1、LOGO.1陶瓷生产技术赵营刚.2第二章第二章 卫生陶瓷生产技术及原理卫生陶瓷生产技术及原理v 主要内容主要内容v 2.1 2.1 卫生陶瓷的原料及工艺流程卫生陶瓷的原料及工艺流程v 2.2 2.2 卫生陶瓷的泥浆制备卫生陶瓷的泥浆制备v 2.3 2.3 卫生陶瓷的釉料制备卫生陶瓷的釉料制备v 2.4 2.4 卫生陶瓷的成型卫生陶瓷的成型v 2.5 2.5 卫生陶瓷的干燥卫生陶瓷的干燥v 2.6 2.6 卫生陶瓷的施釉及装饰卫生陶瓷的施釉及装饰v 2.7 2.7 卫生陶瓷的烧成、隧道窑及冷加工卫生陶瓷的烧成、隧道窑及冷加工v 2.8 2.8 卫生陶瓷的性能测试卫生陶瓷的性能测试v 2.9 2.
2、9 辊道窑辊道窑v 2.10 2.10 梭式窑梭式窑.32.1 2.1 卫生陶瓷的原料及工艺流程卫生陶瓷的原料及工艺流程v 泥浆中各种化学成份在坯料中的作用 v 卫生陶瓷坯料的化学组成对烧成工艺和制品的质量有着重要的影响，各种原料的化学组成有很大的差别，但其中起主要作用的化学成份是：SiO2、Al2O3、K2O和Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2和烧失量。它们之间既有特性又有共性，相互作用，相互联系。v SiO2 v 二氧化硅是酸性氧化物，是坯料的主要成份，由石英、长石、粘土等原料引入，含量一般在6070%之间，其中一部分SiO2在高温下与Al2O3生成莫来石晶体，与半安定方石英、
3、残余石英一起形成坯体的骨架，提高制品的白度和机械强度，另一部分SiO2则与碱金属氧化物在高温下熔融生成玻璃，增大高温粘度，增强抵抗变形的能力。如果坯料中的SiO2含量过多，则会形成过多的游离石英，降低制品的热稳定性和机械强度，同时使产品的开裂增多；反之如果坯料中的SiO2含量过少，则有可能使产品瓷化不完全或发生变形.4v Al2O3 v 三氧化二铝是中性氧化物，也是坯料中的主要化学成份。由粘土和长石引入，在坯料中的含量一般为1928%，其中一部份在高温下与SiO2生成莫来石晶体，另一部分熔于熔体中以玻璃相存在，Al2O3可以提高瓷坯的白度、化学稳定性、热稳定性、机械强度等。但含量过高会提高烧成
4、温度，甚至使制品瓷化不完全；含量过少会使制品烧成温度降低和烧成范围变窄，使产品容易变形和热稳定性变差。.5v K2O和Na2Ov 氧化钾和氧化钠是碱金属氧化物，是瓷坯中的主要熔剂，由长石引入，有时也由瓷土或瓷石引入，它们能熔解部分的SiO2和Al2O3生成玻璃相，填充于坯体骨架的空隙中，使制品烧结。当K2O和Na2O含量过多时，能明显降低坯体的烧成温度，使制品容易变形和热稳定性变差；而含量过少时，则产生的玻璃相减少，制品不易烧结。一般K2O和Na2O总量应控制在5%以下，其中Na2O的含量应在1%以下。.6v CaO v CaO是碱土金属氧化物，在坯体中起助熔作用，一般情况下不是特别引入的，含
5、量应控制在0.8%以下，含量太高会使烧成范围变窄，出现针孔、烟熏、发黄等缺陷。v MgO v MgO也是一种碱土金属氧化物，由滑石或镁质粘土引入，它能降低制品的烧成温度，提高制品的白度。由于MgO的热膨胀系数较小，能促进坯釉中间层的生成，改善制品的热稳定性，但含量过多时容易引起釉面龟裂，一般含量应控制在1.5%以下。 .7v Fe2O3v Fe2O3的着色能力较强，还有助熔作用，影响制品的白度、烧成温度和外观质量，一般要求Fe2O3的含量应控制在1.5%以下。v TiO2 v TiO2的着色能力比Fe2O3更强，危害更大，一般含量应控制在0.8%以下。 v 烧失量 v 烧失量是指坯体在烧成过程
6、中所排出的结晶水、碳酸盐分解放出CO2、硫酸盐分解放出SO3，以及有机杂质被氧化排除的总的质量损失，如坯体的烧失量大，则总收缩也大，容易产生开裂、变形、针孔等缺陷，一般烧失量应控制在8%以下，必要时可将部分粘土预烧或使用少量废瓷粉，以减少烧失量和坯体收缩。.8按矿物来讲各种原料的种类和作用按矿物来讲各种原料的种类和作用v 各种原料在坯体中的作用 卫生陶瓷坯料有多种多样，但主要原料可分为粘土、长石、石英三大类。v 粘土 v 粘土是一种含水铝硅酸盐产物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的，一种颜色多样、细分散的多种含水硅铝酸盐矿物的混合体。v 当它与水拌和后具有一定的可塑性，可
