1、第一章：原料,授课人：吴元发,本章主要内容,第一节：原料分类 第二节：粘土类原料 第三节：石英类原料 第四节：长石类原料 第五节：其它矿物原料 第六节：陶瓷原料的标准化,1.1 原料的分类,根据原料的工艺特性分类如下： 可塑原料:（ Plastic Materials）瘠性原料：（Non- Plastic Materials） 熔剂性原料：（Fluxing Agents） 辅助原料：（Auxiliary Materials）,1.2 粘土类原料,粘土的定义：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的多种微细矿物和杂质的混合体。其矿物的
2、粒径小于2mm。,1.2.1 粘土的成因与分类,(一)粘土的成因 各种富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石经风化、水解、热液蚀变等作用都可以变成粘土。 风化作用可分为物理风化（也叫机械风化，主要是温度的变化、冰冻、水力等的作用）、化学风化（主要是二氧化碳及水的作用）以及有机物风化（动植物遗骸腐蚀）三种类型。实际上硅酸盐矿物的风化过程是上述三种作用错综交叉进行的。,(二)、粘土的分类, 按成因分类一次粘土：又称残留粘土或原生粘土，即母岩经风化崩碎后就地残留下来的粘土。此类粘土质地较纯，耐火度较高，但颗粒较粗，可塑性较差。 二次粘土：又称沉积粘土或次生粘土，是由风化而成的一次粘土经雨水、河川的漂流及风力作
3、用，而迁移在低洼的地方沉积形成的粘土层。二次粘土颗粒细小，可塑性强，耐火度较低，常因混入呈色杂质而带各种颜色。,(二)、粘土的分类,2、按可塑性分类 高塑性粘土：又称软质粘土、结合粘土。颗粒较细，水中易分散，可塑性好，含杂质较多，一般呈疏松状、板状、页状。如膨润土、球土、木节土等。 低塑性粘土：又称硬质粘土、瘠性粘土。在水中不易分散，坚硬，可塑性较小，多呈致密块状、石状，如焦宝石、瓷石、叶蜡石等。,3、按耐火度分类 耐火度在1580以上的为耐火粘土；耐火度在135O1580之间的为难熔粘土；耐火度在1350以下的为易熔粘土。,(三)粘土的主要矿物类型,粘土的主要矿物为： 高岭石类（包括高岭石、
4、多水高岭石等）、 蒙脱石类（包括蒙脱石、叶腊石等） 伊利石（也称水云母）类三种。 水铝英石,1、高岭石类,高岭石（Kaolin） 高岭石的化学式为Al2O3.2SiO2.2H2O （其中Al2O3 39.50%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%)其结构式为：Al4Si4O10(OH)8,高岭石,景德镇东北60公里的瑶里乡高岭村。高岭村的瓷土，主要矿物成分为高岭石.高岭村的高岭土以洁白、细腻、耐火度强而著称。早在11世纪初，高岭村就成为世界闻名的高岭土产地。外国传教士昂特雷科莱到景德镇考察，在1712、1722年两次写信给罗马教廷，介绍高岭村的瓷土和景德镇的制瓷工艺。接着，德国人李希
5、霍芬将“高岭“按音译成“Kaolin“。从此，凡与高岭村所产性质相同的瓷土，统称为“高岭土“。至今，在欧洲各国的陶瓷工业上，仍把高岭土称为“China Clay“。由于高岭村的瓷土已开采多年，至明代已不易挖掘，清代开始采用星子县的高岭土。,世界陶瓷发源地高岭村,高岭土,高岭土尾砂,江西抚州高岭土尾砂。其外观呈浅黄色，颗粒较粗。肉眼观察，可见石英、长石、白云母等矿物，并夹杂有一定量的高岭土等。其矿物组成为：石英60.39%、白云母20.28%、长石12.61%、高岭石5.62%、其它1.1%。,SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O IL 合计 尾砂 90.
