陶瓷工艺学原料.ppt

陶瓷工艺学第一章 原料,内 容,第一节 原料的分类及要求第二节 硅质原料第三节 粘土类原料 第四节 熔剂性原料第五节 辅助原料,陶瓷原料,原料的分类方法,根据工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性），熔剂性原料。根据用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。根据矿物组成分：粘土原料（高岭土），硅质原料（石英），长石原料（溶剂原料），钙质原料，镁质原料。根据原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。,第一节 原料的分类及要求,陶瓷原料,传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；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。陶瓷制品的性能由瓷胎结构决定，瓷胎结构则由原料的种类和工艺决定。原料的合理选择十分重要。,第一节 原料的分类及要求,原料是基础,陶瓷原料,质量达标（不是越纯越好）储量要大（保证长期供应）价格合理（不能太贪便宜）性能稳定（稳定压倒一切）运输方便（避免等米下锅）,对原料的基本要求：,第一节 原料的分类及要求,陶瓷原料,第二节硅质原料,SiO2矿物种类 SiO2多晶转变的特性 SiO2在陶瓷生产中的作用 习题,石英 二氧化硅 SiO2 俗称玛瑙、水晶；我们专业接触最多的硅酸盐专业；在地壳中的丰度为60%；是最常见的矿物：泥、沙石等多数是硅酸盐矿物。,陶瓷原料,第二节硅质原料,石英 二氧化硅 SiO2 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。因水晶产量很少，除了制造石英玻璃外，一般无机非金属材料制品无法采用。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、燧石等。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英氧化硅SiO2 含SiO2的矿物种类：,脉石英 石英砂 砂岩 石英岩 燧石 硅藻土,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英氧化硅SiO2 全国各地硅质原料举例：,SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧失山东泰安 99.48 0.36 0.10/痕迹 0.03湖南长沙 99.50 0.10 0.30/广东潮安 99.53 0.19 痕迹/0.04/内蒙包头 99.79 痕迹 0.06 0.18/0.34山西闻喜 98.05/0.10/,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2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。SiO299%，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2砂岩,碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为：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。SiO2 含量 90 95%。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2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。加热晶型转变困难。用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2燧石,隐晶质SiO2，SiO2 液经化学沉积在岩石夹层中，硬度高。陶瓷工业常做研磨材料：砌筑球磨机内衬，研磨体球石用。SiO298%。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2石英砂,花岗岩、伟晶岩风化的产物，可简化工艺。杂质多，成分变化波动较大。河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2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。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 石英SiO2物理性质,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。硬度：莫氏硬度为7。密度：晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；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。熔融温度范围：14001770C，由SiO2的形态和杂质含量决定。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2多晶转变 常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下相互转化：,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,870,1713,1470,573,0.82%,0.2%,117,163,4.7%,0.2%,16%,2.8%,180270,急冷,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2多晶转变的特点,高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化）由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变）由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2多晶转变特性,自然界中石英大部分以石英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。石英多晶转变的体积效应：一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小，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，但转化速度快，瞬间完成，体积效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2多晶转变特性,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。陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是否有矿化剂，都经过半安定方石英这一过渡状态，参见实际转化示意图。,陶瓷原料,1.2.2 SiO2晶型实际转化示意图,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，12001300 强烈,1470,12001400,700900 开始，12001470 明显,第二节硅质原料,-石 英,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2晶型实际转变情况,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。有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形成方石英。矿化剂：RO，R2O；矿化剂来源：熔剂性原料。在普通陶瓷生产过程中，石英的转化主要是二级转化，而不是一级转化。