无机材料工艺学--陶瓷2-原料.pptx

原料选择的重要性原料选择的重要性第一章 陶瓷原料绪言 传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；陶瓷制品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的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关原料是陶瓷制品质量的根底影响产品质量的两原料是陶瓷制品质量的根底影响产品质量的两因素：因素：1 1原料质量；原料质量；2 2生产工艺过程生产工艺过程 高岭石伊利石石英钾长石钠长石硅灰石叶腊石11/30/20211河南省精品课程陶瓷工艺原理 原料选择的重要性原料选择的重要性第一章 陶瓷原料 陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构那么由原料的种类和加工工艺决定那么由原料的种类和加工工艺决定组织结构/成分Structure/Composition加工工艺Processing物化性能Property使用性能Performance11/30/20212河南省精品课程陶瓷工艺原理 质量达标并非越纯越好； 储量要大原料来源稳定； 价格合理； 性能稳定对原料的最根本要求； 运输方便 原料选择的根本要求原料选择的根本要求第一章 陶瓷原料 原料选择原那么： 原料的组成应能保证产品的质量性能要求； 原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。

绪言11/30/20213河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章 陶瓷原料 陶瓷原料的分类可塑性原料1. 从工艺性能分：天然原料 化工原料2. 从来源分：绪言高岭土石英钾长石非可塑性原料瘠性原料11/30/20214河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章 陶瓷原料1-1 粘土类原料 一、粘土的概念与分类 一概念：粘土clay是由多种微细矿物主要是含水铝硅酸盐矿物构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于2 m从外观看：i由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色 (ii) 由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬 二成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性11/30/20215河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章 陶瓷原料 一、粘土的概念与分类 二成因：自然风化物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用例如：K2OAl2O3SiO2+ CO2+ H2O Al2O32SiO22H2O+ K2CO3+ 4SiO2钾长石高岭土 风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化物如SiO2将成为粘土矿中的杂质矿物。

11/30/20216河南省精品课程陶瓷工艺原理 一、粘土的概念与分类 根据粘土的成因分类：I. 一次粘土原生粘土：母岩风化后的产物滞留于原地，再经地质作用而形成的粘土 三分类：II. 二次粘土次生粘土：母岩的风化产物经过自然力洪水、大风搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土此即为沉积型粘土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土 特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，枯燥强度较低、枯燥收缩较小，烧结温度较高二次黏土的特点相反11/30/20217河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章 陶瓷原料 根据粘土的可塑性强弱分类： 一、粘土的概念与分类强塑性粘土中等塑性粘土弱塑性粘土 根据粘土的耐火度上下分类：耐火粘土：耐火度1580易熔粘土：耐火度1350难熔粘土：耐火度介于 1350 158011/30/20218河南省精品课程陶瓷工艺原理 二、粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组成和颗粒组成1、粘土的化学组成 主要化学成分为 SiO2、A12O3和结晶水H2O 杂质化学成分：含有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 Fe2O3、TiO2等。

不同成因的粘土，其化学组成有差异如一次粘土一般SiO2含量较高，而A12O3含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩 所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量一项11/30/20219河南省精品课程陶瓷工艺原理4CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围1-1 粘土类原料 粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质:1SiO2 ：假设SiO2多，意味着游离石英较多，那么粘土可塑性降低，枯燥及烧成收缩较小2Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结3Fe2O31 ，TiO2 0.5：瓷制品呈白色假设含量过高，坯体颜色将变深，甚至还影响电绝缘性5 H2O、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大从“烧失量一项判断11/30/202110河南省精品课程陶瓷工艺原理2. 粘土的矿物组成 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体因此，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因素 粘土矿物主要为高岭石类包括高岭石、多水高岭石等、蒙脱石类包括蒙脱石、叶蜡石等和伊利石类也称水云母等等 高岭石叶腊石伊利石11/30/202111河南省精品课程陶瓷工艺原理a高岭石类Kaolinite，Al2O32SiO22H2O 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。

高岭石是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土 b蒙脱石类Montmorillonite, Al2O34SiO2nH2O (n2) 蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土bentonite，一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色 c. 伊利石类 (Illite) 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间与白云母比较，伊利石多H2O而少K2O与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少 2. 粘土的矿物组成11/30/202112河南省精品课程陶瓷工艺原理 粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其根本结构单位是硅氧四面体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如以下图所示的结构模型图硅氧四面体层铝氧八面体层层状结构粘土矿物晶体结构模型图 11/30/202113河南省精品课程陶瓷工艺原理 各种粘土矿物的结构特点高岭石多水高岭石叶腊石蒙脱石伊利石11/30/202114河南省精品课程陶瓷工艺原理 各种粘土矿物的工艺性质a. 高岭石：可塑性较较差，阳离子交换换容量小，遇水不膨胀胀，枯燥收缩较缩较 小，耐火度较较高烧结烧结 温度较较高。

