1、,陶瓷生产的工艺过程,原料加工,配料,混料,（造粒）,成型,干燥,（施釉),烧成,第九章 原料,原料,天然矿物原料,化工原料,合成原料,天然矿物原料,粘土类原料,石英类原料,长石类原料,钙质原料,其他矿物原料,粘土类原料粘土是自然界中硅酸盐岩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。颜色：白、黄、红、黑、灰等。粒度：颗粒微细，多数均小于2um。晶体形状：片状、管状、球状、六角鳞片状等。,粘土的成因和分类（1）粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化、水解、热液蚀变作用形成。（2）粘土的分类1）按成因分类：一次粘土、二次粘土。2） 按耐
2、火度分类：耐火度在1580以上的为耐火粘土；耐火度在1350 1580 之间的为难熔粘土；耐火度在1350 以下的为易熔粘土。3）按可塑性分类：高塑性粘土（软质粘土、结合粘土）和低塑性粘土（硬质粘土、瘠性粘土）。,粘土的组成（1）粘土的化学组成：主要是SiO2，Al2O3和H2O。（2）粘土的矿物组成（3）粘土的颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的体积百分含量。细颗粒粘土矿物的比表面大，表面能高，可塑性较强，干燥收缩大，干燥强度高，易于烧结成致密坯体，利于提高陶瓷坯体的机械强度。片状颗粒堆集密度大，塑性大，强度高。结晶程度差的粘土颗粒比结晶程度好的可塑性较大。,粘土类原料,高岭石,蒙脱石,叶腊
3、石,伊利石,常见粘土矿物，Al2O32SiO22H2O(其中Al2O339.5%, SiO246.54%,H2O13.96%,结构式为Al4Si4O10(OH)8,又称微晶高岭石或胶岭石，化学式为：Al2O34SiO2nH2O(n2)，晶体结构式为：Al4(Si8O10)(OH)4nH2O,化学通式为：Al2O34SiO2H2O，晶体结构式为：Al2Si4O10(OH)2,又称水云母，化学组成K15或指标3.6；中塑性粘土：指数715，指标2.53.6；弱塑性粘土：指数17，指标2.5；非塑性粘土：指数50%为结合力强的粘土；加砂量在25%50%为中等结合力粘土；加砂量Al 3+ Ba 2+
4、Sr 2+ Ca 2+ Mg 2+ NH4+ K+Na+Li+阴离子取代能力：OH-CO3 2-P2O74-CNS-I-Br -Cl-NO3-F-,影响粘土触变性的因素：粘土颗粒越细，形状越不规则，触变性越大；粘土吸附阳离子价数越小或价数相等半径较小者，触变性亦越大；含水量小的泥浆较含水量多的泥浆更易产生触变效应；泥浆温度升高时，因粘度减小，触变现象减弱。,粘土泥浆的触变性以厚化度（或稠化度）表示，厚化度是以泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数表示。泥浆触变性的厚化系数是泥浆放置30min及30s后的相对比。 泥浆厚化系数=30min /30s （30min 100mL泥浆静置30min后由
5、恩式粘度计中流出的时间； 30s100mL泥浆静置30s后由恩式粘度计中流出的时间）,可塑泥团的厚化系数为放置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。 泥团厚化系数=（Pn-P0)100%/P0 （ Pn泥团开始时承受的负荷，N; P0经一定时间后，球体或锥体压入相同深度时承受的负荷，N）,干燥收缩：粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩。烧成收缩：当粘土泥料煅烧时，由于发生一系列物理化学变化，粘土泥料的收缩。粘土收缩以线收缩及体收缩来表示。体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6%9%）。,干燥线收缩：以试样干燥至105110时尺寸的变化来表示， S
