《耐火材料工艺学》课件 12-2-1陶瓷坯原料12.10

12-2陶瓷坯料陶瓷工艺学目录一、陶瓷坯原料二、陶瓷坯料及基本计算一、陶瓷坯原料黏土类原料石英类原料长石类原料钙质原料其他矿物原料黏土是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其矿物粒径一般小于2µm，主要由黏土矿物以及其他一些杂质矿物组成。一、陶瓷坯原料黏土类原料石英类原料长石类原料钙质原料其他矿物原料石英——结晶状的矿石主要成分为SiO2，地壳中储量丰富。一、陶瓷坯原料黏土类原料石英类原料长石类原料钙质原料其他矿物原料长石地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。一、陶瓷坯原料黏土类原料石英类原料长石类原料钙质原料其他矿物原料钙质原料——各种含钙的矿物，如：碳酸钙、氟化钙、白云石、硅灰石、透辉石、磷灰石、石膏等一、陶瓷坯原料黏土类原料石英类原料长石类原料钙质原料其他矿物原料其他矿物原料滑石锆质原料含锂矿物（一）黏土的成分成分SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3TiO2K2ONa2OP2O5LOI.平均含量wt%59.115.43.55.16.91.13.13.80.31.7表12-1黏土的平均成分黏土是自然界产出的多种矿物混合体，普遍存在于各种类型的沉积岩中，约占沉积岩矿物组成的40%以上，是地壳的重要组成部分。

地球外壳的主要成分为硅酸盐，从地表至地下15km处的地层几乎均由各种硅酸盐矿物构成。硅酸盐矿物经风化与蚀变作用，可成为不同类型的黏土矿物。例如长石及绢云母通过风化作用可转化为高岭石，高岭石组成的黏土就是高岭土。一、陶瓷坯原料---黏土（二）黏土的成因

1.风化残积型深层的岩浆岩（如花岗岩）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。有时，火山岩就地风化，一般形成膨润土矿床。风化型黏土矿床主要分布在我国南方。

2.热液蚀变型高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，当温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其他化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成黏土矿床，这就称为热液蚀变型黏土矿。

3.沉积型黏土矿床风化了的黏土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿床，称为二次黏土（也称沉积黏土或次生黏土）。它们多呈层状或透镜状产出，面积大而厚度小是其特点。一、陶瓷坯原料---黏土（三）黏土的组成颗粒组成矿物组成化学组成主要化学成分为SiO2、Al2O3和结晶水。少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属氧化物CaO、MgO，以及着色氧化物Fe203.Ti02等。化学组成工艺性质表12-2Fe2O3含量对黏土焙烧后程色的影响Fe203含量/%氧化气氛烧成适合制造品种Fe2O3含量/%氧化气氛烧成适合制造品种<0.8白色瓷，白拓瓷，细陶器一般细瓷，白拓瓷器普通瓷，拓瓷器炻器，陶器4.2黄色拓瓷，陶器拓瓷，陶器普通陶器，粗陶器粗陶器0.8灰白色5.5浅红色1.3黄白色8.5紫红色2.7浅黄色10.0暗红色一、陶瓷坯原料---黏土（三）黏土的组成颗粒组成矿物组成化学组成根据黏土中矿物的性质和数量将其分成两类：黏土矿物和杂质矿物。黏土矿物一些含水铝硅酸盐矿物，它们是黏土的主要组成矿物，其种类、含量是决定黏土类别、工业性质的主要因素。具有层状结构。主要黏土矿物高岭石族矿物：包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。蒙脱石类：除蛭石以外的具有膨胀晶格的一切黏土矿物，总称为蒙脱石类矿物。图12-5层状结构黏土矿物结构类型伊利石类：沉积岩中分布最广的一种黏土矿物，是白云母经强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。一、陶瓷坯原料---黏土（三）黏土的组成颗粒组成矿物组成化学组成根据黏土中矿物的性质和数量将其分成两类：黏土矿物和杂质矿物。杂质矿物在黏土形成过程中，常由于母岩风化未完全，或由于其他因素而混入一些非黏土矿物和有机物质，这些物质统称为杂质矿物。就陶瓷工业而言，黏土中的石英、长石等是有益杂质矿物，碳酸盐、硫酸盐、金红石和铁质矿物则为有害杂质矿物。一、陶瓷坯原料---黏土（三）黏土的组成颗粒组成矿物组成化学组成黏土的颗粒组成是指黏土中所含的不同大小颗粒的质量、体积或数量百分比。颗粒组成工艺性质颗粒形状结晶程度片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密、塑性大、强度高；结晶程度差的颗粒较细，可塑性也大。黏土中的细颗粒越多时，其可塑性越强，干燥收缩越大，干后强度越高，而且烧结温度低，烧成后的气孔率亦小，有利于制品的力学强度、白度和半透明度的提高。一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质组成结构工艺性质合理地选用黏土、拟定配方一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质1.可塑性定义：黏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任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。影响因素：黏土可塑性的大小主要决定于固相与液相的性质和数量。提高可塑性方法：选择适宜的黏土；将黏土原矿淘洗、风化；坯料进行真空练泥及陈腐；加入无机或有机塑化剂，如糊精、胶体Si02.Al(OH)3.狻甲基纤维素等。一、陶瓷坯原料---黏土降低可塑性方法（减少干燥收缩）加入非可塑性原料，如石英、熟料、瓷粉或瘠性黏土等。（四）黏土的工艺性质2.结合性定义：黏土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定干燥强度的能力。结合性的测定：生产上常用测定由黏土制作的生还的抗折强度来间接测定黏土的结合力。

