第一章 陶瓷的原料 PPT

高铝矾土
2013-8-6
硅线石
陶瓷材料学
4.碱土硅酸盐类原料 a.滑石与蛇纹石 ①滑石
滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组
成，其化学式为 3MgO· 2· 2O，晶体 4SiO H 结构式是Mg3[Si4O10](OH)2，理论化学组成
为：MgO 31.88％，SiO2 63.37％，H2O
4.74％，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。 滑石属2：1型层状结构硅酸盐矿物，其晶 体结构与叶蜡石十分相似。 滑石在普通日用陶瓷生产中一般作为 熔剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑石， 可降低烧成温度。滑石是生产镁质瓷的主
钙长石 CaO·Al2O3·2SiO2 Ca[Al2Si2O8] 43.20 36.70 CaO 20.10 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
长石类矿物的化学组成与矿物物理性质
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（二）长石的熔融特性
1. 钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温度范围宽。 2. 钠长石的开始熔融温度比钾长石低，其熔化时没有新的晶相产 生，液相的组成和熔长石的组成相似，即液相很稳定，但形成的液 相粘度较低。 3. 钙长石的熔化温度较高，熔融温度范围窄，高温下熔体不透 明、粘度也小。冷却时容易析晶，化学稳定性也差。 4. 钡长石的熔点更高，其熔融稳定范围不宽，普通陶瓷产品不采 用它。
石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时
能起反应而生成可溶性的硅酸盐。高温下，石英易与碱金属氧化物作用 生成硅酸盐与玻璃态物质。
石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。
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（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
（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。
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
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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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
化学通式 晶体结构式 理论化学 组成(%) 晶 SiO2 Al2O3 RO(R2O) 系
密度（g/cm3） 莫氏硬度 颜 色
热膨胀系数 （α ×10-8/℃） 熔点（℃）
1550
1725
附 注
碱性长石系列：KAlSi3O8- NaAlSi3O8 包括透长石、正长石，微斜长石、歪长石， 条文长石及钠长石 斜长石系列：NaAlSi3O8- CaAl2Si2O8 包括钠长石、更长石、中长石、拉长石、培 长石及钙长石
石英晶型转化图释
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（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。
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第三节 长石类原料 （一）长石的种类和性质
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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。
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第二节 石英类原料 （一）石英矿石的类型
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。 （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。
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（三）长石在陶瓷生产中的作用
长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物 （K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于 成瓷和降低烧成温度。 熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒 长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。 在釉料中长石是主要熔剂。 长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干 燥收缩利变形等。
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) Na[AlSi3O8]或Na2O· 2O3· Al 6SiO2 K[AlSi3O8]或K2O· 2O3· Al 6SiO2 Ca[Al2Si2O8]或Ca O· 2O3· Al 2SiO2 Ba[Al2Si2O8]或BaO· 2O3· Al 2SiO2
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石英
水晶－结晶良好的 石英
水晶－结晶良好的石英
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（二）石英的性质
石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、TiO2等杂质成分。 二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是α -石英、 β -石英；α -鳞石英、β -鳞石英、γ -鳞石英；α -方石英、β -方石英。
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第四节 其他矿物原料
1.瓷石 瓷石是一 种由石英，绢云 母组成，并含有 若干高岭石，长 石等的岩石状矿
物集合体。瓷石
的可塑性不高， 结合强度不大， 但干燥速度快 。
瓷石粉
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2.叶腊石
叶蜡石属单斜晶系， 化学通式为： A12O3·4SiO2·nH2O， 晶体结构式为： A12(Si4O10)(OH)2,理论化 学组成为：A12O3 28.30％，
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。
二氧化硅（SiO2）在地壳中的丰度约为60％。含二氧化硅的
矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、
岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中 结晶态二氧化硅统称为石英。由于经历的地质作用及成矿条件不 同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。 a.水晶 b.脉石英 c.砂岩 d.石英岩 e.石英砂
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 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。
（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。
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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
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。
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。
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
层状结构粘土矿物晶体结构模型图
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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，（比表面积大，表面能高）片状比杆状堆积面积大，塑 性大，强度高。
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（三）粘土的工艺性质
SiO2 66.70％，H2O 5.00
％。叶蜡石通常呈白色、 浅黄或浅灰色 ，结构和蒙