陶瓷工艺学第一章原料

第一章原料第一节

原料的分类第二节

石英原料第三节长石类原料第四节

粘土原料

第五节

其它原料

第六节

原料的处理

第七节

原料标准化

陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料，而非化工

原料。陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。所以陶瓷生产中原料是至关重要的。原料

：

硅酸盐矿物(metasilicatemineral)第一节

原料的分类

1、概述2、原料的分类据工艺特性据用途据获得方式○可塑性原料○非可塑性原料

（瘠性料）○熔剂性原料○坯用原料○釉用原料○色料和彩料○粘土原料○硅质原料○长石原料○钙质原料○镁质原料据矿物组成○矿物原料○化工原料对原料的要求:1）保证最终形成制品所需的各种晶相，玻璃相等。2）保证工艺过程中所需的各种工艺性能。陶瓷工业中的辅助原料，主要为石膏和耐火材料，各种添加剂如助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑剂，增强剂。3、原料和制品的关系制品的性能由结构决定，结构由原料的种类和工艺决定。第二节石英原料1、石英原料的种类2、石英原料的性质

2.1石英的物理性质

2.2石英的多晶转变的特性

2.3石英的膨胀性3、瓷胎中的石英变体4、晶型转化与实际生产5、石英在陶瓷生产中的作用6、石英的质量控制7、作业⊙脉石英⊙沙岩⊙石英岩⊙石英沙⊙燧石⊙硅藻土1、石英原料的种类（1）脉石英

致密结晶态，火成岩。

外观特点：纯白，半透明，呈油脂光泽

断口呈贝壳状。

SiO2>99%

是生产日用细瓷、釉料的良好原料。（2）砂岩

碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，据胶结物不同分为：石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母质砂岩，硅质砂岩。陶瓷中仅用硅质砂岩。SiO290%—95%（3）石英岩

硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。

外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大，

硬度高。

SiO2>97%。

用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。（4）燧石

隐晶质SiO2，SiO2

液经化学沉积在岩石夹层中，硬度高，陶瓷工业做研磨用。可做球蘑机内衬，研磨体球石用。

SiO2>98%。（5）石英砂

长石、花岗岩，伟晶岩风化的产物，做陶瓷原料可简化工艺，但杂质多，成分变化波动较大。

河床砂用于墙地砖，大缸生产，可减小其变形。燧石石英砂（6）硅藻土

溶于水的部分二氧化硅，被微细的硅藻类水生物吸取，沉淀演变而成为含水的非晶质二氧化硅，具有多孔隙。可做绝热材料，多孔陶瓷等。2、石英的性质2.1物理性质（

1）外观特性：石英的外观视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。（2）莫氏硬度为7。（3）密度：石英晶型不同密度不同，变动范围2.22—2.65。（4）化学稳定性

具有强耐酸侵蚀力，除HF；

与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。

（5）熔融温度范围：1400

C—1770

C，由SiO2的形态和杂质含量决定。

—石英

—鳞石英

—方石英熔融态石英

—鳞石英石英玻璃

—石英

—鳞石英

—方石英

117℃163℃870℃180-270℃1713℃1470℃573℃2.2石英的晶型转化高温型缓慢转化低温型快速转化◎石英晶型转变的特点（1）高温型的缓慢转变（横向转变，又称一级转变）转变由表及里缓慢进行，体积变化大，构型转变（涉及到键的破裂和重组为重建型转变）。（2）低温型的快速转变（纵向转变，又称二级转变）转变表里瞬间同时进行，体积变化小，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），可逆。（3）石英多晶转变的体积效应缓慢转化计算转化时的温度体积变化率(%)快速转化计算转化时的温度体积变化率(%)α石英→