实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在1300），最终石英以半安定方石英存在，即所说的方石英。,陶瓷原料,第二节硅质原料,问题一：为什么普通陶瓷胎体中无鳞石英？,矿化剂：游离的钾钠离子矿化作用最强，其次为钙镁离子。但钾钠离子以 长石形式加入，钾钠离子与长石结合牢固，起不到矿化剂的作用，所以无鳞石英。当长石和CaO同时加入做矿化剂，CaO取代长石中的钾离子，则钾离子游离出来，起到矿化剂的作用。浓度：由于石英 鳞石英为析晶过程，必须有一个饱和浓度，而半安定方石英溶解速度大，在陶瓷生产配方范围内难达饱和，不可能形成鳞石英。在陶瓷实际生产过程中，无鳞石英产生的条件，所以在瓷相的显微结构中无鳞石英。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.2 SiO2晶型转化与生产应用,石英预烧，利于粉碎：1000 C煅烧 急冷 变松，利用石英573 C晶型转化时的体积变化效应。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。陶瓷的烧成过程，必须注意升降温速度的问题，之所以要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程中伴随着体积的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或收缩在极短的时间完成，会造成坯体或制品开裂。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.3 SiO2在陶瓷生产中的作用,烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温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。可提高坯体的机械强度，透光度，白度。釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，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。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.3 陶瓷工业对硅质原料的质量要求,控制 SiO2含量：细瓷，釉料，高压电瓷98%；墙地砖要求 85%。控制杂质（Fe2O3与TiO2）含量：高档白瓷：白度大于75，Fe2O3 0.3%；高压电瓷：Fe2O3+TiO2 0.6%（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。,陶瓷原料,第二节硅质原料,1.2.4 习题,常见的石英的类型？石英横向和纵向晶型转化的体积效应？石英的外观特征？在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些影响？石英的作用？在生产高档细瓷时对石英成分的要求？,陶瓷原料,第三节粘土类原料,1.3 粘土 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离不开粘土原料。粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。自然界的粘土呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒微细，多数均小于2m，晶体有片状、管状、球状及六角鳞片状等。将粘土与水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有一定机械强度，煅烧后坚硬如石。,陶瓷原料,第三节粘土类原料,粘土的成因与分类 粘土的组成 粘土的工艺性质 粘土在陶瓷生产中的作用,1.3 粘土定义：粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。,陶瓷原料,第三节粘土类原料,风化残积型 热液蚀变型 沉积型,1.3.1 粘土成因与分类 各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。,陶瓷原料,第三节粘土类原料,风化残积型一次粘土成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。代表：我国南方的高岭土大多属于此类，如：江西星子高岭、景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。,1.3.1 粘土成因与分类,陶瓷原料,第三节粘土类原料,热液蚀变型成因：热液作用于母岩所形成的。热液：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆含大量挥发分和水分。当温度进一步降低时，水分以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。代表：苏州阳山、衡阳界碑等地粘土矿多为热液蚀变型。,1.3.1 粘土成因与分类,陶瓷原料,第三节粘土类原料,沉积型二次粘土成因：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土（也称为沉积粘土或次生粘土）。代表：漳州黑泥、山西紫木节等粘土矿。特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩大。,1.3.1 粘土成因与分类,陶瓷原料,第三节粘土类原料,按成因分：原生粘土（一次粘土）（风化残积型）次生粘土（二次粘土）（沉积型）两者区别：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 塑性高按可塑性分：高可塑性粘土膨润土、球土、木节土 中等可塑性粘土 低可塑性粘土焦宝石、瓷石、叶蜡石 按耐火度分：耐火粘土（耐火度 1580 C)难熔粘土（耐火度13501580 C）易熔粘土（耐火度 1350 C）,1.3.1 粘土的分类,陶瓷原料,第三节粘土类原料,化学组成粘土的化学组成在生产中有重要的指导意义，根据化学组成，可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐火度的高低、粘土的颜色及工艺性能等。粘土是一种含水铝硅酸盐的混合物，组成为平均值，一般粘土的化学组成指九项全分析数据：SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O，I.L.（烧失减量）。对于特殊原料，还要测 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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,全国各地粘土的化学组成 名 称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 景德镇高岭 47.28 37.41 0.78/0.36 0.10 2.51 0.23 12.03 苏 州 土 46.92 37.50 0.15/0.56 0.16 0.08 0.05 14.52 界牌桃红土 68.52 20.24 0.60/0.15 0.75 1.42 7.49 山西大同土 43.25 39.44 0.27 0.09 0.24 0.38/16.07 淄博焦宝石 45.26 38.34 0.70 0.78 0.05 0.05 0.05 0.10 14.46 唐山紫木节 41.96 35.91 0.91 0.96 2.10 0.42 0.37/16.96 龙岩高岭土 43.43 37.21 0.32 0.06 0.38 0.30 1.35 0.08 13.20,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,化学组成 粘土的化学组成一定程度上反映其工艺性质，根据粘土的化学组成可初步判定其质量：i2：含量多可塑性低收缩小l23：含量高耐火度高难于烧结高岭石类2，a2：含量高烧结温度较低伊利石类e23，i2：使坯体着色，随含量增加颜色加深a、g：降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量可使坯体起泡I L：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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,化学组成对于某一天然粘土矿物来说，常见的是含有二种或二种以上的粘土矿物的混合物，而且粘土在形成过程中，由于风化不完全或在冲刷漂移过程中也会混入其它杂质矿物。