聊城大学《材料物理化学》第四章总

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1、第 四 章 表面与界面材料学院本章着重介绍粘土水系统本章着重介绍粘土水系统粘粘土土为为许许多多无无机机非非金金属属材材料料的的原原料料，在在陶陶瓷瓷原原料料中中，粘粘土土是是重重要要的的组组成成原原料料或或辅助原料辅助原料粘粘土土水水系系统统在在无无机机材材料料，尤尤其其是是硅硅酸盐工业中，具有非常重要的地位酸盐工业中，具有非常重要的地位胶体概述胶体概述1 1、胶体的定义：、胶体的定义： (1)(1)胶胶体体：胶胶体体是是由由物物质质的的三三种种状状态态所所组组成成的的高度分散的物系高度分散的物系 (2) (2) 高高度度分分散散物物系系：一一种种或或几几种种物物质质以以极极微微小小的粒子分散

2、在另一种物质中所组成的物系的粒子分散在另一种物质中所组成的物系 (3) (3) 分分散散相相与与连连续续相相：分分散散物物系系中中被被分分散散的的物物质质称称为为分分散散相相( (分分散散物物质质、分分散散内内相相、分分散散质质) )，分分散散其其它它物物质质的的介介质质称称为为连连续续相相( (分分散介质、分散外相、分散剂散介质、分散外相、分散剂) ) (4) (4) 特特点点：高高度度分分散散性性及及多多相相性性为为分分散散物物系系的特点的特点 聚结不稳定性、流变性聚结不稳定性、流变性2分散物系的分类：分散物系的分类：a、真溶液：粒子、真溶液：粒子f，10FfD，Ff，af/DF/D，D时

3、时a其中其中a称为表观粘度称为表观粘度实例为：新拌的混凝土实例为：新拌的混凝土 DF宾汉型宾汉型f2、塑性流体：、塑性流体：应应力力超超过过某某一一最最低低值值才才开开始始流流动动。随随剪剪切切应应力力增增加加，粘粘度度相相应应增增加加；直直至至剪剪切切应应力力达一定值后，物料发生牛顿型流动达一定值后，物料发生牛顿型流动 (1)特点：特点：低低剪剪切切速速度度下下高高粘粘度度；高剪切速度下低粘度高剪切速度下低粘度FfN时，时，FfBD实例：油漆、油墨、泥浆等实例：油漆、油墨、泥浆等DF塑流型塑流型f1fBfN153、假塑性流体：、假塑性流体：类似于塑性流体，但无屈服值类似于塑性流体，但无屈服值

4、流动特点：流动特点：表观粘度随切变速率增加而降低表观粘度随切变速率增加而降低实例：高聚物溶液、淀粉浆等实例：高聚物溶液、淀粉浆等 DF假塑流型假塑流型4、膨胀型流体、膨胀型流体与与假假塑塑性性流流体体相相反反。搅搅拌拌时时变变得得占占稠稠，而停止搅拌后又恢复原来的流动状态而停止搅拌后又恢复原来的流动状态流流动动特特点点：表表观观粘粘度度随随切切变变速速率率增增加加而增加而增加 DF膨胀型膨胀型实例：一些非塑性原料，实例：一些非塑性原料，如氧化铝、石英粉的浆料如氧化铝、石英粉的浆料1明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。 2重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、

5、电学性质、胶团结构。明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。第二节第二节 粘土水系统的荷电性粘土水系统的荷电性 粘土胶体并非指干粘土，而指粘土水两相系统粘土胶体并非指干粘土，而指粘土水两相系统粘土粒子一般为片状；粘土粒子一般为片状；粘土中的水：吸附水结构水粘土中的水：吸附水结构水吸吸附附水水：吸吸附附在在粘粘土土矿矿物物层层之之间间，约约100200可脱去，对粘土水系统很重要；可脱去，对粘土水系统很重要；结结构构水水：以以OH基基形形式式存存在在于于粘粘土土晶晶格格中中，400600脱去脱去20粘土的荷电性粘土的荷电性分分散散在在水水中中的的粘粘土土颗颗粒粒在在电电流流

6、影影响响下下(电电场场作作用用下下)会会向向阳阳极极移移动动，说说明明粘粘土土(Clay)颗颗粒粒带带负负电荷电荷1809年卢斯年卢斯(Luse)发现发现湿粘土湿粘土沙层沙层水水水水土粒土粒一段时间后，正极管：粘土微粒透过细沙层逐渐上升，水变浑浊，水层逐渐下降；负极管：水不浑浊，但水面逐渐上升。实验结果：粘土颗粒带电，在外电场作用下向正极移动。一、粘土电荷种类一、粘土电荷种类 1 1、负电荷、负电荷 A、粘粘土土所所带带负负电电荷荷主主要要由由粘粘土土晶晶格格内内同同晶置换所产生晶置换所产生 B、粘粘土土负负电电荷荷还还可可以以由由吸吸附附在在粘粘土土表表面面的的腐腐植植质质离离解解而而产产生

7、生（随随pH值值改改变变，碱碱性性环环境有利于境有利于H离解产生更多负电荷）离解产生更多负电荷） 粘土组成：粘土组成：硅硅氧氧四四面面体体构构成成的的层层状状结结构构硅硅酸酸盐盐，部部分分硅硅被被铝铝取取代代形成铝氧八面体形成铝氧八面体 同晶置换：同晶置换：部部分分硅硅氧氧四四面面体体中中的的硅硅(四四价价)被被铝铝(三三价价)取取代代，部部分分铝铝氧氧八八面面体体中中的的铝铝(三三价价)被被镁、铁等镁、铁等(二价二价)取代，从而产生剩余负电荷取代，从而产生剩余负电荷 棱边与板面：棱边与板面：在在层层状状结结构构硅硅酸酸盐盐中中，以以共共价价键键联联结结的的原原子子层层层层面面称称为为板板面面

8、(垂垂直直于于C轴轴)，而原子层面中断的边沿称为棱边，而原子层面中断的边沿称为棱边层状硅酸盐结构的板面和边面层状硅酸盐结构的板面和边面高龄石蒙脱石电荷分布：电荷分布：大大部部分分负负电电荷荷分分布布在在层层状状硅硅酸酸盐盐的的板面板面(垂直于垂直于C轴轴) 板面上的负电荷可以依靠静电引力吸引一些介质中的阳离子以平衡2、两性电荷、两性电荷粘粘土土颗颗粒粒在在一一定定条条件件下下也也可可以以带带正正电电荷荷。棱棱边边为为层层状状结结构构的的断断裂裂处处，棱棱边边上上存存在在的的活活性性破破键键(悬悬键键)在在不不同同的的介介质质中接受或释放质子中接受或释放质子(H)而带电荷而带电荷因因此此，粘粘土

9、土颗颗粒粒所所带带的的正正电电荷荷主主要要分布在棱边上分布在棱边上n实验证明：高龄石的边面在酸性条件下由于从介质中接受质子而带正电荷n高龄石边面电荷可随介质pH而变化，呈两性电荷303、净电荷（综合电性）、净电荷（综合电性）粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。粘土的正负电荷的代数和为粘土的净电荷。板板面面上上电电荷荷通通常常被被其其它它正正离离子子抵抵销销，但但在在溶溶液液中中易易发发生生离离解解而而显显现现出出板板面面的的负负电电荷荷，棱棱边边局局部部的的正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷正电荷抵销部分后，整个粘土颗粒一般都带负电荷n粘土颗粒的荷电性是其具有一系列胶体化学性质的主