α鳞石英1000+16.00β石英→

α石英573+0.82α石英→

α方石英1000+15.04γ鳞石英→

β鳞石英117+2.0α石英→

α石英玻璃1000+15.05β鳞石英→

α鳞石英163+2.0石英玻璃→

α方石英1000-0.09β方石英→

α方石英150+2.80石英多晶转变的体积效应

一级转变的体积变化大，但由于其转化速度小，破坏作用小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。

二级转变的体积变化小，但转化速度大，瞬间完成，破坏作用大无液相对坯体影响大，必须严格控制。石英理论晶型转化的基础条件：慢升温，维持晶型转化在平衡态下进行。

不同晶型存在有不同温度范围。3、瓷胎中的石英变体以标准硬瓷为例：

石英

20%—30%

粘土

50%—60%烧成温度

长石

10%—30%1300

C—1400

C相组成：

玻璃相

40%—60%

莫来石

10%—30%

残余石英

8%—12%

气孔0.5%

有些含6%—10%的方石英（石英总量达15%—20%）石英实际转化示意图

石

英

石英

半安定方石英无矿化剂有矿化剂干转化湿转化半安定方石英

—方石英

—鳞石英1050℃开始，1200—1300℃强烈700—900℃开始，1200—1470℃明显1470℃

1200—1400℃明显（1）实际转化时升温快，常出现过渡状态（半安定方石英）但无论是否有矿化剂，

—石英的转化过程都经过半安定方石英阶段。（2）有矿化剂存在，最终有鳞石英形成。无矿化剂最终形成方石英。

矿化剂：RO(CaO，MgO，FeO，Mn)R2O(Na2O，K2O)矿化剂的来源：熔剂性原料。结论4、晶型转化与生产（1）石英煅烧，易于粉碎。

1000

C煅烧

急冷

变松

利用石英573

C晶型转化。利用石英各向异性，在600

C到800

C时在两个方向上体积效应不同。垂直于c轴

1.7%—2%，平行

c轴

0.8%—1.2%。（2）烧成后冷却阶段，到573

C附近晶型转化，

坯体易开裂。如日用瓷彩烤冷却。

对烧成的前期即坯体升温过程影响不大。原因：

升温过程中，573

C附近晶型转化的膨胀可弥补坯

体本身的空隙。（3）硅砖的生产

硅砖中二氧化硅的含量大于70%，烧成时要控制好升温速度，否则易炸裂。（4）炻器、建材、彩釉砖，尽量减少石英用量，或使石英颗粒尽量细，以适应快速烧成的特点。（1）烧成前石英为瘠性料，调节泥料的可塑性，降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，防止坯体变形。（2）烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩。当玻璃质大量出现时，石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。（3）石英可提高坯体机械强度，透光度，白度（高石英配方中，石英料中含Fe量低时）。（4）釉料中，玻璃质的主要成分。提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。5、石英在陶瓷生产中的作用6、石英的质量控制（1）控制

SiO2含量，保证其纯度在85%—90%。因产品的要求不同而定。细瓷，釉料，高压电瓷大于

98%；

墙地砖要求低些。（2）控制

Fe2O3+TiO2

含量

高档白瓷

，白度

大于75

，

Fe2O3

0.3%

高压电瓷，

Fe2O3+TiO2

0.6%Fe2O3

0.3%（

Fe2O3高温分解，有气体产生，留下气孔，高压下易被击穿。）

其它炻器、卫生瓷据白度而定。1、常见的石英的类型？2、石英横向和纵向晶型转化的体积变化率和破坏作

用？3、石英的外观特征？4、在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？5、在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些

影响？6、石英的作用？7、在生产高档细瓷时对石英成分的要求？作业：第三节长石类原料长石是陶瓷原料中最常见的熔剂性原料，在陶瓷生产中用作坯料、釉料、色料、熔剂等的基本组分，用量较大，是陶瓷三大原料之一。也称为熔剂性原料。熔剂性原料：小于1400

C烧成温度范围内，某一原料本身产生熔体，或与其它原料共熔形成熔体，由于熔体的产生使产品在低温下烧成，具有这一特性的原料叫熔剂性原料。

据产生熔体的方式不同可分为：

自熔性熔剂：在烧成温度下，原料本身自动产生熔体，形成液相。如：长石

共熔性熔剂：在烧成温度下，不能形成液相，而与其它原料共熔形成熔体。如：骨灰：1700

C

骨灰+石英：1240

C

定义：

1、长石(feldspar)类熔剂1.1种类钾长石

KAS61150

C不一致熔融

钠长石NaAS61100

C一致熔融钙长石CaAS21550

C一致熔融

钡长石

BaAS21715

C一致熔融(几乎不用。)共生矿物有：石英，云母，霞石，角闪石。其中云母，角闪石为有害杂质。小于10%钙长石高温互溶低温分离互溶互溶2、长石之间互溶特性钠长石钾长石不互溶

●

钾长石+钠长石

高温互溶，低温分离。

钠长石含量

50%透长石

钠长石含量

30%正长石

钠长石含量

20%微斜长石钾长石钠长石

高温下任意比互溶，低温下也不分离。钠长石

90%钠长石钙长石

90%钙长石其余称斜长石。

实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的钠长石指

以钠长石为主的钾钠长石。●钠长石+钙长石

●钾长石和钙长石

钾长石和钙长石的固溶性差，钾长石小于10%，在任何温度下几乎不互溶。

在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长石的熔融温度（1150

C

1050

C），所以调整配方时，钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度，尤其利于釉的熔化和铺展。3、长石原料的性质3.1物理性质钾钠长石：（含钾长石较多）外观：为肉红色，粉红，个别为白，灰，浅黄。

密度：

2.56—2.59

硬度：

6—6.5

断口呈玻璃光泽，解理清楚。钠钙长石

外观：颜色一般为白色，灰白色。

其它物理性质与钾钠长石相似。3.2熔融特性●

长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。在坯体中：较低的熔化温度，较宽的熔化温度范围。在釉料中：较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。被熔解的物质1300℃的溶解度1500℃的溶解度钾长石钠长石钾长石钠长石粘土分解产物石英15~205~1025~338~1540~5015~2560~7018~28