7、塑造成各种形状，干燥后能够保持其形状不变，且具有一定的机械强度，而煅烧后能够具有岩石般坚硬的性质。v 粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜，耐火度高等工艺性能，因而，粘土是成为瓷器的基础。它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类，据矿物的结构与组成的不同，陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石（水云母）等三种，另外还有较少见的水铝石。 v 粘土矿物的两种基本构造单位为硅一氧四面体和铝一氧八面体 粘土类原料（一）粘土的成因与产状 粘土（clay）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，其矿物粒径一般小于2 m，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物
8、组成。粘土的成因：1. 风化残积型：风化残积型：指深成的岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、长英岩等）在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床类型。风化型粘土矿床主要分布在我国南方(如景德镇高岭村、晋江白安、潮州飞天燕等地），一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）。2. 热液蚀变型：热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿，如苏州阳山、衡阳界牌土。3. 沉积型粘土矿床：沉积型粘土矿床：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原
9、母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿床，称为二次粘土（也称沉积粘土或次生粘土），如南安康垅，清远源潭。 粘土的种类不同，物理化学性能也各不相同。粘土可呈白、灰、黄、红、黑等各种颜色。有的粘土疏松柔软且可在水中自然分散，有的粘土则呈致密坚硬的块状。 .11v 根据生成情况，粘土可分为原生粘土（根据生成情况，粘土可分为原生粘土（Primary clayPrimary clay）和次生粘土）和次生粘土（Secondary claySecondary clay），原生粘土是指长石经风化后生成高岭土及其），原生粘土是指长石经风化后生成高岭土及其他含水硅酸盐矿物、石英等，未完全风化的碎屑残留原地，而可溶他含水
10、硅酸盐矿物、石英等，未完全风化的碎屑残留原地，而可溶性盐类则被溶解；次生粘土是由原生粘土在自然动力条件下转移到性盐类则被溶解；次生粘土是由原生粘土在自然动力条件下转移到其他地方再次结晶的粘土。其他地方再次结晶的粘土。 v 根据可塑性可将粘土分为软质粘土（强可塑性粘土）、半软质粘土根据可塑性可将粘土分为软质粘土（强可塑性粘土）、半软质粘土（中可塑性粘土）和硬质粘土（弱可塑性粘土），软质粘土多属次（中可塑性粘土）和硬质粘土（弱可塑性粘土），软质粘土多属次生粘土，因其颗粒细、分散度大，故可塑性大；硬质粘土多经古界生粘土，因其颗粒细、分散度大，故可塑性大；硬质粘土多经古界成岩作用，自由水不易进入而缺少
11、浸散性，可塑性较差。成岩作用，自由水不易进入而缺少浸散性，可塑性较差。 v 西方一些工业化国家通常把粘土归结为西方一些工业化国家通常把粘土归结为6 6大类，分别是：高岭土大类，分别是：高岭土(Kaolin)(Kaolin)，耐火粘土，耐火粘土(Fire clay)(Fire clay)、球粘土、球粘土(Ball clay)(Ball clay)、膨润土、膨润土(Bentonite)(Bentonite)、漂白土、漂白土(Fuller,s earth)(Fuller,s earth)和普通粘土（和普通粘土（CommonCommon）。其）。其中膨润土、漂白土和普通粘土主要由蒙脱石、伊利石和绿泥石
12、等组中膨润土、漂白土和普通粘土主要由蒙脱石、伊利石和绿泥石等组成，耐火性能较差。综合国内外分类情况与习惯，将耐火材料用粘成，耐火性能较差。综合国内外分类情况与习惯，将耐火材料用粘土分类：高岭土、球粘土和耐火粘土。土分类：高岭土、球粘土和耐火粘土。 .12高岭土、球粘土和耐火粘土的特征高岭土、球粘土和耐火粘土的特征 .13粘土的组成粘土的组成粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组矿物组成成、化学组成化学组成和和颗粒组成颗粒组成。v 化学组成v SiO2、Al2O3、结晶水、少量的Fe2O3、TiO2；v 高岭分子式（Al2O32SiO22H2O；39.
