《陶瓷工艺学》PPT课件.ppt

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1、陶瓷工艺学,PROCESSING OF CERAMICS,电话：18392064509Emai:,陕西科技大学材料学院,主讲人：杨海波 教授,绪 论,主要内容,陶瓷的概念 陶瓷的分类及应用 本课程主要内容 陶瓷的发展和进步,一 陶瓷的概念,“陶瓷”一词还没有十分严格的、为国际所公认的定义。传统陶瓷(conventional ceramics)：指以粘土为主要原料与其他矿物原料经粉碎，混练，成型，烧成等工艺过程制成的各种制品。如陶器，炻器，瓷器（硅酸盐）。现代陶瓷(fine ceramics)：指用生产陶瓷的方法制造的无机非金属固体材料和制品的统称。包括传统的硅酸盐陶瓷与现代的特种陶瓷。,二 陶

2、瓷分类、应用1 按概念和用途分类,二者的区别：,、用料不同：特陶很少使用粘土，大多特陶不用粘土。而是使用 经过加工的不同纯度的化工原料或合成矿物原料。,、新工艺(工艺突破传统方法）。,3、不同的化学组成、显微结构和性质。,共性：均属无机非金属材料。,2 按陶瓷的基本物理性能分类 表1-1 陶器、炻器和瓷器的基本特征和性质,说明：分类依据为吸水率。,吸水率，反映陶瓷瓷胎气孔率的大小。（陶瓷胎体吸水后陶瓷胎体干重）100%吸水率=陶瓷胎体干重,举例：“陶瓷砖”按吸水率可分为五大类：,GBT4100.1-1999 干压陶瓷砖第1部分 瓷质砖 E 0.5%GBT4100.2-1999 干压陶瓷砖第2部

3、分 炻瓷砖 0.5%10%,三 普通陶瓷（不带釉）的岩相成分,、晶相(crystalline phase)：(以长石质瓷为例）莫来石，石英，方石英，少量原料残骸，熟料粒。,、玻璃相(glass phase)：（少数大于）玻璃相少，只够粘接晶粒，胎体气孔多。陶器,玻璃相增多，除粘接晶粒外，还填充部分晶粒间隙胎体气孔减少。不致密炻器,玻璃相很多，胎体几乎无气孔。致密炻器，瓷器,、气孔(gas phase)闭气孔：与大气不通，不吸水。开气孔：与大气相通，吸水。气孔率越大，吸大。,总结：是由晶相，玻璃相，气相构成的不均匀多相系统。,四 本课程主要内容、目标,以材料性质结构工艺之间的关系为纲，阐明材料的

4、组成，结构与性能的内在联系；讨论工艺方法对产品性能的影响；将技术基础的有关原理与生产工艺，性能控制融合在一起。,四个时期无釉陶器时期 原始瓷器时期透明釉时期 半透明胎时期三个大的飞跃釉陶的出现为第一大飞跃（商代）不透明釉到透明釉为第二大飞跃（北宋）（汝、定、官、越、钧）不透明胎到半透明为第三大飞跃（景德镇）陶为世人所共有；瓷为中国所创造,五 陶瓷的发展历史,无釉陶器时期（新石器时期-殷商）,1.我国最早的陶器：公元前8000年，江西万年仙人洞出土的泥质陶，夹砂陶，夹炭陶。烧成温度800-1000。2.新石器时代晚期：彩陶，黑陶 彩陶代表“仰韶文化”，也称“彩陶文化”。黑陶代表“龙山文化”，也称

5、“黑陶文化”。烧成温度为1000。,3.殷商时代 开始出现白陶，烧成温度1180。殷商晚期的白陶中有极少量的釉陶出现。釉陶的出现，是陶瓷发展史上的“第一次飞跃”。是制陶技术上的重大成就，为从陶到瓷创造了必要条件。陶瓷的发展进入第二时期。,原始瓷时期（殷商-东汉）,原始瓷时期除生产无釉陶外，还有大量的釉陶出现，并形成了南北两大派系。北方釉陶：高岭土坯配含铁的高钙石灰釉光泽差。南方釉陶：高岭土坯（着色坯）配含铁的高钙石灰釉 釉层特点：釉层薄，为灰青色，不透明，光泽差。烧成温度达到1100,透明釉时期（东汉宋金）,不透明釉到透明釉是陶瓷发展史上的第二大飞跃。,瓷器出现的条件（透明釉出现的条件）,（1

