【精品课件】河南省精品课程陶瓷工艺原理
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【2019年整理】郑州大学陶瓷工艺原理第六章t3
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
2. 超高热压 是一种压强超过7 Mpa的热压烧结。
超高温、超高压合成热压：
压强超过7 Mpa、温度超高1400℃的热压烧结 3. 反应热压
将高温下坯料可能发生的某种化学反应过程加以利用的一种 热压烧结工艺。
综合利用热能、机械能、化学能促使烧结完成。
2020/9/26
3. 除气
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
4. 热等静压烧结
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
5. 后处理
即进行第二次热等静 压烧结，以促使缺陷 愈合、消除残余气孔。
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
等静压前后TiC/TiNi的显微结构
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
6.8 烧结设备
6.8.1 间歇式窑炉 电炉、高温倒焰窑、梭式窑和钟罩窑。
6.8.1.1 电炉 电阻炉、感应炉、电弧炉等。
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
1、 电阻加热炉
箱式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
管式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）
2020/9/26
国家精品课程——陶瓷工艺原理
陶瓷工艺学1绪论、 第一章 原料 PPT课件
唐三彩
是一种多色彩的低温釉陶器，它是以细腻的白色黏土 作胎料，用含铅、铝的氧化物作熔剂，用含铜、铁、钴等 元素的矿物质作着色剂，其釉色呈黄，绿，蓝，白，紫， 褐等多种色彩，但许多器物多以黄，绿，白为主，甚至有 的器物只具有上述色彩中的一种或两种，人们统称为"唐 三彩"。
3.陶瓷研究的发展历程及在现代化建设中的作用
2.1中国陶瓷技术的发展
8000年前，陶器出现（pottery），标志人类文化跨入新石器 时代； 5500～3500年前，新石器时代晚期，出现彩陶、黑陶及白陶 等； 第一次飞跃：3000年前，商代出现了釉（glaze），为从陶过 渡到瓷创造了必要条件，是陶器到瓷器的过渡阶段，原始青 瓷出现 ； 第二次飞跃：2000年前 ，汉代出现了比较美观的釉面，南北 朝末期青瓷（porcelain）出现，陶瓷制造进入发达时代。 第三次飞跃：1000年前，宋代出现半透明胎。 第四次飞跃：特种陶瓷
1.3.1 粘土的组成
化学组成 矿物组成 颗粒组成
主要化学成分 次要化学成分
主矿物
SiO2、Al2O3和结晶水
K2O、Na2O、CaO、 MgO 、 Fe2O3、TiO2、LOI
高岭石类 Al2O3 ·2SiO2·2H2O 蒙脱石类 Al2O3 ·4SiO2·nH2O(n＞2) 伊利石类 云母（ K2O · 3Al2O3 ·6SiO2·2H2O ） （水云母） 水解成高岭石的中间产物
陶瓷工艺原理2章坯料
降低，一般控制含量在５％以下，会急
剧地降低瓷的烧成温度与其热稳 定性。K 2O可使瓷的音韵宏亮、 铿锵有声，而Na2O过多，则瓷的 声音沉哑。
• CaO,MgO,
• 它们在少量情况下只与碱金属氧化 物共同起着助熔作用。引入CaO、 MgO等，可以相对地提高瓷的热稳 定性和力学强度，提高白度和透明 度、改进瓷的色调，减弱铁、铁的 不良着色影响。
第一节 坯料类型
2.1.1 瓷器坯料
常见类型： • ① 高粘土质硬质瓷
• 粘土的含量大于50％，石英小于30％（常用15％），长石大 约20％。 示性组成。
• 特点：
• • 烧成温度高，机械强度高，热稳定好，透明性差。 化学瓷，耐热瓷，高压电瓷，研磨体（球磨罐），日用瓷。 熟粘土。
• 应用：
2.1.1 长石质瓷
属长石—石英—高岭土为主的三组分配料。是最普通的配料。 据熔剂成分变化范围的不同，配料不同，可配成1150～1450 ℃ 各种烧成温度范围的瓷器。烧成温度宽。
一般烧成温度在1250 ～ 1450 ℃ (SK3-SK16)。 高于1350 ℃ SK12为高火瓷，低于为低火瓷。 岩相组成：一般相组成： 玻璃相50—60%，莫 来石 10—20% ，残余石英 8—12% ，半 安定方 石英 6—10%。