6、干=（L0- L干）100%/L0（L0试样原始长度； L干试样干后长度； S干试样干燥线收缩率）烧成线收缩： S烧=（L干- L烧）100%/L干（L干试样干后长度； L烧试样烧后长度； S烧试样烧成线收缩率）,开始烧结温度：粘土在煅烧过程中，温度超过800 900以上时，低共熔物出现，并填充在固体颗粒之间，由于表面张力的作用，使固体颗粒进一步靠拢，引起体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高。烧结温度：当温度继续升高时，收缩不断增大，气孔率不断降低，当密度达到最大值时，称为完全烧结，对应的温度。,软化温度：粘土试样完全烧结后，持续一段时间，如再继续升温，试样中的液相不断增多，以至于不能维持试样原
7、有形状而变形，此时因发生一系列化学变化，使试样内气孔率增大，出现膨胀现象，出现此情况的最低温度。烧结范围：烧结温度到软化温度之间试样处于相对恒定的温度区间。,烧结范围愈宽，陶瓷制品的烧成操作愈容易掌握，也愈容易得到煅烧均匀的制品。因此，粘土的烧结范围在陶瓷生产中十分重要。它是制定烧成制度、选择烧成温度范围、决定坯料配方、选择窑炉等的参考和依据之一。,主要取决于粘土的化学成分，常用Al2O3/SiO2的比值来判断粘土耐火度的高低。比值大、耐火度高，烧结温度范围宽。,粘土在陶瓷生产中的作用1、粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。2、粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3、粘土一般呈细分散颗粒
8、，同时具有结合性。4、粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5、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。,石英类原料普通结晶质的二氧化硅矿石通称石英。二氧化硅在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，一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：a.水晶b.脉石英SiO2含量高达99c.石英岩SiO2含量在97以上d.（硅质）砂岩SiO2含量90-95e.石英砂杂质较多，成分波动大f.燧石、硅藻土隐晶质SiO2/非晶质SiO2,纯度
9、依次提高,石英的性质物理性能：乳白色（或灰色）、半透明状、玻璃光泽；莫氏硬度：7 ； 密度：2.232.65 g/cm3化学性能：石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时能起反应而生成可溶性的硅酸盐。高温下，石英易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。,石英在陶瓷生产中的作用1. 石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。2. 提供了生坯中水分快速排出的通道，可缩短干燥时间，减少干燥收缩。3. 在陶瓷烧成时，石英
10、影响陶瓷坯体的体积收缩。烧成过程中，石英的体积膨胀可以补偿坯体的收缩。,4. 冷却时石英晶型转化的体积效应使坯体内产生相当大的内应力，导致裂纹产生，从而影响陶瓷的抗热震性和机械强度。5. 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。高温下石英会部分熔解而提高液相的粘度，未熔化的石英可作为坯体的骨架，起到增强的作用。6. 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。,长石类原料长石是熔剂性原料。（1）长石的种类及一般性质 从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。 自然界中长石的种类可归纳为由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而成。,（2）长石作为陶瓷坯料熔剂原料的作用：熔融的长石，形
11、成粘稠的玻璃体，在高温下熔解部分高岭土分解物和石英颗粒，促使成瓷反应进行，降低陶瓷产品的烧成温度；促进莫来石晶体的发育生长，赋予坯体机械强度和化学稳定性；高温下长石熔体具有的粘度，起了高温热塑作用和胶结作用，防止了高温变形；长石熔体冷却后，构成了瓷的玻璃基质，增加了透明度，用作釉料的组分，可提高釉面光泽和使用性能，是良好的釉用原料 ；可提高坯体的干燥速度，减小坯体的干燥收缩和变形。,钙质原料,碳酸钙,氟化钙,白云石,硅灰石,透辉石,磷灰石,石膏,其他矿物原料,滑石,锆质原料,含锂矿物,化学通式：3MgO4SiO2H2O,化学组成：ZrSiO4,包括锂云母、锂石英,化学式CaSO42SiO2,化