b. 蒙脱石：可塑性好，阳离子交换换容量大，遇水膨胀胀，枯燥收缩缩大，烧结烧结 温度较较低c. 伊利石：与高岭石相近可塑性差，阳离子交换换容量小，遇水不膨胀胀，枯燥收缩缩小，烧结烧结 温度低、烧结烧结 范围围窄绢绢云母和瓷石也划归为归为 伊利石类类原料 叶腊石(Al2O32SiO2H2O), 其结结构与蒙脱石 Al2O34SiO2nH2O 相似，但晶格中的同晶置换现换现 象轻轻微，故阳离子交换换容量很小遇水也不膨胀胀，硬度低，是一种优优良的陶瓷原料11/30/202115河南省精品课程陶瓷工艺原理作 业：1. 选择原料时应考虑哪些主要因素？2. 粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？3. 比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性能11/30/202116河南省精品课程陶瓷工艺原理 关于绢云母和瓷石：1. 绢绢云母：一种矿矿物是一种细细小鳞鳞片状的白云母，因其外表呈丝丝绢绢光泽泽而得名其化学组组成和结结构与白云母极相似，两者在矿矿物学上并无区别别但绢绢云母外观观多呈粘土状，具有粘土特性，是瓷石中的主要组组成矿矿物，可塑性与高岭石相当；高温下具有一定的熔剂剂作用 绢绢云母可视为视为 白云母与伊利石之间间的过过渡矿矿物。

2. 瓷石：是由长长英岩或石英粗面岩经过长经过长 期的热热液蚀变蚀变 作用形成的一种多矿矿物混合体风风化程度深的瓷石，其中的绢绢云母会逐渐渐高岭石化，局部地转变为转变为 高岭石所以，瓷石的矿矿物组组成大致为为： 石 英：4060% 绢绢云母：2040% 长长 石：530% 高岭石：010%11/30/202117河南省精品课程陶瓷工艺原理瓷石的形成过程示意图：石 英长 石石 英绢云母长 石石 英绢云母局部绢云母化局部绢云母化完全绢云母化完全绢云母化石 英绢云母高岭石局部高岭石化局部高岭石化 瓷石可单独制瓷烧成时，绢云母兼有高岭土和长石之作用11/30/202118河南省精品课程陶瓷工艺原理 粘土的加热变化各种粘土的差热曲线11/30/202119河南省精品课程陶瓷工艺原理1100时排除吸附水例如高岭石受热时： 粘土矿物被加热时，一般都要经过排除自由水和吸附水、分解并脱去结晶水、形成莫来石新相等过程 粘土的加热变化2450以上，结构水缓慢排出，高岭石变成偏高岭石不含结晶水的高岭石：Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2 + 2H2O 450 11/30/202120河南省精品课程陶瓷工艺原理 3继续加热，偏高岭石进一步反响形成硅铝尖晶石：4温度超过1050左右，硅铝尖晶石逐渐别离出晶格中的方石英SiO2，形成热力学稳定的莫来石：11/30/202121河南省精品课程陶瓷工艺原理3、粘土的颗粒组成：粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。

粘土的颗粒组成与其工艺性能密切相关： 1um的细颗粒愈多，那么可塑性愈强，枯燥收缩大，干后强度高， 烧结温度低另外，片状颗粒比杆状颗粒接触面积大，塑性大，强度高 粘土中的杂质矿物主要包括：1石英与母岩残渣如长石、白云母等； 2碳酸盐和硫酸盐矿物； 3铁质矿物； 4有机质2、粘土的矿物组成11/30/202122河南省精品课程陶瓷工艺原理 三、粘土的工艺性质1.可塑性 概念：可塑性是指粘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概念：粘土的工艺性质系指其所具有的、对生产工艺过程有重要影响的性质包括可塑性、结合性、枯燥性质、泥浆性质、烧结性质等 粘土的工艺艺性质质取决于其化学组组成、矿矿物组组成和颗颗粒组组成 生产上，常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标等参数来反映粘土的可塑性大小 可塑性的产产生机理11/30/202123河南省精品课程陶瓷工艺原理三、粘土的工艺性质1.可塑性干粉区泥浆区塑性泥料区可塑性含水率塑限液限最佳塑性范围塑限：粘土由干粉状态变为塑性状态时的最低含水率液限：粘土由塑性状态变为无塑性的泥浆状态时的含水率。

可塑性指数：液限塑限可塑性指标：系指在一定的工作水分下，粘土泥团受外力作用时，最初出现裂纹时的应力与应变的乘积11/30/202124河南省精品课程陶瓷工艺原理 三、粘土的工艺性质1.可塑性干粉区泥浆区塑性泥料区可塑性含水率塑限液限最佳塑性范围 塑限、液限、可塑性指数及可塑性指标上下大小在生产上的实际意义 粘土根据塑性大小分类： 强塑性粘土：指数 15 或 指标标3.6中等塑性粘土：指数715 或 指标标2.53.6弱塑性粘土：指数17 或 指标标2.5瘠性原料：可塑性指数1.11/30/202125河南省精品课程陶瓷工艺原理 三、粘土的工艺性质1.可塑性 影响可塑性大小的因素1. 矿物组成；2. 颗粒组成（细度）及颗粒形状；3. 阳离子交换容量；4. 分散介质的含量及种类（润湿能力及表面张力） 改善粘土可塑性的途径1. 淘洗除杂；2. 风化处理；3. 坯料陈腐和真空练泥处理；4. 参加适量塑化剂11/30/202126河南省精品课程陶瓷工艺原理 三、粘土的工艺性质2.结合性 粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定枯燥强度的能力 结合性的表征方法：以能够形成塑性泥团时所参加的标准石英砂量及试样干后的。