长石熔体对粘土、石英的溶解度（单位：%）要求:具有良好的熔剂作用，具有较高粘度。●熔点与熔化温度范围

钾长石

1130

C—1450

C

T=320

C

钠长石

1120

C—1250

C

T=130

C

钙长石

1250

C—1550

C

T=300

C

从以上可以看出：

钾长石的始熔温度不是太高，且其熔融温度范围宽，这与钾长石熔融反应有关。

KAS6

KAS4（白榴石）+2SiO2

钾钙长石互溶性差，但在钾长石中引入少量钙长石，熔化温度从1150

C

1050

C

。

●长石原料的高温粘度与高温粘度系数

粘度系数：粘度随温度的变化率。

要求：长石的高温粘度大，高温粘度系数小。

高温粘度越大，不易变形；高温粘度系数越小，熔融温度范围越宽。

钾长石粘度>钠长石粘度

>钙长石粘度

钾长石高温粘度系数<

钠长石高温粘度系数<钙长石高温粘度系数

●粘度差异形成的原因

KAS6

KAS4（白榴石）+SiO2（熔体）1130ºC开始软化，在1220ºC时分解，白榴石新晶相和二氧化硅熔体的生成使其粘度变大，高温粘度系数变小，不易变形。

钠长石升温，始融温度低于钾长石，无新晶相产生，随温度升高粘度变小，溶解快，易变形。但其对莫来石，石英，粘土，溶解能力大（约为钾长石的1.5倍）,溶解速度快（为2~3倍）。所以钠长石利于坯体致密，机械性能和电性能增强，使瓷化程度提高，半透明性提高。

适宜比例：钾长石：钠长石=3：14、陶瓷工业对长石质量要求4.1高温粘度和高温粘度系数要求

●一般要求高温粘度大，高温粘度系数小。

●但对于快速烧成的，则高温粘度不应太大，高温粘度系数不宜太小。所以常用钠长石达到低温快烧的目的。

●细瓷要求高温粘度尽可能大，因其玻璃相在60%左右，只有高温粘度尽可能大，高温下制品才不变形。

4.2组成的要求4.2.1化学组成（国标规定）

一级长石可做高级细瓷的坯釉。二级长石可做普通白瓷，不可做釉。成

分

%K2O+

Na2ONa2OFe

2O3Al2O3MgO+CaO一

级

品≥11<

4≤0.2≥17<

2二

级

品≥11≤0．5≥17<

2注意●控制钾钠的比例，要求K2O:Na2O=4:1~2

1

日用瓷3~4，小而薄的制品比值要大。电瓷

3，大而厚的制品要小。●由于CaO和MgO能明显降低K—Na长石二元系统熔融温度和高温粘度，对于精细白瓷CaO<1%，

原因，钙长石高温体积稳定性差，易变形，所以要严格控制CaO的含量。●

Fe2O3<0.5%可生产高档白瓷。4.2.2矿物组成的要求

●坯料：对于云母含量高的长石坯料，要慎用，禁用。云母不易研磨（片状结构，片层薄），且云母使坯体易炸裂。

●釉料：在熔块釉中，白云母影响不大，黑云母禁用。黑云母高温溶解为粘稠液体，且不与长石互溶，而以黑斑独自存在，影响白度。

鉴定矿物纯度的方法：长石加热到1260

C，看是否有星斑，为夹杂矿物，可除。如果发绿，为夹含铁固溶物，不易除。发白，为较纯矿物，质量好。4.2.3物理性能的控制

熔点的控制：长石的熔化温度<1230

C

，或熔化温度比烧成温度低50

C—100

C

，保证起助熔作用，熔化温度范围>30

C—50

C。

主要表现为：熔融和熔化其他物质的性质。5、长石的作用5.１长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。5.２熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中Al2Ｏ3和SiＯ2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。5.３长石熔体能填充在各结晶颗粒间，使坯体致密，减少空隙。冷却后长石熔体构成玻璃基质，增加透明度，提高机械性能，电性能。5.４在釉料中做熔剂。5.５长石作为瘠性料，缩短坯体的干燥时间。减少坯体的干燥收缩和变形。6.1伟晶花岗岩

矿物成分：石英，长石及少量的杂质。其中石英的成分波动大。由石英和杂质的含量决定能否使用。当石英在25%—30%，长石在60%—70%，杂质较少时。（一般要求：Fe2O3在0.5%以下，碱成分不小于8%，CaO不大于2%，K2O/Na2O质量比不小于2。）6、其它熔剂性原料6.2霞石正长岩