13、5%, 46.54%, 13.96%)v 如果SiO2超过含量如何？v 如果Al2O3超过含量如何？v 粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性质 主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 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。 风化残积型粘土矿床一般SiO2含量高，而A12O3含量低。 化学组成在一定程度上反映其工艺性质。（1）SiO2 ：若以石英状态存在的SiO2多时，粘土可塑性降低，但是干 燥后烧成收缩小。（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。（3）Fe2O31 ，TiO2 0.5 ：瓷制品呈白色
14、，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。（5） H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。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.17v 主要有高岭石类（包括高岭石、地开石、珍珠陶土、多水高龄石等）v 高岭石数三斜晶系、常见细分散的晶体粒径一般小于2微米，外形成片状、粒状、杆状，晶体完整为假六方片状，
15、比重2.61-2.68，硬度1-3，001完全解理，低温下首先失去吸附水，550-650度会排出结晶水，至950度会分解，1200度以上会形成莫来石。v 以硅氧四面体和铝氧八面体组成双层结构，这种结构单元间以硅氧四面体氧原子和铝氧八面体氢氧原子以氢键相连，结合力弱。v 高岭土一般质地细腻，纯者为白色，含杂质时呈黄、灰或褐色。高岭土中高岭石类粘土矿物的含量愈多，杂质愈少，其化学组成愈接近高岭石的理论组成。纯度愈高的高岭土其耐火度愈高，烧后愈白，莫来石晶体发育愈多，从而其力学强度、热稳定性、化学稳定性愈好。但其分散度较小，可塑性较差。反之，杂质愈多，耐火度愈低，烧后不够洁白，莫来石晶体较少，但可能
16、其分散度较大。可塑性较好。高岭土类高岭土类.18v 我国四川省叙永县盛产以多水高岭石(又称埃洛石)为主的粘土，这种多水高岭石是世界上公认的典型晶体类型，故又定名为徐永石（hydro-endellite）。多水高岭石的化学通式为Al2O32SiO2nH2O（n=46），其晶体结构与高岭石的不同之处在于晶层间充填着按一定取向排列的水分子（层间水），因而沿c轴方向晶格常数增大。层间水能抵消大部分氢键结合力，使得晶层只靠微弱的分子键相连，故层间有一定的自由活动能力，使水分子进入层间形成层间水，且易吸附水化离子与有机物，改善可塑性。多水高岭石为单斜（或三斜）晶系晶体，外形常呈微细空管状或卷曲片状出现，颗
17、粒大小约为 1 m以下，度为2.02.2 g/cm3，莫氏硬度12，有滑感。多水高岭石的可塑性及结合性比高岭石强些，干燥收缩较大，加热时在较低温度下（110200）会大量脱水（其差热曲线见图1.3），从而易使坯体开裂。.19蒙脱石类蒙脱石类v 蒙脱石类（包括蒙脱石、叶腊石等）v Al2O34SiO2nH2O,属2：1型层状粘土矿物，每个结构单元两端是硅氧四面体，中间夹着一个铝氧八面体而成三层结构，晶层之间结合力很小，中间容易形成层间水。v 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。蒙脱石的密度为2.22.9 g/
18、cm3，莫氏硬度12，晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般小于0.5m，结晶程度差，轮廓不清楚。蒙脱石晶体为单斜晶系，理论化学通式为A12O34SiO2nH2O (一般n 2)，晶体结构式为A14(Si8O20)(OH)4nH 2O。 .20伊利石类伊利石类v 伊利石类（包括伊利石、水云母等）v 成分复杂，一般可塑性低，干燥后强度差，干燥烧成收缩小，v 伊利石是沉积岩中分布最广的一种粘土矿物，从矿物结构上来讲它属云母类，组成成分与白云母相似，但比正常的白云母多SiO2和H2O而少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。因此，伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石