6、）馒头窑的温度可达1300C，是瓷器出现的一个条件。（2）开始使用经淘洗的瓷石。瓷石的成分为伊利石，石英，长石的混合物，瓷石使用是可直接成瓷为第二个条件。,各窑代表产品的特点,官窑：北宋在河南开封，南宋在浙江临安（杭州）主要为青釉瓷。越窑：在浙江余姚，秘色瓷（青瓷）。定窑：北定，河北曲阳，定州。南定，江西景德镇 白釉瓷钧窑：河南禹县。钧红（铜红）釉，窑变花釉，其 特点，颜色不一，变化多，有千钧万变之说。汝窑：河南临汝。青釉。属乳浊釉，无裂纹。色泽 莹润如脂。,半透明胎配透明釉（宋清）、景德镇附近的湖田窑，湘湖窑。在北宋时，用瓷石高岭土石英构成胎体，形成半透明胎。不透明胎到半透明胎是陶瓷发展史上

7、的第三大飞跃。、元代出现：釉上彩（单，双），釉下青花，釉下釉里红，铜红。、明代，景德镇成为制瓷中心。、清代釉上粉彩，釉下五彩。,六 陶瓷的发展和进步,新技术与新工艺的采用：原料制备：最初采用天然原料，不加任何处理。现在为适应特殊材料的特殊要求，对原料进行精选，分等级处理，在纯度、粒度、性质等各方面加以控制。粉料制备：传统采用半机械，机械球磨，碓打粉磨等粉碎方法。现在为制备超细粉末（10-710-9m），采用化学气（液）相沉淀、溶胶凝胶法、气流粉碎、超声波粉碎等方法来制备粉体。成型方法：等静压成型法已不仅用于特种陶瓷，也陆续在电瓷，日用瓷的生产中使用，注射成型法开始由塑料工业移植到陶瓷工业中来。

8、,对陶瓷材料的性能与本质的深入了解：一些研究材料成分和结构的技术与仪器的出现，促进了人们对陶瓷的认识进入更高的层次。例如可用X-射线荧光分析、电子探针、光电子能谱仪、俄歇能谱仪测得陶瓷中微量成分的种类、浓度、价态及其分布特征。采用X-射线衍射、中子衍射仪测定晶体结构和点阵常数、固体中的缺陷，用光学显微镜、电子显微镜来研究陶瓷烧结体的显微结构。,施釉：由传统的釉浆浸釉、喷釉、浇釉发展到用釉粉压制施釉、静电施釉等的方法。烧结：煅烧方法除传统的常压烧结外，气氛烧结、压力烧结（如热压、热等静压）已广泛应用于陶瓷生产之中。,新品种的开发：由于科学技术的推动和需要，也使得能充分利用陶瓷的物理与化学特性开发

9、出许多在高科技领域中应用的功能材料与结构材料。例如工业检测与系统控制用的陶瓷传感器，燃气轮机用的耐高温、高强度、高韧性的陶瓷部件，用作人造骨骼或器官的生物陶瓷等。由于这些进步，人们掌握了更多陶瓷材料性能、结构与工艺之间内在联系的信息。为今后发展到根据一定性能要求，进行结构与工艺设计奠定了基础。,作业：,2、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？,1、陶瓷的概念？,3、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？,4、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？,5、宋代五大名窑及其代表产品？,6、普通陶瓷（长石质瓷）的岩相结构？,主要内容,第一章 原 料,第一节 原料的分类及要求第二节 硅质原料第三节 熔剂性原料第四节 粘土原

10、料 第五节 辅助原料第六节 原料处理,1.1.1 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，硅质原料，长石原料，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,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。,1.1.2 原料是基础,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

11、（稳定压倒一切）运输方便（避免等米下锅）,1.1.3 对原料的基本要求：,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,1.2.1 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。,第二节硅质原料,1.2.1 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、隧

12、石等。,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,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/,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

13、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。比重2.65左右，熔点1700以上。,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%。,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。,第二节硅质原料,1.2.1 石英SiO2燧石,隐晶质SiO

14、2，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%。,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。,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。,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

15、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：1400C1770C，由SiO2的形态和杂质含量决定。,应用,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

16、,急冷,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。,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

17、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。,第二节硅质原料,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。,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

18、,石 英 石英,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。,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

19、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。,第二节硅质原料,1.2.3 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

20、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。,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

21、化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。,第二节硅质原料,1.2.4 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。,第二节硅质原料,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？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？,第三节熔剂性原料,定义与分类 长石类熔剂 对长石

22、质量要求 长石的作用 其它熔剂性原料 习题,主要内容,第三节熔剂性原料,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）,1.3.1 定义与分类,第三节熔剂性原料,种类：长石(feldspar)为架状硅酸盐结构，据结构特点分为：钾长石：K2OAl2O36SiO2钠长石：Na2OAl2O36SiO