• 石英在低温下主要起减粘作用，降 低坯体的收缩，利于干燥，防止变 形。 • 在高温下则参与成瓷反应、熔解在 长石玻璃中，提高粘度、一部分残 存下来，一部分转化成为方石英， 构成骨架，提高强度。
陶瓷工艺原理
c冷却液的选择（cooling media）
d 磨削深度ap（rubbing depth） e磨削方式（rubbing way）、方向及机床刚性 （machine rigidity）
2013-7-19
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
6.1.3 陶瓷的研磨、抛光加工
一、陶瓷的研磨（grinding） ①研磨加工是利用涂敷或压嵌游离磨粒与研磨剂的混合物在一定刚性的软质研具上， 研具与工件向磨粒施加一定压力，磨粒作滚动与滑动，从被研磨工件上去除极薄的余 量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法，研磨加工示意图如下图。
2013-7-19
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
第二节 陶瓷的特种加工技术
6.2.1 电火花加工 电火花加工的原理是基于工件和工具（正、负电极）之间脉冲性火花放电时 的电腐蚀现象来蚀除（corrosion removing）多余的金属，以达到对零件的尺寸、 形状以及表面质量预定的加工要求。下图为放电加工示意图
压力 磨粒 研磨液
压力 磨粒
工件
工件
研具 (a)
研具 (b)
研磨加工示意图
2013-7-19
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
②研磨过程材料剥离的机理主要是以滚碾破碎为主。磨粒越粗，材料剥离率越大， 研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但却容易使球 面出现机械损伤，导致表面粗糙度相对较低。 ③研磨工程陶瓷用的磨料一般采用B4C和金刚石粉，磨料粒度范围为250~600目，冷 却液可选用煤油或机油。但对于较大尺寸的制品，不适合采用端面研磨机加工，通常 采用研磨砂布进行加工。
陶瓷ppt课件
粗，气孔 气孔较小，
较大，表 结构均匀，
面施釉， 施釉或不
制作不够 施釉，制
精细
作精细
瓷器的坯体致密，基本上不吸水，有一定的半透明性，断面成石状或贝 壳状。
表3-3日用瓷器分类
名称
炻瓷类
普通瓷器
细瓷器
特征
吸水率一般不 吸水率一般不 吸水率一般不
大于3％透光 大于1％有一 大于0.5％，
性差，通常胎 定透光性，断 透光性好，断
5.烧结或烧成
图2.9 粉状成型体的烧结过程示意
影响烧结的因素
① 物料的粒度 ② 物料的结晶化学特性 ③ 添加物的作用 ④ 烧结温度与保温时间 ⑤ 烧结气氛 ⑥ 物料颗粒的接触及压制情况
烧结温度对刚玉莫来石结合的刚玉制品性能的影响
烧结温度/℃ 气孔率/%
密度/g﹒cm3 耐压强度/MPa
1700 16.1～20.2 3.06～3.23 100～110
中国陶瓷珍品之清青花
景德镇传统名瓷之一的薄胎瓷
景德镇传统名瓷之一的雕塑瓷
景德镇传统名瓷之 一的粉彩瓷
景德镇传统名瓷 景德镇传统名瓷
之一的玲珑瓷
之一的青花瓷
我国的陶瓷发展经历了三个阶段，取得三个重大突破： 三个阶段：a. 陶器
b. 原始瓷器(过渡阶段) c. 瓷器 三个重大突破：a. 原料的选择和精制
第二章粉体的制备与合成
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
第二节 粉体的物理性能及其表征
2.2.1 粉体的粒度与粒度分布
一、粉体颗粒
粉体颗粒――指在物质的结构不发生改 变的情况下，分散或细化得到的固态基 本颗粒。 一次颗粒――指没有堆积、絮联等结构 的最小单元的颗粒。 二次颗粒――指存在有在一定程度上团 聚了的颗粒。 团聚――一次颗粒之间由于各种力的作 用而聚集在一起称为二次颗粒的现象。
表面分析要求电子束或离子束在样品内的传统深度小于200nm。
2020/5/8
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2.2.4 粉体颗粒晶态的表征
1. X射线衍射法(X-Ray Diffraction，XRD)
基本原理是利用X射线在晶体中的衍射现象必须满足布拉格(Bragg)公式： nλ=2dsinθ
具体的X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉末法、衍射仪法等，其中常用于 纳米陶瓷的方法为粉末法和衍射仪法。
