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1、1,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。 所以陶瓷生产中原料是至关重要的。,原料 : 硅酸盐矿物(metasilicate mineral ),第一节 原料的分类,1、概述,概述 原料的分类 原料与制品的关系,陶瓷工艺学,2,2、原料的分类,据工艺特性分:可塑性原料,非可塑性原料(瘠性料), 熔剂性原料,据用途分:坯用原料,釉用原料,色料和彩料。,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。 据原料的获得方式分:矿物原料,化工原料,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。,陶瓷工艺学,
2、3,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。,综合:常用的分类方法,按工艺特性分: 可塑性的粘土原料;非可塑性的石英原料(瘠性原料); 熔剂性原料(长石)。另:釉料常用的特殊熔剂原料, 其包括化工原料。陶瓷工业中的辅助原料,主要为石膏 和耐火材料,各种助磨剂,助滤剂,解凝剂,增塑剂, 增强剂。,陶瓷工艺学,4,脉石英 石英砂 砂岩 石英岩 燧石 硅藻土 卵石 蛋白石,1、石英原料的种类(P23),陶瓷工艺学,5,(1)脉石英 致密结晶态,属于岩浆型 (火成岩)。 外观特点:纯白,半透明,呈油脂光泽 断口呈贝壳状。 SiO299% 生
3、产日用细瓷、釉料的良好原料。,陶瓷工艺学,6,(2)石英砂,采用石英砂做陶瓷原料 ,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,大缸大生产,可减小其变形。,风化型 (由脉石英或块石英经风化作用形成的),特点:化学组成不稳定,纯度各异,用做细瓷时要求纯度较高,SiO295%。,7,(3)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。,陶瓷中仅用的:硅质砂岩。SiO2 90% 95%,陶瓷工艺学,沉积型,硅质砂岩:较好,是石英砂经水化作用,表层形成硅胶胶结而成,可用做细瓷原料。 粘土质砂岩:石英砂颗粒由粘土胶结而
4、成,用做耐火材料。如窑炉烧成带的白泡石就是粘土质砂岩。,8,(4)石英岩 变质岩,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。 SiO297%。 用于制作一般陶瓷,质量好的可做细瓷。,陶瓷工艺学,9,(5)燧石 沉积型,呈结核状与瘤状产出。(冷却矿液中的SiO2 经沉积而成) 特点:硬度高 沉积过程中混进杂质,带色 ,各异。 陶瓷工业做研磨用。可做球磨机内衬,研磨体球石用。SiO298%,陶瓷工艺学,10,(6)硅藻土 沉积型,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
5、材料,多孔陶瓷等。,陶瓷工艺学,11,(7)卵石,在河滩、海滩上,由于水的冲刷作用,形成的球形沉积岩,(8)蛋白石,无定形的非晶质SiO2,外观为致密块状或钟乳状,成分SiO2nH2O。,最纯的石英水晶,产量很小,无法采用。,12,2、石英的性质(P24),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2.222.65。 (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。
6、 (5)熔融温度范围:1400C1770C,由SiO2的形态和杂 质含量决定。(P25),陶瓷工艺学,13,117,163,180-270,573,2.2 石英的晶型转化,高温型缓慢转化,低温型快速转化,14,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:(P26表1-9),陶瓷工艺学,15,陶瓷工艺学,16,石英理论
7、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。 不同晶型有不同存在温度范围。,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。,陶瓷工艺学,17,3、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% 1300C1400 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%),陶瓷工艺学,18,19,4、晶型
8、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。,陶瓷工艺学,20,(3)硅砖的生产 硅砖其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
9、,以适应快速烧成的特点。,陶瓷工艺学,21,总结:研究石英晶型转变的指导意义: 1.能够指导烧成制度的合理确定(573); 2.能够指导石英粒度参数的选择; 因为陶瓷制品都会有残余石英,所以坯体中的石英颗粒过大,石英颗粒表层和内部就会有较大的应力作用,致使强度降低,而粒度适当,起预应力作用,使强度提高。 3.能提供石英的破碎方法。,22,(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
10、)石英可提高坯体的机械强度,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。,陶瓷工艺学,5、石英的作用,23,6 、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,