10、要原因之一第三节第三节 粘土的离子吸附与交换粘土的离子吸附与交换n粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置粘土颗粒由于破键、晶格内类质同晶置换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因换和吸附在粘土表面腐殖质离解等原因而带负电。因此，它必然要吸附介质中而带负电。因此，它必然要吸附介质中的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸的阳离子来中和其所带的负电荷，被吸附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价附的阳离子又能被溶液中其它浓度大价数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子数高的阳离子所交换，即粘土的阳离子交换性质交换性质一、粘土的阳离子吸附与交换一、粘土的阳离子吸附与交换1 1、阳离子吸附：、阳离子吸附： 由由于于粘粘土土带带负

11、负电电荷荷，因因而而必必然然要要吸吸附介质中的阳离子以达到电中性附介质中的阳离子以达到电中性 2、阳离子交换：、阳离子交换：粘粘土土上上被被吸吸附附的的阳阳离离子子又又能能被被溶溶液液中中其它浓度大，电价高的阳离子交换下来其它浓度大，电价高的阳离子交换下来 35n对对Ca2而言是由溶液转移到胶体上，是离而言是由溶液转移到胶体上，是离子的吸附过程。子的吸附过程。n对被粘土吸附的对被粘土吸附的Na转入溶液而言是解吸转入溶液而言是解吸过程。过程。n吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换吸附和解吸的结果，使钙、钠离子相互换位即进行交换。由此可见，离子吸附是粘位即进行交换。由此可见，离子吸附是粘土胶体与离

12、子之间相互作用。而离子交换土胶体与离子之间相互作用。而离子交换则是离子之间的相互作用。则是离子之间的相互作用。3、离子交换特点：、离子交换特点：(1)、同号离子相互交换、同号离子相互交换(2)、离子以等当量进行交换、离子以等当量进行交换(3)、交换和吸附是可逆过程、交换和吸附是可逆过程(4)、交换不影响粘土本身结构、交换不影响粘土本身结构离离子子交交换换在在化化工工生生产产、湿湿法法冶冶金金等等过过程程的的净净化化除除杂杂上有广泛应用上有广泛应用4、离子交换容量、离子交换容量CeC：(1)定定义义为为pH=7时时，100g干干粘粘土土所所吸吸附附离离子子的的mg或或mmol当量数当量数 由于阳

13、离子交换容量通常代表了粘土在一定pH条件下的净负电荷数，各种粘土矿物交换容量数值相差巨大； 故可通过测定粘土阳离子交换容量鉴定矿物组成。(2)、影响因素：、影响因素：A、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少、矿物组成：疏松与否、同晶置换多少B、粘土粒度：比表面积及棱边破键数、粘土粒度：比表面积及棱边破键数C、有机质数：影响电荷数、有机质数：影响电荷数D、溶液、溶液PH：影响棱边释放：影响棱边释放/吸收质子数从吸收质子数从而影响粘土净电荷而影响粘土净电荷E、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率、离子浓度：影响离子与粘土的撞击几率405、离子吸附顺序：、离子吸附顺序：离离子子吸吸附附顺顺序序主主要要取取

14、决决于于粘粘土土与与离子间作用力大小离子间作用力大小影影响响粘粘土土与与离离子子间间作作用用力力大大小小的的因因素素主主要要是是电电荷荷数数及及其其水水化化半半径径(阳阳离离子的表观大小子的表观大小) 不同电价：不同电价：M3M2M(H例外例外)相同电价：相同电价：R小小水水膜膜厚厚距距离离增增大大(水水化化半半径径大大)吸引力下降吸引力下降吸附顺序为：吸附顺序为：（离子价效应、离子水化半径）（离子价效应、离子水化半径）HAl3+Ba2+Ca2+Mg2+K+Na+Li+H：容积小，电荷密度高：容积小，电荷密度高 6 6、吸附发生位置：、吸附发生位置： 阳阳离离子子吸吸附附在在板板面面及及棱棱边

15、上进行边上进行 二、粘土的阴离子吸附与交换二、粘土的阴离子吸附与交换由由于于粘粘土土棱棱边边带带两两性性电电荷荷，一一定定条条件件下下可可以以发发生生阴阴离离子吸附及交换子吸附及交换 。阴离子吸附的特点：阴离子吸附的特点：(1)、阴离子吸附在棱边上进行、阴离子吸附在棱边上进行(2)、吸附量随、吸附量随PH增加而降低增加而降低(3)、若阴离子形状与粘土棱边结构相适、若阴离子形状与粘土棱边结构相适应则吸附牢固应则吸附牢固 45阴离子吸附顺序：阴离子吸附顺序：OHCO32P2O74IBrClNO3FSO42第四节第四节 黏土水系统的电动性质黏土水系统的电动性质n粘土粒子的水化：粘土粒子的水化：起源起

16、源水为极性分子水为极性分子粘土粘土粒子带电粒子带电OHHOHHHOOC非极性分子非极性分子 1.板面同晶置换带负电；2.吸附腐殖质的分解；3.边面：破键、悬键。故：故：粘粒电场范围内粘粒电场范围内水分子与纯水不同水分子与纯水不同。一、粘土与水的作用一、粘土与水的作用1、氢键联结：、氢键联结：粘粘土土晶晶粒粒表表面面上上O/OH与与H2O以以氢氢键键键键合合，继继而而发发生生第第二二层层氢氢键键键键合合，直直至水分子的热运动足以克服氢键的键合至水分子的热运动足以克服氢键的键合 键力逐渐减弱，直至键力逐渐减弱，直至水分子热运动足以克水分子热运动足以克服键力服键力 氢键：水分子基团上的H核外无电子，

17、容易受到另一个电负性较大的原子（离子），如：O、F等的吸引而形成较强的相互作用ClayOOHHOOHHHOHHOHH 2、静静电电作作用用：粘粘土土颗颗粒粒表表面面附附近近存存在在静静电电场场，使使极极性性水水分分子子定定向向排排列列。水水分子的正电荷中心向着粘土。分子的正电荷中心向着粘土。ClayE极性水分子定向排列r增大、定向程度减小自由水自由水无定向无定向503、阳阳离离子子水水化化：粘粘土土颗颗粒粒表表面面的的交交换换性性阳阳离离子子发生水化发生水化Clay带负电的带负电的Clay表面表面吸附阳离子吸附阳离子交换性阳离子带电，因此必然与水分子发生作用水化阳离子Er水分子与粘粒或阳离子的

18、作用水分子与粘粒或阳离子的作用 8/30/20248/30/20245353n水化阳离子水化膜厚度：n同价离子，离子半径因素：qLi Na Kn异价离子，离子价因素：q高价离子表面电荷密度更高，静电引力越大，水化分子数越大同价离子，定向排列水同价离子，定向排列水同价离子，定向排列水同价离子，定向排列水分子分子分子分子 量相同，体积效应量相同，体积效应量相同，体积效应量相同，体积效应n交换阳离子影响粘土表面水化的方式n1.本身的水化，即本身具有水分子的外壳。n2.与水分子竞争，键接到粘土晶体的表面，并倾向于破坏水分子的结构。 Clay +-E干蒙脱石暴露在水蒸汽干蒙脱石暴露在水蒸汽中时，水在晶层

