陕西科技大学材料学院《陶瓷工艺学》课件第一章 原 料.ppt

第一章、第五章）第一章 原 料1第一节 原料的分类第二节 石英原料第三节 熔剂性原料第四节 粘土原料 第五节 其它原料 第六节 原料的处理 第七节 原料标准化2陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料，而非化工 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32、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4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5第二节 石英原料61、石英原料的种类 2、石英原料的性质2.1 石英的物理性质2.2 石英的多晶转变的特性2.3石英的膨胀性 3、瓷胎中的石英变体 4、晶型转化与实际生产 5、石英的作用 6、石英的质量控制 7、复习题7脉石英 沙岩 石英岩 石英沙 燧石 硅藻土1、石英原料的种类8（1）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SiO2>99%生产日用细瓷、釉料的良好原料9（2）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%10（3）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% 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷11（4）燧石隐晶质SiO2，SiO2 液经化学沉积在岩石夹层中，硬度高，陶瓷工业做研磨用可做球蘑机内衬，研磨体球石用SiO2>98%（5）石英砂长石、花岗岩，伟晶岩风化的产物，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12（6）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132、石英的性质 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2.22—2.65 （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 （5）熔融温度范围：1400C—1770C，由SiO2的形态和杂质含量决定14—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117℃163℃870℃180-270℃1713℃1470℃573℃2.2 石英的晶型转化高温型缓慢转化低温型快速转化 15•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：16缓缓慢转转化计计算转转化时时 的温度体积变积变 化率(%)快速转转化计计算转转化时时 的温度体积变积变 化率(%)α石英→ α鳞鳞石英1000+16.00β石英 → α石英573+0.82α石英→ α方石英1000+15.04γ鳞鳞石英→ β鳞鳞石英117+2.0α石英→ α石英玻璃1000+15.05β鳞鳞石英→ α鳞鳞石英163+2.0石英玻璃→ α方石英1000-0.09β方石英→ α方石英150+2.8017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 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183、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% 1300C—1400 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%）19石英实际转化示意图 石 英  石 英 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700—900 ℃开始， 1200—1470 ℃明显1470℃ 1200—1400°C明显20（1）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。

（2）有矿化剂存在，最终有鳞石英形成无矿化剂最终形成方石英矿化剂：RO(CaO，MgO，FeO，Mn)R2O(Na2O，K2O)矿化剂的来源：熔剂性原料但从实际的陶瓷瓷相显微结构看只有方石英而无鳞石英，原因（鳞石英形成的条件）：结论214、晶型转化与生产（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22（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，以适应快速烧成的特点23（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）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5、石英的作用246 、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，高压下易被击穿其它炻器，卫生瓷据白度而定25作业： 1、常见的石英的类型？ 2、石英横向和纵向晶型转化的体积变化率和破坏作用？ 3、石英的外观特征？4、在长石质瓷中石英实际转化的情况如何？ 5、在陶瓷生产过程中石英的晶型转化对生产有哪些影响？ 6、石英的作用？ 7、在生产高档细瓷时对石英成分的要求？26第三节 熔剂性原料27定义：熔剂性原料：小于1400C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 C28一 长石(feldspar)类熔剂 1 种类钾长石 KAS6 1150 C 不一致熔融 钠长石NaAS6 1100 C 一致熔融 钙长石CaAS2 1550 C 一致熔融 钡长石 BaAS2 1715 C 一致熔融(几乎不用)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29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2 长石之间互溶特性30● 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P.5731● 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32●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（1150C 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333 长石原料的性质 3.1 物理性质钾钠长石：（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343.2 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 35●熔点与熔化温度范围钾长石 1130C — 1450C T=320 C 钠长石 1120C — 1250C T= 130C 钙长石 1250C — 1550C 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。

KAS6  KAS4（白榴石）+2SiO2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1150°C  1050 °C 36●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 37粘度差异形成的原因：KAS6  KAS4（白榴石）+ SiO2（熔体） 113。