实验中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：0.15-0.25mm占70%，0.09-0.15mm占30%）的数量及干后抗折强度来反映黏土的结合性。加砂量可达50％的为结合力强的黏土，加砂量达25%，-50％的为结合力中等的黏土，加砂量在20％以下的为结合力弱的黏土。一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质3.离子交换性定义：黏土粒子因表面层断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其它离子所置换。这种性质被称为离子交换性，用离子交换容量来表示。离子交换容量100g干黏土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量。结合水数量（膨润土）K+<Na+<H+<Ca2+湿润热(膨润土)K+<Na+<H+<Mg2+ζ-电位(高岭土-膨润土)Ca2+<Mg2+<H+<Na+<K+触变性.干媒速率和干后气孔率Al3+<Ca2+<Mg2+<K+<Na+<H+可塑泥团的液限《高岭土)Li+<Na+<Ca2+<Ba2+<Mg2+<Al3+<K+<Fe2+<H+泥团破坏前的扭转角Fe2+<H+<Al3+<Ca2+<K+<Mg2+<Ba2+<Na+<Li+泥团于后强度H+<Ba2+<Na+；H+<Ca2+<Na+；Cl-<CO32-<OH-水中溶解下列电解质时泥浆的过滤速率NaOH<H2O<NaCl<CaCl2<Al2(SO4)3表12-3吸附离子的种类对黏土泥料性质的关系一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质4.触变性定义：黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，黏度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。此外，泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象，这种性质统称为触变性。影响：黏土的触变性在生产中对泥料的输送和成型加工有较大影响。泥料触变性过小时，成型后生还的强度不够，影响脱模与修还的品质。而触变性过大的泥浆在管道输送过程中会带来不便，成型后生还也易变形。表示方法：用厚化度来表示。泥浆厚化度=t30min—100ml泥浆放置30min后，由恩氏粘度计中流出的时间；t30s—100ml泥浆放置30s后，由恩氏粘度计中流出的时间。泥团厚化度=F0—泥团开始承受的负荷，N；Fn—经过一定时间后，球体或锥体压入相同深度时泥团承受的负荷，N。一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质5.收缩干燥收缩：黏土泥料干燥时，因包围在黏土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩。烧成收缩：干燥后的黏土泥料在缎烧时，由于发生一系列的物理化学变化而进一步收缩。收缩有线收缩和体收缩两种，通常体积收缩值约是线收缩值的3倍。干燥线收缩Sd、烧成线收缩Sf与黏土试样的总收缩S的关系为：a—干燥前尺寸；b—干燥后尺寸；c—烧成后尺寸；一、陶瓷坯原料---黏土一、陶瓷坯原料---黏土（四）黏土的工艺性质5.收缩线收缩SL与体积收缩Sv的关系

由于线收缩是试样干燥前的原始长度为基础，而烧成线收缩率是以试样干燥后长度为基准，因此黏土试样在总收缩率S并不等于干燥收缩SLd与烧成线收缩SLf之和，它们在数学关系为：干燥收缩：黏土泥料干燥时，因包围在黏土颗粒间的水分蒸发，颗粒相互靠拢引起体积收缩。烧成收缩：干燥后的黏土泥料在缎烧时，由于发生一系列的物理化学变化而进一步收缩。一、陶瓷坯原料---黏土结小一、黏土的成分二、黏土的成因三、黏土的组成四、黏土的工艺性质可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩性化学组成、矿物组成、颗粒组成风化残积型、热液蚀变型、沉积型黏土矿床硅酸盐矿物（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。