19、间凝结，中时，水在晶层间凝结，引起晶格膨胀，第一层吸引起晶格膨胀，第一层吸附能很高，以后的水层附能很高，以后的水层吸附能迅速降低。吸附能迅速降低。表面水为多层的，水分子表面水为多层的，水分子与粘土表面与粘土表面O O以以H H键相连，键相连，水分子彼此也通过水分子彼此也通过H H键连键连接为六角环，以后的水层接为六角环，以后的水层照此继续，照此继续，H H键强度逐渐键强度逐渐减弱，直至被热运动抵消。减弱，直至被热运动抵消。粘土蒙脱石表面粘土蒙脱石表面水化示意图水化示意图n故：以上原因使粘土表面吸附着层层定向排列的水分子，极性分子依次重叠，直至水分子热运动足以克服上述引力作用n粘土粒子与阳离子水

20、分子共同构成粘土胶团粘土矿物中水分子的存在形式：粘土矿物中水分子的存在形式：n1.结晶水：矿物晶体构造的一部分n例：铝氧八面体中的OH层。n2.吸附水（结合水）：n极性水分子 带电粘土表面 n 水化膜水化膜n3.自由水：存在于粘土颗粒的孔隙、孔道中，不受粘土束缚，自由运动。分子间力，静电引力55吸附水（结合水）类型：吸附水（结合水）类型：A、牢牢固固结结合合水水：吸吸附附水水膜膜，310水水分分子子厚。厚。这部分水与粘土颗粒形成一个整这部分水与粘土颗粒形成一个整体，一起在介质体，一起在介质(电场中）中移动电场中）中移动牢牢固固结结合合水水水分子层完全定向排列EClay +-B、疏松结合水：扩散

21、水膜、疏松结合水：扩散水膜吸附水膜外定向程度较差的水吸附水膜外定向程度较差的水C、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影响的水。、自由水：松结合水外不受粘土颗粒影响的水。r r增大，水分子定向程度越差增大，水分子定向程度越差Clay自由水自由水 疏松结合水疏松结合水牢固结合水牢固结合水6、结合水量的影响因素：、结合水量的影响因素：(1)、矿矿物物组组成成：影影响响粘粘土土电电荷荷而而影影响响所所形形成成的的电电场场及及水化作用强弱。水化作用强弱。矿物矿物阳离子交换阳离子交换容量容量水化水化程度程度其他其他蒙脱石蒙脱石最高最高最好最好分散度也好分散度也好高龄石高龄石低低差差分散度也低，颗粒粗，非分散度

22、也低，颗粒粗，非膨胀型矿物膨胀型矿物伊犁石伊犁石较低较低差差晶层晶层K的特殊作用，非的特殊作用，非膨胀型矿物膨胀型矿物(2)、粘土分散度：、粘土分散度：粘土颗粒的棱边面积及比表面积粘土颗粒的棱边面积及比表面积比比如如：高高岭岭石石：粒粒度度越越细细，边边面面越越多多，结结合合水水量量越越大大；而而蒙蒙脱脱石石、蛭蛭石石的的结合水量与粒度关系不大。结合水量与粒度关系不大。(3)、吸附的阳离子种类：、吸附的阳离子种类：1.粘土结合水量与粘土阳离子交换量成正比2.对于相同阳离子：离子价离子半径因素A、对异价离子：一价、对异价离子：一价二价二价三价三价B、对对同同价价离离子子：离离子子半半径径大大水水

23、化化半半径径小小吸附水量少吸附水量少例：以100gNa土和Ca土为例，其吸附容量分别为23.7和18.060离离子子价价效效应应离子离子半径半径效应效应Clay Li+ Clay Na+ Na+Na+Clay Ca2+Ca2+ 76.2水分子/Ca2175水分子/Na Ca水化1.2nm1.7nmCaCa蒙脱石：晶格膨胀蒙脱石：晶格膨胀CaNaNa0.88nmNa1.7nm4nmNaNaNaNaNaNaNa蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离蒙脱石：晶格膨胀、晶层分离n因此，为了提高粘土（如膨因此，为了提高粘土（如膨润土）的水化性能，一般需润土）的水化性能，一般需将其水化，使钙膨润土变为将其水化，使钙膨

24、润土变为钠膨润土钠膨润土n不同交换阳离子引起水化程度不同不同交换阳离子引起水化程度不同的原因：的原因：n粘土单元层间的作用力：n1. 层间阳离子水化产生的膨胀力及层（带负电荷）间的斥力。n2. 粘土单元：晶层层间阳离子晶层 之间的静电引力n钙土：晶格膨胀静电引力大于晶层间斥力n钠土：晶层分离晶层斥力大于静电引力 粘土渗透膨胀，形成扩散双电层 双电层斥力导致晶层分离65 固固体体与与液液体体接接触触，除除了了润润湿湿、铺铺展展和和吸吸附附外外，还还可可呈呈现现出出带带电电现现象象，使使固固液液界界面面出出现现特特殊殊的的双双电电层层结结构构。界界面面带带电电后后具具有有特特殊殊性性质质，可可在在

25、外外电电场场作作用用下下，使使固固液液界界面面发发生相对位移，从而导致电位或电流的产生，即动电现象。生相对位移，从而导致电位或电流的产生，即动电现象。二、粘土胶体的电动电位二、粘土胶体的电动电位n胶体带负电胶体带负电周围必然分布水化正离子以保持整周围必然分布水化正离子以保持整个分散体系电中性个分散体系电中性双电层双电层双电层中的正离子双电层中的正离子 胶粒表面负电荷胶粒表面负电荷吸引力吸引力热运动热运动扩散至液相扩散至液相两种相反作用两种相反作用正离子扩散地分布在界面周围正离子扩散地分布在界面周围扩散双电层扩散双电层1 1、胶体的动电性质：、胶体的动电性质： 在在电电场场作作用用下下，胶胶体体

26、中中固固体体颗颗粒粒相相对对于于液液相相作作相相对对移移动动时时表表现现出出来来的的电电学学性性质质称称为为胶胶体体的的动动电性质电性质流动电位、沉降电位2、电位：电位：在在外外电电场场作作用用下下，粘粘土土质质点点及及吸吸附附牢牢固固的的水水化化阳阳离离子子向向阳阳极极移移动动，此此层层称称为为吸吸附附层层。另另一一部部分水化阳离子却向阴极移动，称为扩散层分水化阳离子却向阴极移动，称为扩散层吸吸附附层层（）、扩扩散散层层（）所所带带电电荷荷相相反反，电电位位不不同同，相相对对运运动动时时存存在在电电位位差差，称称为为动电电位或称为动电电位或称为-电位电位(即即吸吸附附层层表表面面与与扩扩散散

