陶瓷工艺学第2章-原料课件

第二章 原料
2.3、长石类原料
— 、长石的种类
1、钾长石 2、钠长石 3、钙长石 4、钡长石
K2O·Al2O3·6SiO2 ； Na2O·Al2O3·6SiO2 ； CaO·Al2O3·2SiO2 ； BaO·Al2O3·2SiO2 ；
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钾长石
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二、长石的作用
二、粘土的组成
粘土的组成包括化学组成、矿物组成和颗粒组成。 1、 化学成分 (1) SiO2：40~78%
SiO2高，砂性重，成型可塑性差，但干燥烧成收缩小。 (2) AL2O3：12~40%
AL2O3高，耐火度高，难烧结 (3)R2O+RO：R2O=0.5~5%，RO=1~6% R2O+RO高，耐火度低，烧成
陶瓷生产的主要原料，占配料中的 40~60%。 一、粘土的定义与分类 1、粘土的定义
是一种或多种呈疏松或胶状密实的含水铝硅酸盐矿物的混合物。 2、特点：是一混合物，无固定化学式，无固定熔点。 3、成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石等经过长期地质 年代自然风化作用或热液浊变作用而形成。
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1 矿物组成
高岭石和伊利石加水时，水分子仅渗入颗粒间；而蒙脱石水分子除进 入颗粒间，还可渗入单位晶胞之间，故其遇水后膨胀要比前者大，触变性
比前者大。
2 粒度大小、形状 颗粒愈细，形状愈不对称，愈易成触变结构。
3 含水量 水量大的泥浆，不易形成触变结构，反之易成触变结构。
特点：常呈色，但可塑性较好，耐火度较差。
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2）按可塑性分类 1 高可塑性粘土。
又称软质粘土、球土或结合粘土，其分散度大，多呈疏松状 或板状，如膨润土、木节土、球土等。
2 低可塑性粘土。 又称硬质粘土，其分散度小，多呈致密块状、石状，如叶腊
石、蕉宝石、碱石、瓷石等。
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4 温度 温度升高，粘土质点的热运动剧烈，使粘土颗粒间的作用力减弱，
不易建立触变结构，从而触变性也小。
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5. 膨胀性 膨胀性是指粘土吸水后体积增大的现象。 分为内膨胀性与外膨胀性两种。
6、收缩 1干燥收缩：粘土经1 1 0 ℃ 干燥后,自由水及吸附水相继排出，粘土颗 粒之间的距离缩短而产生收缩。
4 石英砂 是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流冲击沉积而成，其中杂 质含量较多，用时须进行控制。
2、石英的性质 呈白色，灰白色，半透明状，断面有玻 璃 或脂肪光泽，莫氏硬度7。
密度2.22~2.65；熔融温度1750~1770℃，自然界以β-石英存在。
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二、石英的晶型转化
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（3）伊利石（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O·nH2O） 属水云母矿物。
它是云母水解成高岭石的中间产物，以伊利石为主要矿物的 瓷石是良好的制瓷原料，可以分两组甚至单组分成瓷。
特点：可塑性低，干燥后强度小，干燥收缩小，烧结温度低， 开始烧结温度一般在8 0 0 ℃ 左右，完全烧结温度在1000~1150℃， 烧结范围窄。
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4. 触变性
指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。泥料放置一段时间后，在 维持原有水分的情况下会出现变稠和固化现象。
粘土的触变性主要取决于粘土的矿物组成，粒度大小、形状、 水分含量、使用电解质种类与用量，以及泥浆（或可塑泥料）的 温度等。
1 可塑性 是指粘土物料加一定量水膨润后，可捏练成泥团。在外力作用下，它
变形但不开裂，可塑造成所需要的形状，在外力除去后，仍保持该形状。 2 塑性指数 粘土的液性限度（由塑性状态进入流动状态的最高水量）与塑性限度 （由固体状态进入塑性状态的最低含水量）之间的差值。
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3 塑性指标 指在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力和应变的 乘积。
温度低。 (4) Fe2O3、TiO2 ≤1%；制品烧成后呈红色；
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2、粘土的矿物组成