6、1 4.82 0.22 0.045 0.045 0.20 1.62 0.05 2.81 99.99,龙岩高岭土有限公司,国内目前采选规模最大的高岭土加工企业。公司现有生产规模为年产高岭土原矿60万吨；水洗高岭土精矿5万吨。主要产品有高岭土原矿、325目水洗高岭土、超级龙岩高岭土等四个系列共12种产品。产品具有自然白度高，铁、钛等有害杂质含量低、烧成亮度和强度高、成瓷性好等特点，是生产高档瓷器的最佳原料。,不同等级龙岩土比较,苏州高岭土,山西大同土,彰武土,2、 蒙脱石类,蒙脱石，又称微晶高岭石或胶岭石，以蒙脱石为主要矿物的粘土叫膨润土。呈白色或灰白色，有时因含杂质而呈黄色、浅红色、蓝绿色等。比
7、密度为2.22.9，莫氏硬度l2。属单斜晶系晶体，其化学式为：Al2O3.4SiO2.nH2O（n2），晶体结构式为：Al4(Si8O2)(OH)4.nH2O。蒙脱石结晶程度差，轮廓不清楚，很难发现其单晶体。晶粒极细小，一般小于0.5mm，呈不规则的粒状或鳞片形胶状。,蒙脱石具有吸水特性，因吸水后体积膨胀，有时大到2O30倍，故名膨润土。 蒙脱石易粉碎，颗粒细小，可塑性好，干燥收缩较大，干燥强度高，因含杂质多，Al2O3含量低，故烧成温度较低，烧后色泽不理想。 在陶瓷生产中用量一般不得超过5，釉中可掺少许作悬浮剂。,蒙脱石工艺性能,蒙脱石的照片,3、伊利石类,伊利石又称水云母（因白云母水化而得
8、名），矿物颗粒很小，常混有其它粘土矿物。它是包括水黑云母、水白云母、蛭石等似云母的一类成分较复杂、分布很广、产量大得粘土矿物。,白 云 母,伊利石的照片,1.2.2 粘土的组成,(一)、矿物组成 一般将粘土中的矿物根据其性质和数量可分成两大类，即粘土矿物和杂质矿物。其中杂质矿物主要有：1、石英和母岩残渣2、碳酸盐及硫酸盐类 3、 铁和钛的化合物 4、有机杂质,南方瓷器和北方瓷器的特点,由于南方和北方粘土的成因不同,各有各自的特征,造成我国南北方陶瓷生产工艺和气氛不同,特色也不同。一般说来，北方粘土往往在化学组成上含和有机物多，含游离石英和铁质较少，因而可塑性好，吸附力强，耐火度较高，不需淘洗即
9、可使用，生坯强度较高，可以内外同时上釉，由于铁质少，可用氧化焰烧成，制品的色调是白里泛黄。 南方的高岭土和瓷土等含游离的石英和铁质较多，含氧化钛和有机物较少，因而可塑性能较差，耐火度较低，往往需要淘洗而后使用，生坯强度也较差，需要内外两次上釉，由于铁质多，常用还原焰烧成，制品色调呈白里泛青的特色。,(二)、粘土的化学组成,其化学成分主要是SiO2、Al2O3，K2O、Na2O，CaO、MgO、Fe2O3 、TiO2和H2O。 可以鉴定粘土的矿物组成 可以估计耐火度的大小 推断烧后的颜色 估计粘土的成形性能 推测粘土在烧成过程中产生膨胀气泡的可能性,(三)颗粒组成,颗粒组成是指粘土中含有不同大小
10、颗粒的百分比含量。粘土中的粘土矿物的颗粒是很细的，其直径一般在12mm以下，而不同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12mm 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是杂质矿物颗粒。所以粘土原料的分级处理时，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。,(三)颗粒组成,4、测定意义对于粘土： 细颗粒多，则可塑性强，干燥收缩大，干燥强度大，烧成时易于烧结； 板状、片状颗粒多的粘土，可塑性强； 结晶程度差的颗粒多的粘土，可塑性也大。 对于砂状瘠性物料颗粒细小的，易于粉碎，反之困难。,
11、细度和粒度,细度是指粉状物料分散的程度，通常用粉料颗粒的尺寸大小来表示，例如用万孔筛（10000孔/cm2,孔径61）筛余表示原料或坯釉料的细度。颗粒组成、颗粒分散度、粒度是指粉料中各种不同粒径颗粒的相对含量，如粒径分布、各种粒径的累计百分数等。所以细度和粒度是两个概念。,测定细度和颗粒分布的方法很多，目前已采用的有筛析法、分选法、离心法、光透法、显微镜法、气动法等。 筛析法是应用最广泛的一种，也是操作最简单、最方便的一种方法，能测定粒度40甚至30的粉料的分散度（360目筛孔径40，500目筛孔径30）。 沉降法测定颗粒分布的基础是根据斯托克斯公式即球形物料颗粒在粘性液体介质中的沉降速度与该