23、2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。产地：湖南平江，陕西洛南，福建将乐、建宁、仙游。,1.3.2长石类熔剂,第三节熔剂性原料,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

24、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 理论钾长石 64.7 18.4 16.9理论钠长石 68.6 19.6 11.8,1.3.2长石类熔剂,第三节熔剂性原料,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，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，机械强度大。钡长石 BaAS2：熔点高达1715，熔融

25、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。,1.3.2长石类熔剂种类,钾长石 小于10%不互溶 小于10%,钠长石 钙长石,高温互溶低温分离,互溶,互溶,1.3.2长石类熔剂互溶特性,第三节熔剂性原料,第三节熔剂性原料,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%

26、透长石 900-950 钠长石含量 30%正长石 650-900 钠长石含量 20%微斜长石 650,1.3.2长石类熔剂互溶特性,第三节熔剂性原料,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。,1.3.2长石类熔剂互溶特性,第三节熔剂性原料,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

27、铺展。,1.3.2长石类熔剂互溶特性,第三节熔剂性原料,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。,1.3.2长石类熔剂物理性质,第三节熔剂性原料,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

28、熔融液相具有较高粘度（坯体不易变形坍塌；釉料不易流釉）。,1.3.2长石类熔剂熔融特性,第三节熔剂性原料,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：钾长石 1130C 1450C T=320 C 钠长石 1120C 1250C T=130C 钙长石 1250C 1550C 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。,1.3.2长石类熔剂熔融特性,粘度差异形成的原因：KAS6 KAS4（白榴石）+SiO2（熔体）1130C开始软化，在1220C时分

29、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23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=3：1,第三节熔剂性原料,1.3.2长石类熔剂熔融特性,第三节熔剂性原料,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。对于快速烧成，则高温粘度不应太大。常用钠长石达到低温快烧的目的。组成的要求（国标）：化学组成：%。,1.3.2长石类

30、熔剂质量要求,注意：,控制钾钠的比例，要求K2O:Na2O=4:121 日用瓷 34，小而薄的制品比值要大。电瓷 3 大而厚的制品要小。由于CaO、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CaO1%，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。Fe2O30.5%可生产高档白瓷。,第三节熔剂性原料,1.3.2长石类熔剂质量要求,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：熔块釉中，白云母影响不大，黑云母禁用。黑云母高温时溶解为粘稠液体，且不与长石互溶，而以黑斑独

31、自存在，影响白度。鉴定矿物纯度的方法：长石放如1260电炉中烧。,物理性能的控制:,熔点的控制，长石的熔化温度30-50,第三节熔剂性原料,1.3.2长石类熔剂质量要求,第三节熔剂性原料,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。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。长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收

32、缩和变形。在釉料中做熔剂，形成玻璃相。,1.3.2长石类熔剂作用,第三节熔剂性原料,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。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；石英：25%30%，长石：60%70%。,1.3.3 其它熔剂原料长石的代用品：,第三节熔剂性原料,霞石正长岩矿物成分：长石，霞石(Na,K)AlSiO4，杂质。特点：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。Al2O3的含量比正长石高（一般在23%

33、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；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，可使坯体生产烧成时不易沉塌变形，热稳定性好，机械强度高。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,酸性玻璃熔岩矿物成分：属火成玻璃质岩石，主要由玻璃质组成，含SiO2、碱金属氧化物较多。一般为6575%，RO为89%。含Fe、Ti等着色氧化物较少。主要为：珍珠岩，松脂岩，黑曜岩，浮岩。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,滑石：Mg硅酸盐类化学式：硅酸镁矿物，3MgO4SiO2H2O理论组成：MgO 31.88%，SiO2 63.37%，H2O

34、 4.74%结 构：单斜晶系，晶体为六方或菱形板状，层间仅以微弱的键力吸引，联系很不牢固，层间极易裂成薄片。常见的有两种形态：粗鳞片状与细鳞片致密块状集合体（块滑石）。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,滑石：Mg硅酸盐类外观：纯滑石为白色，含杂质为淡绿，浅黄，浅灰，粉红，淡褐。脂肪光泽，有滑腻感。莫氏硬度为，密度2.72.8。加热时于600 C左右开始脱水，880970 C范围内完全排除，滑石分解为偏硅酸镁和二氧化硅：3MgO4SiO2H2O3（MgOSiO2）+SiO2+H2O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：,1.3.3 其它熔剂原料,600-850,

