常用陶瓷原料及特性

关于常用陶瓷原料及特性第1页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1、粘土类原料的定义

粘土是自然界中存在的松散的、膏状、多种微细矿物的混合体，其主要成份是含水的铝硅酸盐矿物。外观上，粘土有白、灰、黄、黑、红等各种颜色。在硬度上，有的粘土很柔软，可在水中分散开来，有的粘土则具有较大的硬度，呈石块状。

一、粘土类原料

第2页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2、粘土的组成

粘土的化学组成化学组成为SiO2，Al2O3和结晶水

(xAl2O3·ySiO2·zH2O)。随着地质生成条件的不同，同时会含有少量的碱土金属氧化物Fe2O3、TiO2等。

第3页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性质，对陶瓷材料的性能和制备工艺有很大影响：粘结性

可塑性烧结性第4页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三粘土中SiO2含量高，尤其是含有较多游离石英，将使粘土的可塑性降低。但在干燥过程中的收缩会小，在超过1450℃时，石英为强的易熔物，与粘土物质中的其他成份易生成低共熔物，降低耐火度，但在陶瓷坯体烧成过程中有利于陶瓷烧结。i)石英(SiO2)

第5页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ii)Fe2O3、TiO2等

Fe2O3、TiO2等是粘土类陶瓷原料中有害的杂质成份，它们以各种矿物的形式存在于粘土中。这些矿物杂质的存在,使坯体在烧成时产生熔洞、鼓胀、斑点或其他缺陷，同时影响瓷体的电绝缘性，而且不同的杂质将使瓷体显示不同的颜色，对日用陶瓷会产生斑点和瓷体颜色的变化。第6页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三iii)氧化铝(Al2O3)

粘土中Al2O3含量高，如在35%以上，说明坯体难以烧结，同时也降低粘土的可塑性。第7页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三v）碳酸盐及硫酸盐

方解石（CaCO3）、菱镁矿(MgCO3)，石膏(CaSO4·2H2O)、明矾石(K2SO4·Al2(SO4)3·6H2O)及可溶性硫酸盐K2SO4、Na2SO4等。硫酸盐在氧化气氛中的分解温度较高，容易引起坯泡。石膏还会和粘土溶化形成绿色玻璃质熔洞，这些都是对陶瓷材料性能不利的成分。第8页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)粘土的矿物组成

粘土矿物为典型的层状硅酸盐结构，在自然界中，粘土类矿物很少以单矿物出现，经常是由数种矿物共生而形成的多矿物组织。第9页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三常见的粘土类矿物有三大类：即高岭石、微晶高岭石（或称蒙脱石）、水云母。第10页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三i)高岭石类

高岭是江西景德镇附近的一个地名，在那里首先发现适合于制造陶瓷的粘土，现在国际上都将这类粘土称之为高岭土(Kaolinite)，高岭石是高岭土中的主要矿物成份，化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O，理论化学成分为Al2O339.5%、SiO246.54%、H2O13.96%。第11页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三高岭石晶体呈白色，外形一般是六方鳞片状、粒状、也有杆状的。一般高岭石颗粒平均尺寸为0.3～3微米，比重为2.41～2.63kg/cm3。加水后稍有吸水膨胀效应，在水中分散性不大，离子交换容量为10～15毫克当量/100克粘土。属于此类矿物的还有多水高岭石、片状高岭石、珍珠陶土等。

第12页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三高岭石矿物系由一层[SiO4]四面体和一层[AlO2(OH)4]八面体组成，四面体的顶端均指向[AlO2(OH)4]八面体，并和八面体共有O原子，以此进行连接，构成结构单位层。这种结构单位层在c轴方向一层层重重叠排列，在a、b轴方向无限的展开，从而构成片状高岭石晶体，单位层厚度为7.25埃。第13页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三高岭石矿物的结构

第14页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三高岭石层间由O和OH－重叠在一起，层与层之间由氢键连接着。虽然氢键结合力较弱，但与蒙脱石类层间O晶面的连接比起来，结合力要强一些，因此，高岭石和蒙脱石相比不易解理与粉碎。第15页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ii)蒙脱石类(微晶高岭石)