12、颗粒半径的平方成正比，沉降法一般能分析230，2以下有困难。 离心法是沉降法的发展，是加速沉降，也是以斯托克斯公式为基础的，离心法一般能分析2以下。,补充讲解关于陶瓷筛的知识：,筛号（N）-每厘米长度内的筛孔数 网目（M）-每英寸长度内的筛孔数,筛孔尺寸的估算： 一般筛丝尺寸为整个筛面面积2/5，筛孔占整个面积的3/5，如100号筛（ 250目筛）孔边长为,颗粒分布的测定将试样在105110烘干至恒重，称取100g，将选用的筛子依次叠置振动筛上，所用筛号及孔径如下：,粒度表示方法应用题,测定某原料的颗粒分布时，采用振动筛的筛目及筛上料如下表，根据表内数据绘制分级筛分曲线和累积筛分曲线？,累积分
13、布曲线,粒度的表达方式,粒径分布是指不同粒径范围内的颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。以颗粒的个数表示所占的比例时，称为个数分布；以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分布（或表面积分布）。 频度分布曲线(分级筛分曲线) 累积分布曲线(累筛分曲线),频度分布是横坐标表示颗粒径，纵坐标表示在某个粒径范围内的颗粒所占总颗粒的个数或质量的百分比。 累积分布是粒度分布的另一种表现。横坐标表示颗粒径，纵坐标表示在某以下的颗粒所占总颗粒的个数或质量的百分比。图中F(%)50%时所对应的值就是D1/2。对应累积分布越陡处，表明该间隔内的粒子数越多。,频度分布和累积分布曲线,Dm、D1/2和,在该曲线
14、上表示有三个特征粒度: 最可几径 Dm对应于曲线最高点的最多数径 中位径D1/2 对应于累积百分数为50%时相应粒径值平均径 表示所有粒径的平径值,1.2.3 粘土的工艺性能,1、可塑性 2、结合性 3、离子交换性 4、触变性 5、收缩 6、烧结性能 7、耐火度,可塑性,可塑性的定义：当粘土与适量的水混练后形成泥团，此泥团在外力作用下产生变形但不开裂，当外力去掉以后，仍能保持其形状不变，粘土的这种性质称为可塑性。 可塑性的表示方法： 可塑性指数可塑性指标,改变可塑性的方法,提高坯料可塑性的措施有： （1）将粘土原矿进行淘洗，除去所夹杂的非可塑性物料，或进行长期风化； （2）将湿润了的粘土或坯料
15、长期陈腐； （3）将泥料进行真空处理，并多次练泥； （4）掺用少量的强可塑性粘土； （5）必要时加入适当的胶体物质，如糊精、胶体、羧甲基纤维素等，但在一般日用陶瓷生产中不用此法。,降低坯料可塑性的措施有： （1）加入非可塑性原料，如石英、瘠性粘 土、熟瓷粉等； （2）将部分粘土预先煅烧。,（二）结合性,粘土的结合性的定义：是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。 结合性的表示方法：通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂（颗粒组成为:0.250.15mm70%，0.150.09mm 30%）的数量及干后抗折强度来反映。一般加砂量50%为结合力强的粘土，加砂量在
16、25%50%为中等结合力粘土，加砂量20为结合力弱的粘土。,（三）离子交换性,粘土颗粒带有电荷，其来源是SiO4四面体中的Si4+被Al3+取代而出现负电荷，为了保持粘土颗粒表面的电价平衡，粘土颗粒在水系统中则吸附其他异电荷离子。然而，被吸附的离子又会被其他同性电荷的离子置换，发生离子交换。离子交换的能力用交换容量来表示，即100g干粘土所吸附能交换的阳离子或阴离子的数量，单位为 mmol10-1/g。,（四）触变性,触变性的定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低，泥浆的流动性会增加，静置后恢复原状。此外，当泥浆放置一段时间后，在原水分不变的情况下会出现变稠和固化现象。这种性质我
17、们叫它为触变性,泥浆的厚化度= 30min / 30s 式中30min一 100mL泥浆静置30min后由恩式粘度计中流出的时间；30s - 100mL泥浆静置3Os后由恩式粘度计中流出的时间。 泥团的厚化度=(Fn-F0)/F0100%式中Fn泥团开始时承受的负荷，N；F0 经一定时间后，球体或锥体压入相同深度时承受的负荷，N。,(五) 收缩,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，粘土泥料再度收缩。 总收缩：成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称,干燥敏感性,干燥敏感性表示粘土及粘土制品在干燥过程中开裂
