第一章原料

1、第一章 原料,第一節(jié) 概述本章重點(diǎn)：介紹粘土、長(zhǎng)石和石英這三種主要天然原料的工藝性能及其應(yīng)用。本章難點(diǎn)：1、如何將原料的工藝性能與先行課程的理論相聯(lián)系，保持知識(shí)的連續(xù)性，同時(shí)提高學(xué)生的自學(xué)能力。2、三種原料的性能與作用：瘠性原料——制品的骨架；熔劑原料——高溫膠粘劑；可塑原料——成形粘合劑和制品中的筋腱。,原料的分類：,根據(jù)原料的工藝性能分類：可塑性原料（如各類粘土等），瘠性原料（如石英、熟料等）；熔劑性原料（如長(zhǎng)石、瑩石等

2、）。根據(jù)原料用途分類：坯用原料，釉用原料，色料及彩料用原料等。根據(jù)原料的組成分類：粘土質(zhì)原料，硅質(zhì)原料，長(zhǎng)石質(zhì)原料，鈣質(zhì)原料，鎂質(zhì)原料，有機(jī)原料等。根據(jù)原料的獲得方式分類：礦物原料，化工原料等。,第二節(jié) 粘土類原料,定義：含水鋁硅酸鹽的集合體，構(gòu)成粘土的主要礦物被稱為粘土礦物，其礦物粒徑多數(shù)小于2μ（注：土壤學(xué)中定為1μ，而工程地質(zhì)學(xué)則定為5 μ）。成因：產(chǎn)生粘土礦物的地質(zhì)循環(huán) ⑴巖石通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造作用被帶到地表 ⑵巖石在大

3、氣侵蝕和風(fēng)化下（形成殘余粘土，即一次粘土） ⑶在風(fēng)和水的作用下一些粘土發(fā)生搬遷（生成二次粘土即球粘土） ⑷粘土礦物沉積下來(lái)，并發(fā)生巖化作用（形成如燧石） ⑸發(fā)生變質(zhì)作用來(lái)結(jié)束整個(gè)循環(huán)（生成瓷石、蠟石、滑石等）。舉例：長(zhǎng)石及白云母轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石的反應(yīng)（P15）,,一、粘土的分類,按成因分類：原生粘土（即一次粘土或稱殘余粘土）：含母巖礦物和鐵質(zhì)較多，顆粒較粗——耐火度高、可塑性差。次生粘土（亦稱二次粘土或沉積粘土、球土）：顆粒較細(xì)

4、，夾帶有機(jī)物和其它雜質(zhì),可塑性高、耐火度低、常顯色。,按可塑性分類,強(qiáng)可塑性粘土（又稱軟質(zhì)粘土）。其分散度大，多呈疏松狀、板狀或頁(yè)狀，如膨澗土、木節(jié)土、球土等?？伤苄灾笖?shù)＞15或可塑性指標(biāo)＞3.6。中等可塑性粘土。其分散度較小，如葉蠟石、瓷石?？伤苄灾笖?shù)7~15或可塑性指標(biāo)2.5~3.6。低可塑性粘土（又稱硬質(zhì)粘土）。其分散度小，多呈致密塊狀、石狀，如焦寶石、堿石等。可塑性指數(shù)1~7或可塑性指標(biāo)＜2.5。非塑性粘土。可塑性指數(shù)＜1

5、。,按耐火度分類,耐火粘土。耐火度在1580℃以上，較純，燒后多呈白色、灰色或淡黃色，是細(xì)陶瓷、耐火制品、耐酸制品的主要原料。難熔粘土。耐火度在1350~1580℃，含雜質(zhì)在10~15%，可作炻瓷器、陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚的原料。易熔粘土。一般耐火度在1350℃以下，含有大量的雜質(zhì)，其中危害最大的是黃鐵礦，在一般燒成溫度下它能使制品產(chǎn)生氣泡、熔洞等缺陷，多用于建筑磚瓦和粗陶等制品。,粘土的主要礦物類型,高嶺石類高嶺石：化學(xué)