蒙脱石是另一种常见的粘土矿物。以蒙脱石为主的粘土矿物也称之为膨润土。蒙脱石的理论化学通式为Al2O3·4SiO2·nH2O（n通常大于2)，晶体结构式为Al4(Si8O20)(OH)4·nH2O。第16页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三蒙脱石最突出的特性是能吸收大量的水，体积膨胀，这种特性称之为膨润性。蒙脱石的这种特性是由其层间结构所决定，图1－2为蒙脱石的结构示意图第17页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三第18页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三蒙脱石结构中，每个晶层的两端都是硅氧四面体层，中间层夹着一个铝氧八面体层，层之间氧层与氧层的结合力很小，所以水或其他极性分子很容易进入晶层中间，引起沿c轴方向膨胀。此外蒙脱石易解理、碎裂成微小颗粒。第19页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三蒙脱石的阳离子交换能力很强，这是因为晶格中四面体层的Si4+小部分被Al3+、P5+置换，八面体层中的Al3+常被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等离子置换。这样使得晶格中电价不平衡，促使晶层之间吸附阳离子，如Ca2+、Na+等。由于吸附离子，晶层之间的距离增加，更容易吸收水分子而膨胀。这些离子被置换时，又增强蒙脱石的阳离子交换能力。第20页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三iii)伊利石类

伊利石是常见的一种水云母类硅酸盐矿物，它的晶体结构式是K2(Al，Fe。Mg)4(Si,Al8O(OH)2n·H2O，化学式为(K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O)·nH2O。

第21页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3、粘土的工艺性质

粘土的矿物组成、化学成份和晶体结构决定了粘土的性质。粘土的可塑性粘土的触变性粘土的结合性干燥收缩和烧成收缩吸附性粘土的烧结性第22页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1)粘土的可塑性

粘土与适量的水混练以后形成泥团，这种泥团在外力的作用下产生变形但不开裂，当外力去掉以后，仍然能保持其原有形状，粘土的这种性质称之为粘土的可塑性，可塑性是陶瓷塑性成型的基础。第23页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三影响粘土可塑性的因素i)粘土的颗粒越细，比表面就越大，分散程度就越高，可塑性就越好。ii)粘土与水之间必须按照一定的数量比例配合，才能产生好的可塑性。水量不够，可塑性体现不出来或不完全，过多则变为泥浆又失去可塑性。iii)粘土矿物中的无机杂质成份，将会降低粘土的可塑性，某些有机杂质反而会增加粘土的可塑性。第24页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)粘土的触变性

粘土泥浆或泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。此外，泥料在放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象。这种性质统称为粘土的触变性。第25页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三在陶瓷生产中，希望泥料有一定触变性。但是，触变性过大，泥浆在管道中不利输送，注浆成型后易变形，坯料触变性过小时生坯强度不够，影响脱模与修坯。

第26页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3)粘土的结合性

粘土塑性泥团干燥后，变得坚实，具有一定的强度，能够维持粘土颗粒之间的相互结合而不分散，这就是粘土的结合性。第27页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三4)颗粒度

颗粒度是各种粘土矿物的主要特征之一。一般，粘土矿物的颗粒平均尺寸在1～5微米，大部分在2微米以下，而这一部分直接影响到粘土的可塑性，坯体的干燥收缩、孔隙度和强度，以及烧成收缩和烧结性等。因此颗粒尺寸对粘土的工艺性能有很大影响。第28页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三5)吸附性

由于粘土颗粒具有很大的表面积与表面能，所以许多粘土都是良好的吸附剂。粘土能从溶液中吸附酸与碱，也可以使有色物质溶液脱色，漂白粘土是油脂工业中良好的漂白剂。第29页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三6)干燥收缩和烧成收缩

塑性泥料干燥后，因其水分蒸发，孔隙减少，颗粒之间的距离缩短而产生体积收缩，称之为干燥收缩，烧结后，由于粘土颗粒中产生液相填充在孔隙中，以及某些结晶物质生成，又使体积进一步收缩，称之为烧成收缩，两种收缩构成粘土的总收缩。

第30页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三7)粘土的烧结性

粘土的烧结性是粘土的重要特性之一，它决定着粘土在陶瓷生产中的适用性，作为选择烧成温度，确定烧成范围的主要参考性能指标。世界陶瓷最大生产国，占50％份额。2007年有9830家企业，总产值2342亿元。我国工业的快速发展，有些地方黏土资源已面临短缺。第31页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三二、石英类原料