27、层层外外整整体体的的电电位差位差)703、电位：电位：质质点点表表面面与与扩扩散散层层总总电电位位差差称称为为热热力力学学电电位位差差或或-电电位位（或（或E表示）表示）显然：显然：或或E介质中，粒子移介质中，粒子移动时，吸附层随动时，吸附层随胶粒一起移动，胶粒一起移动，滑动面在吸附层滑动面在吸附层与扩散层之间。与扩散层之间。E吸附层吸附层扩散层扩散层距离距离d扩散双电层固体固体表面表面带电带电：吸附层界面：吸附层界面（滑动面）（滑动面）均匀液相均匀液相：固体表面：固体表面均匀液相均匀液相吸附层吸附层扩散层扩散层距离距离d粘土表面双电层Clay溶剂化水4、阳离子对、阳离子对电位的影响：电位的影

28、响：A、-电电位位与与阳阳离离子子浓浓度度有有关关，-电电位位随随扩扩散层厚度减小而减小散层厚度减小而减小任任何何电电解解质质的的加加入入均均会会影影响响-电电位位。电电解解质具有压缩双电层作用：质具有压缩双电层作用：电电解解质质阳阳离离子子浓浓度度越越易易扩扩散散进进入入吸吸附附层层机机会会胶胶粒粒净净负负电电荷荷扩散层变薄扩散层变薄-电位电位-0+d112d21234 1234 ：电解质加入量：电解质加入量4等电态等电态电解质电解质吸附层吸附层逐渐压缩双电层厚度逐渐压缩双电层厚度d3 3075 双电层厚度双电层厚度d d越小，越小，-电位越小。电位越小。故：随电解质浓度故：随电解质浓度C增

29、加，双电层厚度增加，双电层厚度d下降，下降，-电位下降电位下降B、一一般般有有高高价价阳阳离离子子或或大大有有机机离离子子存存在在时时，d有有可可能能小小于于吸吸附附层层厚厚度度，发发生生-电电位位变变号号 (此时，阳离子被强烈吸附到吸附层之内）胶粒符负电-电位电位0；胶粒等电态-电位电位0；胶粒再符正电-电位电位0部分电解质被胶粒强烈吸引，进入吸附层扩散层阳离子全部进入吸附层C、阳离子种类的影响：、阳离子种类的影响： 离子半径效应：离子半径效应：对对同同价价离离子子，离离子子半半径径大大，对对应应水水化化离离子子半半径径小小，双电层厚度薄，电位下降快，双电层厚度薄，电位下降快，-电位小电位小

30、n离子价效应：M3M2M（H2O除外）n阳离子价态越高阳离子价态越高对粘土表面负电荷的抵消越多对粘土表面负电荷的抵消越多双电层厚度越薄双电层厚度越薄-电位越低电位越低80动电电位的计算公式：动电电位的计算公式： 其其中中为为动动电电电电位位，为为表表面面电电荷荷密密度度，d为为双双电电层层厚厚度，度，D为介质介电常数为介质介电常数 8/30/202484三、粘土的胶团结构三、粘土的胶团结构胶团胶粒胶团胶粒(胶核吸附层胶核吸附层)扩散层扩散层胶胶核核附附近近静静电电引引力力强强，空空隙隙小小，阳阳离子水化程度低离子水化程度低 8/30/202485胶胶核：粘土质点本身，带负电荷核：粘土质点本身，

31、带负电荷吸附层：围绕胶核的定向偶极水分子吸附层：围绕胶核的定向偶极水分子及水合阳离子，水胶核在介及水合阳离子，水胶核在介质中移动质中移动扩散层：吸附层之外，阳离子浓度及扩散层：吸附层之外，阳离子浓度及粘土负电荷逐渐递减的扩散粘土负电荷逐渐递减的扩散层层 8/30/202486粘土的胶团结构例：仅由晶格取代引起的钠微晶高岭土的胶团结构：总总 结结n胶体粒子的带电情况、双电层结构及理论是从静静态角度态角度考虑；而从动态角度动态角度考虑在外场作用下带电粒子的情况：在外电场下或外力作用下使粘土固液两相发生相对运动的现象称为电动现象，而所有的电动现象都与电位直接相关，电位直接相关，如粒子在外场作用下的移

32、动速度等，因此学习电位对深入学习胶粒的电动现象有着十分重大的指导意义。2024/8/3088第五节第五节 粘土水系统的胶体性质粘土水系统的胶体性质一、泥浆的流动性和稳定性一、泥浆的流动性和稳定性流动性：流动性：粘度粘度小小流动性好流动性好流动度流动度1/ n稳定性稳定性:长时间保持初始长时间保持初始流动度流动度n1.1.沉降稳定性：沉降稳定性：n重力重力分散相颗粒分散相颗粒下沉下沉速度小速度小稳定性好稳定性好n2.2.聚结稳定性聚结稳定性: :n分散相颗粒分散相颗粒自动聚结变大自动聚结变大（降低分散度（降低分散度聚结不稳定聚结不稳定2024/8/3089n沉降稳定性的影响因素：沉降稳定性的影响

33、因素：分散相离子大小、分散介质粘度及分散分散相离子大小、分散介质粘度及分散相和分散介质的密度差相和分散介质的密度差n动力学实验证明：胶体是动力学实验证明：胶体是动力稳定体系动力稳定体系，具有具有较高的沉降稳定性较高的沉降稳定性。n因此，讨论粘土的稳定性，主要考虑其因此，讨论粘土的稳定性，主要考虑其聚结稳定性聚结稳定性n粘土水分散体系：粘土颗粒的分散与粘土水分散体系：粘土颗粒的分散与聚结相互转化聚结相互转化 泥浆性能发生变化本泥浆性能发生变化本质质2024/8/3090n聚结稳定性的影响因素：聚结稳定性的影响因素：n1.双电层斥力双电层斥力n粘土颗粒聚结合并前，必然要移动，随粘粘土颗粒聚结合并前

34、，必然要移动，随粘土颗粒一起运动的仅为吸附层的阳离子。土颗粒一起运动的仅为吸附层的阳离子。n电位表征了实际负电荷的多少。电位表征了实际负电荷的多少。n电位电位颗粒间斥力越大颗粒间斥力越大难以聚结难以聚结聚结稳定性好聚结稳定性好n2.2.吸附溶剂化层的稳定作用吸附溶剂化层的稳定作用n吸附吸附固液界面表面能固液界面表面能阻止聚结阻止聚结n水化膜水化膜粘度、弹性粘度、弹性妨碍胶粒聚结妨碍胶粒聚结（水分子定向排列）2024/8/3091ZetaZeta电位的测量表征对粉体，电位的测量表征对粉体，胶体体系的评价有重要意义胶体体系的评价有重要意义。=1.2mv=-24.8mv=-63.6mvZetaZet

35、aZetaZeta电位表征分散体系稳定性，加入改性剂形成双电电位表征分散体系稳定性，加入改性剂形成双电电位表征分散体系稳定性，加入改性剂形成双电电位表征分散体系稳定性，加入改性剂形成双电层，双电层斥力降低粒子团聚的引力，实现超微细粒层，双电层斥力降低粒子团聚的引力，实现超微细粒层，双电层斥力降低粒子团聚的引力，实现超微细粒层，双电层斥力降低粒子团聚的引力，实现超微细粒 子均匀分散子均匀分散子均匀分散子均匀分散。超细超细TiOTiO2 2超细超细TiOTiO2 2水分散水分散乙醇分散乙醇分散乙醇六偏磷酸钠乙醇六偏磷酸钠乙醇六偏磷酸钠乙醇六偏磷酸钠2024/8/30921、无无机机材材料料制制备备