6、式Al2O3·SiO2·2H2O 結(jié)構(gòu)式Al4（Si4O10）（OH）雙層結(jié)構(gòu)，六方鱗片狀，表面電荷不平衡，具有一定的離子交換量以高嶺石為主的粘土有蘇州土、紫木節(jié)等注意高嶺石礦物含量、雜質(zhì)含量、燒后顏色等多水高嶺石：化學(xué)式Al2O3·SiO2·nH2O （n=4~6）管狀，如敘永土,蒙脫石類：,蒙脫石類（俗稱膨潤(rùn)土）：化學(xué)式Al2O3·4SiO2·4H2O

7、結(jié)構(gòu)式Al4（Si8O20）n（OH）通常n大于2。不規(guī)則細(xì)粒狀或鱗片狀吸附水量可相當(dāng)大，吸水后體積膨脹達(dá)20~30倍，具有良好的陽(yáng)離子交換性和懸浮性鈉膨潤(rùn)土分散性強(qiáng)，在水中能形成穩(wěn)定的懸浮液；鈣膨潤(rùn)土分散性差，不易形成穩(wěn)定的懸浮液，多為凝聚集合體應(yīng)用：石油、造紙、食品、化學(xué)、鉆探、采礦、農(nóng)業(yè)、制藥、鑄造、陶瓷和精細(xì)化學(xué)產(chǎn)品等，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)現(xiàn)已含膨潤(rùn)土的產(chǎn)品多達(dá)500余種。在陶瓷坯料中用量一般在5%左右，過(guò)量將會(huì)造成工藝?yán)щy。

8、,伊利石類,組成與白云母相似，是白云母向蒙脫石或高嶺石轉(zhuǎn)變的中間產(chǎn)物；結(jié)構(gòu)與蒙脫石相似，但層間為鉀離子，無(wú)膨脹性；絹云母：表面有絹絲光澤，是白云母風(fēng)化的中間產(chǎn)物的一種瓷石：由石英、絹云母和及少量其它礦物所組成的硬質(zhì)粘土，可以單獨(dú)成瓷。,二、粘土的組成：要全面了解和研究粘土，必須從以下三方面研究,礦物組成：粘土礦物的種類和數(shù)量雜質(zhì)礦物的類型和數(shù)量石英和母巖殘?jiān)捎弥剡x法除去，亦可不除去碳酸鹽及硫酸鹽：如方解石、菱鎂礦、石

9、膏、明礬石等。在干燥或燒成過(guò)程中易產(chǎn)生白霜、氣泡或熔洞等缺陷鐵和鈦的礦物：鐵礦物如黃鐵礦、褐鐵礦等，其中弱磁性的鐵礦物是難以除去的；粘土中的鐵礦物不僅可使坯體顯色，且降低耐火度、影響介電性能及化學(xué)穩(wěn)定性。鈦礦物如金紅石、銳鈦礦和板鈦礦，當(dāng)與鐵礦物共存時(shí)，在還原焰中燒成呈灰色，在氧化焰中燒成淺黃色或象牙色。有機(jī)雜質(zhì)：如褐煤、蠟、腐殖酸衍生物。使粘土顯暗色或黑色在煅燒過(guò)程中可被燒掉，但燒盡所需時(shí)間與有機(jī)雜質(zhì)的含量有關(guān)；過(guò)高量的有機(jī)質(zhì)

10、會(huì)造成產(chǎn)品表面起泡或針孔一定量的腐殖質(zhì)可增強(qiáng)可塑性和泥漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。,化學(xué)組成,表示法——硅酸鹽全分析，即用硅、鋁、鐵、鈦、鈣、鎂、鉀和鈉的氧化物及燒失量表示作用：鑒定礦物組成的參考估計(jì)耐火度推斷燒后呈色估計(jì) 成形性能推斷產(chǎn)生氣泡或膨脹的可能性估算礦物的示性組成,顆粒組成,主要問題：細(xì)顆粒（＜1μm）含量：屬于微晶高嶺石，可塑性，收縮在，生坯強(qiáng)度高耐火度低。粗顆粒含量：主要為石英和母巖殘骸，其性能同上相反。表