石英是重要的陶瓷原料之一。石英是一种结晶状的SiO2矿物，存在的形态很多，以原生状态存在的有水晶、脉石英、玛瑙，以次生状态存在的有砂岩、粉砂、蛋白石、燧石等，以变质状态存在的有石英岩和碧玉等。第32页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1、石英原料的性质

1)化学性质石英的化学成份随其所含的杂质而异。脉石英和石英岩中SiO2的含量很高（约97～99％），而石英砂中SiO2含量较低。

第33页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)比重

石英原料的比重随其晶型的不同而变化，石英为2.65，方石英为2.33，鳞石英为2.33。

第34页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2、石英的晶型及其转化

石英是由[SiO4]-4互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。连接后在三维空间扩展，由于它们以共价键连接，连接之后又很紧密，因而空隙很小，其它离子不易侵入网穴中，则使晶体纯净，硬度与强度高，熔融温度也高。第35页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三按照[SiO4]-4的连接方式，石英有三种存在形态8种变体；

石英870℃以下鳞石英1170℃以下方石英1713℃以下

第36页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三石英晶型转化中的体积变化

第37页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三预先煅烧块状石英，然后急速冷却，使组织破坏，利于石英的破碎。在制品烧成和冷却时，在处于晶型转化的温度阶段，应适当控制升温与冷却速度，防止制品的开裂。

第38页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3、石英在坯、釉中的作用

石英在陶瓷制备中起着骨架作用,防止坯体软化变形。石英熔化在釉层中，同样起着网络骨架作用，能改善釉面性能，提高陶瓷的机械强度，电瓷的绝缘性能及陶瓷的化学稳定性，抗腐蚀性等。第39页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三三．长石类原料

长石是陶瓷生产中的主要溶剂性原料。在烧成过程中，长石熔融（<1300℃）形成乳白色的粘稠玻璃体。这种玻璃体的特点是冷却后不再析晶，并能在高温下熔解一部分高岭土分解物与石英颗粒，促进成瓷反应的进行，这种作用通常称为助熔作用。

第40页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1．长石原料的种类

根据化学成分和结晶情况的不同，可将长石分为四种：钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2钠长石：Na2O·Al2O3·6SiO2钙长石：CaO·Al2O3·2SiO2钡长石：BaO·Al2O3·2SiO2

第41页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2．长石的性质

钾长石一般呈粉红色或肉红色，个别呈白色、灰色、浅黄色等，比重为2.52～2.59，硬度6～6.5，断口呈玻璃光泽，解理清楚。

钠长石与钙长石一般呈白色或灰白色，其他物理性质与钾长石近似，比重为2.62。斜长石呈浅灰或浅绿的白色，比重为2.62～2.76，硬度为6。第42页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三长石在瓷坯釉中主要起助熔作用

长石的熔融温度为：钾长石：1190℃钠长石：1100℃钙长石：1550℃

钡长石：1725℃第43页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三第二节、常用人工合成原料现代陶瓷种类繁多，大部分人工合成，如：Al2O3、ZrO2、TiO2、碳化物氮化物及各种电子陶瓷原料等。第44页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三一．氧化铝（Al2O3）

氧化铝应用：无线电陶瓷、耐磨材料、耐火材料、电瓷等工业领域制备氧化铝陶瓷和其他高性能陶瓷的主要原料之一。

第45页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三氧化铝粉末的特性工业氧化铝：白色、松散的结晶粉末，是由许多粒径小于0.1微米的γ－Al2O3或α－Al2O3组成的多孔球形聚集体平均颗粒为40～70微米。但是，也有粒径大于100微米，也有小于1微米或更小的纳米级颗粒。第46页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1．氧化铝的晶态与性能

常见的有三种即：α、β和γ三种形态其他的晶型比较少见。α－Al2O3：俗称刚玉，属三方晶系，它是氧化铝三种形态中最稳定的晶型，一直稳定到熔点。自然界中只有α－Al2O3存在如:刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。第47页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三β－Al2O3:实际上是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。化学组成可近似表示为：

MeO·6Al2O3和Me2O·11Al2O3。其中:MeO指CaO、BaO及SrO等碱土金属氧化物。

Me2O指Na2O、K2O及Li2O等碱金属氧化物。第48页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三γ－Al2O3:是低温形态，在1050～1500℃范围内不可逆地转化为α－Al2O3。它在自然界中不存在，只能用人工合成方法制取。第49页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2．Al2O3的预烧