18、的倾向性，可用干燥灵敏指数判断之。这是由于泥料在自然干燥过程中，将产生体积收缩，易造成收缩不均匀而变形或开裂，同时形成气孔，孔隙对收缩应力具有缓冲作用。因此，将自然干燥后粘土试件的体积收缩值与其孔隙率的比值，称为干燥灵敏度指数（K），计算公式如下：,式中：V0、G0：成型后试件的体积（cm3）和在空气中的质量（g）；V、G1：经1620风干透的试件体积（cm3）和在空气中的质量（g）;当K2，干燥敏感性高的粘土，表示易产生干燥开裂。,（六）烧结温度和烧结范围,T1,T2,T3,在建筑陶瓷生产中，通常把最高烧成温度点选择靠近T3，因为建筑陶瓷生产是快速烧成。若是炻质或精陶质，则可以T3。一般情况
19、下：瓷质坯体 T烧=0.8T耐；炻质坯体 T烧=0.78T耐；陶质坯体 T烧=0.75T耐。在建筑陶瓷生产中希望t2t3温度区要小一些，以便制品能迅速烧结，或釉面能迅速熔平。,（七）耐火度,耐火度是陶瓷材料耐火材料高温作用而不熔融性质。耐火制品在煅烧过程中，当熔质量增大到一定程度时，坯体会失去稳定性而软化。当锥顶恰好弯下碰到锥底在同一平面的底板上时的温度，被称为耐火度。材料在这一瞬间，粘度的变动范围很广11031 104 ，所以它材料在一定粘度值的范围内的弯倒温度（即耐火度），而不是材料的熔点。,耐火度试验方法,要点是将被测材料制成与标准测温锥形状、尺寸相同的截头三角锥，在规定的加热条件下，与
20、标准测温锥弯倒情况作比较，至试锥顶部弯倒接触底盘，此时与试锥同时弯倒的标准则温锥可代表的温度即为该试锥的耐火度。,图18 试样耐火度的测定 1熔融开始之前 2开始熔融，顶端触及底座，到达耐火度 3高于耐火度的温度下全部熔融,测温三角锥的历史背景,测温三角锥的问世，至今已有100多年。这种一次性使用、价廉而易于操作的窑炉测温工具，对于世界陶瓷、耐火等事业的发展，起了举足轻重的作用。 当时，我国窑炉上使用的测温三角锥基本上依赖进口，19351936年间张少林之父张成熔受江苏省立陶瓷学校之聘试烧卫生陶器，在这个时期张成熔从瓷釉熔融规律中找出理论根据设计出测温三角锥的配方三十余种经试用后完全符合行口货
21、的弯倒温度，从此我国窑业上用的三角锥不再进口了。 在50年代，张少林通过悉心研究，研制出600度1120度的低温三角锥，填补了我国测量低温的空白。,测 温 锥,耐火材料的耐火度通常都用标牌测温锥的锥号表示，各同标准测温锥规格不同，锥号所代表的温度也不一致。测温锥是具有一定尺寸的截头三角锥。主要由不同配比的二氧化硅、氧化钙、氧化铝等混合配制而成。不同的标号有不同的受热软化弯倒的温度。可测定温度范围约585-2015。用于测定窑炉的温度和耐火材料的耐火度等。世界常见的测温锥有: 德国的塞格尔锥(Segerkegel)，缩写为SK(1872年发明的); 国际标准化组织的标准测温诺(ISO); 中国的
22、标准测温锥(WZ); 前苏联的标准测温锥(1Ik)等其中ISO、WZ、 1Ik 是一致的，采用锥号乘以10即为所代表的温度。,测温三角锥的使用优点,产品在烧成过程中需要精确有效地测量温度，但多数测量在空间和时间上受到限制。如：热电偶、测温环，热电偶只能测量窑具的辐射热，而不能涉及来自窑具的传递热，所以它测得的温度为产品的环境温度，而不是产品的本身温度；测温环则受到时间的限制，它所测得的温度是在产品烧成后用刻度尺测量计算后所得，温度高低已无法改变，产品已定性。 测温三角锥则弥补了以上两个测温计的缺陷： 1、它通过的辐射热、窑具的传递热测得的温度是产品本身的温度。 2、在时间上它可以实时控制，从窑
23、炉中观察它在加热中形状的变化、弯曲而随时升、降温度，进而达到产品所需的合理温度。,测温三角锥的使用方法,取三种相邻的“测温三角锥”（如欲知10号温度，则取9、10、11号）并排同时插入耐火泥底座约1cm，使直角棱垂直于底面，并倾斜80度，干燥后放入窑炉便于观察处。随着温度的逐渐上升，“测温三角锥”头部就弯下来，当头部接触底座平面时，即达到所需的温度。,注意事项,1、测温三角锥的软化温度由于升温方法的不同会产生偏差，故升温必须缓慢，以每分钟上升10度为宜。 2、耐火泥座放置应平整。 3、为了更准确地掌握烧结温度，应多选择几组测温三角锥，并且同时多设立几处观察点。,测温片,陶瓷产品（包括日用瓷建筑
24、瓷电子陶瓷结构陶瓷）都要经过高温烧成、烧成工艺是控制产品性能很重要的工序。通常对该工序的控制多按照温度状况进行控制或管理，但事实上，由于被烧成物受到热效应（温度、保温时间、升降温速率、传热方式等）电炉类型、热容量等等变数影响，因而在相同指示温度下烧成，产品的性能可以不相同。因此利用一般温度计进行烧成控制，有些温度以外的影响因素，将无法进行管理。测温片是用陶瓷原料对组成，粒度分布、成型等进行严格管理而生产的标准物质，用它和制品同时烧成后，利用烧成后尺寸，可以作为温度管理的重要工具，测温片不单是一个策温器，也是一个热历史的量度计，既用作温度管理，也可检知热经历的异常。,使用方法,把测温片放在炉内各
