第一章原料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 原料,第一节 概述,本章重点：介绍粘土、长石和石英这三种主要天然原料的工艺性能及其应用。,本章难点：1、如何将原料的工艺性能与先行课程的理论相联系，保持知识的连续性，同时提高学生的自学能力。2、三种原料的性能与作用：瘠性原料制品的骨架；熔剂原料高温胶粘剂；可塑原料成形粘合剂和制品中的筋腱。,原料的分类,：,根据原料的工艺性能分类：可塑性原料（如各类粘土等），瘠性原料（如石英、熟料等）；熔剂性原料（如长石、莹石等）。,根据原料用途分类：坯用原料，釉用原料，色料及彩料用原料等。,根据原料的组成分类：粘土质原料，硅质原料，长石质原料，钙质原料，镁质原料，有机原料等。,根据原料的获得方式分类：矿物原料，化工原料等。,第二节 粘土类原料,定义：含水铝硅酸盐的集合体，构成粘土的主要矿物被称为粘土矿物，,其矿物粒径多数小于2,（,注：土壤学中定为1,，,而,工程地质学则定为5,）。,成因：产生粘土矿物的地质循环,岩石通过地质构造作用被带到地表,岩石在大气侵蚀和风化下（形成残余粘土，即一次粘土）,在风和水的作用下一些粘土发生搬迁（生成二次粘土即球粘土）,粘土矿物沉积下来，并发生岩化作用（形成如燧石）,发生变质作用来结束整个循环（生成瓷石、蜡石、滑石等）。,举例：长石及白云母转变为高岭石的反应（,P15）,一、粘土的分类,按,成因分类：,原生粘土（即一次粘土或称残余粘土）：含母岩矿物和铁质较多，颗粒较粗耐火度高、可塑性差。,次生粘土（亦称二次粘土或沉积粘土、球土）：颗粒较细，夹带有机物和其它杂质,可塑性高、耐火度低、常显色。,按,可塑性分类,强可塑性粘土（又称软质粘土）。其分散度大，多呈疏松状、板状或页状，如膨涧土、木节土、球土等。可塑性指数15或可塑性指标3.6。,中等可塑性粘土。其分散度较小，如叶蜡石、瓷石。可塑性指数715或可塑性指标2.53.6。,低可塑性粘土（又称硬质粘土）。其分散度小，多呈致密块状、石状，如焦宝石、碱石等。可塑性指数17或可塑性指标2.5。,非塑性粘土。可塑性指数1。,按耐火度分类,耐火粘土。耐火度在1580以上，较纯，烧后多呈白色、灰色或淡黄色，是细陶瓷、耐火制品、耐酸制品的主要原料。,难熔粘土。耐火度在13501580，含杂质在1015%，可作炻瓷器、陶器、耐酸制品、装饰砖及瓷砖的原料。,易熔粘土。一般耐火度在1350以下，含有大量的杂质，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、熔洞等缺陷，多用于建筑砖瓦和粗陶等制品。,粘土的主要矿物类型,高岭石类,高岭石：,化学式,Al,2,O,3,SiO,2,2H,2,O,结构式,Al,4,（Si,4,O,10,）（OH）,双层结构，六方鳞片状，表面电荷不平衡，具有一定的离子交换量,以高岭石为主的粘土有苏州土、紫木节等,注意高岭石矿物含量、杂质含量、烧后颜色等,多水高岭石：,化学式,Al,2,O,3,SiO,2,nH,2,O （n=46）,管状，如叙永土,蒙脱石类：,蒙脱石类（俗称膨润土）：,化学式,Al,2,O,3,4SiO,2,4H,2,O,结构式,Al,4,（Si,8,O,20,）n（OH）,通常,n,大于2。,不规则细粒状或鳞片状,吸附水量可相当大，吸水后体积膨胀达2030倍，具有良好的阳离子交换性和悬浮性,钠膨润土分散性强，在水中能形成稳定的悬浮液；钙膨润土分散性差，不易形成稳定的悬浮液，多为凝聚集合体,应用：石油、造纸、食品、化学、钻探、采矿、农业、制药、铸造、陶瓷和精细化学产品等，据不完全统计现已含膨润土的产品多达500余种。,在陶瓷坯料中用量一般在5%左右，过量将会造成工艺困难。,伊利石,类,组成与白云母相似，是白云母向蒙脱石或高岭石转变的中间产物；,结构与蒙脱石相似，但层间为钾离子，无膨胀性；,绢云母：表面有绢丝光泽，是白云母风化的中间产物的一种,瓷石：由石英、绢云母和及少量其它矿物所组成的硬质粘土，可以单独成瓷。,二、粘土的组成：,要全面了解和研究粘土，必须从以下三方面研究,矿物组成：,粘土矿物的种类和数量,杂质矿物的类型和数量,石英和母岩残渣可用重选法除去，亦可不除去,碳酸盐及硫酸盐：如方解石、菱镁矿、石膏、明矾石等。