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1、无机材料工艺学无机材料工艺学-陶瓷陶瓷2-2-原料原料 原料选择的重要性原料选择的重要性原料选择的重要性原料选择的重要性第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结构则由原料的种类和加工工艺决定。则由原料的种类和加工工艺决定。则由原料的种类和加工工艺决定。则由原料的种类和加工工艺决定。组织结构组织结构/成分成分Structure/Composition加工工艺加工工艺Processing物化性能物化性能Property
2、使用性能使用性能Performance4/19/20222河南省精品课程陶瓷工艺原理 质量达标（并非越纯越好）；质量达标（并非越纯越好）； 储量要大（原料来源稳定）；储量要大（原料来源稳定）； 价格合理；价格合理； 性能稳定（对原料的最基本要求）；性能稳定（对原料的最基本要求）； 运输方便。运输方便。 原料选择的基本要求原料选择的基本要求原料选择的基本要求原料选择的基本要求第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 原料选择原则：原料选择原则： 原料的组成应能保证产品的质量性能要求；原料的组成应能保证产品的质量性能要求； 原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工
3、艺要求。绪言绪言4/19/20223河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 陶瓷原料的分类陶瓷原料的分类可塑性原料可塑性原料1. 从工艺性能分：从工艺性能分：天然原料天然原料 化工原料化工原料2. 从来源分：从来源分：绪言绪言高高岭岭土土石石英英钾长石钾长石非可塑性原料（瘠性原料）非可塑性原料（瘠性原料）4/19/20224河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料1-1 粘土类原料粘土类原料 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 （一）概念：（一）概念：粘土（粘土（clay）是由多种微细矿物（主要是含水铝）是由多种微细矿物（主要是含水铝硅酸盐矿物）构成的混
4、合体，其矿物晶体粒径一般小于硅酸盐矿物）构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于2 m。从外观看从外观看：（：（i）由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。 (ii) 由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。 （二）成因：（二）成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。4/19/202
5、25河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 （二）成因：（二）成因：自然风化自然风化物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用例如：例如：K2OAl2O3SiO2+ CO2+ H2O Al2O32SiO22H2O+ K2CO3+ 4SiO2钾长石钾长石高岭土高岭土 风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化物风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化物（如（如Si
6、O2）将成为粘土矿中的杂质矿物。）将成为粘土矿中的杂质矿物。4/19/20226河南省精品课程陶瓷工艺原理 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类 根据粘土的成因分类：根据粘土的成因分类：I. 一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地，再经一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地，再经地质作用而形成的粘土。地质作用而形成的粘土。 （三）分类：（三）分类：II. 二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘土
7、矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。 特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。二次黏土的特点二次黏土的特点相反。相反。4/19/20227河南省精品课程陶瓷工艺原理第一章第一章 陶瓷原料陶瓷原料 根据粘土的可塑性强弱分类：根据粘土的可塑性强弱分类： 一、粘土的概念与分类一、粘土的概念与分类强塑性粘土强塑性粘土中等塑性粘土中等塑性粘土弱塑性粘土弱塑性粘土 根据粘土的耐火度高低分类：根据粘土的耐火度高低分类：耐火粘土：耐火度耐
8、火粘土：耐火度1580易熔粘土：耐火度易熔粘土：耐火度1350难熔粘土：耐火度介于难熔粘土：耐火度介于 1350 15804/19/20228河南省精品课程陶瓷工艺原理 二、粘土的组成二、粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、矿物组成、化学组成和颗粒组成。化学组成和颗粒组成。1 1、粘土的化学组成、粘土的化学组成 主要化学成分主要化学成分为为 SiO SiO2 2、A1A12 2O O3 3和结晶水（和结晶水（H H2 2O O）。）。 杂质化学成分：杂质化学成分：含有少量的碱金属氧化物含有少量的碱金属氧化物 K K2 2O O、Na
9、Na2 2O O，碱土金属氧，碱土金属氧化物化物 CaO CaO、MgOMgO，以及着色氧化物，以及着色氧化物 Fe Fe2 2O O3 3、TiOTiO2 2等。等。 不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般SiO2 2含量含量较高，而较高，而A12 2O3 3含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。 所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量一项。一项。4/19/20229河南省精品课程陶瓷工艺原理（4）CaO、MgO、K2O