常见的杂质矿物：石英，母岩残渣，碳酸盐和硫酸盐，铁钛的化合物，有机杂质。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,化学组成粘土的化学组成一定程度上反映其工艺性质，根据粘土的化学组成可初步判定其质量。仅从粘土化学组成上判断其性质还是不够的，不能反映粘土的交换能力，吸附等性能。粘土中各种矿物及硅酸盐矿物也难从化学组成上区别，因此有必要用其它组成描述。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成陶瓷工业中粘土的主要矿物有：高岭石（多水高岭石）蒙脱石（叶腊石）伊利石（水云母）,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成高岭石化学通式：l23 2i222理论组成：l23 39.5%，i2 46.54%，2 13.96%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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成高岭石类晶体结构式：Al4Si4O10（OH）8，1:1型层状结构硅酸盐，SiO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。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+或Na+取代。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成多水高岭石（埃洛石）化学通式：Al2O32SiO2 n2O(n=46)理论组成：Al2O3 39.5%，SiO2 46.54%，H2O 13.96%。晶 系：单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成多水高岭石（埃洛石）特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在轴方向厚度加大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微弱的分子键相连，层间有一定的自由活动能力，水分子易进入层间形成层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可塑性；又因层间距增大，层间结合力降低，晶体易变成弯曲卷状（SEM图）。单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成蒙脱石类（叶腊石）外 观：微晶高岭石，胶岭石。白色，灰白色，因含不同杂质呈黄、浅红、蓝至绿色。化学通式：l2O34iO2n2O（蒙脱石n2，叶蜡石n=1）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。,粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成蒙脱石类特点一：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2030倍，这就是膨润土的名称的由来。特点二：离子交换能力强，晶格中的四面体层i4+部分被l3+、5+置换。八面体层中l3+被g2+、e3+、n2+、i+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如 a2+、a+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a蒙脱石，a蒙脱石。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成蒙脱石类特点三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。煅烧时脱水过程长，收缩大，l23含量低，又吸附了其它阳离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯体软化变形，用量不宜太多，一般在左右。特点四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起轴膨胀与收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成蒙脱石类我国膨润土矿点主要在东部地区：辽宁黑山膨润土，河北宣化，浙江宁海粘土，福建连城、武平膨润土等，地表部分多为a膨润土。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成叶腊石化学通式：Al2O34SiO2 2O 理论组成：Al2O3 28.30%，SiO2 66.70%，H2O 5.00%。晶 系：单斜晶系，2:1型层状硅酸盐，两层SiO4四面体中间夹着一层AlO6八面体，层间以范德华力结合，强度很弱，但晶格四面体中的i+和AlO6八面体中的Al3+并未被其他阳离子置换，故不易吸收水分和吸附阳离子。外形多为片状及弯曲状。由于各晶层间结合力弱，易沿晶层滑动解理，所以硬度低。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成叶腊石外观：颜色为白色、浅黄或浅灰色。特性：叶蜡石与蒙脱石结构相似，属热液型粘土，但无可塑性。叶腊石含结晶水较少，总收缩不大，线膨胀系数小，在升温过程中脱水极为缓慢，可做对尺寸要求高的内外墙砖，适于配制快速烧成的陶瓷坯体。产地：浙江青田，昌化，福建寿山等地叶腊石较出名。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成白云母化学通式：23l236i22,1.3.2 粘土的组成,结 构：单斜晶系，抗风化能力强，常与粘土一起沉积下来，强烈风化可水化成水化白云母，伊利石等。,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成绢云母化学通式：特 性：热液或变质作用形成的细小鳞片状白云母，有丝绢光泽，故称绢云母。比白云母i2含量高。2含量比白云母低，而比伊利石高。水含量也介于白云母与伊利石之间，化学式与白云母一致。是一种水化不完全的白云母，是白云母与伊利石之间的过渡产物，能单独成瓷。产 地：江西柳家湾、福建南安。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成瓷石化学通式：特 性：绢云母，石英为主要成分，含长石，高岭石等杂质矿物。可塑性不高，结合强度不大，干燥速度快。绢云母起粘土及长石的作用，促进成瓷及烧结。可配制釉料，称为“釉果”或“釉石”。产 地：景德镇南港瓷石、安徽祁门瓷石、福建德化拉屎坑瓷石等。