25、管理点，或者与产品同步烧成（隧道窑），烧成冷却后，测定烧后尺寸（通常采用电子数字显示卡尺或其他测微仪），再按照对照表决定指示温度，这就成为管理指标，这个指标温度不一定是实际的物理温度，而是施加在被烧成物上的综合热效应的指标。 对照表的温度是在升降温速率300/hr,最高温度保温1小时的烧成设定温度。 各个用户在实际操作中，烧成温度情况可能有所差异，如果表中指示温度与实际温度出现差异，可把指示温度作为管理指标看待。,耐火度的计算,计算公式,t-耐火度 WA粘土中的Al2O3SiO2总量换算为100%时，Al2O3的质量分数 WMO粘土中的Al2O3SiO2总量换算为100%时，相应带入的其它杂质
26、氧化物的质量分数,耐火度与烧成温度的关系,T烧= t(0.8 0.85) T烧-烧成温度t耐火度,请同学们看例题,四、粘土的加热变化,(一)脱水阶段 (二) 脱水后产物继续转化阶段各种粘土矿物在高温下都能生成莫来石晶体，莫来石是一种针状或细柱状晶体，化学组成在3Al2O32SiO2和2Al2O33SiO2之间，一般写作3Al2O32SiO2比密度3.15熔融温度1810，熔融后分解为刚玉和石英玻璃。莫来石本身机械强度高、热稳定性好、化学稳定性强，它能赋予陶瓷制品许多良好的性能。,MgO-Al2O3-SiO2体系制备碳化硅网眼多孔陶瓷-莫来石,1.2%,1.2%,1.8%,1.8%,MgO-Al
27、2O3-SiO2体系制备碳化硅网眼多孔陶瓷莫来石,3.8%,3.8%,5.8%,5.8%,对粘土的质量要求,由于高岭土的成因类型不同，其成分、结构和使用条件的不同，难以用同一的标准来衡量。陶瓷生产中使用的高岭土要求有高的耐火度，一定的可塑性、结合性和干燥强度，以及煅烧后的白度和机械强度等，故应提出相应的质量要求。 化学成分：原料中的着色化合物，如Fe2O3和TiO2，应尽量少。对于通常富铝的高岭土Fe2O3和TiO2的含量一般应要求少于1.2%。对于粘土的铝含量低而硅含量高“富硅”高岭土来说，最高者不能超过0.90%。但其矿物成分仍为高岭石或多水高岭石。这种高岭土由于所需要的铝含量少，其中含着
28、色氧化物一般也较少。对于 SO3的含量，诚然也愈少愈好，高温所形成的氧化硫逸出，可能造成坯泡或釉面针孔缺陷。 细度要求：通常在生产中对高岭土的细度，用250目筛检验。因细度反映了其可塑性、结合性和干燥强度的优劣，以及其中非高岭土成分(如石英，云母等)的多少，故要求其筛余残渣率一般不要超过1%。,对粘土的质量要求,耐火度和烧结性：高岭土的耐火度和烧结性主要取决于其化学成分，其中 Al2O3/SiO2之比值又是很重要的，比值愈大，耐火度愈高，烧结范围也愈宽。对于富铝高岭土、其耐火度应不低于1650(SK26三角锥烧倒)。烧结性是当其加热到一定温度时，气孔率下降到最低值、密度上升到最大值的烧结状态，
29、此时的对应温度称为烧结温度，虽一般无明确要求，但总希望烧结范围宽些，这对选择坯釉配方，确定烧成温度和拟订烧成制度将带来好处。 其它对于高岭土的可塑性、结合性、干燥和烧成收缩，以及触变性等，可视其情况增加相应要求。,五、粘土在陶瓷生产中的作用,赋予坯料以一定的可塑性能和成型性能。使注浆料和釉料以一定的悬浮性能和稳定性结合其它的瘠性原料，使其有一定的干坯强度，同时，细分散颗料与粗瘠性料混合可获得较大的堆积密度是瓷坯中Al2O3的主要来源，也是莫来石晶相的主要来源 。坯料中的Al2O3成分主要由粘土供给。粘土加热分解并于1000以上生成莫来石结晶，莫来石具有高的耐急冷急热性和机械强度，能赋予陶瓷各种
30、优良的性能。某些易熔粘土可以单独制作成墙地砖制品。,石英原料,以SiO2为主要组分的天然矿物。在自然界中分布很广。一般质地较纯。石英存在的形式很多，陶瓷生产中使用的一般为脉石英或石英岩，其SiO2的含量都在97以上。石英岩粉碎后与水掺和时不具有可塑性，因此利用它作为常温下坯料可塑性的调整剂。石英在高温中有适当的膨胀性，可以补偿坯体的收缩，减少变形，提高坯体的机械强度。,自然界中的二氧化矽矿物统称石英（Quartz）.地壳中约含60%的石英， 最纯的石英单结晶(Single Crystal)称为水晶。水晶产量少，很少用于陶瓷。 石英来源有下列几种。 脈石英 二氧化矽熔融急冷凝固在地壳浅层带，呈矿