11、示方法：累計(jì)分布,,粒徑分布細(xì)度：過(guò)###目篩，即原料中顆粒的最大粒徑小于該篩的篩孔孔徑。,三、粘土的工藝性能,1.可塑性：定義：含適量水分的粘土泥團(tuán)，在外力作用下產(chǎn)生變形而不開裂，除去外力后仍保持其形變的性能。表示方法：可塑性指數(shù)=液限含水量—-塑限含水量可塑料性指數(shù)=泥團(tuán)最初出現(xiàn)裂紋時(shí)應(yīng)力×此時(shí)的應(yīng)變量注：塑限——粘土由粉末狀態(tài)進(jìn)入到塑性狀態(tài)時(shí)的含水率， 液限——粘土由塑性狀態(tài)進(jìn)入流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的

12、含水率。粘土按可塑性分類：,影響可塑性的因素,泥團(tuán)的組成：泥團(tuán)=固相顆粒+液相+少量氣相固相：殘余石英或母巖種類及多少、粘土礦物的種類及細(xì)度。液相：液相的種類和性質(zhì)。氣泡的量與大小。提高坯料可塑性的措施：淘洗或長(zhǎng)期風(fēng)化：即除去非塑性物質(zhì)，或風(fēng)化細(xì)化。濕粘土或坯料長(zhǎng)期陳腐（Aging）。泥料經(jīng)過(guò)真空處理，減少氣泡。引入適量的強(qiáng)塑性粘土。引入適量膠體物質(zhì)。降低坯料可塑性的措施：與上述相反，或?qū)⒄惩领褵?2.粘土的結(jié)合

13、性,定義：粘土能粘結(jié)一定細(xì)度的瘠性物料，形成可塑泥團(tuán)并有一定干燥強(qiáng)度的性質(zhì)。應(yīng)用：是坯體進(jìn)行干燥、修坯和上釉等工序的基礎(chǔ)。測(cè)定方法：間接測(cè)定---生坯的干燥強(qiáng)度。,3.粘土的離子交換性,定義：在水溶液中，粘土表面原吸附的離子可被其它具有相同電荷的離子所置換的性質(zhì)。產(chǎn)生原因：顆粒表面斷鍵、或晶格內(nèi)部的離子被置換----顆粒表面帶電---吸附異電荷來(lái)平衡。表示方法：每100克干粘土所吸附的能夠交換的陽(yáng)離子（或陰離子）數(shù)量。影響因素

14、：粘土的種類和其結(jié)晶程度；有機(jī)物的含量；吸附離子的種類對(duì)泥料性能的影響：見表1—7。,4.粘土的觸變性,定義：泥料（泥漿或泥團(tuán)）受振動(dòng)或攪拌后其粘度降低而流動(dòng)性增大，靜置后恢復(fù)原狀（變稠或固化）的性能。（表示方法—厚化度）觸變性產(chǎn)生的原因：充分?jǐn)嚢?靜置后的觸變結(jié)構(gòu) 受振動(dòng)后觸變結(jié)構(gòu)被破壞觸變性的影響：適當(dāng)?shù)挠|變性泥漿輸送---要求觸變性?。簧髯冃?--要求觸變性??；成形時(shí)

15、能快速脫模---要求觸變性大。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5.干燥收縮和燒成收縮,干燥收縮：粘土（或坯料）在干燥至恒重過(guò)程中產(chǎn)生的長(zhǎng)度（或體積）收縮；燒成收縮：粘土（或坯料）在燒成過(guò)程中所出現(xiàn)的收縮。總收縮：粘土（或坯料）在加工成制品的過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮。（注：總收縮不等于是干燥收縮與燒成收縮的簡(jiǎn)單數(shù)值和）。見公式1—3，4，5，6）。意義：測(cè)定收縮率是制造模具的依據(jù)；過(guò)大的收縮