12、学式为CaMgSi2O6,化学式CaOSiO2,化学式Ca5PO43,碳酸钙与碳酸镁的固溶体,化工原料,氧化物类,各种盐类,氧化铝,氧化锆,氧化钛,氧化锌,铅丹,稀土类,着色类,硼化合物,碳酸盐,硫酸盐,硝酸盐,氧化铈、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化钇,氧化钴、氧化镍、氧化锰、氧化铜、氧化铬、氧化铁,硼酸、硼砂,碳酸钾、碳酸钠、碳酸钡,硫酸钡、硫酸钠,硝酸钾、硝酸钠,Na2OB2O3,氧化铝地壳中含量15.34%；来源：铝土矿、高岭土等矿物。熔点高、硬度大（9），绝缘性好。晶型：-Al2O3（刚玉）：最稳定的晶型，结构最紧密，硬度最高，有优良的介电性能；-Al2O3：含少量碱金属离子，以Na-A
13、l2O3最有实用价值，可作为钠硫电池的导电隔膜材料；-Al2O3：一种低温形态，由Al(OH)3在约4500C时脱水而成，比重较小，硬度小，机电性能较差。,氧化锆熔点高、硬度89，化学稳定性好，有导温导电性和氧离子导电性。低温为单斜晶系（m)；高温为四方晶系（t）；更高温度下转变为立方晶系（c）。稳定化方法：将具有立方晶型、金属离子半径与Zr 4+相当的氧化物与ZrO2形成连续固溶体，这种固溶体通过快冷以亚稳态保持到室温，不再发生相变的过程。,密度： 5.65g/cm3 6.10g/cm3 6.27g/cm3,TiO2天然矿物：金红石、板钛矿和锐钛矿；优良的白色颜料：钛白粉；电容器陶瓷，半导体
14、陶瓷；日用陶瓷：坯料的着色剂（淡黄色）；釉料：低温乳浊剂，与ZnO、CaO一起制作乳浊釉。,稀土氧化物的作用:（1）制备高温色料；（2）配置色泥制备色瓷；（3）作乳浊剂；（4）在特种陶瓷中加入稀土氧化物，可以改善磁体的机电及其它物理性能。,着色氧化物,合成原料,氧化物,碳化物,氮化物,钛酸盐,莫来石,堇青石,碳化硅、碳化钛、碳化钨、石墨,氮化硅、氮化铝、氮化硼,碳酸钡,莫来石 是Al2O3-SiO2系统中唯一稳定的二元化合物，组成可在3Al2O32SiO2至2Al2O3SiO2间变化。-莫来石：纯莫来石， 3Al2O32SiO2；-莫来石：2Al2O3SiO2，固熔有过剩Al2O3;-莫来石：
15、固熔有少量TiO2和Fe2O3。,莫来石熔点高，线膨胀系数小，导热性好，化学性质稳定。制备方法：电熔法、烧结法。原料：工业氧化铝（氢氧化铝）和高岭土（或纯粘土、叶腊石）为主。自然界中罕见，工业上常用合成莫来石。,堇青石 是一种岛状硅酸矿物，成份Mg2Al3AlSi5O10。斜方晶系，晶体少见，通常呈致密块状和浸染粒状。微带蓝色或紫蓝色，玻璃光泽，性脆，抗热震性好，可作工业瓷器的极好原料。,碳化硅（俗称金刚砂） 是Si-C间键力很强的共价键化合物，具有金刚石型结构。-SiC是高温稳定型结构，-SiC是低温型。从12000C开始-SiC向-SiC转变，24000C转变迅速发生。碳化硅的性能： （1
16、）高熔点；（2）高硬度；（3）高强度；（4）热膨胀系数低，导热性好；（5）碳化硅导电性较强，属于半导体；（6）化学性能稳定。,制备：采用硅砂和碳在电炉中加高温制得。 SiO2+3CSiC+2CO 反应中加木屑能使反应混合物易于排气，避免发生爆炸；加入食盐 以除去Al2O3和Fe2O3杂质。,氮化硅（Si3N4）和赛隆有两种晶型：-Si3N4是颗粒状结晶体，-Si3N4是针状结晶体。常压下无熔点，一个大气压氮气中，于18600C分解。性质：高强度，抗热震性优良；有优良的抗氧化性能，具有优良的化学稳定性，除氢氟酸外，能耐所有的无机酸和某些碱液熔融碱和盐的腐蚀；硬度高等。,赛隆（Sialon)陶瓷是氮化硅固熔体的总称。Sialon是Si, Al, O,N四种元素符号的组合。基本结构单元为（Si, Al) (O,N)四面体。根据结构和组分，赛隆可分为-Sialon，-Sialon，O-Sialon和Sialon多形体四种类型。,钛酸钡（BaTiO3） 属于钙钛矿型结构。是用BaCO3和TiO2为原料，预先合成后再经高温烧结而成。由于它具有高电性，一直是陶瓷电容器的最主要材料。,