19、或高岭石过程中的中间产物 。v 伊利石也是2:1型层状结构的铝硅酸盐矿物，与蒙脱石不同的是，其硅氧四面体中的A13+比蒙脱石多，层间阳离子通常为K+，也有部分被H+、Na+所取代。K+的离子半径大小正好嵌入层间，故其晶格结合牢固，不致发生膨胀。 各种粘土矿物的差热曲线 粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基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、同形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，如下图所示的结构模型图。层状结构粘土矿物晶体结构模型图 .24粘土矿物的颗粒组成粘土矿物的颗粒组成v 粘土矿物的颗粒组成粘土矿物的颗粒组成v 粘土的颗
20、粒组成是指粘土中所含的不同大小颗粒的质量、体积或数量粘土的颗粒组成是指粘土中所含的不同大小颗粒的质量、体积或数量百分比。陶瓷坯料的一些工艺性质常常受其颗粒组成的影响。由于细百分比。陶瓷坯料的一些工艺性质常常受其颗粒组成的影响。由于细颗粒的比表面积大，其表面能也大，因此当粘土中的细颗粒愈多时，颗粒的比表面积大，其表面能也大，因此当粘土中的细颗粒愈多时，其可塑性愈强，干燥收缩愈大，干后强度愈高，而且烧成温度低，烧其可塑性愈强，干燥收缩愈大，干后强度愈高，而且烧成温度低，烧成后的气孔率亦小，从而有利于制品的力学强度、白度和半透明度的成后的气孔率亦小，从而有利于制品的力学强度、白度和半透明度的提高。提
21、高。v 粘土中的粘土矿物颗粒很细，其颗粒大小一般在粘土中的粘土矿物颗粒很细，其颗粒大小一般在12m12m以下。不同类型以下。不同类型的粘土矿物，其颗粒大小也不同，蒙脱石和伊利石的颗粒要比高岭石的粘土矿物，其颗粒大小也不同，蒙脱石和伊利石的颗粒要比高岭石小。粘土中的非粘土矿物的颗粒一般较粗，可在小。粘土中的非粘土矿物的颗粒一般较粗，可在12m12m以上。在颗粒分以上。在颗粒分析时，其细颗粒部分主要是粘土矿物的颗粒而粗颗粒部分中大部分析时，其细颗粒部分主要是粘土矿物的颗粒而粗颗粒部分中大部分是杂质矿物颗粒。所以在进行粘土原料的分级处理时，往往可以通过是杂质矿物颗粒。所以在进行粘土原料的分级处理时，
22、往往可以通过淘洗等手段，富集细颗粒部分，从而得到较纯的粘土淘洗等手段，富集细颗粒部分，从而得到较纯的粘土。v 粘土的颗粒形状和结晶程度也会影响其工艺性质，片状结构比杆状结粘土的颗粒形状和结晶程度也会影响其工艺性质，片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密、塑性大、强度高；结晶程度差的颗粒较细，可塑构的颗粒堆积致密、塑性大、强度高；结晶程度差的颗粒较细，可塑性也大性也大 .25v 颗粒组成：粘土中含有的不同大小颗粒的体积百颗粒组成：粘土中含有的不同大小颗粒的体积百分比含量。分比含量。v 1umAl3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+v 粘土阴离子交换容量大小排序：v OH-CO3
23、2-P2O74-CNS-I-Br-NO3-F-SO42-.294.粘土的触变性粘土的触变性v 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称为触变性，也称为稠化性为触变性，也称为稠化性v 反映泥浆触变厚化现象可以用泥浆粘度
24、变化之比来表示或剪切应力变化的百分数来表示，比如：泥浆静止30分钟和30秒钟后的相对粘度之比。.30v 泥料处于触变状态时，是由于粘土片状颗粒的活性边表面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边-边或边-面结合，使粘土之间常组成封闭的网络状结构，这时泥料中大部分自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土-水系统形成一种好像水分减少、粘度增加、变稠和固化现象。但是，这样的网络结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或震动时，即能破坏这种网络状结构，使被分隔或封闭在网络中的“自由水”得以解脱出来，于是整个粘土水系统又变成一种水分充足、粘度降低且流动性增加的状态。当放置一定的时间后，上述网络状
25、结构又重新建立，这时又重新出现变稠和固化现象 。v 泥料的触变性与含水量有关，含水量大的泥浆，不易形成触变结构，反之易形成触变结构而呈触变现象。温度对泥料的触变性亦有影响，温度升高，粘土质点的热运动剧烈，使粘土颗粒间的联系力减弱，不易建立触变结构，从而使触变现象减弱。.315.粘土的膨化性粘土的膨化性v 粘土与水调和后，体积会不同程度上有所增加。v 通常用膨胀容来表示：v 指粘土在水溶液中吸水膨胀后，单位重量所占的体积，单位：cm3/g。v 一般数值为1.0-3.7 cm3/gv 粘土的矿物组成，离子交换能力，表面结构特性，液体介质的极性等因素均会影响其膨胀性能。.326.粘土的收缩粘土的收缩