由于Al2O3有不同晶型，不同晶型在其结构、性质上又有很大区别，而这些晶型可以通过温度的变化而改变。第50页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三一般在使用Al2O3前都要预烧，

保证γ－Al2O3→α－Al2O3

，

减少烧成收缩，γ→α收缩大约14.3%第51页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三α－Al2O3是高温稳定型，当Al2O3坯体中含有γ－Al2O3时，在加热干燥或烧成时，发生γ－Al2O3→α－Al2O3的晶型转变，相变产生的体积变化将有可能导致坯体的部分收缩或一些缺陷

第52页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3．Al2O3的制备

1)工业氧化铝

工业氧化铝是通过铝矾土(Al2O3·3H2O)和硬水铝石制备的。通过碱的处理，使铝矾土中的Al2O3转变为NaAlO2(Na3AlO3),即工业生产常用的拜耳法第53页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三拜耳法

Al2O3·3H2O+2NaOH→2NaAlO3+4H2ONaAlO2溶于水，SiO2、Fe2O3等杂质则留在残渣中。在溶液中加入Al(OH)3晶种，不断搅拌使Al(OH)3沉淀，然后煅烧成Al2O3。第54页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三在精细陶瓷种氧化铝陶瓷的产量最大，但在氧化铝粉产业中用于陶瓷生产只是少部分。第55页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三大量的氧化铝粉体用于电解铝生产第56页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三二．氧化锆（ZrO2）

氧化锆是制备性能优良的氧化锆陶瓷制品、氧化锆增韧复合陶瓷及铁电、非铁电、锆质压电陶瓷的主要原料。近十几年来，氧化锆相变增韧陶瓷的出现，使得氧化锆相变增韧陶瓷一度成为研究的热点。

第57页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1．氧化锆的性质

氧化锆是一种白色粉末，密度为5.68～6.27，熔点为2680℃，是很好的耐火材料。在不同温度下ZrO2有三种晶体形态即：立方晶系（cubicsystem）、四方晶系（tetragonalsystem）、单斜晶系（monoclinicsystem）。

第58页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ZrO2变体及其性质

晶型

晶格常数/nm密度/g/cm-3abcβ/(º)单斜（m）0.518180.521420.5383581.225.56四方（t）0.554850.52672--6.1立方（c）0.50800---5.68~5.91m相t相c相液相1170℃900℃2370℃2680℃第59页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三四方ZrO2向单斜ZrO2转化时，伴随有一定量(3~4%)的体积膨胀与剪切应变。该相变是非扩散型马氏体相变。这种体积膨胀与剪切效应是ZrO2相变增韧的理论基础。第60页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)氧化锆的相变增韧机理

氧化锆相变发生体积膨胀，纯氧化锆很难制造出零件。必须要进行晶型的稳定。常用的稳定添加剂：CaO、MgO、Y2O3、CeO2等一些稀土氧化物，能与ZrO2形成置换固溶体，改变了t-ZrO2与m-ZrO2的自由能状态，使得t→m的相变温度Ms降低，可以到室温。

第61页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三控制ZrO2相变的参数颗粒尺寸稳定剂的种类和数量应力状态第62页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三颗粒尺寸的变化，使粉料的比表面发生变化。细界面能增加由于t-ZrO2的比表面能小于m-ZrO2的比表面能，所以当颗粒尺寸减小，t-ZrO2→m－ZrO2相变温度Ms也降低。

第63页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三亚稳态C－ZrO2——全稳定化ZrO2（FullyStabilizedZirconia,FSZ)

Y2O3>8%mol(C+t),(c+t+m),(t+m)－ZrO2——部分稳定氧化锆（partiallyStabilizedZirconia,PSZ）

Y2O3

质量分数5～12.5%

亚稳t-ZrO2——四方氧化锆多晶体（TetragonalZirconiaPolycrystals,TZP)Y2O32～3%mol稳定剂的种类和数量第64页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三应力状态第65页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3)超纯、超细ZrO2粉的制备

