第4章 陶瓷坯料

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– 碱金属氧化物：由长石引入。烧成前调节可塑性，烧成时作为助熔剂。总量 应控制在5%以下，否则将急剧降低坯体的烧结温度和热稳定性。
– 碱土金属氧化物：与碱金属氧化物共同起助熔作用。少量可相对提高胎体热 稳定性和力学强度，提高白度和透明度，减弱铁、钛的不良着色影响。
– 着色氧化物：影响外观。 » 铁多钛少，还原气氛，白里泛青。 » 铁少钛多，氧化气氛，白里泛黄。 » 铁<1%，钛<0.2%
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镁质瓷
– 定义：是以含MgO的铝硅酸盐为主晶相的陶瓷。包括滑石质瓷、镁橄榄
石瓷、尖晶石瓷和堇青石瓷。
– 主晶相属于“MgO-Al2O3-SiO2”三元相图
滑石质瓷区
低介电损耗 滑石质瓷区
原顽火辉石
堇青石瓷区
镁橄榄石瓷区
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– 滑石质瓷
• 相组成：原顽火辉石为主晶相，少量的斜顽火辉石和方石英，少量的 玻璃相。
• 实际配 方： 骨 灰：20%-60%，长石：8%-22% ，高岭土：25%45%，石英：9%-20%
• 骨灰应在50%左右，太过则瓷质发黄，坯体可塑性较差。 • 可采用注浆法或可塑成形法成形。
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– 瓷质特点： • 半透明性好。β-Ca3（PO4）2，钙长石晶相与玻璃相折射率接近，散射不大
坯料中Al2O3含量不低于 2mol
Al2O3/SiO2=1:5
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– 长石质瓷的示性矿物组成
• 示性矿物组成：指在成瓷的前提下，原料中的矿物比例。
硬质瓷：莫氏硬度大于7
的瓷器。烧成温度高、莫来 石含量高。
软质瓷：莫氏硬度小于7
的瓷器。熔剂含量高、烧成 温度低、莫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ石含量少。
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﹁ 新 材 料 工 艺 学 ﹂
目录
第1篇
陶瓷工艺学基础
第一章 绪论-陶瓷史 第二章 粉体制备与合成 第三章 陶瓷原料 第四章 陶瓷坯料 第五章 陶瓷釉料 第六章 陶瓷坯料成型 第七章 干燥与烧成 第八章 陶瓷的显微结构
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一、坯料类型
二、坯料组成的表示
陶瓷三、坯配料料计算
• 实际配方：滑石65—75%，粘土8—12%，长石6—10% • 特点：
– 滑石过多，坯体可塑性差；粘土过多，烧成范围变窄。 – 滑石需煅烧。
– 瓷坯老化：随着时间而发生粉化、开裂、强度降低、介电性能恶化等现象
。原因：原顽火辉石向斜顽火辉石或顽火辉石转化。 – 防止措施：控制堇青石含量，并抑制原顽火辉石相斜顽火辉石转化。控制晶
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骨质瓷以“Ca3(PO4)2-CaO∙Al2O3∙2SiO2-SiO2”三元相图为理论基础 骨质瓷坯料的组成主要分布在低共熔点的左侧附近
• 骨质瓷的化学组成 。 主要由SiO2、Al2O3、 P2O5 、CaO组成。 1.97～9.08 SiO2 1.15～8.3RO • Al2O3• 0.35～2.67 P2O5
快烧。 • 色调纯。叶腊石中含铁量低。
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二、配料依据
产品的物理化学性质及使用性能要求。 根据经验配方进行调整可提高效率。 了解各种原料对产品性能的影响。 配方应满足生产工艺要求。 在保证质量前提下，尽可能采用廉价原料进行配料。
三、配料计算
坯料组成的表示方法
性好。
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长石质瓷以“K2O-Al2O3-SiO2”三元相图为理论基础 长石质瓷坯料的组成主要分布在莫来石（M）和低共熔点（E）的连线两侧