吸收技术，低角度散射和线叠加
β射线吸收
外表面积渗透 总表面积、气体吸收或压力变化，重力变化，热
导率变化 脂肪酸吸收，同位素，表面活性剂，溶解热 全息照相，超声波衰减，动量传递，热金属丝蒸
发与冷却
2020/5/8
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2.2.2 颗粒形状、表面积和扫描技术
获取颗粒形貌的主要目的是获取颗粒反应活性的信息，要准确知道颗粒尺寸、 颗粒尺寸分布、总的表面积和颗粒的体积分布等变量。还可以根据颗粒尺寸分布 状况来判断烧成过程种收缩的影响因素，判断细颗粒的含量对烧成收缩的影响等。 有关的图象处理计数软件很多，如Kontron MOP和Leitz ASM，LEICA等。 描述粒径分布的方式：一是将获得的数据拟合成标准的函数分布（标准分布、 对数标准分布）；另一种方法是利用绘图来表示有关结果。
陶瓷材料的烧结
d 1 DlVm P * dt t RTa 2
晶界扩散：
空位浓度差为：
2 1 1 s P Pa Pr s a r x r
, Vm s Cv Cv RTr
a x r
蒸汽压差为：
V p p m s RTr
其中，γs为固相的表面能，Vm’为空位摩尔体积，Vm为固相的摩尔体积。由于上 述体积压力差、空位浓度差和蒸汽压差的存在，促使物质扩散。
2013-7-29
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
5.3 固相烧结过程及机理
初始阶段 中间阶段
最终阶段
固相烧结一般可分为三个阶段：初始阶段，主要表现为颗粒形状 改变；中间阶段，主要表现为气孔形状改变；最终阶段，主要表现为 气孔尺寸减小。
2013-7-29
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
5.3.1 双球模型（two-particle model）
2013-7-29
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
二、溶解-沉淀（disolvation – precipitation）
浓度
(a)LPS烧结溶解-沉淀阶段的两晶粒接触示意图．物质迁移的三个 路径，1：溶质的外扩散(□)，2和4：溶解物组分(○和△)向晶粒 接触区域流动，以及3：在接触区域的溶解-再沉淀。 (b)三个组分液相所对应浓度梯度作为r的函数，其中rc是接触半径， h是液相膜厚度
第1章_陶瓷原料
2020/1/22
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
第三节 长石类原料 （一）长石的种类和性质
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，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。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：
钠长石(Ab) 钾长石(Or) 钙长石(An) 钡长石(Cn)
三斜 2.74~2.76
6~6.5 白、灰或无色
钡长石 BaO·Al2O3·2SiO2
Ba[Al2Si2O8]
32.00 27.12 BaO 40.88
单斜 3.37 6~6.5 白或无色
7.5
7.4
1150（异元熔融）
1100
碱性长石系列：KAlSi3O8- NaAlSi3O8 包括透长石、正长石，微斜长石、歪长石，
2020/1/22
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
（三）石英的晶型转化
石英的晶型转化类型有两种： （1）高温型的缓慢转化 （2）低温型的快速转化
2020/1/22
石英晶型转化图释
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
（四）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. 在陶瓷烧成时 ，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。 3. 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响 。 4. 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。
陶瓷工艺学第一章原料ppt课件
伊利石类黏土：由白云母在中性或弱碱性条件下风化形成
.
