第1章 原料

4、收缩性P36 原料和坯料的收缩可分为三种：总收缩、干燥收缩、烧成 收缩。 ε干=（L0-L干）/L0×100%
ε烧=（L干-L烧）/L干×100%
注意：总收缩不等于干燥收缩＋烧成收缩。 干燥收缩、烧成收缩↑＝>坯件加热中热应力↑＝> 变形开裂 可能性↑
影响收缩率的因素：
泥料含水率； 成型干坯泥料堆积密度（空隙率）； 配方中的灼减量 （膨润土<3％） 粒度大小，越细，收缩率越大。
岩石：矿物的集合体，是由多种矿物以一定的规律组合而成的。如伟晶花岗 岩是由石英、长石、云母等矿物组合而成的。
3、原料的分类 按来源分为：天然原料与化工原料； 按纯度（对于化工原料）:工业纯(含量80-90％）， 化学纯（含量95-99％），分析纯（99-99.9％），光 谱纯（99.9-99.99％）； 按原料矿物组成分类： 粘土质原料；硅质原料；长 石原料；钙质原料；镁质原料等 按工艺性质分为：可塑性原料、瘠性原料、熔剂性 原料。
（P133，图2-18） 可塑性指标相同时，可出现两种情况：其一为成型应力 小而变形值大；其二是成型应力大而变形小。 生产中如何选择？ 旋坯：应力小，应变大； 手工拉坯：应力大，应变小； 挤坯：应力大，应变小。
2、 结合性 P34 定义：指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有 一定的干燥强度的能力。 表征方法：通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂 的数量及干后弯曲强度来反映。 3、触变性（物化中讲过）P35
二、粘土的主要矿物类型
高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）：
Al2O3· 2 SiO2· 2H2O , 1：1型层状结构硅酸盐，由硅氧四面体和铝 氧八面体层通过共用的氧原子联系而成的双层结构。 外形呈块状、 粒状和板状,颗粒平均大小0.3-3µm。
层间靠氢键结合，结合较 弱，易于滑移。
质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于 水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝 缘性能；具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交 换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已 成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国 防等几十个行业所必需的矿物原料。
2、矿物组成：P17-24高岭石类（包括高岭石、多水高岭石 等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶腊石等）和伊利石（也 称水云母），另外还有一些杂质矿物：石英、铁和铝的氧 化物及氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等。 粘土矿物类型鉴别方法 差热曲线P43 图1-9、X射线衍射、红外吸收光谱。
3、颗粒组成：颗粒大小、粒度分布、颗粒形状。 P32表1－4粘土质点大小对其物理性质的影响 粘土原料颗粒大小的测定：筛分法、沉降法、电子显微 镜观察统计、激光粒度分析仪、声衰法纳米粒度分析仪 等。
普通陶瓷的三大类原料：
可塑性的粘土类原料
提供可塑性，并形成结构 晶相（莫来石）
非可塑性的石英类原料
熔剂原料
形成结构晶相（石英） 形成玻璃相
另外，陶瓷釉料需用各种特殊的熔剂原料，包括化工原料； 辅助材料：石膏和耐火材料；
外加剂：助磨剂、助滤剂、解凝剂、增塑剂和增强剂等。
普通陶瓷的物相组成
瓷碗
蒙脱石的用途多种多样，人们将它的特性运用到 化学反应中以产生吸附作用和净化作用。它还可 以作为造纸、橡胶、化妆品的填充剂，石油脱色 和石油裂化催化剂的原料等，还可作为地质钻探 用泥浆，冶金用粘合剂及医药等方面。
伊利石（也称水云母）：是高岭土和蒙脱土的 中间产物， K2O· 3Al2O3· 6SiO2· 2H2O，三层 结构硅酸盐，呈鳞片状、板条状。 伊利石类矿物基本结构虽与蒙脱石相仿，但因 其无膨润性，且结晶也比蒙脱石粗，因此可塑 性较低，干后强度小，干燥收缩较小，软化温 度比高岭石低。
