《陶瓷工艺学原料》ppt课件.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,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（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,1.1.2 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）,1.1.3 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,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。

陶瓷——原料,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、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2.22—2.65 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：1400—1770C，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%,180~270℃,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，1200—1300 ℃强烈,1470℃,1200—1400 ℃,700—900 ℃开始，1200—1470 ℃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2μm，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。