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成伊利石类（水云母）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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成伊利石类（水云母）化学通式：(K,H3O)1 nH2O(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l+较蒙脱石多，晶间阳离子常为K+，也有部分被+，a+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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,矿物组成伊利石类（水云母）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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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。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1060 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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,颗粒组成测定方法 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0.1100m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40m的大颗粒，较粗糙，精确度不高。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,常用颗粒度检测方法的对比,陶瓷原料,第三节粘土类原料,颗粒组成表示方法 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。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,颗粒组成表示方法 百分比表示方法：某一粒径的颗粒数量（或重量）占总数量（或总重量）的百分比。,1.3.2 粘土的组成,陶瓷原料,第三节粘土类原料,可塑性定义：粘土水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。表示方法：可塑性指数，可塑性指标。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,可塑性可塑性指数可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差）可塑性限度（塑限）W1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。液性限度（液限）W2：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,可塑性可塑性指数可塑性指数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。降低泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,可塑性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,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,可塑性可塑性指标根据粘上可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类：强塑性粘土：指数15或指标3.6中塑性粘土：指数 715，指标 2.53.6弱塑性粘土：指数 l 7，指标 2.5非塑性粘土：指数1。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,结合性指标：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:0.250.15mm70%，0.150.09mm 30%）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。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,离子交换性起因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al+，Fe+等置换以及边缘断键，而出现负电荷。表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：mol100g。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,离子交换性交换容量大小：+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-,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,离子交换性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。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,触变性产生触变性的原因：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，又呈流动状态。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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30min30s 30min100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间 30s 100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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（n-0）0100 0泥团开始承受的负荷g n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。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,膨化性粘土与水调和后，体积会不同程度有所增加。原因：粘土在吸附力，渗透力及毛细管力的作用下，水分进入粘土颗粒的晶层之间或在胶团之间所致。膨化性能用膨胀容表示，指粘土在水溶液中吸水膨胀后，单位重量（g）所占的体积。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,收缩原因：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：线收缩率与体积收缩SV率。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,收缩线收缩率：（-）100%试样成型后的原始尺寸长度 试样干燥后或烧成后的长度体积收缩率：SV（V V）V 100%V试样成型后的原始体积 V试样干燥后或烧成后的体积,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,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t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：f（td）（100d）100%,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,烧结性及耐火度原因：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。耐火度：表征粘土原料抵抗高温作用不致融化的性能指标。