工业用的ZrO2是从天然锆英石矿物中分离出来的，所以粉料的粒度较大，纯度也不高，一般用在锆质耐火材料上。

氯氧化锆直接高温煅烧------氧化锆

在精细陶瓷中一般采用超细氧化锆粉，目前主要采用中和共沉淀法，加入稳定剂。

第66页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三第67页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三溶液过滤共沉淀压滤清洗煅烧第68页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三喷雾干燥第69页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三广东华旺300~350元/公斤东方锆业江西微亿（泛美亚）河北鹏达焦作市维钠精细陶瓷有限公司日本TOSOH800~1000元/公斤国内氧化锆陶瓷粉体生产现状市场价格：～150元/公斤工业氧化锆：～50元/公斤成型性能、烧结温度、强度和密度第70页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ZirconiaBackPlateDFM–RevisedRawMaterialMixingMaterialPreparationinTapeFormCuttoSize/ShapeDebinding&SinteringNo1SinteringNo2BlackColoringHighTempVacuumFurnaceCncMachiningofOpenings&EdgesRoughGrindingLapping/PolishLaserEngravingInspection/Packing第71页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ZirconiaBackPlateDFM–Revised

JapanesePowder(DKKK)&CCTCDatasheetandCharacteristicsComparison项目

Item单位

Unit检测方法

InspectionMethodDKKK

DataCCTC

Data粉体的成份

CompositionsofthepowderY2O3%荧光X射线

fluorescenceX-ray5.655.55Al2O3%荧光X射线

fluorescenceX-ray0.250.24Fe2O3%ICP分析

ICPanalysis0.0060.007Na2O%ICP分析

ICPanalysis0.0070.006SiO2%ICP分析

ICPanalysis0.0070.008粉体的物理特性

ThePhysicalCharecteristicsofthepowderIg.Loss%1000℃，1h（含水）（withH2O）0.730.51H2O%110℃，1h0.30.32比表面积

BETm2/g比表面积检测仪

BETanalyzer13.213.5微晶尺寸

CrystallitesizenmTEM检测

TEMinspection2725粒子尺寸（D50）

Particlesize(D50)μmMS2000激光粒度仪

MS2000Laserparticlesizeanalyzer0.480.46烧结体的物理性能

Thephysicalcharecteristicsofthesinteredbody密度

sintereddensityg/cm3排水法

Displacementmethodofwater6.056.08吸水率

waterabsorption%煮沸法

boilingmethod00抗弯曲强度

bendingstrengthMpa万能力学试验机

Universalmechanicaltestingmachine11001095表面维氏硬度Surfacevicker-hardnessHV维氏硬度检测仪

VickerHardnessTester1250-13201220-1300第72页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三3．氧化钛(TiO2)

氧化钛是生产、制备陶瓷电容器的主要原料,也是合成一系列铁电和非铁电钛酸盐的主要原料。每年约400万吨的产量，已成为世界无机化工产品中三种最大销售值商品之一，仅次于合成氨和磷酸，名列第三位。

第73页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三1)氧化钛的性质

氧化钛是一种细分散的白色代黄粉末，有多种变体，常见的有三种即锐钛矿、板钛矿、金红石。由于氧化钛反射全部的可见光波长，所以有高度的白色，因此氧化钛又称之为钛白粉。被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤和橡胶等工业.第74页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三TiO2的三种形态中，以金红石性能最好，特别是它的介电常数很大。锐钛矿、板钛矿TiO2分别在915℃和650℃转化为金红石，并伴有体积收缩。因此，在使用TiO2前都要在1100～1300℃煅烧TiO2，以保正所有的TiO2都转化为金红石型结构。

第75页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三金红石的煅烧制度对电性能影响很大。

在煅烧或烧成金红石瓷和其它含钛瓷时，气氛或杂质的影响，可使部分氧化钛失氧：

第76页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三a)在还原气氛或弱还原气氛

第77页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三b)烧成时的高温分解

TiO2→TiO2-x+1/2xO2↑第78页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三c)原料中所含的杂质

原料中所含的杂质Mg、Al、Si、Fe等，大部分能与Ti4+起置换反应，进入晶格内，影响到TiO2的性能。

第79页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)TiO2的制备

金红石在自然界中很少见。人工提取氧化钛的方法有很多种，但工业上常用的还是硫酸水解法和氯化法。

第80页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三硫酸法

将含钛的矿石中加入硫酸，再水解FeOTiO2+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2OTiOSO4+nH2O=TiO2·nH2O+H2SO4TiO2·nH2O==TiO2+nH2O第81页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三第82页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三氯化法是于1959年由美国杜邦公司首先实现工业化的。该法是将天然金红石或高钛渣粉料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化，生成四氯化钛，再经高温氧化生成二氧化钛，最后经过滤、水洗、干燥和粉碎而得到钛白粉产品。第83页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三