11、高压下易被击穿。) 其它炻器,卫生瓷据白度而定。,陶瓷工艺学,24,第三节 熔剂性原料,25,定义: 熔剂性原料: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。 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 骨灰:1700 C 骨灰+ 石英:1240 C,陶瓷工艺学,26,一 长石(feldspar)类熔剂,1 种类 (P28) 钾长石 KAS6 1150 C 钠长
12、石NaAS6 1100 C 钙长石CaAS2 1550 C 钡长石 BaAS2 1715 C(自然界少) 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。,陶瓷工艺学,长石为: 不含水的一系列碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物的合称。,斜长石(任意比例混溶),微斜长石(高温混溶),27,钾长石 小于10% 不互溶,钠长石 钙长石,高温互溶低温分离 (微斜长石),互溶 (斜长石),互溶,2 长石之间互溶特性(P29),陶瓷工艺学,28, 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,陶瓷工艺学,29,
13、钠长石 + 钙长石 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。,陶瓷工艺学,30,钾长石和钙长石,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。,陶瓷工艺学,31,3 长石原料的性质,3.1 物理性质 钾钠长石:(含钾长石较多的)
14、 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。,陶瓷工艺学,32,3.2 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。 坯体:较低的熔化温度,较宽的熔化温度范围。 釉料:较高的始熔温度,较宽的熔融温度范围。 要求:具有良好的熔剂作用 具有较高粘度,陶瓷工艺学,33,熔点与熔化温度范围,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
15、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,陶瓷工艺学,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1150C 1050 C 。,34,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,陶瓷工艺学,35,例:,36,37,表明:钾长石的熔解能力钠长石,钠长石熔融温度低,高温粘度小,熔解能力强
16、,熔剂效应强,助熔作用强,利于成瓷; 钾长石熔融温度较钠长石高,熔解粘度大,粘度随温度变化小,易于控制。 适宜比例:钾长石:钠长石= 3:1 注意:实际生产中要合理选择.?,陶瓷工艺学,38,4 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。,陶瓷工艺学,39,4.2 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
17、通白瓷,不可做釉。,陶瓷工艺学,40,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 KNa 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。,陶瓷工艺学,41,4.2.2 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: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
18、石互溶,而以黑斑独自 存在,影响白度。 鉴定矿物纯度的方法:长石放如1260C电炉中烧,看 是否有星斑,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,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30 C50 C,陶瓷工艺学,42,5 长石的作用 主要表现为:熔融和熔化其他物质的性质 5.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.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Al和Si2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。,
19、陶瓷工艺学,43,5.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.在釉料中做熔剂。 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。,陶瓷工艺学,44,二 其它熔剂性原料 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。 石英在25%30%,长石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。),陶瓷工艺学,45,2 霞石正长岩 矿物成分:长石,霞石(N
20、a,K)AlSiO4,杂质。 特点: (1)1060C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。,陶瓷工艺学,46,第四节 粘土原料,47,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,48,一 粘土的成因:,粘土的成因与分类,风化和热液蚀变作用