26、v 粘土泥团干燥过程中，体积会发生收缩。主要因为泥团中的结合水受热成为水蒸气排出，粘土颗粒相互靠拢，接着粘土颗粒的水化膜的水分排出，颗粒继续靠拢。v 粘土泥料干燥时，因包围在粘土颗粒间的水分蒸发、颗粒相互靠拢而引起的体积收缩，称为干燥收缩。粘土泥料煅烧时，由于发生一系列的物理化学变化(如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、易熔杂质的熔化，以及熔化物充满质点间空隙等等)，因而使粘土再度产生的收缩，称为烧成收缩。这两种收缩构成粘土泥料的总收缩。 .33v 计算干燥收缩率（Sd）、烧成收缩率（Sf）和总收缩率（S）： v 体积收缩：？ .347.粘土的烧结性粘土的烧结性v 主要是指粘土在受热过程中各种
27、性能和结构的变化。由于粘土是由多种矿物组成的混合物，没有固定的熔点，只是在相当大的范围内逐渐软化，粘土在烧结过程中，当温度超过900以上时，开始出现低熔物，低熔物液相填充在未熔颗粒之间的缝隙中，并在其表面张力的作用将未熔颗粒进一步拉近，使体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高。主要用DSC和TG来测试。.358.粘土的耐火度粘土的耐火度v 耐火度表征粘土原料抵抗高温作用不致熔化的性能指标。v 易熔粘土 耐火度低于1300 v 难熔粘土 耐火度在1300-1580 之间v 耐火粘土 耐火度高于1580，v 高岭土的耐火度一般在1740-1770 之间。v 耐火度主要取决于粘土的化学组成，根据Al2O
28、3/SiO2比值来判断耐火度高低。v 耐火度是耐火材料的重要技术指标之一，它表征材料无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性能。在一定程度上它指出了材料的最高使用温度，并作为衡量材料在高温下使用时承受高温程度的标准，是材料的个工艺常数(熔点是一个物理常数)。.36粘土的作用粘土的作用1v 粘土陶瓷生产中的主要原料，它可赋予坯料可塑性和烧粘土陶瓷生产中的主要原料，它可赋予坯料可塑性和烧结性，从而保证了陶瓷制品的成型、烧结和较好的性能。结性，从而保证了陶瓷制品的成型、烧结和较好的性能。因此，粘土在陶瓷生产中具有重要的作用，概括如下：因此，粘土在陶瓷生产中具有重要的作用，概括如下：v 粘土的可塑性是陶瓷坯泥
29、赖以成型的基础。粘土可塑粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。粘土可塑性的变化对陶瓷成型的品质影响很大，因此选择各种粘性的变化对陶瓷成型的品质影响很大，因此选择各种粘土的可塑性，或调节坯泥的可塑性，已成为确定陶瓷坯土的可塑性，或调节坯泥的可塑性，已成为确定陶瓷坯料配方的主要依据之一。料配方的主要依据之一。v 粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。这是陶粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。这是陶瓷注浆泥料与釉料所必备的性质，因此选择能使泥浆有瓷注浆泥料与釉料所必备的性质，因此选择能使泥浆有良好悬浮性与稳定性的粘土，也是注浆配料和釉浆配料良好悬浮性与稳定性的粘土，也是注浆配料和釉浆配料中的主
30、要问题之一。中的主要问题之一。.37粘土的作用粘土的作用2v 粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。这可在坯料粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。这可在坯料中结合其它瘠性原料并使坯料具有一定的干燥强度，有利中结合其它瘠性原料并使坯料具有一定的干燥强度，有利于坯体的成型加工。另外细分散的粘土颗粒与较粗的瘠性于坯体的成型加工。另外细分散的粘土颗粒与较粗的瘠性原料相结合，可得到较大堆积密度而有利于烧结。原料相结合，可得到较大堆积密度而有利于烧结。v 粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。粘土中的粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。粘土中的Al2O3Al2O3含量和含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软