– 长石质瓷的化学组成
• 从统计上看，长石瓷的化学组成范围是： SiO2：65%-75%、Al2O3：19%-25% 、R2O+RO：4%-6%
• 各化学组分的作用
– SiO2 ：以“熔融石英”、“半安定方石英”、“残余石英”和“莫来石组成 部分”的形式存在。含量>75%时，产品易炸裂。（石英晶型转变的体积效 应）。石英原料<35%
– Al2O3 ：可提高瓷的化学稳定性、热稳定性、力学性能、白度等。含量多则 瓷的烧结温度高，过少(<15%)则坯体易熔、易变形。
– 特点：采用二次烧成工艺（高温素烧，低温釉烧 ）。烧成温度低，易变形。半透明性好，脆。热 稳定性差。
– 多用于艺术瓷和日用瓷。
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绢云母质瓷
– 定义：以绢云母作助熔剂的“绢云母—石英—高岭土”的三组分系统。 – 绢云母通过瓷石引入。 – 烧成温度范围较宽（1250°C-1450°C） ，实际通常<1350°C – 相组成：石英，方石英，莫来石，玻璃相 、气孔 – 特点：
– 粘土矿物 63.08% – 长石矿物 28.62% – 石英矿物 8.3%
– 配料量表示法
• 用原料的质量百分数（或质量）来表示配方组成的方法。最常见的表 示方法。直观，易记。如： – 石英：13%，长石：22%，宽城土：65%，滑石：1%
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从化学组成计算实验式
– 计算步骤
– 包括四种，即：实验式表示法、化学组成表示法、示性矿物表示 法、配料量表示法。
– 实验式表示法
• 以各种氧化物的摩尔比来表示。
• B2O3和P2O5归于酸性氧化物。
a R2O
b RO
碱性
• 例如：
0.0872 K2O 0.1224 Na2O 0.0823 CaO
0.0319 MgO
0.9795 Al2O3 0.0205 Fe2O3
• 实际配方：瓷石：70%-30%，高岭土：30%-70%
磷酸盐质瓷（骨质瓷）
– 定义：以骨灰（磷酸钙）作助熔剂的“磷酸盐—石英—长石”的三组分 系统。
– 通常采用二次烧成法。低温素烧（850℃-900℃) ，高温釉烧（1200℃1280℃)。
– 相组成：玻璃相，β-Ca3（PO4）2，钙长石，方石英，莫来石、气孔
，在玻璃相不太高的情况下，具有很好的半透明性。
• 机械强度低，热稳定性差。原因在于：β-Ca3（PO4）2晶相和钙长石晶相的
机械强度低，线胀系数大。
• 烧成温度范围窄。一方面，在接近烧成温度附近，生成的钙长石溶于液相，
且速度快，则此时液相急剧增加；另一方面，磷酸盐玻璃的高温粘度小，高温 粘度系数大。通常采取在烧成温度下延长时间保温，即低温保温，防止液相增 加太快导致制品变形过大。 • 还原焰下烧成，灯光下淡绿色调；氧化焰下，纯白，色调柔和
示性矿物组成：长石：
20%-30%，石英：25%-35%， 粘土：40%-50%。
– 长石质瓷的实际配方
• 实际配方：在示性矿物组成的基础上，根据实际生产情况而制定的生 产配方。
– 粘土：可塑性差，可引入强可塑性粘土，如膨润土（<5%）。可塑性太强， 可部分煅烧粘土，或提高瘠性料比例。
– 长石：需考虑成形性能、烧成温度范围等因素。通常长石中的钠长石含量 <30%。
四、坯料的成型性能
五、坯料的制备
六、坯料添加剂
一、坯料类型
长石质瓷
– 定义：以长石作助熔剂的“长石—石英—高岭土”的三组分系统。 – 烧成温度范围较宽（1250°C-1350°C） – 相组成：玻璃相，莫来石，残余石英，半安定方石英、气孔 – 特点：
• 白度高、具有半透明性。 • 吸水率低，瓷质坚硬，断面呈光泽的贝壳状，机械强度高，化学稳定
Fe2O3 0.81
CaO 1.15
MgO 0.32
K2O 2.05
单位：wt％
Na2O I.L
总计
1.89 5.54 100
*L.I（烧失量）：指坯料在烧成过程中所排出的结晶水、碳酸盐分解出
的CO2、硫酸盐分解出的SO2，以及有机杂质被排除后物量的损失。一般 要求小于8%。
– 示性矿物组成表示法
• 以纯理论的粘土，石英，长石等矿物来表示的方法。例如：
酸性
•c R2O3 •d RO2
中性或两性
4.232 SiO2
• 坯料中，通常取中性或两性氧化物摩尔数总数为1. • 釉料中，通常取碱性氧化物摩尔数总数为1.