31、脉状产出，是谓脉石英。这种火成岩，外观纯白或半透明，断口呈贝壳状有油脂光泽，纯度高达99%，是良好的釉药原料。 砂岩 石英颗粒经高压而成的沉积岩。杂质较多，纯度在9095%间。 石英岩 是一种变质岩，系纯度较好的砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶的岩石。呈灰白色，断口致密、强度大、硬度高。 石英砂 是上述岩石风化后之细粒砂。台湾西部河边、苗粟三义、台北中和一带有产出。作为釉药原料，可不用破碎，但杂质多，成分波动大，必须先经选矿处理。 燧石（Flint）为一种隐晶形的石英沉积岩，产地在英、美。,石英砂,石英的晶型转化,石英,鳞石英,方石英,石英,鳞石英,方石英,熔融态石英,石英玻璃,鳞石英,870,
32、1470,1713,180270,163,117,573,请同学们注意573 ，这个温度的石英晶型的转化,对石英的质量要求,不同的产品和用途，对石英的质量要求也不同但总是希望其SiO2含量要高，而着色氧化物要低，其它如Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O必须尽可能少，以便适合工艺配方的要求。石英以脉石英为好。值得注意的是： 石英的种类较多，一般质量较好者SiO2常在97%以上，着色氧化物常在0.3%以下，其它成分也甚少，故易于提出质量指标。 值得注意的是：有的石英粉末，虽经1350高温煅烧，由于条件不同，有时会出现淡红色或浅玫瑰色，经化学分析其中含着色氧化物(Fe2O3、TiO2和 M
33、nO)却很少，在配料使用中也无影响，对于这种“假色”的石英，不应轻易舍去，而应作进一步的此学分析和配方试验。,对石英的质量要求,其它化学成分虽无规定，但总希望成分中的杂质愈少愈好，特别是其中的CaO，若含量过高，用于坯料易显绿色，且降低烧结温度，使坯、釉配方的适应变得复杂；若用于釉料中，将使釉的流动度降低，并易形成烧成中“吸烟”现象。 生产中，最好将石英分级使用。釉用石英原料含着色氧化物应更少，以确保成瓷釉面的的白度。坯用石英原料的要求可比釉用的稍宽些，但亦应把握质量关。,石英和石英砂各级化学成分表,三、石英在陶瓷生产中的作用,1、调节（减弱）泥料的可塑性，降低坯体的干燥收缩，减少坯体的变形，
34、缩短坯体的干燥时间。 2、烧成过程中，石英因加热产生晶型转变伴随的体积膨胀，可部分抵消粘土的收缩，减弱烧成收缩过大而造成的应力，改善坯体性能。,3、高温下部分溶解于玻璃相中，提高玻璃粘度；残余的颗粒构成坯体的骨架，增强高温下坯体抵抗变形的能力，并提高制品的机械强度 4、在釉中是形成玻璃的主要成份，它的含量及粒度的变化会影响釉的性能，可以调节釉的热膨胀系数，赋予釉面高的机械强度、硬度、耐磨性与抗化学侵蚀性能。,在烈火中降温的石头-长石,熊熊烈火把瓷坯烧造成了瓷器，适应于世间规律，制瓷原料中也存在着降温的石头长石，它的英文名称为Feldspar，由德文Feldspath演化而来。Spar是裂开的意
35、思，准确地揭示了长石具有完全互溶的特性。它是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，其化学成分为不含水的碱金属与碱土金属、铝硅酸盐，在陶瓷生活中用的坯料、釉料、色料熔剂等的基本组分，用量较大，是瓷器三大原料之一。,长石的种类及一般性质,长石族矿物是地壳中分布最广的矿物，约占地壳总质量的50%左右，自然界中常见的有四种，即： 钾长石KAlSi3O8、熔点11301450 钠长石NaAlSi3O8、熔点11001200 钙长石CaAlSi3O8、熔点15501750 钡长石BaAlSi3O8、熔点1715以上,陶瓷工业对长石质量要求,化学成份上要求： SiO2:6068% Al2O3:1825% K2O+N
36、a2O11% CaO+MgO1.5% Fe2O30.5%。 据氧化铁的含量将长石分为三级 级： Fe2O30.2% 级： Fe2O3：0.20.3% 级： Fe2O3:：0.30.5% 此外亦可通过预烧来判断长石质量优劣，由于钾长石在高温熔融后会产生较多的气泡，所以将长石放在高温下煅烧（景德镇叫烧照子）熔融后透明度好，白度高，气泡少则质量好，这种长石用于釉中则不易产生棕眼和气泡。,二、长石的熔融特性,钾长石的熔融特性 纯钾长石在1150士20开始分解熔融，生成白榴子石和硅氧玻璃。到1530则全部变成液相。可见它的熔融范围较宽。 高温下钾长石熔液的粘度较大，大而且随温度增高熔液粘度缓慢降低。,钠