35、970-1000,滑石 脱水 层状结构 链状（原顽辉石）,第三节熔剂性原料,滑石 作用熔剂：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。提高坯体白度，透明度，机械强度，和热稳定性。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，或堇青石质窑具。产地：辽宁海城，山东栖霞，广西陆川，江西广丰等。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,硅灰石-透辉石-透闪石化学式：硅灰石-CaOSiO2 透辉石-CaOMgO2SiO2 透闪石-Ca2Mg5SI4O112OH2,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,硅灰石理

36、论组成：CaO48.25%、SiO2 51.75%结 构：三斜晶系。单晶体板状，片状，集合体为片状，纤维状，块状，柱状。应 用：日用瓷，釉面砖，电瓷（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质窑具。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,硅灰石在坯体中作用低温快烧本身不含挥发分，也不热分解，干燥烧成收缩小，热膨胀系数小，可快速烧成。降低烧成温度，节省能耗，高温下可与粘土生成钙长石及方石英（约900-1000）。改善生坯质量，提高产品性能：晶体针状，长柱状，纤维状，成型后晶体呈网状交织，水分可快速干燥，提高生坯强度，反应生成钙长石起增强加固作用，膨胀系数小，提高抗热震性。烧成范围窄：易生成钙质玻璃

37、，其粘度随温度升高迅速降低，易使产品变形；可加入Al2O3，SiO2，ZrO2等提高液相粘度，从而扩大烧成范围。坯体白度降低：硅灰石链状结构能固溶Fe,Mn等离子，但高温相变时，结构发生了相变，由链状变为环状，原来固溶的离子就溶出形成着色氧化物，造成白度降低。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,透辉石理论组成：CaOMgO2SiO2 CaO 25.9%、MgO 18.6%、SiO2 55.5%性 质：熔点1391 C，密度3.3，硬度56，玻璃光泽，呈灰、黄、浅绿到深绿等色。应 用：建筑卫生陶瓷。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,透辉石在坯体中作用低温快烧降低烧成温度：降

38、温幅度150200。快速烧成：针状、柱状等晶型提供坯体水分快速逸通路,可快速干燥；不含有机物、结晶水、吸附水等，无明显吸热、放热效应，不发生快速相变，膨胀系数小,能够快速烧成。减少烧成收缩：透辉石质面砖烧成收缩约为0.30.5，而普通釉面砖的收缩率为11.5左右。提高机械强度：透辉石质釉面砖主要以透辉石、石英为骨架，钙长石、方石英及少量的莫来石与玻璃体填充空隙而构成交织结构，因而使制品具有较高的机械强度。热稳定性好：坯釉料结合较好。,1.3.3 其它熔剂原料,第三节熔剂性原料,主要为含碱土金属的碳酸盐矿物原料，一般做为熔剂使用，在釉料中还可作为无光釉的无光剂。常用的有：方解石、石灰岩、大理石（

39、CaCO3）,菱镁矿、苦土（MgCO3），白云石（CaCO3MgCO3）,碳酸钡（BaCO3）等碳酸盐矿物或工业纯原料。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,方解石、石灰石、大理石（CaCO3）化学式：CaCO3理论组成：CaO56%，CO244%。产状：无色透明的方解石称冰洲石；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，灰黑色。在石灰岩洞中生成的有钟乳石，石笋和石幔；海洋生物遗骸形成软泥状沉积的为白垩；河流湖泊沉积的称石灰华。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,方解石、石灰石、大理石（CaCO3）结构：三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒

40、状，板状。性质：一般为白色或无色。玻璃光泽，性脆，硬度3，密度2.62.8高温下(860-970)发生分解反应：850 左右开始分解，放出CO2，950 剧烈反应：CaCO3 CaO+CO2,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,方解石、石灰石、大理石（CaCO3）作用：烧成前，瘠性料骨架作用，缩短生坯干燥时间，减少干燥收缩分解后，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。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。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第

41、三节熔剂性原料,菱镁矿、苦土（MgCO3）化学式：MgCO3 理论组成：MgO47%，CO253%。性质：三方晶系，晶体为菱面体，集合体为粒状，或致密块状。颜色由白到灰、黄或肉红。玻璃光泽，脆。硬度44.5，比密度2.93.1。400 开始分解，800 850 迅速分解。1100 完全分解。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,菱镁矿、苦土（MgCO3）作用：用菱镁矿部分取代长石，可降低坯料的烧成温度，并减少液相量。提高坯体的半透明性，机械强度。釉料中，加入菱镁矿引入MgO，作用与滑石类似，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

