05第二章 制备陶瓷材料的原料

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3.1 按成因分类 (1)原生粘土:又称一次粘土、残留粘土，是母岩风化崩解后在原地残留下来 的粘土。特点：此种粘土因由风化而产生的可溶性盐类溶于水中，被雨水冲走， 只剩下粘土矿物和石英砂等， 故质地较纯， 耐火度较高， 但往往含有母岩杂质(石 英、云母、石膏、方解石、黄铁矿等)，颗粒较粗，因而可塑性较差。高岭土常 为原生粘土。 （2）次生粘土：又称二次粘土、沉积粘土，是由风化形成的粘土，经雨水、 河流的漂流(有时也有风力作用)，迁移至盆地或湖沼水流缓慢的地方沉积下来， 而形成的粘土层。特点：由于漂流迁移而沉积下来的粘土颗粒很细，而且在漂流 和沉积过程中夹带了有机物质和其他杂质，因而可塑性较好，耐火度较差，并因 混入呈色杂质而显色。 3.2 按可塑性分类 (1)高可塑性粘土。又称软质粘土或结合粘土。其分散度大，多呈疏松状、 板状或页状。如粘性土、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，多呈致密块状如：焦宝石、 碱石、瓷石等。 3.3 按耐火度分类 (1)耐火粘土。耐火度在1580℃以上，是比较纯的粘土，含杂质较少，为细 陶瓷、耐火制品、耐酸制品的重要原料。 (2)难熔粘土。耐火度介于1350-1580℃之间，含易熔杂质在10-15%。可作炻 瓷器、陶器、耐酸制品、装饰砖及瓷砖的原料。 (3)易熔粘土。耐火度在l380℃以下，含有大量的各种杂质，其中危害最大 的是黄铁矿，在一般烧成温度下它能使制品产生气泡、溶洞等缺陷，多用于建筑 砖瓦和粗陶等制品。 3.4 根据其主要矿物组成类型进行分类 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。
第二章
制备陶瓷材料的原料
陶瓷材料为多相的无机非金属材料， 所用原料大部分是天然的矿物原料或岩 石原料，其中多为硅酸盐矿物。 大多数先进陶瓷对原料的要求很高， 需要采用均一、 高纯度的人工合成原料。 1、原料分类 通常，陶瓷原料的分类是根据不同的工艺特性、传统习惯及原料性质等不同 角度进行的。 （1）根据原料的工艺特性分为： 可塑性原料；非可塑性原料（或瘠性原料） ；熔剂性原料。 （2）根据原料的用途分为： 瓷坯原料；瓷釉原料；色料及彩料原料。 （3）根据原料的矿物组成分为： 粘土类原料；硅质原料；长石质原料；钙质原料；镁质原料。 （4）根据原料的获得方式分为： 矿物原料；化工原料。 一般，我们把所需的陶瓷原料归纳为三大类原料，即具有可塑性的粘土类原 料，具有非可塑性的石英类原料，熔剂原料。 2、陶瓷原料的选择: 陶瓷所用原料的选择， 首先是保证其经加工后能生成制品所需的各种晶相和 玻璃相等组成，其次是保证能适应在加工处理过程中所需的各种工艺性能。 具体说来，结构中晶相的生成，就需要一类能生成晶相的原料：如能生成 莫来石晶相的高岭土或粘土，能生成石英晶相的石英原料，能生成斜顽火辉石的 滑石类原料，能生成刚玉晶相的氧化铝或高铝原料，以及能生成磷酸三钙晶相的 骨灰原料等等；另一类是能生成玻璃相的所谓熔剂原料：如长石、滑石、钙镁的 磷酸盐等等。而加工过程所需的工艺性能，则往往希望陶瓷原料具有能进行塑性 加工的可塑性原料，能减少干燥和烧成中收缩的非可塑性原料(也称瘠性原料) 等。
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3．可以推断粘土煅烧后的呈色。 Fe2O3、TiO2是能引起坯体显色的杂质，随着Fe2O3含量的不同，烧后颜色不 同，如表1-2所示。
如在还原气氛下进行煅烧，由于 Fe2O3 有部分被还原成为 Fe0，则呈色一般 为青、蓝灰到蓝黑色，同时降低粘土的耐火度。 4．可以估计粘土的成形性能。 如: SiO2含量很高，可说明该粘土中除粘土矿物外，还夹有游离石英，这种 粘土的可塑性不会太好，但收缩较小。 如果在高岭石类粘土中灼烧减量高于14％；在叶蜡石粘土中灼烧减量高于5 ％；在多水高岭石和蒙脱石类粘土中灼烧减量高于20％；在瓷石中灼烧减量高于 8%；则说明粘土中所含的有机物或碳酸盐过多，这种粘土其烧成收缩必然较大， 在使在配料和烧成工艺上要考虑解决。 5．可以推断粘土在烧结过程中产生膨胀或气泡的可能性。 粘土中的 CaO、MgO：往往是以碳酸盐或硫酸盐的形式存在，如含量多，在 煅烧时有大量 CO2、SO2 等气体排出，操作不当时容易引起针孔和气泡。使粘土 产生膨胀的主要原因之一是 Fe2O3 的存在。 在氧化气氛下， 在 1230-1270℃以前， Fe2O3 是稳定的，如果温度继续升高则 Fe2O3 将按下式分解而放出气体，引起膨 胀。 3 Fe2O3 =====2 Fe3O4 + O Fe2O3 ===== 2 FeO + O 2.2 粘土的矿物组成