10
风化过程必须经过漫长的地质时期，并要有适当的条件才能使黏土矿物
形成工业矿床。
粘土的分类
❖ 按成因分类 1.原生粘土：一次粘土，母岩风化后在原地留下来的粘土，产生的可溶性盐
被水带走，因此质地较纯，耐火度高，颗粒较粗，可塑性差； 2.次生粘土：二次粘土、沉积粘土，由河水或风力将风化产生的粘土迁移至
（4）可以估计黏土的成形性能
从化学组成数据可以推断黏土的主要矿物类型，进而估计其成形性能。 如数据中SiO2含量很高，说明夹杂有游离石英，这种黏土可塑性不太 好，但干燥收缩小。如果烧失量过高，则说明黏土中所含有机物或碳 酸盐过多，这种黏土可塑性较好，但烧成收缩较大。
（5）可以推断黏土在烧结过程中产生膨胀或气泡的可能性
黏土是自然界产出的多种矿物混合体，普遍存在于各种类型的沉积岩 中，占沉积岩矿物组成的40%以上
各种富含铝硅酸盐的岩石，如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等， 经过漫长地质年代的风化或热液蚀变作用，均可形成黏土。
经风化或蚀变作用而生成黏土的岩石统称为黏土的母岩。
母岩经风化作用而形成的黏土产于地表或不太深的风化壳以下，而经 热液蚀变作用而形成的黏土常产于地壳较深处。
（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。
五章陶瓷材料的烧结68页PPT
5.3.2晶粒过渡生长现象
晶粒的异常长大是指在长大速度较慢的细晶基体内有少部分区域快速 长大形成粗大晶粒的现象。
在烧结过程中发生异常长大与以下主要因素有关： ① 材料中含有杂质或者第二相夹杂物 ② 材料中存在高的各向异性的界面能，例如固/液界面
能或者是薄膜的表面能等 ③ 材料内存在高的化学不平衡性。
热压法的缺点是生产率低、成本高。
20.09.2019
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
二、热压装置和模具
20.09.2019
（a）电阻间热式；（b）感应间热式； （c）电阻直热式；（d）感应直热式
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
三、热压烧结的驱动力
在热压烧结的初始阶段，假设所有粉体都是规则的球形颗粒立方堆积 在一起，则作用在颗粒接触面积上的有效压力为:
20.09.2019
(a)固相烧结(Al2O3)和(b)液相烧结样品 (来自百度文库8W-1Ni-1F2(wt%))的显微结构
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
5.2.2 烧结驱动力
烧结的驱动力就是总界面能的减少。粉末坯体的总界面能表示为γA， 其中γ为界面能；A为总的比表面积。那么总界面能的减少为：
A A A
20.09.2019
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
三、气孔排除
在烧结中期，相互连续的气孔通道开始收缩，形成封闭的气孔， 根据材料体系的不同，密度范围从0.9至0.95。实际上，LPS烧结比SSS 烧结可以在较低的密度发生这种气孔封闭。气孔封闭后，LPS烧结进 入最后阶段。封闭气孔通常包含来源于烧结气氛和液态蒸汽的气体物 质。
陶瓷工艺原理概述
褐色鹧鸪纹黑釉碗，
该碗 2002 年拍卖价为 1239万港元 。
第二十四页，编辑于星期三：十二点 十分。
LOGO
第二十五页，编辑于星期三：十二点 十分。
在2005年７月１２日伦敦佳士德拍卖
会上，一件绘有“鬼谷下山”场景的元
代青花大罐拍出１５６８．８万英镑，
创下中国艺术品拍卖的纪录。
第二十六页，编辑于星期三：十二点 十分。
第 5页/共 55 页
第五页，编辑于星期三：十二点 十分。
陶瓷的分类
? 按化学成分
氧化物陶瓷：氧化铝（ 3Al2O3·2SiO 2莫来石）、 氧化锆 BaTiO 3钛酸钡瓷，氧化镁。
碳化物陶瓷： SiC、TiC、WC、B4C 氮化物陶瓷： TiN、AlN、Si3N4
第 6页/共55页
第六页，编辑于星期三：十二点 十分。
第 2页/共 55 页
第二页，编辑于星期三：十二点 十分。
陶瓷的定义
?中国认为 ceramic ＝硅酸盐＝无机非金属材料， 《 硅 酸 盐 学 报 》《Journal of the Chinese
Ceramic Society 》。 Ceramic 的起源可能是希腊
字Keramos ，是指“加热土质原料而制成固体物件
一、陶瓷是什么？
? 陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料和 其制品的通称。
? 《陶瓷工艺学》《陶瓷材料学》。
该碗 2002 年拍卖价为 1239万港元 。
第二十四页，编辑于星期三：十二点 十分。
LOGO
第二十五页，编辑于星期三：十二点 十分。
在2005年７月１２日伦敦佳士德拍卖
会上，一件绘有“鬼谷下山”场景的元
代青花大罐拍出１５６８．８万英镑，
创下中国艺术品拍卖的纪录。
第二十六页，编辑于星期三：十二点 十分。
第 5页/共 55 页
第五页，编辑于星期三：十二点 十分。
陶瓷的分类
? 按化学成分
氧化物陶瓷：氧化铝（ 3Al2O3·2SiO 2莫来石）、 氧化锆 BaTiO 3钛酸钡瓷，氧化镁。
碳化物陶瓷： SiC、TiC、WC、B4C 氮化物陶瓷： TiN、AlN、Si3N4
第 6页/共55页
第六页，编辑于星期三：十二点 十分。
第 2页/共 55 页
第二页，编辑于星期三：十二点 十分。
陶瓷的定义
?中国认为 ceramic ＝硅酸盐＝无机非金属材料， 《 硅 酸 盐 学 报 》《Journal of the Chinese
Ceramic Society 》。 Ceramic 的起源可能是希腊
字Keramos ，是指“加热土质原料而制成固体物件
一、陶瓷是什么？
? 陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料和 其制品的通称。
? 《陶瓷工艺学》《陶瓷材料学》。
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7.烧结性能
通指粘土在烧结过程中所表现出的各种物理化学变化及性能。
8.耐火度
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。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
（四）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，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。
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。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
(二）粘土的组成
粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组 成和颗粒组成。 1、粘土的化学组成
（5） H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
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。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2. 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：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离 原母岩后，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。
第一章 陶瓷原料
第一节 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 µm，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物组成。
粘土的成因：
1. 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）。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2021/3/7
各种粘土矿物的差热曲线
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
2021/3wk.baidu.com7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
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
高岭石
2021/3/7
叶腊石
伊利石
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
a．高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石
是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
b．蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要