●矿物成分：长石，霞石(Na,K)AlSiO4，杂质。

●特点:(1)1060

C开始熔化，随碱含量的不同在1150—1200

C范围内波动。K2O为主要成分，高温粘度系数小。

(2)Al2O3的含量比正长石高（一般在23%左右），几乎不含游离石英，且高温下能溶解石英，所以，熔融后高温粘度大。

(3)含铁多，需精选。结论：适于快烧，且烧成温度范围宽，霞石正长岩代替长石，使坯体生产烧成时不易沉塌变形，热稳定性好，机械强度高。6.3锂质矿物原料——锂云母和锂辉石6.3.1

—锂辉石

锂辉石结构式为LiAl（SiO3）2，理论组成为：Li2O8.02%，SiO264.58%，Al2O327.4%，此外，还有钾，钠，镁，锰，铁等杂质。

锂辉石加热到850

C开始由

—锂辉石转变为

—锂辉石。1000

C时转化趋于完全，此时出现亚稳态的

—锂辉石，1100

C时

—锂辉石转化为

—锂辉石，加热到1430

C时达到不一致熔融，其中视杂质含量的多少可成为

—锂辉石固熔体。锂云母又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型结构的硅酸盐，其构造式为KLi[Al（OHF）2]Al（SiO3）3，化学组成不定。锂云母为单斜晶系，晶体呈板状或短柱状，通常以片状或细鳞片状集合体产出。颜色为玫瑰色，浅紫色，有时为白色。硬度为2.5—4，比密度为2.8—2.9。烧后为黄玉色，于1300

C完全熔化。6.3.2锂云母作业1、比较钾长石和钠长石的熔融特性。2、长石的作用。3、常见的长石代用品○粘土的成因与分类○粘土的组成○粘土的工艺性质○粘土的加热变化○粘土在陶瓷生产中的作用第四节粘土原料1、粘土的成因○粘土的成因与分类粘土是由各种富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经漫长的地质年代的风化，水解，热液蚀变等作用而形成的。2KAlSi3O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+SiO2+K2CO3Al2Si2O5(OH)4=Al2O3·nH2

O+SiO2·nH2O

水铝石蛋白石CaAl2Si2O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+CaCO3

钙长石2[KAl3Si3O10(H2O)2]+3H2O+H2CO3=3Al2Si2O5(OH)4+K2CO3

绢云母高岭石2、粘土的分类2.1

按成因分：原生粘土（一次粘土）次生粘土（二次粘土）2.2按可塑性分：高可塑性中等可塑性低可塑性2.3按耐火度分：耐火粘土（耐火度>1580

C)难熔粘土（耐火度1350—1580

C）易熔粘土（耐火度<1350

C）化学组成耐火度成型性能一次粘土较纯较高塑性低二次粘土杂质含量高较低塑性高○粘土组成——3方面（三大组成）◎矿物组成◎化学组成◎颗粒组成1、矿物组成粘土矿物杂质1.1粘土矿物高岭石类蒙脱石类伊利石类水铝英石1.1.1高岭石类主要矿物：高岭石和多水高岭石化学式：高岭石Al2O3•2SiO2•2H2O（Al2Si2O5(

OH)2）

多水高岭石Al2O3•2SiO2•2H2O•nH2O(n=2—4)理论组成：Ａl2Ｏ339.5%，ＳiＯ246.54%，Ｈ2Ｏ13.96晶系：三斜晶系。细分散的晶体，外形呈片状、粒状、杆状，假六方片状。高岭石晶体结构式：Al4［Si4O10]（OH）8，1:1型层状结构硅酸盐，Si－O四面体层和Al－（O，OH）八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。高岭石离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子［OH-］中的H+可被Ｋ+或Na+取代。高岭土晶体结构多水高岭石(埃洛石，叙永石）结构单元层间多层间水，使单元层间距加大，范德华力和氢键变弱，所以，层间结合力小。为弯曲卷状。原因，层间距增大，层间结合力降低。多水高岭石高岭石杆状高岭石片状高岭石1.1.2

蒙脱石类化学通式：Al2O3·4SiO2·nH2O（n通常＞2）晶体构造式：Al4(Si8O20)(OH)4·nH2O晶系：单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属胶体微粒，故晶体轮廓不清。2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠O键相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。可交换阳离子一层水分子蒙脱石特点一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是膨润土的名称的由来。蒙脱石特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层Ｓi4+部分被Ａl3+、Ｐ5+置换。八面体层中Ａl3+被Ｍg2+、Ｆe3+、Ｚn2+、Ｌi+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如Ｃa2+、Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离子不同分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。蒙脱石晶粒呈不规则的细颗粒状，鳞片状，颗粒较小，结晶程度差。蒙脱石易碎，分散度好，可塑性好，干燥强度大，干燥收缩大。杂质含量大，烧结温度低，烧后色泽深。坯料配方中用量＜5%。釉料中少量使用作为悬浮剂。

叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土。但无可塑性。无层间水，杂质少，所以总收缩小，线胀系数小，适于快速烧成。（因其在升温过程中脱水极为缓慢，不会对坯体造成大的应力，可做对尺寸要求高的制品如内墙砖。）1.1.3伊利石类化学通式：(K,H3O)<1nH2O{(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2}化学组成：

水化了的白云母，介于高岭石，白云母之间，K2O较低，SiO2、MgO、FeO、H2O较高。结构：单斜晶系，与蒙脱石结构类似，2:1型层状硅酸盐，但[SiO4]四面体中Ａl3+较蒙脱石多，晶间阳离子常为K+，也有部分被Ｈ+，Ｎa+取代，

K+半径大小正好嵌入层间，因此晶格结构牢固，不发生膨胀。

外观：多呈不规则片状，颜色洁白，黄色，绿色及褐色。特性：伊利石类可以看做是白云母风化过程中形成高岭石和蒙脱石的中间产物，转变程度不同，所形成的矿物不同，矿物组成变化较多。伊利石类矿物构成的粘土，一般可塑性低，干后强度大，干燥烧成收缩小，烧结温度低，烧结范围窄。产地：我国河北邢台，江西德兴，湘南等地产伊利石较出名。1.1.4水铝英石水铝英石是由氧化硅、氧化铝和水组成的非晶质铝硅酸盐矿物，水铝英石外观上呈海绵状团聚体,有许多细孔和巨大表面积。颜色随吸附的金属离子而异,是火山灰土壤的主要黏粒矿物。它们通常是在低温低压环境里的风化过程中而产生，严格来说，不应该定义为矿物，而应以似矿物称之。自然界水铝英石含量少，包含在其它粘土中，在水中形成凝胶层，包围在其它粘土颗粒上，提高粘土的可塑性。1.2杂质矿物1.2.1石英和母岩残渣1.2.2碳酸盐和硫酸盐类1.2.3铁和钛的化合物1.2.4有机杂质2、粘土的颗粒组成定义：指粘土中含不同大小颗粒的百分含量

。意义：通过颗粒组成的分析，可初步判断工艺性能，颗粒越小，可塑性越大，干燥收缩越大，干燥后强度高，烧结温度低，易变形。作用：可初步判断粘土矿物类型，粘土矿物粒径小于2微米，非粘土矿物大于2微米，多数在10—60微米。区别相对含量，判断粘土非粘土。判断粘土本身矿物类型，高岭土粗，膨润土细。测定方法：国外：对超细粉体的分级技术研究较早（早在五、六十年代），采用X光透过法、激光法、沉降法先进方法，可以测出0.1～100μm的颗粒，精确度和自动化程度都很高。国内：大多数陶瓷厂家还仅仅使用筛分法来表示和控制原料的细度，此法只能测定粒径大于40μm的大颗粒，较粗糙，精确度不高。表示方法

统计的表示方法：理论上粘土的分布是连续的曲线，据统计的表示方法，把尺寸分段，做方框图，连接得分布曲线。3、粘土的化学组成

3.1化学组成的内容

作为陶瓷原料使用的粘土矿物的化学组成指九项全分析数据：（8+1）SiO2Al2O3Fe2O3TiOCaOMgOK2ONa2OIL.

需要时还要加测MnO，P2O5，CO2，SO3等。

粘土矿物是多种矿物组成的，随各种粘土原料所含的矿物组成不同，杂质含量不同，其化学组成变化很大。

全国各地粘土的化学组成

名称SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O烧失景德镇高岭47.2837.410.78/0.360.102.510.2312.03苏州土46.9237.500.15/0.560.160.080.0514.52界牌桃红土68.5220.240.60/0.150.751.427.49山西大同土43.2539.440.270.090.240.38//16.07淄博焦宝石45.2638.340.700.780.050.050.050.1014.46唐山紫木节41.9635.910.910.962.100.420.37/16.96

有助判断矿物组成；估计耐火度；判断烧后呈色；估计成型性能；推断烧成时膨胀及气泡产生；粗算示性分析。3.2化学组成的意义ＳiＯ2：

含量多—可塑性低—收缩小Ａl2Ｏ3：含量高—耐火度高—难于烧结—高岭石类Ｋ2Ｏ，Ｎa2Ｏ：含量高—烧结温度较低—伊利石类Ｆe2Ｏ3，ＴiＯ2：随含量增加—颜色加深ＣaＯ、ＭgＯ：降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量可使坯体起泡。IL：有机杂质较多灼减量大，粘土颜色深，吸水性强，可塑性好，干燥强度大，但收缩也大。○粘土的工艺性质－（非常重要）1、可塑性

2、结合性3、离子交换性4、触变性5、干燥收缩和烧成收缩6、烧结温度和烧结温度范围7、耐火度1、可塑性定义：粘土与水混炼结合后形成泥团，泥团在外力作用下能够变形而不开裂，当外力除去后，仍能保持这种形变的性质即为可塑性。表示方法：可塑性指数和可塑性指标可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率，以百分数表示，即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差

