变性质（三）粘土的可塑性3、影响可塑性的因素①吸附阳离子的种类H-土>M3+-土>M2+-土>M+-土。②粘土矿物组成比表面积↑→毛细管力↑→可塑性↑。蒙脱石比表面积高岭大得多，故蒙>高③颗粒细度和形状颗粒细度↑→毛力↑→可塑性↑（水膜薄→毛径↓→毛力↑）；板状、短柱状比表面积>球状、立方状，故前者可塑性>后者；大、中、小颗粒级配合适→可塑性↑。④含水量第三十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期一LOGO无机材料科学基础第二节瘠性料的悬浮与塑化一、瘠性料的悬浮方法控制料浆的PH值添加有机悬浮剂1、控制料浆的PH值——ζ电位（1）两性氧化物可用此法如：Al2O3、Cr2O3和Fe