表示方法：,1.3.3 粘土的工艺性质,烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率 耐火度：三角锥,陶瓷原料,T1：开始烧结温度。开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。T2：烧结温度，液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。T3：软化温度，随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常,T1 T2 T3,温度,200 800 1200 1400 1600,30 9,20 6,10 3,第三节粘土类原料,1.3.3 粘土工艺性质烧结性,收缩率%,气孔率%,收缩率,气孔率,陶瓷原料,第三节粘土类原料,烧结性及耐火度烧结变化过程：1气孔率明显减小，体积剧烈收缩，温度超过800。2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。3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这种情况的最低温度。2T3 烧结范围。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,烧结性及耐火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）。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,烧结性及耐火度耐火度测定方法计算法：耐火度也可根据粘土的化学成分进行近似计算：5.5A1534(8.3+2M)30/A耐火度 氧化铝含量 氧化铁含量 TiO2，MgO，CaO和R2O总量该公式适用于Al2O3含量在1550%的粘土，各百分含量须换算为无灼减量。,1.3.3 粘土的工艺性质,陶瓷原料,第三节粘土类原料,赋予泥坯的可塑性；使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；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；是瓷坯中AlO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,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,定义与分类 长石类熔剂 对长石质量要求 长石的作用 其它熔剂性原料 习题,1.4 要 目,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,定义：小于1400C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。分类：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（骨灰熔点：1700 C，但骨灰+石英：1240 C）,1.4.1 定义与分类,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,种类：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。产地：湖南平江，陕西洛南，福建将乐、建宁、仙游。,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,种类：长石(feldspar)为架状硅酸盐结构，根据结构特点分为：钾长石：K2OAl2O36SiO2钠长石：Na2OAl2O36SiO2钙长石：CaOAl2O32SiO2钡长石：BaOAl2O32SiO2产状：自然界中，纯的长石较少，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。含石英，霞石的可考虑做原料使用。,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,钾长石 KAS6：115020分解为白榴子石，全部熔融，范围 宽，高温粘度大。钠长石NaAS6：1120 开始熔融，液相稳定，粘度低，易变 形；钙长石CaAS2：熔点高达1550，熔融范围宽，熔体不透明，度小，机械强度大。钡长石 BaAS2：熔点高达1715，熔融范围不宽，可人工合 成，电学性能好。混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体。,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,我国长石资源丰富，分布很广，其化学组成和矿物组成也有很大差别，下表列出了我国几种优质长石的化学组成：名 称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 海城长石 65.52 18.59 0.40/0.58/11.80 2.49 0.21 平江长石 63.41 19.18 0.17/0.76 13.97 2.36 0.46 忻县长石 65.66 18.38 0.17/13.37 2.64 0.33 闻喜长石 64.62 19.98 0.17 0.26 0.62 0.32 8.72 4.51 0.35,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,钾长石+钠长石：钾长石和钠长石常以固熔体存在 钾长石和 钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶体折射不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹。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。钾钠长石的命名方法：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,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,钠长石+钙长石：钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。钠长石和钙长石命名方法：钠长石 90%钠长石 钙长石 90%钙长石 其余称斜长石。,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,钾长石+钙长石：钾长石和钙长石的固溶性差，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（1150C 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，尤其对于釉，利于釉的熔化和铺展。,长石类熔剂,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,钾钠长石（含钾长石较多的）外观：颜色为肉红色，粉红，个别的为白，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。,长石类熔剂物理性质,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。为使坯体既易烧结，又不变形，则希望长石有较低的熔化温度，较宽的熔化温度范围。为使釉料在坯料烧结温度下成熟，要求釉料具有较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。这就要求在烧成过程中，长石既具有良好的熔剂作用（即较高的溶解其它物质的能力），又使熔融液相具有较高粘度（坯体不易变形坍塌；釉料不易流釉）。,长石类熔剂熔融特性,陶瓷原料,第四节熔剂性原料,熔化温度范围：作为纯的钾钠钙长石有固定的熔点，但实际上常是几种长石的互溶物，加之一些杂质在内，使之无固定熔点，只有一个熔化温度范围：钾