）●塑限W1——反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。●液限W2——反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。●Ｗ降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。

可塑性指标可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。

可塑性指标——反映粘土的成型性能

应力大，应变小——挤坯成型应力小，应变大——旋坯成型

高岭土可塑性等级可塑性强度可塑性指数可塑性指标强可塑性>153.6中可塑性7—152.5—3.6弱可塑性1—7<2.5非可塑性<1

影响可塑性大小的因素▲粘土可塑性的大小主要决定于固相与液相的性质和数量。▲固相的性质指固体粉料类型、颗粒形状、颗粒大小及颗粒分布、颗粒的离子交换能力等。▲液相的性质指液相对固体浸润能力和液相的粘度。▲固相与液相的比例影响可塑性。◆提高粘土可塑性的措施

陶瓷生产中为了获得成形性能良好的坯料，除了选择适宜的粘土外，还可调节坯料的可塑性以满足生产上对可塑性的要求。①将粘土原矿进行淘洗，除去夹杂的非可塑性物料，或进行长期风化。②将湿润了的粘土或坯料长期陈腐。③将泥料进行真空处理，并多次练泥。④掺用少量的强可塑性粘土。⑤必要时加入适当的胶体物质如糊精、胶体SiO2、Al(OH)3、羧甲基纤维素等。◆降低坯料可塑性的措施①加入非可塑性原料如石英、瘠性粘土、瓷粉等。②将部分粘土预先煅烧。2、结合性定义：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。粘土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量，而结合力的大小又与粘土矿物的种类、结构等因素有关。

一般而言，可塑性强的粘土其结合力也大。

指标：实验室中粘土的结合力通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂（颗粒组成为:0.25～0.15mm70%，0.15～0.09mm30%）的数量及干后抗折强度来反映。一般加砂量＞50%为结合力强的粘土，加砂量在25%～50%为中等结合力粘土，加砂量＜20％为结合力弱的粘土。

3、离子交换性

起因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al4+，Fe2+等置换以及边缘断键，而出现电荷而吸附反电荷，这些反电荷又可被置换。表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：mol×100／g。交换容量大小：

Ｈ+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上，取代顺序如下：

OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

影响离子交换能力的因素：▲离子性质；▲粘土矿物的种类和有序度及分散度，有序度高则交换能力差；▲有机物质的含量和粘土矿物结晶程度，一些活性基因-OH，-COOH具有吸附阳离子的能力。结晶程度差，交换能力强。▲不同离子对粘土性能有影响。4、触变性定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。▼泥料触变性过小时，成形后生坯的强度不够，影响脱模与修坯的品质。而过大的泥浆在管道输送过程中会带来不便，成形后生坯也易变形。产生触变性的原因：由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边－边或边－面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。这时，泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土－水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏

松和不稳定的，当稍有剪切力的

作用或振动时，网络即被破坏，水渗入晶体之间，又呈流动状态。▲影响触变性的因素粘土的触变性主要取决于粘土的矿物组成、粒度大小与形状、水分含量、使用电解质种类与用量，以及泥料(包括泥浆)的温度等。▲泥浆触变性——厚化系数泥浆厚化系统：触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数来表示。泥浆厚化系数＝τ30min／τ30sτ30min——100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间；τ30s——100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间。▲泥团触变性——厚化系数可塑泥团的厚化系数为静置一段时间后，球体或锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。泥料厚化系数＝（Ｐn-Ｐ0）／Ｐ0×100％

Ｐ0——泥团开始承受的负荷g

Ｐn——泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同深度时，泥团承受的负荷g泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢。原因：泥团中的结合水，粘土颗粒的水化膜水分排出，使颗粒靠拢。影响因素：收缩情况与组成，含水量，阳离子交换能力，细度及其它工艺性质有关。表示方法：线收缩率ＳＬ与体积收缩SV率。

5、干燥收缩和烧成收缩干燥及烧成收缩

◆线收缩率：ＳＬ＝（Ｌ０-Ｌ１）／Ｌ１×100%Ｌ０——试样成型后的原始尺寸长度Ｌ１——试样干燥后或烧成后的长度◆体积收缩率：SV＝（

V０

－

V１）／

V０

×100%

V０——试样成型后的原始体积

V１——试样干燥后或烧成后的体积干燥及烧成收缩◆线收缩与体积收缩的关系式为：

◆由于干燥收缩以成型后试样的长度为标准，烧成线收缩以烧成后试样的长度为基准，因此总收缩Ｓt并不等于干燥线收缩SLd与烧成线收缩SLf之和。◆干燥线收缩与烧成线收缩之间的关系：