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粘土是多种微细矿物的混合体， 因此粘土中所含的各种微细矿物的种类和数 量是决定这种粘土的性质的主要因素。为便于研究粘土的矿物组成，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。 粘土矿物是组成粘土的主体，是决定粘土性质的主要成分。粘土矿物的种类 和性质已如前所述，主要为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类，以及较少见的水铝 英石等。 除此之外，粘土形成过程中，常由于岩石风化未完全，或由于其他因素而混 入一些非粘土矿物和有机物质，这些物质我们统称为杂质矿物。例如：石英和母 岩残渣；碳酸盐及硫酸盐类；铁和钛的化合物；有机杂质如褐煤、蜡、腐殖酸衍 生物等使粘土呈暗色，甚至黑色，但在煅烧时能被烧掉。 2.3 颗粒组成 颗粒组成：粘土中含有的不同大小颗粒的体积百分比含量。 <1um的细颗粒愈多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高， 而且烧结 温度低。 片状（比表面积大，表面能高）比杆状堆积面大，塑性大，强度高。 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。 可塑性是粘土的主要工业技术指标， 是粘土能够制成各种陶瓷制品的成形基 础。 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。 粘土的这一性质能保证坯体有一定的干燥强度，是坯体干燥、修理、上釉等 的基础。 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。 4.触变性（稠化性） ：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低
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从而其机械强度、热稳定性、化学稳定性越好。但其分散度较小，可塑性较差。 (2)反之，杂质越多，耐火度越低，烧后不够洁白，莫来石晶体较少，但可 能其分散度较大，可塑性较好。 2．蒙脱石类 以蒙脱石为主要矿物的粘土叫膨润土（或蒙脱土） 。 蒙脱石最早发现于法国蒙脱利龙地区，故此命名。一般把这个命名同时用于 除蛭石以外的具有膨胀晶格的一切粘土矿物，总称为蒙脱石类矿物(或微晶高岭 石矿物)。 工艺特点： ①蒙脱石的特性是能够吸收大量的水，体积膨胀；以蒙脱石为主要成分的膨 润土其吸水后体积可膨胀20-30倍。这就是膨润土的名称由来。膨润土在水中呈 悬浮和凝胶状，并具有良好的阳离子交换特性。 ②蒙脱石可塑性好，干燥后强度大，但干燥收缩也大。蒙脱石中A12O3的含 量较低，又吸附了其他阳离子，杂质较多，故烧结温度较低，烧后色泽较差。 蒙脱石矿物的产地在我国分布很广。东北、华北及南方各地都有出产。辽宁 黑山膨润土、江苏祖党山泥、浙江宁海粘土都是以蒙脱石为主要矿物的粘土。 3．伊利石类 伊利石类也泛称水云母类，其组成成份与白云母相似，是白云母经强烈的化 学风化作用，转变为蒙脱石或高岭石的中间产物。 工艺特点：伊利石类矿物的基本结构与蒙脱石相仿，但因其无膨润性，且其 结晶也比蒙脱石粗，因此可塑性较低、干后强度小，而干燥收缩较小，软化温度 比高岭石低。 4、水铝英石 水铝英石是一种非晶质的含水硅酸铝， 它的结构很可能是由硅氧四面体和金 属离子配位八面体任意排列而成。没有任何对称性。它与其它粘土矿物的区别是 它能在盐酸中溶解，而其它结晶质的粘土矿物不溶解于盐酸，但溶解于硫酸。 水铝英石在自然界并不常见，往往少量地包含在其它粘土中，在水中能形成 凝胶层。包围在其它粘土颗粒上。从而提高粘土的可塑性。