在干燥或烧成过程中易产生白霜、气泡或熔洞等缺陷,铁和钛的矿物：铁矿物如黄铁矿、褐铁矿等，其中弱磁性的铁矿物是难以除去的；粘土中的铁矿物不仅可使坯体显色，且降低耐火度、影响介电性能及化学稳定性。钛矿物如金红石、锐钛矿和板钛矿，当与铁矿物共存时，在还原焰中烧成呈灰色，在氧化焰中烧成浅黄色或象牙色。,有机杂质：如褐煤、蜡、腐殖酸衍生物。,使粘土显暗色或黑色,在煅烧过程中可被烧掉，但烧尽所需时间与有机杂质的含量有关；过高量的有机质会造成产品表面起泡或针孔,一定量的腐殖质可增强可塑性和泥浆的流动性和稳定性,。,化学组成,表示法硅酸盐全分析，即用硅、铝、铁、钛、钙、镁、钾和钠的氧化物及烧失量表示,作用：,鉴定矿物组成的参考,估计耐火度,推断烧后呈色,估计 成形性能,推断产生气泡或膨胀的可能性,估算矿物的示性组成,颗粒组成,主要问题：,细颗粒（1,m）,含量：属于微晶高岭石，可塑性，收缩在，生坯强度高耐火度低。,粗颗粒含量：主要为石英和母岩残骸，其性能同上相反。,表示方法：,累计分布,粒径分布,细度：过,#,目筛，即原料中颗粒的最大粒径小于该筛的筛孔孔径。,三、粘土的工艺性能,1.可塑性：,定义：含适量水分的粘土泥团，在外力作用下产生变形而不开裂，除去外力后仍保持其形变的性能。,表示方法：,可塑性指数=液限含水量-塑限含水量,可塑料性指数=泥团最初出现裂纹时应力此时的应变量,注：塑限粘土由粉末状态进入到塑性状态时的含水率，液限粘土由塑性状态进入流动状态时的含水率。,粘土按可塑性分类：,影响可塑性的因素,泥团的,组成：泥团=固相颗粒+液相+少量气相,固相：残余石英或母岩种类及多少、粘土矿物的种类及细度。,液相：液相的种类和性质。,气泡的量与大小。,提高坯料可塑性的措施：,淘洗或长期风化：即除去非塑性物质，或风化细化。,湿粘土或坯料长期陈腐（,Aging）。,泥料经过真空处理，减少气泡。,引入适量的强塑性粘土。,引入适量胶体物质。,降低坯料可塑性的措施：与上述相反，或将粘土煅烧。,2.粘土的结合性,定义：粘土能粘结一定细度的瘠性物料，形成可塑泥团并有一定干燥强度的性质。,应用：是坯体进行干燥、修坯和上釉等工序的基础。,测定方法：间接测定-生坯的干燥强度。,3.粘土的离子交换性,定义：在水溶液中，粘土表面原吸附的离子可被其它具有相同电荷的离子所置换的性质。,产生原因：颗粒表面断键、或晶格内部的离子被置换-颗粒表面带电-吸附异电荷来平衡。,表示方法：每100克干粘土所吸附的能够交换的阳离子（或阴离子）数量。,影响因素：,粘土的种类和其结晶程度；,有机物的含量；,吸附离子的种类,对泥料性能的影响：见表17。,4.粘土的触变性,定义：泥料（泥浆或泥团）受振动或搅拌后其粘度降低而流动性增大，静置后恢复原状（变稠或固化）的性能。（表示方法厚化度）,触变性产生的原因：,充分搅拌 静置后的触变结构 受振动后触变结构被破坏,触变性的影响：适当的触变性,泥浆输送-要求触变性小；,生坯变形-要求触变性小；,成形时能快速脱模-要求触变性大。,5.干燥收缩和烧成收缩,干燥收缩：粘土（或坯料）在干燥至恒重过程中产生的长度（或体积）收缩；,烧成收缩：粘土（或坯料）在烧成过程中所出现的收缩。,总收缩：粘土（或坯料）在加工成制品的过程中所产生的收缩。（注：总收缩不等于是干燥收缩与烧成收缩的简单数值和）。见公式13，4，5，6）。,意义：测定收缩率是制造模具的依据；过大的收缩率会导致有害应力，出现产品开裂；水平收缩与垂直收缩是有差异的。,6.烧结温度和烧结温度范围,定义：在煅烧过程中当粘土（或坯料）达到气孔率最低，收缩率最大状态时的温度称为,烧结温度,。在温度继续升高时粘土（或坯料）中液相急剧增多，以致不能维持原有形状而产生变形时的最低温度称为,软化温度,；从烧结温度到软化温度间的温度范围称为,烧结温度范围,。,意义：,较低的烧结温度有利于节约能源和生产成本；,较宽的烧结温度范围便于实际生产控制；,较高的软化温度可减少产品变形。,7.耐火度,意义：用于表征粘土抵抗高温作用而不致熔化的性能。,测定方法：1、高温荷重法。2、三角锥法。,影响因素：1、粘土矿物种类；2、粘土的化学组成（见公式1-8，9）。