36、中中对对泥泥浆浆的的要要求求（如如注注浆成型工艺）浆成型工艺）含水量低：孔隙少，收缩率小含水量低：孔隙少，收缩率小流动性好：减小粘度流动性好：减小粘度稳定性高：稳定性高：电位高电位高2024/8/3093在在实实际际的的泥泥浆浆系系统统中中，通通过过引引入入减减水水剂剂(碱碱性性电电解解质质)，在在降降低低水水量量的的同同时时，提提高高系系统统的的流流动动性性(减减小小粘粘度度)和稳定性和稳定性(提高动电电位提高动电电位)。2024/8/3094电解质加入量电解质加入量14高岭土中加入NaOHH H高岭土流变曲线高岭土流变曲线剪切力速度降1234x=0x=0.002molx=0.02 molx

37、=0.2 mol屈服值屈服值流动性流动性2024/8/3095电解质加入量粘度高岭土中加入NaOH泥浆稀释曲线2024/8/3096系系统统粘粘度度随随电电解解质质的的加加入入量量增增加加而出现一个极小值而出现一个极小值。加加入入电电解解质质，粘粘土土在在介介质质中中分分散散泥浆稀释（胶溶）泥浆稀释（胶溶）。过过多多电电解解质质，粘粘土土粒粒子子聚聚集集变变粘粘泥浆增稠泥浆增稠 （絮凝）（絮凝）。2024/8/30972、电解质对粘度的影响、电解质对粘度的影响粘粘土土为为层层状状结结构构，片片状状粘粘土土颗颗粒粒在在介介质质中中由由于于板板面面、边边面面所所带带的的电电荷荷不不同必然表现出不同

38、的结合方式。同必然表现出不同的结合方式。在泥浆中其结合形式可分为：在泥浆中其结合形式可分为：2024/8/3098边面结合：边面结合：静电引力静电引力高粘度高粘度边边结合：边边结合：静电引力静电引力高粘度高粘度面面结合：面面结合：无吸引状态无吸引状态低粘度低粘度产产生生流流动动阻阻力力2024/8/3099泥浆胶溶的条件：泥浆胶溶的条件：流流变变学学观观点点：只只有有面面面面结结合合可可以以降降低低粘粘度度；欲欲使使泥泥浆浆在在相相同同含含水水量量下下粘粘度度降降低低，则则需需拆拆开开泥泥浆浆内内部部的的边边面面、边边边结合边结合因此，需要具备的条件为因此，需要具备的条件为 :2024/8/3

39、0100(1)、碱性介质：、碱性介质：只只有有在在碱碱性性条条件件下下棱棱边边、板板面面均均带负电荷，保证不发生结合带负电荷，保证不发生结合 。酸酸性性条条件件下下，棱棱边边带带正正电电荷荷，易易与与带带负负电电荷荷的的板板面面形形成成结结合合；弱弱碱碱性性和和中中性性条条件件下下，棱棱边边局局部部带带正正电电荷荷，易易形形成成边边面面结结合合与与边边边边结结合。（尤其是合。（尤其是高岭石高岭石）2024/8/30101(2)、碱金属离子存在以交换原吸附离子：、碱金属离子存在以交换原吸附离子：欲欲分分散散，需需使使粒粒子子间间有有足足够够的的排排斥斥力力及溶剂化膜及溶剂化膜其其中中f为为排排斥

40、斥力力；为为动动电电电电位位；1/K为为扩扩散层厚度散层厚度Eiter：2024/8/30102碱金属离子作用的两个方面：碱金属离子作用的两个方面：A、对、对电位的影响：电位的影响：MM2M3，自然界：自然界：Ca土、土、Mg土等为主土等为主所以碱金属离子须置换粘土中所以碱金属离子须置换粘土中Ca2、Mg2电位增加（离子价效应）电位增加（离子价效应）B、随、随M增加，增加，1/K下降，下降，电位下降。电位下降。（阳离子加入压缩双电层作用）（阳离子加入压缩双电层作用）2024/8/30103因此，因此，M正好完全置换正好完全置换M2时最佳时最佳；粘土充分胶溶，粘度最低粘土充分胶溶，粘度最低；高高

41、电位及厚扩散层的电位及厚扩散层的Na黏土具备黏土具备了胶溶稳定的条件了胶溶稳定的条件。(3)、阴离子作用：、阴离子作用：阴离子与原粘土上阳离子形成稳定络合阴离子与原粘土上阳离子形成稳定络合物或不溶物，则碱金属离子的交换反应更物或不溶物，则碱金属离子的交换反应更趋完全趋完全。完全交换的途径：增加完全交换的途径：增加M浓度，但易絮凝；浓度，但易絮凝；选择适合的阴离子选择适合的阴离子 。2024/8/30105 聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用聚合阴离子在胶溶过程中的特殊作用：硅硅酸酸盐盐、磷磷酸酸盐盐及及有有机机阴阴离离子子在在水水介介质质中中发发生生聚聚合合，易易牢牢固固地地吸吸附附在在棱棱边边

42、上上，棱棱边边带带正正电电时时起起中中和和作作用用，棱棱边边带带负负电电时时以以物物理理吸吸附附增增加加负负电电荷荷。结结果果使使净净负负电电荷荷增增加加，增增加加粒粒子子间间排排斥斥力力，使其充分分散使其充分分散 。2024/8/30106n比如：硅酸盐工业中有机无机复比如：硅酸盐工业中有机无机复合物被广泛作为胶溶剂：合物被广泛作为胶溶剂：n如：木质素璜酸钠，聚丙烯酸酯，如：木质素璜酸钠，聚丙烯酸酯，芳香醛璜酸盐等芳香醛璜酸盐等2024/8/30107二、泥浆的触变性二、泥浆的触变性1、触变性、触变性胶胶体体系系统统当当搅搅拌拌或或振振荡荡时时，内内部部结结构构能能暂暂时时被被破破坏坏，但但

43、静静止止后后能能够够再再恢恢复原来结构，这种性质称为触变性复原来结构，这种性质称为触变性。2024/8/30108 泥泥浆浆的的状状态态可可以以分分为为：稀稀释释流流动动态态、稠稠化化凝凝聚聚态态以以及及介介于于二二者者之之间的中间触变态间的中间触变态 。泥浆静泥浆静止：凝固止：凝固扰动：扰动：流动流动静止：重静止：重新凝固新凝固* 为触变态：似是而非为触变态：似是而非 2024/8/30109 凝凝固固态态流流动动态态向向凝凝固固态态的的转转变变是是逐逐渐渐进进行行的的，非非突突跃跃性性的的变变化，并伴随着粘度的变化化，并伴随着粘度的变化 。触变是介于分散和凝絮之间的中间状态触变是介于分散和