（1）高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O） 特点：吸附能力小，可塑性和结合性差， 杂质少、白度高、耐火度高。 产地：江苏的苏州土、湖南的界牌土、山 西的大同土和江西的星子土都是以高岭石 为主要矿物的高岭土，是优质的陶瓷原料。
1、低温型快速转化：沿上述纵向的多晶转化。 特点：转化体积变化小，但转化速度快，由是在无液相出现的条件 下进行转化，因而破坏性强。
2、高温型缓慢转化：沿上述的横向的多晶转化。 特点：转化速度慢，又有液相缓冲，所以危害不 很大。
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三、石英在陶瓷生产中的作用
1、加快干燥 在烧成前，石英是瘠性原料，可降低泥料的可塑性，减少成型水分，
4 粘土按其可塑性好坏可分为以下四种： 强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6。 中塑性粘土：指数7~15或指标2.5~3.6。 弱塑性粘土：指数1~7或指标＜2.5。 非塑性粘土：指数＜1。
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5）提高坯料可塑性采用措施： 1 将粘土原矿进行淘洗，或长期风化。 2 把湿润了的粘土或坯料施以长期陈腐。 3 对泥料进行真空练泥。 4 掺用少量的强可塑性粘土。 5 加入增塑剂，如糊精、羧甲基纤维素等。 2、结合性
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1、石英原料的种类
1 脉石英
石 英
属火成岩。外观纯白，半透明，呈油脂光泽，断口
呈贝壳状；SiO2含量达99%，是日用细瓷良好原料。
2 砂岩
是石英颗粒被胶结物胶结而成的一种碎屑沉积
岩。颜色有白、黄、红等色，其SiO2含量为90%~95%。
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3 石英岩 是一种变质岩。系硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶岩石。含 SiO2>97%，是一般陶瓷的良好原料。
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本章要点 本章主要讲述陶瓷生产用的主要原料、辅助原料。原
料物理性能, 各种原料在陶瓷生产中的作用。
天然矿物原料： 主要是粘土类原料；熔剂类原料和瘠
性类原料。
化工原料： 辅助原料和釉料、色料的原料。
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2.1、 粘土类原料
细瓷、工业瓷的坯料。 3、在釉料中加入滑石可改善釉层弹
性、热稳定性，增宽熔融范围。
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滑石
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三、硅灰石
1、硅灰石是偏硅酸钙类矿物，其化学式为 CaO·SiO2 。 2、硅灰石单晶呈斑状或片状，集合体呈片状、纤维状、块状或柱状等。 颜色常呈白色及灰色，具有玻璃光泽。硬度4.5~5，密度2.8~2.9g/cm3,
3 软化温度：继续升温，试样因液相多发生变形。 4 烧结温度范围：烧结温度至软化温度之间温度区间。
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四、我国的粘土原料
1、我国北方的粘土多为次生粘土，含有机质较多，吸附力强，可塑 性好。游离石英和铁质较少。
2、南方的粘土多是原生粘土，有机质含量少，可塑性差，游离石英 多，含钛少而含铁多，一般需淘洗处理。
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3）按耐火度分类 1 耐火粘土。
耐火度＞1580℃，粘土较纯，杂质少，灼烧后呈白色、灰色 或淡黄色，为瓷器、耐火制品主要原料。 2 难熔粘土。
耐火度为1350~1580℃，含易熔杂质在10~15％左右，可作陶 器、耐酸制品、装饰砖及瓷砖的原料。 3 易熔粘土。
耐火度在1350℃以下，含有大量的各种杂质，多用于建筑砖 瓦和粗陶等制品。
2.4、 其他原料
一、碳酸盐类原料
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1．碳酸钙类 这类原料主要有方解石、石灰石、大理 石、白垩等。
2、白云石 白云石是碳酸钙和碳酸镁的固溶体。其 化学式为CaCO3·MgCO3
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石灰石
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二、滑石 1、滑石是天然含水硅酸镁矿物，其
化学式为3MgO·4SiO2·H2O 。 2、滑石用于制造陶瓷釉料或滑石质
五、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。
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2.2、石英类原料