由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。脉石英由含二氧化硅的熔融岩浆充填于地壳表层的岩隙中经急冷凝固成致密结晶态的石英。含SiO2大于99％，杂质少，外观呈白色半透明，有油脂光泽，有贝壳状断口，硬度高，是陶瓷釉料和优质玻璃的好原料。一、陶瓷坯原料---石英类原料（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。

由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。砂岩石英颗粒被胶结物结合而成的碎屑沉积岩。砂岩成分较复杂，根据胶结物质的不同可分为黏土质、石膏质、石灰质、云母质及硅质砂岩等。砂岩多呈白、黄、红等颜色，SiO2含量在90％～95％之间。一、陶瓷坯原料---石英类原料（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。

由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。石英岩

硅质砂岩经地质变化石英颗粒又重新结晶的一种变质岩。又叫再结晶硅岩，含SiO2量一般在97％以上，外观多呈灰白色，有鲜明光泽，硬度高，断面致密。一、陶瓷坯原料---石英类原料（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。石英砂由花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，在水流冲击淘汰后自然聚积而成。可分为河砂、湖砂、山砂等数种，因其粒细，不用破碎，可大大简化工艺过程、降低成本。但因其杂质含量多，成分波动大，一般工厂采用时需进行控制。一、陶瓷坯原料---石英类原料一、陶瓷坯原料---石英类原料（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。

由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。硅藻土由吸收溶解于水中的部分二氧化硅的微细硅藻类水生物死亡后演变而成的产物。其本质为含水的非晶质二氧化硅，杂含少许黏土，具有一定的可塑性，因其具有多孔性，常用于制造绝热材料、轻质材料及过滤体等。一、陶瓷坯原料---石英类原料（一）石英的种类

二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。燧石

含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层或岩石中的隐晶质SiO2，属沉积岩。呈层状、结核状、钟乳状、葡萄状等。以钟乳状、葡萄状产出者即为玉髓。多呈浅灰、深灰、白色，因其硬度高，可作球磨机内村及研磨介质等。一、陶瓷坯原料---石英类原料（二）石英的性质莫氏硬度7比密度比密度波动于2.22～2.65结晶态在常压下七种结晶态和一个玻璃态，这些晶态在常压和在一定的温度条件下其结晶型态、结构会互相转化，并伴有体积会发生变化。一般说来，石英原料在温度升高时，其比重减少，结构松散，体积膨胀；当冷却时，其比重增大，体积收缩。外观乳白色、灰白色、半透明状，其断面具玻璃或脂肪光泽一、陶瓷坯原料---石英类原料（二）石英的性质

SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O烧失山东泰安99.480.360.10---痕迹0.03湖南长沙99.500.100.30-----广东潮安99.530.19痕迹0.04---内蒙包头99.79痕迹0.060.18---0.34山西闻喜98.05-0.10----

表12-4石英的化学组成长石是熔剂性原料。在陶瓷坯料、釉料和玻璃配合料中作为熔剂的基本组分。长石是地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而成。表12-5长石的特性种类矿物组成熔点℃比重g/cm3摩尔重量g/mol化学组成（理论）%SiO2Al2O3K2ONa2OCaOBaO钾长石K2O.Al2O3.6SiO211502.55556.364.7518.3216.98---钠长石Na2O.Al2O3.6SiO211002.62524.568.8219.56-11.82--钙长石CaO.Al2O3.2SiO215502.76278.243.1636.70--20.4-钡长石BaO.Al2O3.2SiO217153.37375.532.0027.12---40.88一、陶瓷坯原料---长石类原料一、陶瓷坯原料---长石类原料长石是熔剂性原料。在陶瓷坯料、釉料和玻璃配合料中作为熔剂的基本组分。名称化