42、少用，常用滑石引入MgO。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,白云石（CaCO3MgCO3）化学式：CaCO3MgCO3，理论组成：CaO 30.4%，MgO 21.9%，CO2 47.7%。性质：三方晶系，为碳酸钙和碳酸镁的固熔体。单体为菱面体，集合体为粒状，致密块状。一般为灰白色，有时为淡黄，褐，淡绿；玻璃光泽。硬度3.54.0。比密度为2.82.9，性脆。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,第三节熔剂性原料,白云石（CaCO3MgCO3）分解：白云石高温下分解成CaO与CO2：MgCO3 MgO+CO2 CaCO3 CaO+CO2作用：降低烧成温度，促进石英的转化与莫来石的

43、形成，加入釉中可提高透光性，不易乳浊。,1.3.3 其它熔剂原料碳酸盐,800,950,第三节熔剂性原料,种类：碳酸锂：Li2CO3，工业原料锂云母：LiF KF Al2O3 3SiO2，江西宜春锂长石（叶长石）：Li2O Al2O3 8SiO2，津巴布韦锂辉石：Li2O Al2O3 4SiO2，澳大利亚，新疆可可托海，陕西。作用：强熔剂，膨胀系数很小，可做耐热陶瓷，配制低膨胀或负膨胀釉。,1.3.3 其它熔剂原料锂质原料,第三节熔剂性原料,锂辉石化学式：锂辉石结构式为LiAl（SiO3）2理论组成：Li2O 8.02%，SiO264.58%，Al2O327.4%。结构：为单斜晶系，链状结构。

44、晶质粗大，呈长柱状，集合体为板状和致密块状。锂辉石有三种同质多相变体，、-锂辉石。其中只有-锂辉石低温稳定存在，所以自然界中存在的锂辉石为-锂辉石。特性：颜色为浅灰白色，常带有浅绿和黄绿色调。硬度为6.57，相对密度为3.133.2。,1.3.3 其它熔剂原料锂质原料,第三节熔剂性原料,锂辉石加热变化：锂辉石加热到850 开始由-锂辉石转变为-锂辉石。1000 时转化趋于完全，此时出现亚稳态的-锂辉石，1100 时-锂辉石转化为-锂辉石加热到1430 时达到不一致熔融，其中视杂质含量的多少可为 锂辉石固熔体。,1.3.3 其它熔剂原料锂质原料,第三节熔剂性原料,锂云母：构造式：KLi Al（O

45、HF）2 Al（SiO3）3，化学组成不定。又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型结构的硅酸盐。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。外观：颜色为玫瑰色，浅紫色，有时为白色。特性：硬度为2.54，比密度为2.82.9。烧后为黄玉色，于1300 完全熔化。,1.3.3 其它熔剂原料锂质原料,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,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,主要内容,第四节粘土原料,第三节粘土类原料,1.4 粘土 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原料之一。粘土是自然界中硅酸盐

46、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。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。,钾长石,钙长石,绢云母,风化作用的类型（一）物理风化作用指使岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程，特点是成分未变。1、主要是温度引起岩石的热力学变化-昼夜温差、冻结。2、盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。,气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图a、b、c、d 表示风化过程,由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙,风蚀,（二）化学风化作用指岩石在水和空气（主要是氧气

47、和二氧化碳）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。1、溶解作用,CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3-,2、水化作用,CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O(硬石膏)（石膏）2Fe2O3+3H2O 2Fe2O3 3H2O(赤铁矿)(褐铁矿),Fe2O3（赤铁矿）红色2Fe2O3 H2O（赤褐铁矿）浅红棕色Fe2O3 H2O（针铁矿）棕色2Fe2O3 3H2O（褐铁矿）棕黄色Fe2O3 2H2O（褐铁矿）黄色,3、水解作用-最基本、最重要,4、氧化作用,2KAlSi

48、3O8+CO2+2H2O H2Al2Si2O8 H2O+2SiO2+K2CO3(正长石)(高岭石)(含水二氧化硅)(钾盐),Ca2(PO4)+2H2O+2CO2 Ca(H2PO4)2+2CaCO3(磷灰石)(磷酸二氢钙),2FeS2+16H2O+7O2 2FeSO4 7H2O+2H2SO4(黄铁矿)(硫酸亚铁),（三）生物风化作用指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。1、根系的挤压；2、地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化；3、呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。,植物根的机械破坏作用,第四节粘土类原料,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

49、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。,1.4.1 粘土成因与分类,第四节粘土类原料,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。,1.4.1 粘土成因与分类,第四节粘土类原料,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

50、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。,1.4.1 粘土成因与分类,第四节粘土类原料,按成因分：原生粘土（一次粘土）次生粘土（二次粘土）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）,1.4.1 粘土的分类,矿物组成化学组