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– 化学组成表示法
• 以坯料中的各组成氧化物的质量百分比来表示配方组成的方法。
组成
SiO2 63.37
Al2O3 24.87
25% 、石英18%-22% 。
– 特点：
• 锂质瓷具有很小的热膨胀系数。 • 烧成温度范围窄，强度低。解决方法：部分坯料制成熔块。 • 施釉困难。膨胀系数不匹配。
叶腊石质瓷
– 定义：以叶腊石代替坯料中的粘土制得的陶瓷。 – 特点：
• 热稳定性好。胎体膨胀系数大，使釉面受压应力。 • 力学强度高。钾钠含量低、玻璃相少，晶相多，致密度高。 • 宜快烧：叶腊石含结构水少，且脱水缓慢，烧成收缩小，故适应低温
粒尺寸，抑制出现游离石英，特别是方石英的转化。消除瓷坯老化和结构应 力。
硅灰石质瓷
– 定义：以硅灰石代替坯料中的长石制得的陶瓷。具有坯料干燥收缩和烧
成收缩小的特点。
– 特点：
• 硅灰石与高岭石反应生成钙长石与石英，该过程体积收缩只有9%左右 ，远小于高岭石分解时的20%。
• 硅灰石晶体呈针状，可为水分快烧排除提供通道，故可快速干燥，且 不易分层。
• 硅灰石的受热膨胀与温度呈线性关系，故适应低温快烧。 • 坯体烧成范围窄，可引入氧化铝、氧化锆、石英等扩大烧成范围。
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锂质瓷
– 定义：以锂辉石或其它含锂原料代替坯料中的长石制得的陶瓷。具有较
好的高温热稳定性优点。 – 锂质瓷矿物组成：锂辉石25%-30%、高岭土15%-20% 、塑性土20%-
– 例题
• 瓷坯的化学组成如下，求瓷坯的实验式。 组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 总计 % 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100
• 解： ① 将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成百分数
组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计 % 67.09 26.33 0.8575 1.217 0.3388 2.170 2.001 100 ① 将各氧化物百分数除以各氧化物的摩尔质量，得到各氧化物的摩尔数。 组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O mol 1.16 0.2583 0.0054 0.0217 0.0084 0.0230 0.0323 ① 将中性氧化物的摩尔总数算出：0.2583+0.0054 = 0.2637 ② 用0.2637分别除各氧化物的摩尔数，得到一套以R2O3系数为1的各个氧化物 的系数
0.05%）氧化钴降低杂质离子的着色。
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– 常见类型
• 高粘土质硬质瓷：粘土>５０％，石英<３０％ ，长石>２０％。
– 特点：烧成温度高，机械强度高，热稳定好，透 明性差。
– 粘土含量高，为防止收缩太大，可加入２０％的 熟粘土。多用于化学瓷，耐热瓷，高压电瓷，研 磨体（球磨罐），日用瓷。
• 高长石质瓷：长石>30%，石英10%-30％， 粘土25%-50％。
• 半透明性好，瓷体中熔体含量高。 • 相同条件下，烧成温度低，石英颗粒细，易熔。 • 还原焰烧成，瓷质白里泛青。
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– 绢云母瓷的化学组成
• 与长石瓷的化学组成相近。 SiO2：60%-70%、Al2O3：22%-30% 、R2O+RO：4.5%-7%
• 示性矿物组成： 绢云母：30%-50%，石英：15%-25%，高岭土：30%-50%，其 它：5%-10%
• 白度高。粘土用量少，原料中铁含量极低，且少量的铁在磷酸盐中以6配位形
式存在，铁离子不显色。其白度一般在80以上。
• 光泽好、釉面平整度好。一般采用二次烧成，特别是高温素烧，低温釉烧时
，因为釉烧过程中基本无素烧时的化学反应，所以不再有气体排除。
• 呈色：还原焰下烧成，灯光下淡绿色调；氧化焰下，纯白，色调柔和
– 各氧化物成分之间的关系
• 为表征它们的成分特征与性能间的关系，采用坯式中SiO2/Al2O3坐标 图说明。令R2O+RO=1。
我国（RO+R2O）:（1.9-4.5） Al2O3:（12-20）SiO2，烧成 温度1300℃左右
国外（RO+R2O）:（4.0-6.0） Al2O3:（20.5-27.5）SiO2，烧 成温度1400℃左右
– 石英的作用：烧成前调节可塑性，烧成时一方面，融于长石玻璃中，提高液 相粘度；另一方面，转化为方石英构成骨架，提高胎体强度。
– 滑石：引入滑石可降低烧成温度20℃-30℃。扩大烧结范围，促进莫来石化 。过多则有利于胎体热稳定性。
– 废瓷粉：调节可塑性，改善坯釉结合性。 – 磷酸盐物料：降低铁、钛等着色离子的影响。氧化焰时，可加入微量（
① 化学组成含灼减成分时，换算 为不含灼减的化学组成。
② 计算各氧化物的摩尔数。
（坯）化学组成
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①
②
示性矿物组成
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实验式（坯式）
③
⑤
④
配料量
（知原料化学组成）
③ 计算中性氧化物的摩尔数之和。
④ 将各氧化物的摩尔数除以中性氧化物摩尔数之和。
⑤ 将各氧化物的摩尔数值按RO·R2O3·RO2的顺序排列为实验式。