37、长石的熔融特性 天然的钠长石熔化温度校低，约为1100一1200，它熔化时没有新的晶相产生，液相的组成和末熔长石的组成相同； 形成的液相粘度较低，因而在燃烧过程中它容易引起产品变形。,钠长石质瓷,日用陶瓷钠长石质瓷，是以含钠长石37的瓷石为主体原料制成的一种高级日用细瓷。该瓷在研究过程中，较好地解决了用钠长石制作高级日用细瓷的关键 技术问题，使钠长石高温粘度小、易变形、烧成不易控制等问题得到了有效控制。产品具有洁白细腻、规整度高、釉面光润、透明度好、机械强度高、耐热震性优良等特点。可用以生产成套茶餐具、艺术陈设瓷或工业瓷。鉴于该瓷是继滑石质、高长石质、高石英质日用细瓷之后出现的又一种精细瓷器，
38、国内属山东首创，故取名“鲁光瓷”。1993年获山东省科技进步一等奖。,日用陶瓷钠长石质瓷,钠长石质瓷,以钠长石作为主要熔剂原料的钠长石质瓷，坯料中钠长石的含量为2235，烧成温度为11901320，氧化焰、还原焙烧成均可。该瓷成本低，可快速烧成，成瓷效果好，胎体透明度高，釉面柔和，适于生产高档日用瓷和艺术瓷。,对长石的质量要求,长石在陶瓷生产中作为溶剂性原料，故要求其中含K2O或Na2O尽可能多，着色氧化物尽可能少；对于其它氧化物(如SiO2和A12O3等)的含量也应有一定的范围。SiO2含量一般6368%， Al2O3含量一般1723 %，否则可能出现性能上的变化和配方上的困难。同时，也反映
39、出长石质量的不纯。 在外观上，一般要求矿石是致密块状，无明显云母和粘土杂质，无严重铁质污染。矿石或粉末经1350高温燃烧后为半透明和乳白色或稍带淡黄色，无明显斑点和气泡。 陶瓷生产中一般都喜用钾长石(实际上是钾钠长石中含钾量较多者)，这是因为其熔融物的粘度比钠长石大，随温度变化的速度也慢；烧成温度范围也就较宽，因而易于烧成，防止高温变型等之故。 长石中含CaO高是不利的，其来源主要由斜长石中带入。CaO的危害如同上述，故必须予以重视，严加控制。因此说，对CaO不作规定是欠缺的。 长石中含铁量的要求严格，不仅因为其使制品白度降低，而且由于长石常与云母、角闪石伴生，这些含铁矿物不在高温下不能与长石
40、互溶，因而使制品出现黑色斑点。 在生产中，如将长石于800左右下煅烧后配料使用，则有利于粉细，而且由于其所含挥发物预先烧去，使制品透明度亦有提高。,钾长石、钠长石各级化学成分,三、长石在陶瓷工业中用途,（1）长石是坯釉配方主要原料之一，能降低坯料的可塑性、降低干燥收缩，缩短干燥时间，减少坯体变形和开裂。 （2）长石具有很强的助熔作用，能降低坯、釉的烧成温度。 （3）长石熔化后形成的液相能填充坯体的孔隙，增大坯体的致密度、提高制品的机械强度，透光性能和介电性能。,（4）高温下生成的长石玻能溶解部分高岭土的分解物；促使莫来石晶体的形成和长大。 （5）高温下的长石溶体具有较大的粘度，能起到高温热塑作
41、用和胶结作用，防止高温变形。 （6）在釉料配方中，长石用量更多，长石原料和石英原料高温熔化后所形成的玻璃态物质是釉的主要成分。,三、长石在陶瓷工业中用途,伟晶花岗岩,陶瓷工业中采用的伟晶花岗岩中石英含量一般在30以下，长石含量在70 以上，杂质含量较少。伟晶花岗岩中一般要求游离石英30, K2O/Na2O质量比不小于2，CaO不大2，碱成分不小于8，Fe2O3控制在0.5以下，并希望其矿物组成不要波动太大。组成中Fe2O3为有害物，使用时应进行磁选。如含黑云母杂质时，应考虑筛选。,霞石正长岩,霞石正长岩中含有霞石NaAlSiO4、钾长石、钠长石、角为石、黑云母、菱镁矿等成分，是一种很强的熔剂，
42、在陶瓷坯釉料中者可以适量取代一部分长石，既可降低烧成温度，还可以扩大烧成温度范围。 同时，霞石正长岩玻璃和白榴石正长岩玻璃热膨胀系数较长石玻璃低，故可减少釉裂。 高温下能溶解石英使熔液粘度提高。因而制得的产品不易变形、热稳定性好。但它的含铁量往往较多，需要精选。,锂质矿物原料,由于Li 原子量294远小于K、Na的原子量加之Li的活动性比Na、K强，因此，锂广泛用于釉料配方中。用锂置换K、Na配釉时，可降低釉的比重和热膨胀率，增大釉的流动性、降低釉的熔融温度，软化温度和固化温度，减少烧成时间；此外由于锂釉相比钾釉、钠釉可溶解更多的石英，故热膨胀系数小，光泽度高，尤其是增大釉的抗酸、碱性及抗风化
43、能力。,为什么“吸湿膨胀”会造成釉裂?,这类例子常见于釉陶，瓷器比较少见。釉陶的胎是多孔性的，在潮湿的环境中容易吸收空气中的水分，并因之产生膨胀，叫做“吸湿膨胀”。釉陶的釉实际上是一薄层玻璃，它不吸收湿气，所以也不产生膨胀。在这种情况下，胎膨胀而釉不膨胀，结果釉受到张应力，当这种力超过釉的抗张强度时釉就开裂。,(1) 高膨胀类, 8 10-6 的 BeO、Al2O3 、MgO、MgO Al2O3 稳定ZrO2等。 (2) 中膨胀类, = 2 8 10-6 SiC、SnO2 、3Al2O32SiO2 、ZrSiO4 等。 (3) 低膨胀类, 2 10-6 2MgO2Al2O35SiO2 、 Al