一、石英类原料的种类和性质
提高了陶瓷制品的透光度。
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三、长石的代用原料
1、伟晶花岗岩 伟晶花岗岩是一种颗粒很粗的岩石，一般石英含量为25%~30%，长 石含量60%~70%，其余杂质较少。
2、霞石正长岩 主要为长石类(正长石、微斜长石、钠长石)及霞石的固溶体。次
要矿物为辉石、角闪石等。
霞石正长石岩中Al2O3的含量比正长石高，且几乎不含游离石英。
降低干燥收缩并加快干燥。 2、减小坯体变形
石英在高温时部分溶于液相，提高液相粘度，石英晶型转变的体积 膨胀可抵消坯体的部分收缩，从而减小坯体变形。 3、增加机械强度
残余石英可以与莫来石一起构成坯体骨架，增加机械强度，同时，石 英也能提高坯体的白度和透光度。 4、提高釉的耐磨与耐化学侵蚀性 在釉料中SiO2是生成玻璃的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉 的熔融温度和粘度，降低釉的热膨胀系数，提高釉的耐磨性、硬度和 耐学腐蚀性。
是指粘土结合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定的干坯强度的能力。 一般可塑性好的粘土，其结合性也好。
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3、离子交换性 指粘土颗粒由于其表面层的断键和晶格内部离子的被置换而带有电
荷，它能吸附其他异性离子，这种被吸附的离子又可被其他相同电荷的 离子所置换。
离子交换能力的大小可用离子交换容量来表示。它指pH=7时每100g 干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的毫摩尔数，单位为mmol/100g。 离子交换容量的大小和粘土的种类有关 离子交换容量的大小还和粒子带电机理、结晶程度和有机物含量有关。
2 烧成收缩：干燥后的粘土经高温煅烧，因产生脱水分解作用和液 相填充在空隙中并将颗粒粘结起来，同时又生成一些新的结晶物质， 使体积进一步收缩 3 有线收缩和体收缩两种，体积收缩是线收缩的3倍。
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7、 烧结温度与烧结范围
1 开始烧结温度：粘土无固定熔点，加热到一定温度后（ >900℃）出现液相并逐渐增加，在表面张力作用下，未熔颗粒相 互靠拢，V收缩，气孔率下降，ρ提高。 2 烧结温度：当粘土完全烧结，其气孔率降至最低值，收缩率 达最大值。
长石（瘠性料）在陶瓷原料中是作为熔剂使用的。 1、降低烧成温度
长石是坯、釉中碱金属氧化物(k2O、Na2O)的主要来源，从而降低陶 瓷的烧成温度。
2、提高机械强度和化学稳定性 熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，促进莫来
石晶体的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。 3 、提高透光度 长石熔体填充于各颗粒间，促进坯体致密化。其液相过冷成为玻璃相，
产地：江西的南港瓷石、安徽的祈门瓷石都含有大量石英和 绢云母。
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3、颗粒组成
指粘土含有不同大小颗粒的百分比含量。 蒙脱石、伊利石粘土的颗粒比高岭石类粘土细小，粘土的颗粒 越细，可塑性越强，干坯强度、干燥收缩也越大。
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三、粘土的工艺性质
工艺性质主要取决于矿物组成、化学组成、颗粒组成 1、可塑性
高岭土
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（2）蒙脱石（Al2O3·4SiO2·nH2O，n＞2）
以蒙脱石为主要矿物的粘土称为膨润土。 特点：吸附力强、阳离子交换能力强、 颗粒细小，可塑性极强，能提高坯料可塑 性和干坯强度，但杂质多、收缩大、烧结 温度低，坯料中膨润土的用量一般在5％ 以下。
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膨润土
第二章 原料
第二章 原料
4、粘土的分类
1）按成因分 1 原生粘土。又称一次粘土、残留粘土，它是由母岩风化后残留在原地
形成的。
特点：质地纯，颗粒粗，可塑性较差，耐火度较高。 2 次生粘土。又称二次粘土、沉积粘土，由风化形成的粘土受雨水、风
力的作用迁移到其他地点沉积而形成的粘土层，这种粘土颗粒细，而 且在迁移过程中入很多杂质和有色物质。
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第二章 原料
4）按粘土矿物分类 1 高岭石类粘土。如苏州土、紫木节土。 2 蒙脱石类粘土。如辽宁黑山和福建连成膨润土。 3 水云母类粘土。如河北章村土。 4 叶腊石类粘土。如浙江青田叶腊石。 5 水铝英石类粘土。如唐山A、B、C级矾土。
叶腊石
高岭石
伊利石
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