（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）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％ ：瓷制品呈白色，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.膨胀性
膨胀性是指粘土吸水后体积增大的现象。这是由于粘土在吸附力、 渗透力、毛细管力的作用，水分进入粘土晶层之间、或者胶团之间所致， 因此可分为内膨胀性与外膨胀性两种。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
6.收缩
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。
下图所示的结构模型图。
2021/3/7
层状结构粘土矿物晶体结构模型图
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
3、颗粒组成
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
（三）粘土的工艺性质
1.可塑性 可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定
外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保 持受力时的形状的性能。 2.结合性
粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有 一定干燥强度的能力。 3.离子交换性
粘土颗粒带有电荷，其来源是其表面层的断键和晶格内部被取代的 离子，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为 离子交换性。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
4.触变性
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。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。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。
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。
2021/3/7
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
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。
c ．伊利石类 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的 中间产物。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。
通指粘土在烧结过程中所表现出的各种物理化学变化及性能。
8.耐火度
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。
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（四）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，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。
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。
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(二）粘土的组成
粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学组 成和颗粒组成。 1、粘土的化学组成
（5） H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。
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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。
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2. 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：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离 原母岩后，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。
第一章 陶瓷原料
第一节 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 µm，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物组成。
粘土的成因：
1. 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）。
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各种粘土矿物的差热曲线
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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
高岭石
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叶腊石
伊利石
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a．高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石
是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
b．蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要
（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）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％ ：瓷制品呈白色，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.膨胀性
膨胀性是指粘土吸水后体积增大的现象。这是由于粘土在吸附力、 渗透力、毛细管力的作用，水分进入粘土晶层之间、或者胶团之间所致， 因此可分为内膨胀性与外膨胀性两种。
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6.收缩
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。
下图所示的结构模型图。
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层状结构粘土矿物晶体结构模型图
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3、颗粒组成
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（三）粘土的工艺性质
1.可塑性 可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定
外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保 持受力时的形状的性能。 2.结合性
粘土的结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有 一定干燥强度的能力。 3.离子交换性
粘土颗粒带有电荷，其来源是其表面层的断键和晶格内部被取代的 离子，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为 离子交换性。
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4.触变性
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。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。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。
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。
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化学组成在一定程度上反映其工艺性质。
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。
c ．伊利石类 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的 中间产物。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。