31、化温杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主耍因素。度的主耍因素。v 粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。粘土的加热分解产物和莫来石晶体是决定陶瓷器主要源。粘土的加热分解产物和莫来石晶体是决定陶瓷器主要性能的结构组成。莫来石晶体能赋予瓷器以良好的力学强性能的结构组成。莫来石晶体能赋予瓷器以良好的力学强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。.38长石长石v 长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分
32、，用量较大，是日用陶瓷的三大原料色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。之一。v 自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：合而成：v 钠长石钠长石(Ab) NaAlSi3O8或或Na2OAl2O36SiO2v 钾长石钾长石(Or) KAlSi3O8或或K2OAl2O36SiO2v 钙长石钙长石(An) CaAl2Si2O8或或Ca OAl2O32SiO2v 钡长石钡长石(Cn) BaAl2Si2O8或或BaOAl2O32SiO2v 钠长石与钾长石在高温时可以形成连续固溶体，但在低温条钠长石与钾长石在高温时
33、可以形成连续固溶体，但在低温条件下，可混溶性降低，连续固溶体会分解，只能有限混溶，件下，可混溶性降低，连续固溶体会分解，只能有限混溶，形成条纹长石；钠长石与钙长石能以任何比例混溶，形成连形成条纹长石；钠长石与钙长石能以任何比例混溶，形成连续的类质同象系列，低温下也不分离，就是常见的斜长石；续的类质同象系列，低温下也不分离，就是常见的斜长石；钾长石与钙长石在任何温度下几乎都不混溶；钾长石与钡长钾长石与钙长石在任何温度下几乎都不混溶；钾长石与钡长石则可形成不同比例的固溶体，但在地壳上分布不广。石则可形成不同比例的固溶体，但在地壳上分布不广。钠长石钾长石钙长石钙长石钡长石长石类矿物的化学组成与矿物物
34、理性质 .41钠长石和钾长石的高温特性钠长石和钾长石的高温特性v 钾长石从1130开始软化熔融，在1220时分解，生成白榴子石与SiO2共熔体，成为玻璃态粘稠物，其反应如下：v K2OAl2O36SiO2K2OAl2O34SiO2(白榴子石)+2SiO2 v 温度再升高，逐渐全部变成液相。由于钾长石的熔融物中存在白榴子石和硅氧熔体，故粘度大，气泡难以排出，熔融物呈稍带透明的乳白色，体积膨胀78.65。高温下钾长石熔体的粘度很大，且随着温度的增高其粘度降低的较慢，在陶瓷生产中有利于烧成控制和防止变形。所以，在陶瓷坯料中以选用钾长石类的正长石、微斜长石为宜，它们含Na2O量低，熔点也较低，液相粘度
35、大，熔融温度范围也较宽。v 钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和未熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液相粘度较低。钠长石的熔融范围较窄，且其粘度随温度的升高而降低的速度较快，因而在烧成过程中易引起产品的变形。但钠长石在高温时对石英、粘土、莫来石的熔解却最快，熔解度也最大，以之配合釉料是非常合适的。也有人认为钠长石的熔融温度低、粘度小，助熔作用更为良好，有利于提高瓷坯的瓷化程度和半透明性，关键在于控制好快成制度，根据具体要求制订出适宜的升温曲线。.42v 各种纯的长石的熔融温度分别为：钾长石1150，钠长石1100，钙长石1550，钡长石l 715。实际上
36、，陶瓷生产中使用的长石经常是几种长石的互熔物，且又含有石英、云母、氧化铁等杂质，所以没有固定的熔点，只能在一个不太严格的温度范围内逐渐软化熔融，变为玻璃态物质。煅烧实验证明，长石变为滴状玻璃体时的温度并不低，一般在1220以上，并依其粉碎细度、升温速度、气氛性质等条件而异，其一般的熔融温度范围为：钾长石11301450；钠长石11201250，钙长石12501550。 .43v 钙长石的熔化温度较高，熔融温度范围窄，高温下熔体不透明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。斜长石的化学组成波动范围较大，无固定熔点，熔融范围窄，熔液粘度较小，配制成瓷件的半透明性强，强度较大。v 钡长石的熔点更
37、高，其熔融稳定范围不宽，普通陶瓷产品不采用它。但在无线电陶瓷中的钡长石瓷则以它为主要原料，使坯体形成钡长石为主晶相。这时钡长石就不是起熔剂的作用了。由于钡长石在自然界中的储量很少，多采用合成方法制成。.44v 1. 钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。v 2. 钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液相粘度较低。v 3. 钙长石的熔化温度较高，熔融温度范围窄，高温下熔体不透 明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。v 4. 钡长石的熔点更高，其熔融稳定范围不宽，普通陶瓷产品不采用它。.45长石在陶瓷生产中的