16、率會(huì)導(dǎo)致有害應(yīng)力，出現(xiàn)產(chǎn)品開裂；水平收縮與垂直收縮是有差異的。,6.燒結(jié)溫度和燒結(jié)溫度范圍,定義：在煅燒過(guò)程中當(dāng)粘土（或坯料）達(dá)到氣孔率最低，收縮率最大狀態(tài)時(shí)的溫度稱為燒結(jié)溫度。在溫度繼續(xù)升高時(shí)粘土（或坯料）中液相急劇增多，以致不能維持原有形狀而產(chǎn)生變形時(shí)的最低溫度稱為軟化溫度；從燒結(jié)溫度到軟化溫度間的溫度范圍稱為燒結(jié)溫度范圍。意義：較低的燒結(jié)溫度有利于節(jié)約能源和生產(chǎn)成本；較寬的燒結(jié)溫度范圍便于實(shí)際生產(chǎn)控制；較高的軟化溫度可減少

17、產(chǎn)品變形。,7.耐火度,意義：用于表征粘土抵抗高溫作用而不致熔化的性能。測(cè)定方法：1、高溫荷重法。2、三角錐法。影響因素：1、粘土礦物種類；2、粘土的化學(xué)組成（見公式1-8，9）。,四、粘土的加熱變化,意義：粘土在陶瓷坯料中占30--90％，其在加熱時(shí)的變化決定著坯料的燒成行為；不同粘土在加熱過(guò)程中的熱反應(yīng)或熱效應(yīng)的不同，可以是鑒定粘土礦物類型的依據(jù)。粘土加熱變化的兩個(gè)階段：脫水階段：自由水----110℃以下排除；吸附水---

18、-110至400℃排除；結(jié)構(gòu)水---- 400℃以上排除。轉(zhuǎn)化階段：主要有尖晶石化、莫來(lái)石化、燒結(jié)致密化和過(guò)燒膨脹。,五、粘土在陶瓷生產(chǎn)中的作用,粘土的可塑性是坯料成型的基礎(chǔ)；粘土使泥漿和釉漿得以懸浮和穩(wěn)定；粘土使瘠性料得以結(jié)合，有利于成型和燒結(jié)；粘土的類型和雜質(zhì)決定著坯體的燒成條件（溫度和氣氛）；粘土是陶瓷制品中強(qiáng)度的主體結(jié)構(gòu)---莫來(lái)石晶體的主要來(lái)源。,第三節(jié) 石英類原料,石英是自然界的SiO2結(jié)晶礦物的統(tǒng)稱。石英的種

19、類：脈石英；石英砂巖；石英砂；石英巖；燧石；硅藻土；珍珠巖等---其外觀因種類而異。石英類原料的性質(zhì)：硬度:莫氏硬度7；相對(duì)密度2.22---2.65(因晶型而異).常見雜質(zhì):碳酸鹽,長(zhǎng)石,金紅石,云母,鐵的氧化物,極少有微量的液態(tài)或氣態(tài)包裹物.化學(xué)性質(zhì):耐酸性強(qiáng)于耐堿性.熔融溫度范圍: 因晶型和雜質(zhì)含量而異,在1450---1770℃間.,石英的晶型轉(zhuǎn)變,石英(SiO2)多晶型的原因:硅氧四面體在不同條件(溫度和壓力)下呈