第一章 原料
一、概述 1、原料的重要性：
原料是陶瓷的根本，是陶瓷工业的粮食，是组织陶 瓷生产的基础。配方原料（原生晶体、化工原料及 次生晶体）本身的化学组成、化学键、晶体结构参 数，都反映到材料的宏观性质上：强度、熔点、热 导、热膨胀系数、电导、化学稳定性等，这些宏观 性质又决定了材料的使用性能。 陶瓷制品的性能和品质的好坏，取决于所选用的原 料和所采用的工艺过程。
第三节 氧化物类原料
一、相关概念 氧化物原料是瘠性原料。 瘠性原料：物料颗粒拌水后，粘合力很 弱，无维持被塑形状不变的能力的物料。 简单来说，物料拌水无塑性者为瘠性原料。
铝-硅尖晶石 莫来石 方石英
一次莫来石与二次莫来石
产物名称 产出机理 一次莫来石 固相反应 二次莫来石 过饱和析晶
产出形状
生成时间
Hale Waihona Puke Baidu
鳞片状、短柱状
升温高火期
针状、交织成网状
升温高火期，冷却高温段
五、粘土原料在陶瓷生产中的作用
① 在常温下可提高坯料的可塑性和结合性，高温下仍 留在坯体中起结合作用； ② 粘土是Al2O3成分的主要提供者，烧成中形成一次 莫来石和二次莫来石； ③ 粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性和稳定性； ④ 粘土原料亲水及干燥后多孔性与干燥强度，使坯、 釉层具有良好吸釉、印花能力； ⑤ 在生产中的不利因素：分解、收缩、杂质、有机物 多、纯度低、定向排列。
1-气孔率变化曲线；2-收缩率变化曲线
1.注意区分烧结温度和烧成温度。
烧结温度是指烧结曲线中的T2，即收缩率最大，气孔率最小时对应的温度。 烧成温度是指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即烧成时的止 火温度。实际上是指一个允许的温度范围，习惯上称之为烧成范围。 烧结范围通常把烧结温度到软化温度之间粘土试样处于相对稳定阶段的温 度范围称为烧结范围。
二、粘土的组成：化学组成、矿物组成、颗粒组成
1、粘土的化学组成：SiO2、Al2O3和结晶水。同时还会含 有少量的碱金属或碱土金属氧化物和着色氧化物等，另外 还会含有有机杂质。P28表1－3 化学组成对陶瓷生产的指导意义： a）Al2O3高低直接判断烧成温度的高低； b）Fe、Ti元素含量影响着色（ P27表1－2）； c）Fe2O3>5%在高温后期（1230-1270℃）大量分解排气； d）灼减量的危害性。
第二节 粘土类原料
一次粘土：岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、长英岩等）在原地风化后残
留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床，一般称为一次粘土(也称为残留 粘土或原生粘土)。主要分布在我国南方，游离石英多，原矿含铁量常达1％ 以上，但含钛很少，粘土颗粒较粗且有机物含量少，故可塑性低，使用时 须淘洗，还原气氛烧成陶瓷，色调白中泛青、透明度高。 二次粘土：指风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离原母岩 后在低洼的地方沉积而成的矿床。主要分布于我国的北方，游离石英少， 含铁与一次粘土差不多，但含钛较高，粘土颗粒较细，有机物组分较多， 可塑性好，铝含量高，耐火度高，高温氧化烧成的陶瓷白中泛黄、透明度 差、机械强度高。 在冲流远距离路途中，粗大粒子优先沉淀，因此流到远处堆积的粘土粒 子很细微，而且石英含有量比一次粘土少了很多，当然可塑性变佳。又因 为冲流中会混入很多杂质，例如有机物，铁份等，所以二次粘土都是有色 的，没有白色的二次粘土。
陶瓷的显微结构
普通陶瓷的物相组成主要包括莫来石、石英、玻璃相、气孔。
第二节 粘土类原料
一、概念 1、什么是粘土：P14（1）主要组成是多种含水铝硅酸盐 矿物的混合体，具有层状结构；（2）颜色多样：白、灰、 黄、红、黑等；（3）颗粒细小多数小于2m；（4）具有可 塑性：当它与水拌和后具有一定的可塑性，可塑造成各种形 状，干燥后能保持其形状不变，且具有一定的机械强度，而 煅烧后能具有岩石般坚硬的性质。 粘土普遍存在于各种类型的沉积岩中，约占沉积岩矿物的 40％以上，是地壳的重要组成部分。 2、粘土的形成：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化、水 解、热液蚀变等作用都可变成粘土。 3、粘土大致上可分为两大种类：一次粘土和二次粘土 P16