38、作用长石在陶瓷生产中的作用v （1 1）长石是瘠性原料，可缩短干燥时间和减少）长石是瘠性原料，可缩短干燥时间和减少干燥收缩和变形。干燥收缩和变形。 v （2 2）长石是熔剂原料，能降低陶瓷产品的烧成）长石是熔剂原料，能降低陶瓷产品的烧成温度。温度。 v （3 3）长石在高温熔融后具有熔解其它物质的能）长石在高温熔融后具有熔解其它物质的能力，能促使高岭土和其它瓷土的颗粒互相扩散，力，能促使高岭土和其它瓷土的颗粒互相扩散，互相渗透，加速莫来石晶体的生长和发育。互相渗透，加速莫来石晶体的生长和发育。 v （4 4）长石在熔融成玻璃态后，填充于各晶体颗）长石在熔融成玻璃态后，填充于各晶体颗粒之间，气孔
39、率显著下降，使坯体致密，可提高粒之间，气孔率显著下降，使坯体致密，可提高制品的机械强度和电气性能。制品的机械强度和电气性能。 .46石英石英v 二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60。含二氧化硅的矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。v 主要有水晶(水晶是一种最纯的石英晶体，外形呈六方柱锥体，无色透明，或含一些微量元素而呈现一定的色泽。)v 脉石英(脉石英是由含二氧化硅的热液填充于岩石裂隙之间，冷凝之后而成为致密块状结晶态
40、石英（有的凝固为玻璃态），一般呈矿脉状产出。脉石英呈纯白色，半透明状，油脂光泽，贝壳状断口，其SiO2含量可达99，是生产日用细瓷的良好原料。)v 砂岩、石英岩、石英砂。石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英.49v 石英是由SiO44- 四面体互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。连接后在二维空间扩展，由于它们以共价键连接，连接之后又很紧密，因而空隙很小，其它离子不易侵入网穴中，致使晶体纯净，硬度与强度高，熔融温度也高。在不同的条件与温度下，石英中SiO44-四面体之间的连接方式不同，从而呈现出多种晶型和形态，具体的转变温度见图所示。.50v 晶态SiO2有多种变体，它们可分为3个系列，即
41、石英、鳞石英和方石英系列。在同系列中从高温到低温的不同变体通常分别用、和 表示，。它们之间的转化关系如图所示。习惯上，把该图中的横向转变，即石英、鳞石英与方石英间的转变，称为一级变体间的转变；把图中的纵向转变，即同系列的、和 变体间的转变，称为二级变体间的转变，也叫做高低温型转变。进一步分析可知，SiO2一级变体间的转变属重构式转变，而它的二级变体间的转变是位移式转变中的一种。 .51v .52.53v （1 1）高温型的缓慢转化）高温型的缓慢转化v 这种转化由表面开始逐步向内部进行，转化后发生结构变化，形成新的稳这种转化由表面开始逐步向内部进行，转化后发生结构变化，形成新的稳定晶型，因而需要
42、较高的活化能。转化进程缓慢，需要较高的温度与较长定晶型，因而需要较高的活化能。转化进程缓慢，需要较高的温度与较长的时间，同时发生较大的体积变化。为了加速转化，可以添加细磨的矿化的时间，同时发生较大的体积变化。为了加速转化，可以添加细磨的矿化剂或助熔剂。剂或助熔剂。v （2 2）低温型的快速转化）低温型的快速转化v 这种转化进行迅速，在达到转化温度之后，晶体的表里瞬间同时发生转化，这种转化进行迅速，在达到转化温度之后，晶体的表里瞬间同时发生转化，但其结构不发生改变，因而转化较容易进行，体积变化不大，且为可逆转但其结构不发生改变，因而转化较容易进行，体积变化不大，且为可逆转化。化。v 石英的晶型转
43、化会引起一系列的物理化学变化，如体积、密度、强度等，石英的晶型转化会引起一系列的物理化学变化，如体积、密度、强度等，其中对陶瓷生产影响较大的是体积变化。石英晶型转化过程中的体积变化其中对陶瓷生产影响较大的是体积变化。石英晶型转化过程中的体积变化可由相对密度的变化计算出其转化的体积效应。可由相对密度的变化计算出其转化的体积效应。v 掌握石英的理论转化与实际转化对于指导实际生产有一定的意义。利用其掌握石英的理论转化与实际转化对于指导实际生产有一定的意义。利用其加热时的体积膨胀作用，可以预先煅烧块状石英，然后急速冷却使其组织加热时的体积膨胀作用，可以预先煅烧块状石英，然后急速冷却使其组织结构破坏，以