20、現(xiàn)不同的聯(lián)接方式,產(chǎn)生不同的晶型.石英在晶型轉(zhuǎn)變時(shí)要引起體積、密度、強(qiáng)度等變化，對(duì)于陶瓷生產(chǎn)，更關(guān)心的是體積變化（見表1-12）,石英晶型轉(zhuǎn)變的應(yīng)用,高溫型轉(zhuǎn)變：高溫型轉(zhuǎn)變雖說(shuō)體積變化較大，但由于此時(shí)坯體內(nèi)有高溫液相存在可作為緩沖，且此轉(zhuǎn)變速度慢，故對(duì)陶瓷制品不會(huì)產(chǎn)生破壞。低溫型轉(zhuǎn)變：此轉(zhuǎn)變溫度低，可在瞬間完成，且此時(shí)坯體處于干條件下，雖說(shuō)體積變化小，但足以造成坯體內(nèi)外應(yīng)力差而使坯體開裂破壞。故傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)中需特別控制升溫速度。,石

21、英在陶瓷生產(chǎn)中的作用,石英作為瘠性原料，可調(diào)節(jié)坯料的可塑性和干燥速度，降低干燥收縮，減少干燥變形；燒成時(shí)，石英可在高溫下熔融，提高液相粘度，減小坯體的燒成收縮和變形；適當(dāng)顆粒細(xì)度的石英可提高陶瓷制品的強(qiáng)度、透光度和白度；石英在釉中可提高釉的熔融溫度和釉的粘度，降低釉的膨脹系數(shù)，提高釉的耐酸性。,第四節(jié) 長(zhǎng)石類原料及其它原料,長(zhǎng)石的基本類型：鉀長(zhǎng)石：K2O·Al2O3·6SiO2鈉長(zhǎng)石： Na2O·

22、Al2O3·6SiO2鈣長(zhǎng)石： CaO·Al2O3·2SiO2鋇長(zhǎng)石： BaO·Al2O3·2SiO2自然界存在的長(zhǎng)石：鉀鈉長(zhǎng)石：即鉀長(zhǎng)石與鈉長(zhǎng)石的連續(xù)固熔體；呈粉紅色或肉紅色。斜長(zhǎng)石：即鈉長(zhǎng)石與鈣長(zhǎng)石的連續(xù)固熔體；呈白色或灰白色。一般性質(zhì)：硬度6.0—6.5,相對(duì)密度2.56—2.76.,長(zhǎng)石的熔融性能,純長(zhǎng)石的熔點(diǎn):鉀長(zhǎng)石---1150℃,鈉長(zhǎng)石---1100℃ ,鈣長(zhǎng)石

23、---1550℃,鋇長(zhǎng)石---1715℃.實(shí)際長(zhǎng)石的熔點(diǎn):無(wú)固定熔點(diǎn),通常是在一定溫度范圍內(nèi)熔融,如:鉀長(zhǎng)石---1130~1450℃,鈉長(zhǎng)石---1120~1250℃,鈣長(zhǎng)石---1250~1550℃.鉀長(zhǎng)石熔融時(shí)發(fā)生熔融反應(yīng): K2O·Al2O3·6SiO2 1220 ℃ K2O·Al2O3·4SiO2 +2SiO2其它長(zhǎng)石熔融時(shí)不發(fā)生熔融反應(yīng).,,長(zhǎng)

24、石在陶瓷生產(chǎn)中的作用,長(zhǎng)石在高溫下熔融,生成高溫液相,可降低坯料的燒成溫度;熔融后的長(zhǎng)石能熔解部分高嶺土的分解產(chǎn)物和石英,有利于莫來(lái)石的生成和長(zhǎng)大;長(zhǎng)石熔體能填充空隙,有利于坯體致密化;冷卻后長(zhǎng)石熔變成玻璃相,增加了透明度;長(zhǎng)石在坯中作為瘠性料,可縮短坯體干燥時(shí)間,減少干燥收縮;長(zhǎng)石是釉料中的主要熔劑.長(zhǎng)石的代用品：偉晶花崗巖；霞石正長(zhǎng)巖；（均含鐵量較高）含鋰礦物：如鋰云母、鋰輝石。,作業(yè)1,試說(shuō)出幾種陶瓷原料中的巖石及礦