Hale Waihona Puke Baidu
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第一节
一. 粘土的成因 1、粘土的定义
粘土类原料
粘土是多种微细矿物的混合体，其矿物的粒径多数小于2um，主要是由粘土 矿物和其他矿物组成的并具有一定特性的(其中主要是具有可塑性)的土状岩石。 粘土矿物：主要是一些含水铝硅酸盐矿物，其晶体结构是由[SiO4]四面体组 成的(Si2O5)n层和由铝氧八面体组成的A1O(OH)2层相互以顶角联接起来的层状 结构。这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的各种性能。 2、粘土的外观： 形态上：有的呈疏松柔软的土状，有的成致密块状。 颜色：有白、灰、黄、黑、红等各种颜色。各种粘土情况千差万别，但在一 定程度上它们或多或少都具有可塑性，这是陶瓷成型的基础。 3、粘土的成因： 粘土是由富含长石等铝硅酸盐矿物的岩石（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作用或热液蚀变作用而形成的。经风化或蚀变 作用而生成粘土的岩石统称为粘土的母岩。 母岩经风化作用而形成的粘土产于地 表或不太深的风化壳以下。母岩经热液蚀变作用而形成的粘土常产于地壳较深 处。 风化作用： 有机械的(物理的)、化学的和生物的等类型。 机械风化作用：由于温度变化、冰冻、水力和风力的破坏而将庞大而硬的岩 石粉碎成细块和微粒，并给化学风化作用创造了大侵袭面积。 化学风化作用：能使组成岩石的矿物发生质的变化。在大气中的CO2、日光 和雨水、河水、海水、氯化物、硝酸盐、硫酸盐等长时间的共同作用，有时还加 上矿泉、火山喷出的气体，含有腐植质酸的地下水的侵蚀，长石类矿石会发生一 系列水化和去硅作用，最后形成粘土矿物。 生物风化作用：由一些原始生物残骸，吸收空气中的碳素和氮素，逐渐变 成腐植土，使植物可以在岩石的隙缝中滋长，继续对岩石进行侵蚀。 3、粘土的分类：
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各种粘土 矿物的 差热曲线
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二. 粘土的组成粘土的性能取决于粘土的组成。 粘土的组成包括：粘土的矿物组成、化学组成和颗粒组成。 2.1 粘土的化学组成 主要化学成分:SiO2、 A12O3 和结晶水 （H2O） 。 少量的碱金属氧化物K2O、 Na2O； 碱土金属氧化物CaO、MgO。着色氧化物Fe2O3、TiO2等。 粘土的化学分析数据在生产上有着重要的指导意义， 它可以帮助我们初步估 计粘土的矿物组成和工艺性能等。 1．化学组成可以作为鉴定粘土的矿物组成的参考。 如：苏州土的化学组成为：Si0246.42％，Al2O3 38.96％，Fe2O3 0.22％， Ca0 0.38％，MgO痕量，K2O、Na2O痕量，灼减14.40%。其化学组成与纯高岭石的 化学组成(Si0246.5％，Al2O3 39.5%，H2O 14%)很接近，则可估计该粘土主要是 高岭石矿物，属于高岭土。 2．可以估计粘土的耐火度的大小。 当化学组成中含碱金属、碱土金属和铁的氧化物较多时，说明该粘土所含的 杂质较多，则其耐火度就较低，烧结温度也较低。当其杂质愈少，Al2O3含量高， 则其耐火度或烧结温度也愈高。根据化学组成的数据，还可用一些经验公式来计 算耐火度的大小。
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如下图所示的结构模型图。
陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有：高岭石类、蒙脱石类和伊利石(水 云母)类等三种，另外还有较少见的水铝英石。 1．高岭石类 主要由高岭石组成的较纯净的粘土称为高岭土。 高岭土首先在我国江西景德 镇东部的高岭村山头发现，现在国际上都把这种有利于成瓷的粘土称为高岭土。 高岭石类矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石是一 般粘土中常见的粘土矿物。 高岭石类矿物的工艺特点： (1)纯度越高的高岭土其耐火度越高，烧后越洁白，莫来石晶体发育越多，