21、使长石变成以高岭石为主的矿物。,钾长石,钙长石,绢云母,49,二 粘土的分类:,1、按成因分:残留粘土(原生粘土 一次粘土) 沉积粘土(次生粘土 二次粘土) 两者区别: 化学组成 耐火度 成型性能 残留粘土 较纯 较高 塑性低 沉积粘土 杂质含量高 较低 塑性高 2、按可塑性分: 高可塑性 中等可塑性 低可塑性,陶瓷工艺学,50,3、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 ),4、按性状分类: 软质粘土:(高可塑性粘土)质地松软,分散度,粘度,可塑性,因此软质粘土有时也称结合粘土。 硬质粘土:(低可塑性粘土)一般呈致密
22、块状,分散度,磨细后具有一定的可塑性。,51,组成 3方面(三大组成),矿物组成 化学组成 颗粒组成,52,矿物组成,粘土矿物 杂 质,53,1 粘土矿物类型,高岭石类,蒙脱石类,伊利石类,水铝英石类,叶腊石类,54,陶瓷工艺学,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 Al2O32SiO22H2O 多水高岭石 Al2O32SiO22H2OnH2O (n=24) 高岭石:结构单元层 SiO4 四面体 AlO6AlO2(OH)4铝氧和羟基八面体 单元内共价键 层间 范德华力;八面体OH与四面体O以氢键结合六角形片状结构,电中性。,55,陶瓷工艺学,多水高岭石(埃洛石,叙永石
23、): 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。为弯曲卷状结果。 原因,层间距增大,层间结合力降低。,56,陶瓷工艺学,1.2 蒙脱石类,Al2O34SiO2H2O+nH2O 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。,57,陶瓷工艺学,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倍。这就是膨润土的名称的由来。在水中呈悬浮和凝胶状,具有良好的阳离子交换能力。,5
24、8,1.3 伊利石类,伊利石类可以看做是白云母(k2O3Al2O36SiO22H2O )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。常见的伊利石类矿物:邢台章村土,瓷石。其可塑性低,干后强度差,干燥、烧成收缩小,烧成温度低,烧结范围窄。,59,1.4 叶腊石类,Al2O34SiO2H2O 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。),60,1.5 水铝英石类,Al2O3nSiO2nH2O 自然界
25、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。,61,2 杂质,2.1 石英和母岩残渣 2.2 碳酸盐和硫酸盐类 2.3 铁和钛的化合物 2.4 有机杂质,62,粘土的颗粒组成 指未加工的粘土中含不同大小颗粒的百分含量。 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。 重量百分比表示方法:某一粒径的颗粒占总重量的百分比。,63,分析颗粒组成的意义: 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
26、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。,64,测定方法 筛分析法:机械筛分方法,适用于 0.12微米的颗粒。 从母体中随机取100克粘土,用筛分法测颗粒组成 。用标准套筛 筛分。 结果测定: 2m 40g 40% 2 m 40% 2 m 0.6 m 30g 30% 0.6 m 70% 0.6 m 0.12 m 20g 20% 0.12 m 90% 0.12 m 10g 10% 0.12 m 10%,累计重量百分比,65,沉降分析 也叫移液管法。理论基础:真比重相同的颗粒在静液中的沉降速度
27、与颗粒直径成正比。所以只要测出沉降速度,可知颗粒分布。 适于 0.12m的颗粒。一般常于筛分法结合使用。 仪器分析法(离心测试法) 水分子的布朗运动影响细颗粒的沉降速度,所以细小颗粒可采用离心加速沉降的方法。,陶瓷工艺学,66,化学组成,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) SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O I L.* *(ignition loss 烧失量、灼减量) 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。,67,
28、研究化学组成的意义: 1.能初步估计粘土的矿物类型 如苏州土的化学组成为:SiO246.42%,Al2O338.96%,Fe2O30.22%,CaO0.38%,MgO痕量,K2O、Na2O痕量,酌减14.40% 高岭石的化学式为Al2O3.2SiO2.2H2O(其中Al2O3 39.50%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%) 又如:粘土中碱性成分较多时,可能是蒙脱石或伊利石。 SiO2/Al2O3为2左右时,可能是高岭石,在4左右时是蒙脱石或叶腊石。 2.判断粘土的烧后呈色 Fe2O3 TiO2,68,3. 初步判断其烧结(难易)情况(耐火度)(碱性成分、氧化铝) 4.估计粘土的某
29、些工艺性能 (如收缩大小、可塑性高低.) 5.推断烧成时膨胀及气泡产生 粘土中的K2O、Na2O一般存在于云母、长石、伊利石,云母中的化学结合水是在较高温度1000以上排除,引起粘土膨胀;高温阶段Fe2O3 分解,放出气体引起膨胀。 CaO MgO若以碳酸盐和硫酸盐形式存在,分解放出气体,易引起气泡和针孔。 6.粗算示性分析,69,粘土的工艺性质(非常重要),一.可塑性 二.结合性 三.离子交换性 四.触变性 五.干燥收缩和烧成收缩 六.烧结温度和烧结温度范围 七.耐火度,70,可塑性,当粘土与适量的水混练后形成泥团,此泥团在外力作用下产生变形但不开裂,当外力去掉以后,仍能保持其形状不变,粘土
