4.1显微结构解析

② 长石
当石英颗粒处于长石熔体包裹之中时，部分石英 溶解于熔体之中，形成高硅氧玻璃相； 当长石玻璃熔体中的钾离子向周边扩散，中心部 位贫钾，其组成逐渐转为莫来石组成，在熔体中 析晶出二次莫来石晶体； 长石熔体流动填充进粘土分解形成的一次莫来石 产物区内，减少空隙。


③ 石英 当烧成温度达到573℃时，β-石英转化为α-石英， 伴随着体积变化效应，会导致大颗粒的石英破 碎。 当温度继续上升时，视条件不同发生各类转变。
在较低温度下烧成时就保留其完整的原始外形； 在较高温度下烧成时，石英颗粒边缘熔融，外形逐 渐趋向浑圆，其周边有一圈熔蚀边； 有时可以在颗粒边界上析出犬齿方石英。
2. 形成过程
一般陶瓷生坯的组织结构是在连续的粘土基质 中分散分布着石英、长石，既存在着二元接触， 也存在着三元接触。
① 1000℃以下时，主要是粘土矿物的物化变化， 在这个阶段内还存在着有机物的氧化和盐类的 分解与石英在573℃的晶型转变。
③ 颗粒形状
原始颗粒的形状对结构形成的影响表现在坯 体烧结后的密度上。
片状结构的晶体，如滑石 球形结构的颗粒 异形结构的颗粒
3. 外加剂
① 外加剂与结晶相形成固熔体，增加晶格缺陷， 促进晶格扩散，使坯体致密，减少气孔。 ② 外加剂与结晶相在晶界上形成化合物，阻止晶 界移动，抑制晶粒长大。 ③ 外加剂与瓷坯中某些组分形成低共熔物，促进 烧结。
该显微结构可以由原料的种类、配比、颗粒 大小、坯料制备、成形手段、烧成制度等不 同而千变万化。
3. 显微结构中各物相的作用 ① 莫来石：莫来石是普通陶瓷的主晶相，是瓷坯内部 的骨架。 瓷坯中的莫来石分别由粘土形成和从玻璃相中析出。 粘土团粒中形成的莫来石有两类：即发育的较差的 鳞片状莫来石和发育的较好、排列整齐的人字形莫 来石； 玻璃相中析出的莫来石为细针状，交织成网状，通 常称之为莫来石鸟巢。
第四章 显微结构与性质
§4.1 陶瓷坯体的显微结构
陶瓷主要有晶相、玻璃相和气相三种相组成。
一般情况下普通陶瓷中显微结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下列几个 组分构成： （按体积计）

玻璃相为40％-65％； 莫来石晶体为10％-30％；


残留石英（含方石英）为10％-25％；
以及少量的气孔。
晶相是决定陶瓷基本性能的主导物相，其种类、发 育状态、完整程度、存在方式、晶体取向、晶体缺 陷等均对陶瓷材料的性能产生影响。
④ 气孔：在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位 置对瓷坯的强度，透光度、致密度、介电性能、 热传导性能、吸湿膨胀性能等都有明显的作用。

气孔一般存在与玻璃相基质中，但也会被包裹于 大晶粒之中。
气孔的存在决定于坯料的组成、成形方法、烧成 工艺。 除了特殊要求外，通常希望瓷坯中的气孔量尽可 能的少。
4. 烧成制度
① 烧成温度：烧成温度制度对瓷坯的密度、晶粒 大小及相的分布等有影响。 ② 烧成气氛：气氛对坯体结构的影响主要表现在 气孔率、晶粒尺寸、矿物组成等方面的变动。
② 玻璃相：瓷坯中玻璃相在形成过程中因条件不 同，其组成不同。
环绕在石英颗粒周围的熔有石英的高硅玻璃相， 热膨胀系数较小； 中间生长有交织成网的莫来石晶体的长石玻璃 相； 在粘土分解产物区内，填充在粘土残骸（一次 鳞片状莫来石晶体）间的玻璃相。
③ 石英：瓷坯中的石英晶体有两种类型，即残留 石英和方石英。 残留石英是石英原料在烧成过程中与其它组分 反应形成低共熔点熔体以及高温下熔解于熔体 中残留下来的。 方石英的形成有两种形式，一是从石英颗粒周 围富硅玻璃相中析出的齿状二次方石英；另一 是石英与非晶质SiO2在干环境中转变成的方石英。
② 粒度分布 粒度分布会影响陶瓷坯体的最终致密度。 若希望坯体高度烧结，原料颗粒大小分布的范围必 须窄。
颗粒大小分布均匀的坯体临界密度可达99.3％，而 颗粒不均匀时，坯体的临界密度为90％。这是因为 在烧结过程中，气孔从晶界分离时，若熔质对气孔 的拉力小，则坯体烧结到临界密度后，气孔会分离 出来。
⑤ 1200-1400℃温度范围内，液相促使扩散过程 加剧，莫来石针状晶体线性尺寸发育长大。石 英颗粒被长石熔体部分熔解，增大玻璃相的高 温粘度；熔蚀边处析出犬齿状方石英，高岭石 分解产物无定形方石英转变成极细小的方石英。
⑥ 冷却过程中，冷却速度很快，一般不会有新的 晶体析出。
由此可见，一次莫来石、二次莫来石、残留 石英、长石玻璃相、大小气孔等构成了普通 陶瓷的显微结构。
二．工艺因素对显微结构的影响 1. 陶瓷原料及配比 ① 陶瓷坯体中的CaO
② 强化陶瓷
③ 滑石瓷
2. 原料粉末的特性 ① 颗粒大小 原料颗粒的粒度大，烧成后瓷坯中晶粒的尺寸平均 增大幅度较小；而原料颗粒粒度小时，成瓷后瓷坯 中晶粒尺寸平均增长幅度较大。

原始颗粒的大小对气孔的大小也有影响，颗粒愈小， 则气孔孔径也愈小。 原始颗粒的大小对液相的影响是原始颗粒愈是细小， 则愈易形成液相，且液相量也较多。
玻璃相是陶瓷坯体中的低熔组成物，其粘度、数量、 分布方式等也对陶瓷材料的性能产生影响。 气孔（气相）是陶瓷材料中不可避免出现的，它的 存在方式、数量、分布状态也对陶瓷材料性能产生 影响。
一． 显微结构的形成 1. 原料的热变化 ① 高岭土： Al2O3· 2SiO2· 2H2O——Al2O3· 2SiO2 ＋ 2H2O↑ 高岭石 偏高岭石 3（Al2O3· 2SiO2）——3Al2O3· 2SiO2 ＋ 4SiO2 偏高岭石 （一次）莫来石 无定性石英 粘土矿物在瓷坯显微结构中出现两种状态的莫来石， 即发育较差的鳞片状的莫来石和发育较好的、排列整 齐的人字型莫来石。
② 1150℃左右时，长石开始熔融，瓷坯中开始出 现多量的熔体，相界接触点处的点状熔体发展 成为熔体网络。
③ 在1200℃左右，长石熔体中碱离子扩散到粘土 分解区，促使粘土形成一次鳞片状莫来石。
④ 在1200-1250℃，长石熔体中K2O量降低，中心 部位组成向莫来石析晶区变化，导致在长石熔 质中析出二次针状莫来石。