学

组

成（％）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O烧失四川南江霞石正长岩40.0028.400.254.500.304.5515.505.60伟晶花岗岩69.8915.082.502.070.664.294.730.54表12-7伟晶花岗岩和霞石正长岩的化学成分一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏碳酸钙方解石文石斜方晶系，晶体呈柱状、针状、钟乳状等，无色、白色或琥珀黄色。文石不稳定，常转变为方解石。三方晶系，常见晶型为菱面体接触双晶和聚片双晶，集合体多呈粗粒至细粒状、纤维状、叶片状和钟乳状。方解石为许多种岩石的集合，如石灰石、白垩、大理石、石灰凝岩、钟乳石和石笋等。不同形态的方解石（1）碳酸钙（CaCO3）文石一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏立方晶体，无色，不溶于水。自然界中，它以萤石的形式存在。萤石颗粒具有很强的熔剂作用而又具有一定的乳浊作用，常用于陶瓷和搪瓷釉料中。但是，氟化钙具有一定毒性，使用时应慎重。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏碳酸钙和碳酸镁的固溶体。化学通式为CaCO3·MgCO3，其中CaCO330.4%，MgO21.9%，CO247.7%，常含Fe、Mn等杂质；属三方晶系，单体为菱面体，集合体为粒状、致密块状。一般为灰白色，有时为浅红、浅黄、褐、浅绿等色。具有玻璃光泽；硬度为3.5～4.0，比密度为2.8～2.9，性脆，遇稀盐酸微微起泡。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏偏硅酸钙矿物，化学式为CaO·SiO2，属三斜晶系。两种形态：一种低温型，一种高温型。天然硅灰石都是β型，合成硅灰石都是α型，其转变温度约为1120℃。干燥收缩和烧成收缩小，平均收缩一般在0.5%以下，因此可减少坯体烧后的弯曲变形。热膨胀系数较小，β-硅灰石的膨胀系数为6.5×10-6/℃，因此易与釉结合，产品热稳定性好，便于快速烧成。可用于制造釉面砖、墙地砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷、卫生陶瓷、窑具及火花塞瓷等。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏偏硅酸钙镁，化学式为CaMg[Si2O6]，理论化学组成为：CaO25.9%、MgO18.5%、SiO255.6%。它与硅灰石一样都属于链状结构硅酸盐矿物。属单斜晶系，晶体呈短柱状，集合体呈粒状、柱状、放射状；多呈浅绿、浅灰，有的为灰白、无色、条痕白或带绿，当钙铁辉石含量较高时颜色较深；玻璃光泽;一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏硬度6~7，比密度3.3。无晶型转变，纯透辉石熔融温度为1391℃。透辉石是在陶瓷生产中的应用与硅灰石相似，因不含有机物和结构水，膨胀系数为6.5×10-6/℃(250～800℃)，其收缩小，可用作低温快烧陶瓷坯体的原料。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏天然磷酸钙矿物，其化学式为Ca5[PO4]3(F，Cl，OH)，常见的有氟磷灰石Ca5[PO4]3F和氯磷灰石Ca5[PO4]3Cl，另外还有羟磷灰石Ca5[PO4]3OH和碳酸磷灰石Ca5[PO4]3(CO3)等，通常以氟磷灰石居多。六方晶系，呈六方柱状或粒状集合体，柱面具有纵条纹，解理不完全。外观多呈白、绿、黄褐、浅蓝、紫等色。具有玻璃光泽，亦有土状光泽；性脆，硬度为5，比密度为3.18～3.21。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏化学式为CaSO4•H2O，因含二个结晶水，故亦称为二水石膏或生石膏，也称天然石膏。其理论化学组成为CaO32.6%、SiO246.5%、H2O20.9%。属单斜晶系，晶体呈针状、柱状、板状或粒状，也有呈纤维状的。颜色为白色或无色，有时呈粉红色、淡黄或灰白色。硬度2，性脆，密度2.30~2.33，略溶于水。一、陶瓷坯原料---钙质原料（1）碳酸钙（CaCO3）（2）氟化钙(CaF2)（3）白云石（4）硅灰石（5）透辉石（6）磷灰石（7）石膏天然石膏在加热时会失水或完全脱水，在低温下(170℃以下)煅烧可得到粉状半水石膏（俗称熟石膏或β-半水石膏）。熟石膏与水混合时具有良好的胶结性能，广泛地用于建筑石膏制品。石膏主要用作水泥缓凝剂，半水石膏是陶瓷注浆成型模具的主要原材料。一、陶瓷坯原料---其他矿物原料1.滑石表12-7滑石的化学组成成分化学组成（%）产

地SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O烧失山东莱州59.564.510.380.0110.4032.370.020.055.59辽宁海城60.240.170.060.030.2232.580.090.046.44广东高州62.120.360.63-0.8031.740.040.074.08山西太原57.900.960.18-1.1832.950.256.84

天然的含水硅酸镁矿物。化学通式为3MgO.4SiO2•H2O，结构式为Mg3[Si4O10](OH)2，其理论化学组成为：MgO31.9%、SiO263.4%、H2O