三、粘土的工艺性质
1、 可塑性 1）定义与表征方法P33 •可塑性：在超过屈服点的外力作用下，泥团发生塑性变 形，但并不破裂，除去外力后，仍保持变形后形状的性质。 也可以说是可被塑造成为多种形状的性质。
可塑性的表征方法
可塑性指数：表示粘土（坯泥）能形成可塑泥团的水 分变化范围，从数值上是液限含水率减去塑限含水率。 （分别采用华氏平衡锥法和搓泥条法。） 可塑性指标：是指在工作水分下，粘土（或坯料）受 外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。

一、概述
2、陶瓷原料的分布： 地球表层约20km厚的地壳上层部分是各种岩石的硅酸盐带，其中95％为火 成岩，5％为沉积岩，硅酸盐工业原料就是从这里采掘和选用的。 矿物：自然化合物或自然元素，是地壳经过各种物理化学作用的产物，具有 均质化学组成，呈晶体状态存在，并以具有工业意义的矿床聚集产出。如高 岭土、石英、长石等。
蒙脱石类（包括蒙脱石、叶腊石等）:以蒙脱石为主要矿 物的粘土叫膨润土。 Al2O3· 4SiO2· nH2O (n通常大于 2）, 1：2型三层结构硅酸盐，每层由两层硅氧四面体夹 着一层铝氧八面体。 呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒一般小于0.5µ m。 层间引力以分子间力为主，层间力较弱。 易吸水膨胀，干燥收缩大，一般在陶瓷坯料中用量<5% 晶格中的Al3+、Si4+离子可以被置换，具有强的阳离子 交换能力
四、粘土的加热变化
粘土是陶瓷的主要原料，陶瓷在烧成过程中所发 生的一系列物理和化学变化，是在粘土加热变化的基础 上进行的，因此粘土的加热变化是陶瓷制品烧成的基本 理论基础。
粘土加热过程中的变化： （一）脱水阶段（第42-44页）
高岭土的脱水过程： 100-110℃大气吸附水与自由水的排出。 110-400 ℃其它矿物杂质带入水的排出。 400-450 ℃结构水开始缓慢排出。 450-550 ℃结构水快速排出。 550-800 ℃脱水缓慢下来。 800-1000 ℃残余的水排出完毕。 高岭石脱水后生成偏高岭石，同时收缩率增大，吸热效应,失重： Al2O3· 2SiO2· 2H2O = Al2O3· 2SiO2 + 2H2O (偏高岭石）
粘土加热过程中的变化：
（二）脱水后产物继续转化阶段
偏高岭石由925 ℃开始转化为铝硅尖晶石，同 时体积收缩，发生放热效应： 2（Al2O3· 2SiO2 ）= 2Al2O3· 3SiO2 + SiO2
（铝-硅尖晶石）
铝硅尖晶石继续加热到1050 ℃开始转化成莫来 石，分离出方石英，发生放热效应： 3（2Al2O3· 3SiO2 ）= 2（3Al2O3· 2SiO2 ）+ 5SiO2
2.烧结范围宽窄的实际意义。 烧结范围越宽，对烧成设备和烧成工艺控制的要求越低，产品的合格率越 高。 烧成范围越窄，则相反。
7、耐火度P39 表征粘土原料抵抗高温作用不致熔化的性能指标。 采用测温三角锥来进行测定。 粘土的耐火度主要决定于它的化学组成。可根据 原料中的Al2O3/SiO2比值来判断耐火度的高低。 比值愈大，耐火度愈高，烧结范围也愈宽。
习题：
对于一注浆产品，假设当原料平均粒径为10μm时 的干燥收缩率ΔL/Lo=3%, 如果平均粒径为1μm， 试估计其干燥收缩率。（23.6%）
5、烧结性能P37 烧结曲线：反映粘土（坯料、釉料）烧结性能的曲线，它没 有固定的熔点，逐步烧结，具有唯一性。
T1——开始烧结温度； T2——完全烧结温度； T3——软化温度 广义烧结范围：T1——>T3； 狭义烧结范围：T2——>T3。
影响可塑性的因素
固体物料的类型； 颗粒形状、颗粒大小和粒度分布； 颗粒的离子交换能力； 液相的性质（润湿性、粘度）和数量。 一般来说，固体分散性的颗粒越小，分散度越高，比表 面积越大，可塑性越好。
2）生产意义
生产中常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标和相应 含水率等参数来表征粘土可塑性的大小。 可塑性指数在生产中的意义： 指数大，说明成型水分范围宽，泥团可操作性 强（不易受模型本身吸水性波动的影响；不 易受环境气候条件变化的影响；适合复杂与 长时间雕塑成型工艺）。 指数小：成型水分范围窄，泥团可操作性差。