ＳＬf＝（Ｓt－ＳＬd）／（100－ＳＬd）×100%

▲烧结性：是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔点(一般超过1000℃)时，物质自发地填充粒间隙而致密化的性能。▲烧结温度：气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。▲软化温度：继续加热时，试样中的液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称软化温度。▲烧结温度范围：烧结温度与软化温度的范围称烧结范围。6、烧结温度和烧结温度范围T1T2T3温度℃

200800120014001600309206103收缩率%气孔率%收缩率气孔率◆开始烧结温度(T1)：开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。◆烧结温度(T2)：液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低-烧结。◆软化温度(T3)：随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常。

烧结变化过程◆Ｔ1——气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超过800℃。

◆Ｔ2——温度继续升高，液相有一定数量并填充于气孔中，开口气孔降至最低，收缩率达最大。此时试样致密度最高。◆Ｔ3——温度继续升高，液相不断变多，以致不能维持试样原有形状而发生变形时的最低温度。◆Ｔ2～T3——

烧结温度范围。烧结影响因素：从化学组成来看，碱性成分多、游离石英少的粘土易于烧结，烧结温度也低；从矿物组成来看，膨润土、伊利石类粘土比高岭土易于炔结，烧结后的吸水率（5%）也较低。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100—150℃)为宜，工艺上可以用掺配助熔剂及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结温度范围。定义：耐火性指粘土抵抗高温不致熔化的能力。耐火度指在高温下发生软化并开始熔融时的温度。耐火度测定方法：◆三角锥法：将一定细度的粘土原料（<0.2mm）制成一个等边截头三角锥（上底2mm，下底8mm，高30mm，截面正三角形）干燥后，在一定升温制度下，测出三角锥的顶端软化下弯至锥底平面时的温度）。7、耐火性试样的耐火度测定1—试样2—开始熔融，顶端触及底部，到达耐火度3—高于耐火度的温度下全部熔融◆计算法：耐火度也可根据粘土的化学成分进行近似计算。Ｔ＝5.5A＋1534－(8.3Ｆ+2∑M)×30/AＴ——耐火度

Ａ——氧化铝含量％

Ｆ——氧化铁含量％

∑Ｍ——TiO2，MgO，CaO和R2O总量％

该公式适用于Al2O3含量在15～50%的粘土，各百分含量须换算为无灼减量。

耐火度影响因素AI2O3含量高其耐火度就高，碱类氧化物能降低粘土的耐火度。通常可根据粘土原料中的AI2O3

／SiO2比值来判断耐火度。比值愈大，耐火度愈高，烧结范围也愈宽。粘土在加热过程中发生脱水、分解、析出新晶相等物理和化学变化。粘土在加热过程中的变化包括两个阶段：脱水阶段与脱水后产物的继续转化阶段。小结：粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基本理论。○粘土的加热变化◆100-110℃湿存水(大气吸附水)与自由水的排出◆110-400℃其他矿物杂质带入水的排出(如多水高岭土中的部分水)◆400-450℃结构水开始缓慢排出(两个—OH变为一个H2O排出，留下一个O）◆450-550℃结构水快速排出◆550-800℃脱水缓慢下来，到800℃时排水近于停滞◆800-1000℃残余的水排出完毕●脱水阶段700℃-800℃脱水后变化Al-Si尖晶石3（2Al2O3∙3SiO2）2（3Al2O3∙2SiO2）+5SiO2

Al-Si尖晶石莫来石

方石英Al2O3∙2SiO2∙2H2OAl2O3∙2SiO2

+2H2O

偏高岭石500-600℃2Al2O3∙4SiO22Al2O3∙3SiO2+SiO2925℃-1050℃●脱水后产物的继续转化阶段①气孔率从900℃开始陆续下降，至l200℃以后下降速度最为剧烈。②失去部分质量现象主要发生在脱水阶段，脱水阶段后仍有残留结构水排出而失去微小质量。③相对密度在900℃以前稍有降低，而在900-1000℃的温度范围内相对密度大大增加，收缩异常显著。④收缩的开始温度，则由于粘土的不同其开始温度也不同，可在500-900℃，在900-1000℃以前一般收缩较缓慢。至900-1000℃以上时收缩急剧增加，到达粘土的烧结温度时(高岭石类粘土可达1350℃)收缩才终止。伊利石的收缩终点可能较早。低融物液相填充间隙，在表面张力作用下未融颗粒靠近。⑤温度超出烧结温度范围时。将重新出现气孔增加、坯体膨胀现象，乃至整个坯体熔融。对于一些杂质较多的易熔粘土等，其发生的物理变化相似，但反应温度会有所不同。◆1.赋予泥坯的可塑性；◆2.使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；◆3.在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度；◆4.粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。粘土中的Al3O2含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素；◆5.是瓷坯中Al2O3的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。

○粘土在陶瓷生产中的作用第五节其它原料1、碳酸盐类原料1.1方解石和石灰石

方解石主要成分CaCO3。理论组成：CaO56%，CO244%。特点：(1)三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状，板状。一般为白色或无色。玻璃光泽，脆，硬度3，密度2.6-2.8。(2)850℃左右开始分解，放出CO2，950℃剧烈反应。