44、2O3TiO2 、2ZrO2 P2O5 、Nb2O5 等。,陶瓷材料根据其热膨胀系数的大小可以分为三类,锂辉石在陶瓷工业中用途,（1）在釉中添加少量的锂辉石（5%） 可以减少釉面开裂 （2）在坯料中加入少量的锂辉石，可以使产品具有优良的热稳定性能；加之膨胀系数小，所以可用于制造低膨胀耐热陶瓷 （3）在坯料中加入量的锂辉石，可以提高制品的热冲击强度和冲击机械强度 （4）新疆阿乐泰、河南、陕西、湖南、福建等地有优良的锂辉石矿物。,锂云母在陶瓷工业中用途,在釉中加入37%的锂云母， （1）可以提高釉的平整度、光泽度和热稳定性能。 （2）降低釉的熔融温度。 （3）在色釉中如铬绿、铬红釉中加锂云母，可减
45、少釉而开裂，助以发色。 （4）建筑卫生瓷中亦使用较多的锂云母；用Li2O代替Na2O、B2O3等，如用量1%的Li2O可以取代7%左右的硼砂。,蛇纹石3MgO2SiO22H2O）,蛇纹石含杂质较滑石多，含铁量低的原料可用作陶瓷坯料，可以利用蛇纹石生产蛇纹石日用瓷器，这方面过去在河北邯郸作过试制。其制品性能，如白度与半透明度与滑石瓷相似。此外，蛇纹石原料在中档制品瓷器、建陶产品地砖及工业陶瓷耐酸陶器中均可应用。目前，蛇纹石矿物原料主要用于耐火材料，如用来制作董青石匣钵等。,硅灰石 CaSiO3,（1）化学成分：CaO 48.25% SiO2 51.75%一般成分较纯，有时含有微量的Mg2+、Mn
46、2+、Fe2+等。 （2）用途：主要用于快速烧成的建筑陶瓷中作为坯料，同时亦可广泛用于建筑陶瓷釉的配方中。,硅灰石本身不含有机物、吸附水、结晶水；干燥收缩小、烧成收缩小，膨胀系数小且变化均匀，硅灰石和粘土配成坯料，高温下生成钙长石与方解石，这一反应体积收缩99%左右，所以硅灰石适于配制快速烧成产品。硅灰石为针状晶体，提供水份排出通路。因此可快速干燥，且易压制成型。 硅灰石在坯体中有助熔作用，可降低坯体烧成温度，用它代替方解石、石英配釉时，釉面不会因析出气体而产生釉泡，针孔等，若用量过多则影响釉面光泽。,在硅灰石坯体中，针状硅灰石晶体交叉排成网状，周围与网洞由钙长石、石英加固和填充，因此产品机械
47、强度增大。 由于硅灰石本身的介电质损耗低，所以可作为配制低损耗电瓷的原料。 硅灰石坯体的烧成范围窄，加入少量的Al2O3、ZrO2或钡锆硅酸盐能提高坯体中的液相粘液，扩大硅灰石质瓷的烧成温度范围。,如江西新干建筑瓷厂坯料的配方中就用了40%的硅灰石。 又如某一无光生料釉配方：长石：32 石灰石：12 石英：9 滑石：6 锆黄砂：9 苏州土：5 龙岩土：5 氧化锌：10 硅灰石：7 萤石：5 烧成温度T=1100。 又如某一外墙砖配方： 石英粉：40 黄粘土：40 硅灰石：10 珍珠岩：10,透辉石（Diopside）,透辉石的物理性质： 比重：3.273.38(理论值为3.30) 硬度：5.5
48、6 加热时 变形温度为1170（收缩温度）；软化温度为1280；熔融温度为1290；纯的熔融温度为1391。,透辉石的工艺特性,热反应小，收缩小，平均收缩在0.5%以下. 热膨胀系数小，且与温度成线性关系，20800为6.510-6-1，有利于快速烧成。 能与其他原料组成四元配方（Ca-Mg-Al-Si），降低烧成温度。热稳定性好。 吸湿膨胀小,方解石和石灰石,（1）化学组成：CaO:56.03% CO2: 43.97%, Ca可被Mg、 Fe、 Mn所置换，因此常含有MgO、Fe2O3、MnO2及有机质等杂质。 （2）用途：方解石一般800开始熔解、低温有瘠化作用，高温有强助熔作用，和坯料中
49、粘土、石英在较低温度下起反应，缩短烧成时间，增加瓷器的透明度，使坯釉结合更加牢固，此外方解石也是高温釉的主要原料，能增大釉的折光率，因而提高釉光亮度。,具体说CaO在配釉中有如下特点： 增加釉面硬度、透明度和耐磨性；提高釉的化学稳定性及抗酸、碱、水、风化的能力； CaO取代部分K2O、Na2O能提高釉的抗张强度和增加釉的弹性；,CaO取代部分K2O、Na2O，可以降低釉的膨胀系数； 促进坯釉结合更加牢固及釉下彩发色； 在1160以上CaO有极显著的助熔效果； CaO用量大于18%时（重量百分比），CaO与SiO2、Al2O3发生反应生长钙长石CaAlSi3O8，使釉表面析晶失透，这是制造无光釉的重要方法之一； 釉中使用较多CaO，不足之处，是釉面白度不高（白度小于75）、多呈白里泛兰、泛绿色，并且易吸烟。,