44、凝絮之间的中间状态2024/8/30110n2、触变产生的原因触变产生的原因HoffmanHoffman模型模型nHoffmanHoffman模型又称为模型又称为“纸牌结构纸牌结构”或或“卡片结构卡片结构”2024/8/30111nA、泥浆胶溶：粘土颗粒的活性边面、泥浆胶溶：粘土颗粒的活性边面正电荷被中和而使颗粒间相互排斥正电荷被中和而使颗粒间相互排斥而分散而分散。面面结合面面结合nB、不完全胶溶：少量正电荷未被、不完全胶溶：少量正电荷未被中和，棱边负电荷不足以排斥板面中和，棱边负电荷不足以排斥板面负电荷而聚集负电荷而聚集。结果：形成局部边面、边边结合结果：形成局部边面、边边结合2024/8/

45、30112高岭石触变结构示意图高岭石触变结构示意图疏松网架结构疏松网架结构六角片状粒子三维网络架状空隙包裹大量自由水局部边边（面）结合2024/8/30113nHoffman模型：模型：n 不完全胶溶的体系中，局部边不完全胶溶的体系中，局部边- -面面/ /边边- -边聚合边聚合组成三维网络，包裹大量自由水的结构，使得体组成三维网络，包裹大量自由水的结构，使得体系变得粘稠系变得粘稠( (高粘度高粘度) )；n边面斥力边面斥力稍加稍加剪切力即可破坏三维网剪切力即可破坏三维网络，释放自由水，体系变得稀释而恢复流络，释放自由水，体系变得稀释而恢复流动性；动性；n边面引力边面引力静止后，重新生成网络结

46、构静止后，重新生成网络结构在变化中，动力学因素在变化中，动力学因素结构重建结构重建需要一定、需要一定、时间过程时间过程。 2024/8/30114n3 3、触变影响因素、触变影响因素nA、泥浆含水量：、泥浆含水量：n水多水多胶粒间远胶粒间远边面引力小边面引力小胶胶粒定向性弱粒定向性弱不易形成触变结构不易形成触变结构 ；n 反之，在胶溶泥浆的含水范围内，反之，在胶溶泥浆的含水范围内，泥浆越稠，粒子相互接触，越易形成触泥浆越稠，粒子相互接触，越易形成触变结构。变结构。2024/8/30115nB、粘土矿物组成：、粘土矿物组成：n矿物结构遇水膨胀，水的渗入有两矿物结构遇水膨胀，水的渗入有两种方式：种

47、方式：n水渗入颗粒间（高岭石、伊犁石）水渗入颗粒间（高岭石、伊犁石）n水渗入单位晶格间。水渗入单位晶格间。n蒙脱石等具有两种形式的水化膨胀，蒙脱石等具有两种形式的水化膨胀，遇应力破坏时释放的水多，静止时遇应力破坏时释放的水多，静止时“消耗消耗”的水亦多，触变明显的水亦多，触变明显。 2024/8/30116nC、粘土胶粒大小及形状：、粘土胶粒大小及形状：n粘土胶粒细小粘土胶粒细小活性边面多活性边面多易形易形成触变结构；成触变结构；n粘土胶粒形状不规则粘土胶粒形状不规则形成卡片结形成卡片结构时需要的颗粒数少构时需要的颗粒数少易形成触变易形成触变结构结构。 2024/8/30117nD D、电解质

48、种类及数量：、电解质种类及数量：n触变效应与吸附的阳离子及吸附离子的触变效应与吸附的阳离子及吸附离子的水化有关。水化有关。n吸附阳离子吸附阳离子电价低、半径小电价低、半径小粘土的结合粘土的结合水多水多触变性下降触变性下降 临界临界Zeta电位电位粘土胶粒-电位电位略高于高于聚沉聚沉稳定稳定触变性触变性（静止：边面（静止：边面吸引，卡片吸引，卡片结构）结构）2024/8/30118nE、温度：、温度：n温度温度热运动（热运动（布朗运布朗运动动）颗粒间联系颗粒间联系触变触变性性 8/30/2024119三、粘土的可塑性三、粘土的可塑性1.1.粘土的可塑性是对泥团系统而言：粘土的可塑性是对泥团系统而

49、言：粘土水粘土水( (一定比例一定比例) ) 泥团泥团 可塑性可塑性剪切力某屈服值剪切力某屈服值任意塑型任意塑型应力消除应力消除形状保持形状保持产生可塑性的原因:l一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使一般来说，干的泥料只有弹性，颗粒间表面力使泥料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍泥料聚在一起，由于这种力的作用范围很小，稍有外力即可使泥料开裂。有外力即可使泥料开裂。l要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高要使泥料能塑成一定形状而不开裂，则必须提高颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的颗粒间作用力，同时在产生变形后能够形成新的接触点，接触点，l基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的

50、产生机基于这种认识，有过种种关于泥料塑性的产生机理。理。(1) 固体键理论n可塑性是由于粘土可塑性是由于粘土水界面键力作用的结果。水界面键力作用的结果。n粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不粘土和水结合时，第一层水分子是牢固结合的，它不仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成仅通过氢键与粘土粒子表面结合，同时也彼此联结成六角网层。六角网层。n随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则随着水量增加，这种结合力减弱，开始形成较不规则排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结排列的松结合水层。它起着润滑剂作用，虽然氢键结合力依然起作用，但泥料开始产生流动性。合力依然起作用，但

51、泥料开始产生流动性。n当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过当水量继续增加，即出现自由水，泥料向流动状态过渡。渡。n因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的因此对应于可塑状态，泥料应有一个最适宜的含水量，这时它处于松结合水和自由水间的过含水量，这时它处于松结合水和自由水间的过渡状态。渡状态。(2). 紧薄膜理论n在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影在水存在时，颗粒间隙的毛细管作用对粘土粒子结合的影响。响。n认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引认为在塑性泥料的粒子间存在两种力，一是粒子间的吸引力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。力；另一种是带电胶体微粒间的斥力。

52、n由于在塑性泥粒中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），由于在塑性泥粒中颗粒间形成半径很小的毛细管（缝隙），当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于当水膜仅仅填满粒子间这些细小毛细管时，毛细管力大于粒子间的斥力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最粒子间的斥力，颗粒间形成一层张紧的水膜，泥粒达到最大塑性。大塑性。n当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。当水量多时，水膜的张力松弛下来，粒子间吸引力减弱。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。水量少时，不足以形成水膜，塑性也被破坏。(3). 胶团与介质，胶团与胶团之间的静电引力n可塑性是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的可塑性

53、是基于带电粘土胶团与介质中离子之间的静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。静电引力和胶团间的静电斥力作用的结果。n由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性由于粘土胶团的吸附层和扩散层厚度是随交换性阳离子的种类而变化的。阳离子的种类而变化的。n当两个颗粒逐渐接近到吸附层以内，斥力开始明当两个颗粒逐渐接近到吸附层以内，斥力开始明显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。显表现出来，但随着距离拉大，斥力迅速降低。当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而当引力占优势，它吸引其它粘土粒子包围自己而呈可塑性。呈可塑性。n当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过阳当斥力大于引力，可塑性较差。因此可以通过