90年代以前，硫酸法一直占据钛白粉工业的主导地位，1992年后，转为氯化法占主导地位。目前世界上新建或改扩建钛白粉厂多以氯化法为主，杜邦公司全部采用氯化法。氯化法钛白粉生产在技术上有一定难度，基本由少数几个大公司所垄断。第84页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三4.碳化物陶瓷原料

（carbideceramicpowder)

碳化物通式：MexCy(Me:金属元素)熔点都非常高，许多碳化物的熔点都在3000℃以上，是一类非常耐高温的材料。碳化物的硬度高，特别是B4C，仅次于金刚石和立方氮化硼。

在高温下，所有碳化物都会被氧化。都具有较小的电阻率和较高的导热率。第85页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三常用碳化物原料

（SiC、TiC、B4C）

碳化硅（SiC），高温强度高、抗氧化性能好、抗腐蚀性能好、导热系数高、

热膨胀系数小和抗热震性好等一系列优点。

第86页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三i)SiC的晶型

SiC有多种变体，主要有两种晶型：α－SiC，属六方晶系，是高温稳定型。β－SiC，属等轴晶系，是低温型。β－SiC→α－SiC2100℃左右，速度很慢，

2400℃转变迅速。

第87页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ii)SiC粉的合成

工业上常用的SiC合成方法:用碳还原二氧化硅，即将石英砂（SiO2）加焦炭直接通电还原，反应温度通常在1900℃以上；SiO2+3CSiC+2CO产量很大，价格低3000～5000元/吨第88页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三b)碳化钛TiC1)性质TiC-----面心立方晶体结构密度：4.9---3.93g/cm3硬度：9－10（莫氏硬度〕良好的化学稳定性第89页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2〕制备方法工业上利用TiO2与C反应2TiO2+CTi2O3+COTi2O3+C2TiO+COTiO+2CTiC+CO第90页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三c)碳化硼性质

B4C:六方晶系显微硬度：50000MPa

金刚石：80000－100000MPa高B含量：核材料抗氧化能力差第91页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三2)制备方法

碳热法2B2O3+7CB4C+6CO第92页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三5.氮化物陶瓷原料

(nitrideceramicpowder）

常用氮化物原料

作为陶瓷材料用的氮化物主要有Si3N4、BN、TiN、AlN等。

第93页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三(1).氮化硅Si3N4

i)Si3N4的晶体结构及性质

Si3N4有两种晶体结构，α－Si3N4和β－Si3N4，两者都属于六方晶系。第94页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三α－Si3N4在1400～1600℃转化成β－Si3N4，α－Si3N4显微硬度为32.65～24.5GPa,β－Si3N4显微硬度为16～10GPa第95页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三ii)Si3N4粉的制备一般采用硅粉直接氮化碳热还原法；第96页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三a)硅粉直接氮化法将有一定细度的硅粉，置于氮化炉中，通氮气加热到一定温度，即可得到Si3N4粉；

精细陶瓷用氮化硅粉体性能要求：α-Si3N4含量>92%含氧量<2%游离硅含量<1%平均粒度~0.5μm第97页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三Si粉氮化应从600℃开始，于1100℃左右剧烈反应，反应为放热，因此氮化初期应避免温度突然上升。得到的Si3N4粉主要为α相及少量β相，如温度过高，则β相含量增加。

第98页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三b)碳热还原法以细而纯的SiO2作为原料，以C作为还原剂，同时通N2进行氮化，其反应式为；

第99页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三这种方法，反应温度较高、反应时间短，便于连续化生产，但α相含量不高、残留碳等问题。

粉末原料的合成对Si3N4陶瓷最终性能是至关重要的。一般要求Si3N4原料要纯、细并不能有团聚现象，而且应具备有高的α相含量。

第100页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三研究结果表明：高α相含量的粉末制得的Si3N4陶瓷，力学性能较好，其原因在于，α相多的原料最终获得的产物含有针状Si3N4晶体，β相多的原料最终获得的产物中含有粒状的Si3N4晶体

氮化硅系列陶瓷具有优异的综合性能第101页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三(2)氮化硼（BN)高硬度、良好的加工性与石墨结构相同，称白石墨，良好的固体润滑性具有高导热系数，良好的电绝缘性，良好的化学稳定性第102页，讲稿共122页，2023年5月2日，星期三i)BN的晶体结构

有两种晶体结构，六方、立方

第103页，讲稿共12