44、利于粉碎。一般预烧温度为结构破坏，以利于粉碎。一般预烧温度为10001000左右，具体情况需视其温左右，具体情况需视其温度高低、时间长短、冷却速度等因素而定。总的体积膨胀度高低、时间长短、冷却速度等因素而定。总的体积膨胀2% 42% 4，这样，这样的体积变化能使块状石英疏松开裂。此外，在陶瓷制品的烧成和冷却过程的体积变化能使块状石英疏松开裂。此外，在陶瓷制品的烧成和冷却过程中，当温度处于石英晶型转化的温度范围时，应适当控制升温与冷却速度，中，当温度处于石英晶型转化的温度范围时，应适当控制升温与冷却速度，以保证制品不开裂。以保证制品不开裂。.54石英的作用石英的作用v 石英是陶瓷的主要原料之一，
45、在陶瓷生产中具有重要的的作用，现概括如下：v 石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。石英颗粒常呈多角的尖棱状，提供了生坯水分快速排出的通路，增加了生坯的渗水性，有利于施釉工艺，且能缩短坯体的干燥时间、减少坯体的干燥收缩，并防止坯体变形。v 在陶瓷烧成时，石英的体积膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。但在冷却过程中，若在熔体固化温度以下降温过快，坯体中未反应的石英（称为残余石英）以及方石英会因晶型转化的体积效应给坯体产生相当大的内应力而产生微裂纹，甚至导致开裂
46、，影响陶瓷产品的抗热震性和机械强度。.55v 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强影响，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。光度和白度得到改善。v 在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中的石英含量能提高釉的熔融温度与粘增加釉料中的石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的热膨胀系数。同时，它是赋予釉度，并减少釉的热膨胀系数。同时，它是赋予釉以高的力学
47、强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。的主要因素。.56瓷石瓷石v 瓷石是一种由石英，绢云母组成，并含有若干高岭石，长石等的岩石状矿物集合体。由于其本身就含有构成瓷的各种成分，并具有制瓷工艺与烧成所需要的性质，瓷石的矿物组成大致为:石英 4070、绢云母 1530、长石 530、高岭石010。瓷石中的云母质矿物集中在细粒部分，石英、长石及其它矿物呈大颗粒状态存在。绢云母加热至500700间有特征吸热效应，在600700之间急剧失重。v 瓷石的可塑性不高，结合强度不大，但干燥速度快。玻化温度受绢云母及长石量的影响，一般玻化温度在11501350之间
48、，玻化温度范围较宽。烧成时绢云母兼有粘土及长石的作用，能生成莫来石及玻璃相，起促进成瓷及烧结作用。.57叶腊石叶腊石v 叶蜡石的结构和蒙脱石相似，都属于2：1型层状结构硅酸盐矿物（图1.4），其与蒙脱石的不同在于三层结构中四面体中的Si4+和八面体中的A13+并未被置换，晶层间不易吸附水分和吸附阳离子，各晶层之间由范德华力联结，结合很弱，容易滑动解理，所以硬度低，易裂成挠性薄片和有滑腻感（但少弹性）。v 叶蜡石属单斜晶系，化学通式为A12O34SiO2nH2O，晶体结构式为：A12(Si4O10)(OH)2,理论化学组成为：A12O3 28.30，SiO2 66.70，H2O 5.00。叶蜡石
49、通常呈白色、浅黄或浅灰色，一般为由细微的鳞片状晶体构成的致密块状，质软而富于脂肪感，密度为2.662.90，莫氏硬度12。叶蜡石含较少的结晶水，加热至500800 脱水缓慢，总收缩不大，且膨胀系数较小，基本上是呈直线性的，具有良好的热稳定性和很小的湿膨胀，宜用于配制快速烧成的陶瓷坯料，是制造要求尺寸准确或热稳定性好的制品的优良原料。.58高铝矾土高铝矾土v 从成因来划分，高铝矾土有沉积和风化两种类型。沉积型矾土的主要矿物为一水型，如一水硬铝石（水铝石） A12O3H 2O， 一水软铝石（波美石） A12O3H2O，均属斜方晶系。风化型矾土主要矿物为三水型，如三水铝石（又称水铝氧石，三水铝矿）A
50、12O33H 2O，属单斜晶系。高铝矾土经常与赤铁矿、针铁矿伴生，还有锐钛矿、高岭石、多水高岭石、绿泥石等粘土矿物。有时还见到一些碳酸盐及铁的硫化物、铝的硫酸盐、含钛矿物等。从矿石的结构和外观看，高铝矾土又的粗糙、有的致密，有的呈豆、鲕状或杏仁状。.59硅线石类矿物硅线石类矿物v 硅线石族矿物属于无水铝硅酸盐矿，化学式为A12O32SiO2，理论组成为A12O3 62.9和SiO2 37.1。它包括硅线石、蓝晶石和红柱石三种同质异形体，它们的化学组成完全相同，但晶体结构不同，阳离子配位有差别，区别在于物理化学性质。硅线石族矿物是由氧化铝质水成岩受变质作用形成的，均存在于变质岩中。硅线石、蓝晶石