54、阳离子交换来调节粘土可塑性。离子交换来调节粘土可塑性。2024/8/301252、粘土中颗粒间作用力、粘土中颗粒间作用力粘土中颗粒间吸引力：范围为粘土中颗粒间吸引力：范围为20埃左右埃左右引力斥力1.范德华力范德华力2.局部边面的静电引力局部边面的静电引力3.毛细管力。毛细管力。其中毛细管力为最主要的作用力其中毛细管力为最主要的作用力2024/8/30126粘土中颗粒间斥力：范围为粘土中颗粒间斥力：范围为200埃左右埃左右n粘土表面带电荷n静电斥力静电斥力ClayClay同性相斥同性相斥2024/8/30127颗粒间力的平衡：颗粒间力的平衡：吸吸引引力力和和排排斥斥力力均均随随颗颗粒粒间间距距

55、离离而而变变化化。在在某某一一适适当当距距离离，两两力力达达到到平平衡衡。受受外外力力作作用用时时，合合力力线线向向上上移移动动，颗颗粒粒间距离改变。间距离改变。2024/8/30128外外力力去去除除后后，在在吸吸引引力力作作用用下下颗颗粒粒间距离恢复原状间距离恢复原状(对应于弹性变形对应于弹性变形)F弹性变形弹性变形2024/8/30129外外力力较较大大：颗颗粒粒间间发发生生相相对对位位移移 在在新新位位置置上上重重新新形形成成吸吸引引力力外外力力去去除除颗粒在新位置形成平衡颗粒在新位置形成平衡(塑性变形塑性变形)塑性变形塑性变形F2024/8/30130外外力力很很大大颗颗粒粒间间距距

56、离离超超出出吸吸引引力力范范围围只有排斥力作用只有排斥力作用:泥团断裂泥团断裂F泥团断裂泥团断裂2024/8/30131水膜厚水膜厚吸引力吸引力排斥力排斥力吸力为主吸力为主可塑可塑含水量含水量2024/8/30132颗粒间：引力斥力含水量大含水量大含水量低含水量低不含水，不含水，干泥料干泥料颗粒间距远颗粒间距远颗粒接近颗粒接近20埃埃20埃埃:泥浆状态泥浆状态:塑性体塑性体:弹性体、弹性体、易断裂易断裂仅范氏力仅范氏力斥力为主斥力为主引力增大引力增大2024/8/30133由由于于泥泥团团中中吸吸引引力力主主要要来来自自毛毛细细管管力力，颗颗粒粒间间的的水水膜膜起起到到关关键键的的作作用用。连

57、连续续水水膜膜能能否否维维持持是是决决定定其其塑塑性性的的主主要因素要因素 。2024/8/30134所以：水量适当水量适当毛细管内：水膜保持连续性 合力：吸力为主颗粒间距颗粒间距适当适当可塑性水量太小毛细管力水量太大水膜太厚颗粒间距合力：斥力或无吸引力水膜中断2024/8/301353 3、影响泥团可塑性的因素、影响泥团可塑性的因素(1)(1)、矿物组成：、矿物组成： 矿物组成不同矿物组成不同比表面积悬殊比表面积悬殊 毛细管力相差很大毛细管力相差很大可塑性不同可塑性不同 蒙脱土蒙脱土 球土球土 耐火粘土耐火粘土 瓷土瓷土 2024/8/30136(2)(2)、电解质（吸附或交换阳离子）：、电

58、解质（吸附或交换阳离子）： 由于吸附离子直接影响颗粒间水膜厚度由于吸附离子直接影响颗粒间水膜厚度 及吸引力，因而对可塑性影响很大。及吸引力，因而对可塑性影响很大。 吸引力大吸引力大克服吸引力位移所需力大克服吸引力位移所需力大屈服点高屈服点高塑性强弱次序同：阳离子交换顺序塑性强弱次序同：阳离子交换顺序 此外、提高阳离子交换容量也会改善可塑性2024/8/30137(3)、颗粒细度及形状：、颗粒细度及形状：颗颗粒粒细细比比表表面面积积大大毛毛细细管管半半径径小小成成型型水水分分高高塑性增强；塑性增强； 对对不不同同形形状状颗颗粒粒（板板状状、短短柱柱状状）比比表表面面积积大大毛细管力大毛细管力大塑

59、性增高塑性增高 。如片状颗粒因具有定向沉积特性，可以在较大范围滑动而不致相互失去联结，因而比粒状颗粒常有较高可塑性。2024/8/30138(4)(4)、含水量影响含水量影响： 粘粘土土只只有有在在含含水水量量为为一一定定范范围围内内才才表表现现出出可可塑塑性性，水水多多则则颗颗粒粒间间距距离离远远，吸吸引引力力小小；水水少少则则水水膜膜不不连连续续，易断裂。易断裂。表现出塑性好的则其含水量较高表现出塑性好的则其含水量较高 2024/8/30139(5)、介质表面张力介质表面张力：表面张力大表面张力大吸引力大吸引力大塑性好：塑性好：工工作作性性能能(屈屈服服值值最最大大变变形形)13.3105

60、水表面张力大最好的液体介质水膜2024/8/30140(6)(6)、其它：、其它： 添添加加剂剂、有有机机质质、颗颗粒粒方方向向性性、处理工艺等也都有一定影响处理工艺等也都有一定影响2024/8/30141总结：总结：可可塑塑性性是是粘粘土土泥泥团团的的非非常常重重要要的的工工艺艺性性能能，对对于于坯坯体体的的成成型型均均匀匀有有着着非非常常重重要要的的意意义义，而而决决定定泥泥团团可可塑塑性性的的重重要要因因素素是是颗颗粒粒间间连连续续水水膜膜的的存存在在与否与否 。8/30/2024142第七节瘠性料的悬浮与塑化第七节瘠性料的悬浮与塑化在在陶陶瓷瓷原原料料中中，粘粘土土的的加加工工性性能能

61、好好，但但天天然然原原料料的的成成分分波波动动大大，不不利利于于成成分分的的准准确控制。确控制。 化化工工原原料料纯纯度度高高、杂杂质质少少，能能准准确确控控制制坯坯料料成成分分从从而而调调整整提提陶陶瓷瓷的的机机、电电、热热、光等性能光等性能 8/30/2024143n化工原料中有许多都属于瘠性料。化工原料中有许多都属于瘠性料。n因而，使用瘠性料瘠性料（氧化物及其他化学试剂）来制备材料是提高材料性能的必由之路2024/8/30144瘠瘠性性料料是是指指原原料料颗颗粒粒水水化化能能力力差差（亲亲水水性性差差）、缺缺少少吸吸附附水水膜膜，其其泥泥浆浆系系统统分分散散性性和和稳稳定定性性差差、泥泥

62、团团系系统统可可塑塑性性差差的的原原料料。如如AlAl2 2O O3 3粉粉末末、ZrOZrO2 2粉末等粉末等 因因此此，解解决决瘠瘠性性料料的的悬悬浮浮和和塑塑化化是是获获得具有优异性能材料的重要方面。得具有优异性能材料的重要方面。 2024/8/30145瘠瘠性性料料的的悬悬浮浮是是对对泥泥浆浆系系统统而而言言，即形成稳定的分散体系即形成稳定的分散体系 瘠瘠性性料料的的塑塑化化是是对对泥泥团团系系统统而而言言，即提高泥团的可塑性即提高泥团的可塑性2024/8/30146一、瘠性料的悬浮一、瘠性料的悬浮瘠性料悬浮的途径：瘠性料悬浮的途径：(1)、控制料浆的、控制料浆的PH值值(调调PH法法