30、的这种性质称为可塑性。,71,表征,常用“可塑性限度(塑限)”、“液性限度(液限)”、“可塑性指数”、“可塑性指标”和相应含水率等参数来表示粘土可塑性的大小。“塑限”是指粘土或坯料由粉末状态进入塑性状态时的含水量。“液限”是指粘土或坯料由塑性状态进入流动状态时的含水量。“可塑性指数”是液限与塑限之差。“可塑性指标”系指在工作水分下,粘土或坯料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变之乘积,也可用此时的含水率来表示。,72,影响因素,处于可塑状态的粘土或坯料是一固、液并存的多相体系。粘土可塑性的大小主要取决于固相及液相的性质和数量。固相的性质主要是指固相物的种类、颗粒形状及大小、颗粒级比以及颗粒的离子
31、交换能力等。液相的性质主要是指液相的粘度及其对固相的浸润能力等。一般而言,固体分散相越细、分散度越高、比表面积越大,可塑性就越好。层状粘土矿物的薄片状粒较杆状、棱角状颗粒的塑性为好。粘土矿物离子交换能力大,则其可塑性较好。可塑性粘土系统中,液相如果粘度较大、且能很好地湿润粘土颗粒,其与粘土混练后可塑性较高。,73,根据粘土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 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。,74,结合性,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
32、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。,75,结合性表征,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:0.25O.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。,76,离子交换性,粘土颗粒带有电荷,其来源是SiO4四面体中的Si4+被Al3+取代而出现负电荷,为了保持粘土颗粒表面的电价平衡,粘土颗粒在水系统中则吸附其他
33、异电荷离子。然而,被吸附的离子又会被其他同性电荷的离子置换,发生离子交换。,77,离子交换性表征,离子交换的能力用交换容量来表示,即100g干粘土所吸附能交换的阳离子或阴离子的数量,单位为 10-1mmol/g。 粘土离子交换能力的大小除与离子性质有关外,还与粘土矿物的种类、有序度、分散度、粘土中有机物的含量和粘土矿物的结晶程度等因素有关。,78,触变性,粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,粘度会降低,泥浆的流动性会增加,静置后恢复原状。此外,当泥浆放置一段时间后,在原水分不变的情况下会出现变稠和固化现象。这种性质我们叫它为触变性。,79,影响粘土触变性的因素,粘土的矿物组成、颗粒大小及形状、
34、水分含量、吸附离子的种类及其水化性,以及泥料(泥浆)的温度等。,80,粘土矿物的遇水膨胀与触变性有关,若水分子仅渗入粘土颗粒之间,则触变性较小,如高岭石和伊利石;若水分子除渗入粘土颗粒之间外还渗入单位晶胞之间,则触变性较大,如蒙脱石的触变性、遇水膨胀性及细度均较高岭石、伊利石的高。粘土颗粒越细,形状愈不规则,触变性也愈大。球状颗粒触变性较小。触变性与吸附离子及离子水化度有关,阳离子价数越小或价数相等半径较小者,触变性亦愈大。含水量小的泥浆较含水量多的泥浆更易产生触变效应。当泥浆温度升高时,因粘度减小,触变现象亦会减弱。,81,表征,生产中,希望泥浆有适当的触变性,因为触变性大的泥浆在管道中输送
35、时很不方便,注浆后的产品易变形。如触变性过小,则生坯强度差,影响脱模及精坯的质量。 粘土泥浆的触变性以厚化度(或稠化度)来表示,厚化度是以泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数表示。反映泥浆触变性的厚化系数是泥浆放置30min及3Os后的相对比。,82,收缩,粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出,颗粒互相靠拢,引起体积收缩,称为干燥收缩。当粘土泥料煅烧时,由于发生一系列物理化学变化,粘土泥料再度收缩,称为烧成收缩。成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称总收缩。,83,计算,粘土收缩常以线收缩及体收缩来表示。体收缩近似等于线收缩的三倍(误差69)。线收缩率可按下式计算:干燥线收缩以试样干燥至10511
36、0时尺寸的变化来表示,计算式如下:,84,烧成线收缩按下式计算: 式中: L干试样干后长度; L烧一试样烧后长度; S烧试样烧成线收缩率。,烧成收缩,85,烧结性能,粘土是由多种矿物组成的物质,它无固定熔点,而是在一个较大的温度范围内逐渐软化。当粘土在煅烧过程中,温度超过800900以上时,低共熔物出现,并填充在固体颗粒之间,由于其表面张力的作用,使固体颗粒进一步靠拢,引起体积急剧收缩,气孔率下降,密度提高,这种开始急剧变化时的温度叫开始烧结温度,86,87,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。
37、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 30 9 20 6 10 3 200 800 1200 1400 1600 收缩率 气孔率 温度,88,耐火度,耐火度系粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性。,89,耐火度表征,粘土的耐火度主要取决于粘土的化学成分,如粘土中Al2O3含量多则耐火度较高,含碱类氧化物多则耐火度较低。一般常用Al2O3SiO2的比值来判断粘土耐火度的高低。比值大、耐火度高,烧成温度范围宽。反之,耐火度就低,烧成温度范围窄。 耐火度的测定是将欲测粘土制成高3Omm、下底边长为8mm