10、、Na2 2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。：降低烧结温度，缩小烧结范围。1-1 粘土类原料粘土类原料 粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质:（1）SiO2 ：若：若SiO2多，意味着游离石英较多，则粘土可塑性降低，干多，意味着游离石英较多，则粘土可塑性降低，干燥及烧成收缩较小。燥及烧成收缩较小。（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。：含量多，耐火度增高，难烧结。（3）Fe2O31 ，TiO2 0.5：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。（5） H
11、2O、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大从从“烧失量烧失量”一项判断。一项判断。4/19/202210河南省精品课程陶瓷工艺原理2. 粘土的矿物组成粘土的矿物组成 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（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水
12、云母）等等。（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。 高岭石高岭石叶腊石叶腊石伊利石伊利石4/19/202211河南省精品课程陶瓷工艺原理a高岭石类（高岭石类（Kaolinite，Al2O32SiO22H2O） 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。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（蒙脱石类（Montmorillonite, Al2O34SiO2nH2O (n2) ） 蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以
13、蒙脱石为主要组成矿物的粘土称蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土（为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质），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。污染时呈现其它颜色。 c. 伊利石类伊利石类 (Illite) 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中的伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母比中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母比较，伊利石多较，伊利石多H H2 2O O而少
14、而少K K2 2O O。与高岭石比较，伊利石含。与高岭石比较，伊利石含K K2 2O O较多而含较多而含H H2 2O O较少。较少。 2. 粘土的矿物组成粘土的矿物组成4/19/202212河南省精品课程陶瓷工艺原理 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、不等价离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、不等价离子同晶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子同晶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，如下图所
15、示的结构模型图土矿物，如下图所示的结构模型图。硅氧四面体层硅氧四面体层铝氧八面体层铝氧八面体层层状结构粘土矿物晶体结构模型图层状结构粘土矿物晶体结构模型图 4/19/202213河南省精品课程陶瓷工艺原理 各种粘土矿物的结构特点各种粘土矿物的结构特点高高岭岭石石多多水水高高岭岭石石叶叶腊腊石石蒙脱石蒙脱石伊伊利利石石4/19/202214河南省精品课程陶瓷工艺原理 各种粘土矿物的工艺性质各种粘土矿物的工艺性质a. 高岭石：高岭石：可塑性可塑性较差，阳离子交差，阳离子交换容量小，遇水不膨容量小，遇水不膨胀，干燥收干燥收缩较小，耐火度小，耐火度较高（高（烧结温度温度较高）。高）。b. 蒙脱石蒙脱石
16、：可塑性好，阳离子交：可塑性好，阳离子交换容量大，遇水膨容量大，遇水膨胀，干燥干燥收缩大，收缩大，烧结温度温度较低。低。c. 伊利石伊利石：与高岭石相近。：与高岭石相近。可塑性差，阳离子交换容量小，遇可塑性差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范围窄。水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范围窄。绢云母和云母和瓷石也划瓷石也划归为伊利石伊利石类原料。原料。 叶腊石叶腊石(Al2O32SiO2H2O), 其其结构与蒙脱石（构与蒙脱石（ Al2O34SiO2nH2O ）相似，但晶格中的同晶置）相似，但晶格中的同晶置换现象象轻微，故阳离子交微，故阳离子交换容量很小。容量很小。遇水也不膨遇水也不膨胀，硬度低，是一种，硬度低，是一种优良的陶瓷原料。良的陶瓷原料。4/19/202215河南省精品课程陶瓷工艺原理作作 业：业：1. 选择原料时应考虑哪些主要因素？选择原料时应考虑哪些主要因素？2. 粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？3. 比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工