,四、粘土的加热变化,意义：粘土在陶瓷坯料中占30-90，其在加热时的变化决定着坯料的烧成行为；不同粘土在加热过程中的热反应或热效应的不同，可以是鉴定粘土矿物类型的依据。,粘土加热变化的两个阶段：,脱水阶段：自由水-110以下排除；吸附水-110至400排除；结构水-400以上排除。,转化阶段：主要有尖晶石化、莫来石化、烧结致密化和过烧膨胀。,五、粘土在陶瓷生产中的作用,粘土的可塑性是坯料成型的基础；,粘土使泥浆和釉浆得以悬浮和稳定；,粘土使瘠性料得以结合，有利于成型和烧结；,粘土的类型和杂质决定着坯体的烧成条件（温度和气氛）；,粘土是陶瓷制品中强度的主体结构-莫来石晶体的主要来源。,第三节 石英类原料,石英是自然界的,SiO,2,结晶矿物的统称。,石英的种类：,脉石英；石英砂岩；石英砂；石英岩；燧石；硅藻土；珍珠岩等-其外观因种类而异。,石英类原料的性质：,硬度:莫氏硬度7；相对密度2.22-2.65(因晶型而异).,常见杂质:碳酸盐,长石,金红石,云母,铁的氧化物,极少有微量的液态或气态包裹物.,化学性质:耐酸性强于耐碱性.,熔融温度范围:因晶型和杂质含量而异,在1450-1770,间.,石英的晶型转变,石英,(,SiO,2,),多晶型的原因:硅氧四面体在不同条件(温度和压力)下呈现不同的联接方式,产生不同的晶型.,石英在晶型转变时要引起体积、密度、强度等变化，对于陶瓷生产，更关心的是体积变化（见表1-12）,石英晶型转变的应用,高温型转变：高温型转变虽说体积变化较大，但由于此时坯体内有高温液相存在可作为缓冲，且此转变速度慢，故对陶瓷制品不会产生破坏。,低温型转变：此转变温度低，可在瞬间完成，且此时坯体处于干条件下，虽说体积变化小，但足以造成坯体内外应力差而使坯体开裂破坏。故传统陶瓷生产中需特别控制升温速度。,石英在陶瓷生产中的作用,石英作为瘠性原料，可调节坯料的可塑性和干燥速度，降低干燥收缩，减少干燥变形；,烧成时，石英可在高温下熔融，提高液相粘度，减小坯体的烧成收缩和变形；,适当颗粒细度的石英可提高陶瓷制品的强度、透光度和白度；,石英在釉中可提高釉的熔融温度和釉的粘度，降低釉的膨胀系数，提高釉的耐酸性。,第四节 长石类原料及其它原料,长石的基本类型：,钾长石：,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钠长石：,Na,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钙长石：,CaO,Al,2,O,3,2SiO,2,钡长石：,BaO,Al,2,O,3,2SiO,2,自然界存在的长石：,钾钠长石：即钾长石与钠长石的连续固熔体；呈粉红色或肉红色。,斜长石：即钠长石与钙长石的连续固熔体；呈白色或灰白色。,一般性质：硬度6.06.5,相对密度2.562.76.,长石的熔融性能,纯,长石的熔点:钾长石-1150,钠长石-1100,钙长石-1550,钡长石-1715.,实际长石的熔点:无固定熔点,通常是在一定温度范围内熔融,如:,钾长石-11301450,钠长石-11201250,钙长石-12501550.,钾长石熔融时发生熔融反应:,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,1220,K,2,OAl,2,O,3,4SiO,2,+2,SiO,2,其它长石熔融时不发生熔融反应.,长石在陶瓷生产中的作用,长石在高温下熔融,生成高温液相,可降低坯料的烧成温度;,熔融后的长石能熔解部分高岭土的分解产物和石英,有利于莫来石的生成和长大;,长石熔体能填充空隙,有利于坯体致密化;冷却后长石熔变成玻璃相,增加了透明度;,长石在坯中作为瘠性料,可缩短坯体干燥时间,减少干燥收缩;,长石是釉料中的主要熔剂.,长石的代用品：,伟晶花岗岩；霞石正长岩；（均含铁量较高）,含锂矿物：如锂云母、锂辉石。,作业1,试说出几种陶瓷原料中的岩石及矿物？岩石和矿物有什么关系？,陶瓷的定义是什么（狭义和广义）？,粘土的工艺性能主要取决于什么因素？粘土的工艺性能指哪些方面？,石英晶型转变理论在陶瓷生产中有何指导意义？试举例说明。,试简述长石在陶瓷生产中的作用。,名词解释：（1）一次粘土与二次粘土;（2）可塑性;（3）长石;（4）陶瓷工艺与陶瓷工艺学,