38、、上顶边长为2mm的截头三角锥,干燥后,在电炉中以一定升温速度加热,当加热到锥顶端软化弯倒至底平面时的温度,即为该试样的耐火度。,90,粘土的加热变化(重要),一.脱水 (100-1000) 二.后续反应 (900-1300),两个阶段,91,一.脱水阶段 1.机械水的排出:(100-110 ) 2.晶格水的排出:400-450缓慢排出 450-600急速排出 600-800缓慢下来 800-1000排尽 结晶度低,分散度大,排水过程前移 3.脱水后的产物:Al2O3.2SiO2.2H2O Al2O3.2SiO2,92,二.脱水产物继续转化阶段 1.偏高岭石转化为铝硅尖晶石 2(Al2O3.2
39、SiO2 ) 2Al2O3.3SiO2+SiO2,925-1050 ,刚分解出来的SiO2 呈无定形状态,粘土中可为石英砂,也可分散在液相中,偏高岭石,铝硅尖晶石,93,2.铝硅尖晶石转变为莫来石 3(2Al2O3.3SiO2) 2(3Al2O3.2SiO2)+5SiO2,高于1200 莫来石大量生成,1200-1400 ,莫来石晶体发育长大。,铝硅尖晶石,莫来石,粘土中分解出来的SiO2,活性非常大,溶解在液相中,使液相粘度增大。过去一些学者认为液相粘度大是由加入石英主要起作用,其实是粘土分解出来的SiO2是起主要作用。,94,粘土在陶瓷生产中的作用p23,一.成型 可塑性 流变性 结合性
40、二.烧成 烧结性 生成莫来石,95,第五节 其它原料,96,1、碳酸盐类原料 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2.62.8。 (2) 850C左右开始分解,放出CO2,950C剧烈反应。(意义:石灰质釉面砖含石灰石,在配方中分解出来的氧化钙起主要作用,刚刚分解出来的氧化钙活性非常高,能与粘土的分解产物偏高岭石生成钙长石CaO+AI2O32SiO2 CaOAI2O32SiO2 ),97,作用: (1) 烧成前,瘠性料骨架作用,缩短生坯干燥时间,减
41、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。,98,白云石 白云石为碳酸钙和碳酸镁的固熔体。化学式:CaCO3MgCO3 理论化学组成:CaO 30.4%,MgO 21.9%,CO2 47.7%。含Fe、Mn等杂质。 特点: 、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,有时为淡黄,褐,淡
42、绿。玻璃光泽,硬度3.54.0。比密度为2.82.9,性脆。 、白云石分解温度为 730830。,99,作用: 、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2 3 ) 、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。,100,菱镁矿 主要成分MgCO3,理论化学组成为MgO47%,CO253%。 特点: 、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 C850 C迅速分解。
43、完全分解温度1100 C。,101,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,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。,102,2 碱土硅酸盐类原料 滑石(p33) 硅酸镁矿物,化学式:3MgO4SiO2H2O, 特点: 、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。 、纯滑石为白色,脂肪光泽,有滑腻感。 、莫氏硬度为,比密度2728。 、 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。 、
44、3MgO4SiO2H2O3(MgOSiO2)+SiO2+H2O (600 开始,880970 完全),103,104,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(MgO与FeO形成固溶体),透明度,机械强度,和热稳定性(堇青石2M2A5S)。 、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。,105,硅灰石、透辉石 硅灰石偏硅酸钙矿物。化学通式:CaOSiO2 理论组成:CaO48.25%、SiO2 51.75%。 天然硅灰石与透辉石(CaOMgO2SiO2)
45、、石榴石,方解石,石英共存,含Fe2O3 , Al2O3,MgO,MnO,Na2O 特点: 、三斜晶系。单晶体板状,片状,集合体为片状,纤维状,块状,柱状。 、白色,灰白色。具有玻璃光泽。 、硬度4.55,比密度2.82.9。熔点1540。,106,硅灰石作用: 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。,107,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。,108,骨灰: 骨灰为动物骨骼在一定的温度煅烧后的产物。成分:羟基磷灰石和少量的氟化钙、碳酸钙、磷酸镁等。 结构式:Ca10(PO4)6(OH)2 蒸汽蒸煮脱脂 煅烧 球磨 水洗 (900C1300C) 烘干 陈化 除铁 注意:煅烧要通风好,避免炭化发黑。,3钙的磷酸盐类,
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