63、)(2)、通过有机表面活性物的吸附、通过有机表面活性物的吸附(表表面活化法面活化法)8/30/20241471、调、调PH法法适适用用范范围围：两两性性物物质质粉粉料料。该该类类物物料料在在酸酸性性及碱性下能胶溶，中性时絮凝及碱性下能胶溶，中性时絮凝.(酸性溶液中酸性溶液中)中性中性(碱性溶液中碱性溶液中)2024/8/30148n如：电子陶瓷生产中常用原料：如：电子陶瓷生产中常用原料：nAl2O3，BeO，ZrO2等等n无塑性无塑性n必须处理方能制成稳定悬浮浆料，满足必须处理方能制成稳定悬浮浆料，满足成型性要求成型性要求2024/8/30149例：例：Al2O3的悬浮的悬浮Al2O3是是刚刚

64、玉玉瓷瓷的的主主要要原原料料。通通过过调调节节PH（014范范围围），其其-电电位位出出现现两两次次极极值值对对应应于于粘粘度度达达到到最最低低胶胶溶效果最好溶效果最好。2024/8/30150Zeta电位极值粘度Zeta电位pH value粘度最小粘度最小胶溶效果最好2024/8/30151理由：理由：(1)(1)、酸性条件下：、酸性条件下： 水水溶溶性性的的三三氯氯化化铝铝在在溶溶液液中中发发生生水水解解产产生生OH，逐级离解：，逐级离解： 2024/8/30152n由于结构相似，由于结构相似，AlAl2 2O O3 3胶粒优先吸附胶粒优先吸附AlCl2及及AlCl2 而带正电荷，然后吸而

65、带正电荷，然后吸附附OHOH形成胶团形成胶团Al2O3+-+-胶团2024/8/30153A、当当PHHClCl进进入入吸吸附附层层取取代代OHCl水化能力强，水化能力强，水水化化膜膜厚厚进进入入吸吸附附层层离离子子个个数数、留在扩散层个数留在扩散层个数胶胶粒粒正正电电荷荷和和水水化化膜膜(扩扩散散层层）厚厚度度-电位电位粘度粘度胶溶胶溶 2024/8/30154Cl-Cl-OH-取代，取代，水化膜厚水化膜厚吸附层离子个数扩散层离子个数AlAl2 2OO3 3+-+-胶粒正电荷胶粒正电荷扩散层扩散层电位电位，胶溶，胶溶Al2O3胶团2024/8/30155nB、当介质、当介质PHCl浓度浓度C

66、l大大量进入吸附层量进入吸附层正电荷及扩散层正电荷及扩散层-电位电位易絮凝易絮凝Al2O3+-+-Cl大量进入吸附层2024/8/30156(2)、碱性介质中：、碱性介质中：Al2O3优优先先吸吸附附AlO2而而带带负负电电荷荷，然后吸附然后吸附Na 2024/8/30157Al2O3+-+-结构相似 吸附AlO2-Na+类似的，PH-电位电位PH-电位电位2024/8/30158Zeta电位极值粘度Zeta电位pH value粘度最小粘度最小胶溶效果最好2024/8/30159因此：因此：根根据据此此原原理理来来调调节节Al2O3料料浆浆PH值，使之悬浮值，使之悬浮/絮凝絮凝 2024/8/

67、301602、有机物及表面活性物的吸附：、有机物及表面活性物的吸附：A、有机物作用原理：、有机物作用原理：有机物在体系中的双重作用：有机物在体系中的双重作用：少量时引起絮凝；少量时引起絮凝；大量时引起胶溶大量时引起胶溶 2024/8/30161如如阿阿拉拉伯伯树树脂脂大大分分子子相相对对于于Al2O3很很长长(视视为为线线性性分分子子)，量量少少时时Al2O3包包裹裹树树脂脂，众众多多的的Al2O3粘粘附附在在树树脂脂上上使使其变重而聚沉其变重而聚沉.2024/8/30162n量多时树脂包裹量多时树脂包裹Al2O3，树脂在，树脂在Al2O3表面形成亲水保护膜，表面形成亲水保护膜，Al2O3难于

68、碰撞难于碰撞聚沉而分散聚沉而分散水溶液中，形水溶液中，形成网络结构成网络结构亲水保护膜亲水保护膜2024/8/30163相对粘度相对粘度阿拉伯树胶加入量阿拉伯树胶加入量加入量少加入量少粘度高粘度高聚沉聚沉加入量加入量粘粘度度胶溶胶溶2024/8/30164B、表面活性剂作用原理：、表面活性剂作用原理：表面活性剂包含亲水基团和憎水表面活性剂包含亲水基团和憎水基团，一般为阴离子型表面活性剂，基团，一般为阴离子型表面活性剂，不与物料发生化学反应，只起表面物不与物料发生化学反应，只起表面物理化学作用理化学作用。2024/8/30165以水泥为例：以水泥为例： 水泥颗粒水化过程水泥颗粒水化过程:不同水泥

69、矿物不同水泥矿物所带电荷不同所带电荷不同 水泥颗粒水泥颗粒若加水则使混凝土孔隙增多若加水则使混凝土孔隙增多静电作用静电作用边棱角吸附，范氏力边棱角吸附，范氏力吸引絮凝吸引絮凝降低水泥的易和性降低水泥的易和性( (絮凝状结构絮凝状结构 包裹水减少了有效水包裹水减少了有效水) )易和性易和性强度强度2024/8/30166引引入入减减水水剂剂（一一种种表表面面活活性性剂剂）：憎憎水水基基团团定定向向吸吸附附于于水水泥泥质质点点，亲亲水水基基团团指指向向水水溶溶液液组组成成单单分分子子保保护护膜膜，胶胶团团带带相相同同电电荷荷而而排排斥斥，高高度度分分散散不不絮絮凝凝，释释放放包包裹裹水水，达达到到

70、既既减减水水又又易易和的目的和的目的。 2024/8/30167H2OH2OH2OH2O未加减水剂：颗粒絮凝，包裹水分加入减水剂：释放包裹水分，颗粒高度分散、悬浮易和性2024/8/30168二、瘠性料的塑化二、瘠性料的塑化瘠瘠性性料料塑塑化化有有两两种种途途径径：加加入入无无机机粘粘土土类类矿矿物物、加加入入有有机机高高分分子子化化合合物物 。2024/8/30169A、无机粘土类矿物：、无机粘土类矿物：(例如膨润土例如膨润土)细细颗颗粒粒水水化化强强瘠瘠性性料料与与膨膨润润土土构构成成不不连连续续相相均均匀匀分分布布在在连连续续介介质质水水中中外外力力作作用用下下沿沿水水膜膜运运动动除除去去外外力力后后。靠靠膨膨润润土土颗颗粒粒间间结结合合力力维维持原状持原状。8/30/2024170B、有机塑化剂：、有机塑化剂：(表面活性剂表面活性剂)表面改性：表面改性：表面物理化学吸附后增塑表面物理化学吸附后增塑如如：固体塑化剂石蜡（热塑性、亲油）起粘结作用用于氧化铝瓷的定型剂（亲水）；塑化剂：油酸（亲油基亲水基）将氧化铝表面改性为亲油以减少石蜡用量并提高浆料流动性。作 业n47n49n410