作用：(1)烧成前，瘠性料骨架作用，缩短生坯干燥时间，减少干燥收缩。(2)分解后，熔剂作用。在坯料中，与粘土和石英在较低温度下反应，缩短烧成时间，提高透明度，使坯釉结合紧密。(3)釉料中，提高釉的折射率，从而使光泽度提高，改善透光性。使用不当易乳浊（析晶），单独使用时，在用油或煤做燃料时易引起阴黄，烟熏。

石灰石成分与方解石相似，纯度比方解石差。作用与方解石相同。多为灰白色，黄色。1.2白云石白云石为碳酸钙和碳酸镁的固熔体。化学式：CaCO3·MgCO3

。

理论化学组成：CaO30.4%,MgO21.9%,CO247.7%。含Fe、Mn等杂质。特点：(1)三方晶系，单体为菱面体，集合体为粒状，致密块状。(2)一般为灰白色，有时为淡黄，褐，淡绿。玻璃光泽，硬度3.5-4.0。比密度为2.8-2.9，性脆。(3)白云石分解温度为730℃-830℃。作用：(1)降低烧成温度，增加坯体的透明度，促进石英的溶解和莫来石的生长。白云石代替方解石，可使坯体的烧结温度范围提高。（提高40

℃—50

℃）(2)做釉料提高釉的热稳定性，并能防止吸烟。也不会产生乳浊。但慢速冷却时易析出莫来石晶体。主要成分MgCO3，理论化学组成为MgO47%，CO253%。特点：(1)三方晶系，晶体为菱面体，集合体为粒状，或致密块状。(2)颜色由白到灰、黄或肉红。玻璃光泽，脆。(3)硬度4—4.5，比密度2.9—3.1。(4)400°Ｃ开始分解，800℃—850℃迅速分解。完全分解温度1100℃。1.3菱镁矿作用：(1)用菱镁矿部分取代长石，可降低坯料烧成温度，并减少液相量。(2)提高坯体的半透明性，机械强度。(3)釉料中，可加宽釉料的熔融温度范围，改善釉层的弹性，稳定性。应用：

电子工业用的镁质瓷，其他陶瓷坯料很少用，常用滑石引入MgO。2、碱土硅酸盐类原料

硅酸镁矿物，化学式：3MgO·4SiO2·H2O特点：(1)单斜晶系，晶体为六方或菱形板状，常见的有两种形态：粗鳞片状；细鳞片致密块状集合体。(2)纯滑石为白色，脂肪光泽，有滑腻感。(3)莫氏硬度为１，比密度2.7—2.8。(4)3MgO·4SiO2·H2O

3（MgO·SiO2）+SiO2+H2O(5)片状结构不易粉碎，成型时定向排列易开裂，预烧破坏其片状结构。2.1滑石作用：(1)熔剂。降低烧成温度，在较低温度下形成液相，促进莫来石的生长，同时扩大烧成温度范围。(2)提高坯体白度，透明度，机械强度，和热稳定性。(3)提高釉的弹性，热稳定性，加宽釉的熔融温度范围。应用：日用瓷，釉面砖，电瓷（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质匣钵。硅灰石—偏硅酸钙矿物。化学通式：CaO·SiO2理论组成：CaO48.25%、SiO251.75%。天然硅灰石与透辉石（CaO·MgO·2SiO2）、石榴石，方解石，石英共存，含Fe2O3,Al2O3，MgO，MnO，Na2O。特点：

(1)三斜晶系。单晶体板状，片状，集合体为片状，纤维状，块状，柱状。(2)白色，灰白色。具有玻璃光泽。(3)硬度4.5-5，比密度2.8-2.9。熔点1540℃。

2.2硅灰石、透辉石作用：(1)改善生坯的质量。针状，纤维状的晶型在成型后交织成网状，提供水分排除的通道，可快速干燥。网状结构提高生坯的强度。(2)硅灰石作为碱金属硅酸盐，起助熔作用，降低坯体烧成温度。（适于快速烧成，不含有机物和结构水，膨胀系数小，本身的干燥收缩和烧成收缩小。）(3)釉料中，代替方解石和石英配釉，不会产生气泡和针孔。（用量不能太多，否则影响釉面光泽。）(4)提高产品机械强度，使坯体玻璃相增加，吸湿膨胀小。用于生产墙地砖、日用陶瓷的坯釉料，低损耗无线电陶瓷，卫生瓷，磨具，火花塞。(5)烧成温度范围窄。透辉石

组成：CaOMgO2SiO2

作用：与硅灰石相似，

注意：含铁，所以在生产白色陶瓷时，需控制和选择原料。3.1骨灰结构式：Ca10（PO4）6（OH）2

蒸汽蒸煮脱脂

煅烧球磨水洗