《第八章-陶瓷岩相学分析课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章-陶瓷岩相学分析课件（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、8-1 概述概述 主要是在显微镜下观察陶瓷中各个相的主要是在显微镜下观察陶瓷中各个相的分布，晶粒的大小、形状和取向，气孔的分布，晶粒的大小、形状和取向，气孔的形状和位置，各种杂质、缺陷和微裂纹的形状和位置，各种杂质、缺陷和微裂纹的存在形式和分布以及晶界特征等。存在形式和分布以及晶界特征等。一一. 晶相晶相：晶相可以有一种或几种，两种以上：晶相可以有一种或几种，两种以上的可分为主晶相、次晶相的可分为主晶相、次晶相，主晶相的性，主晶相的性能往往决定物理化学性能。能往往决定物理化学性能。 陶瓷中晶体根据生长条件也有不同的自陶瓷中晶体根据生长条件也有不同的自形程度和晶体形态，一般有粒状、柱状、板形程度
2、和晶体形态，一般有粒状、柱状、板状、针状、片状、鳞片状等。自形晶等粒状状、针状、片状、鳞片状等。自形晶等粒状均匀分布的晶相，陶瓷性能一般比较优越。均匀分布的晶相，陶瓷性能一般比较优越。 陶瓷中晶体颗粒的大小对其性能也有很陶瓷中晶体颗粒的大小对其性能也有很大的影响，如刚玉瓷随晶粒尺寸变小而机大的影响，如刚玉瓷随晶粒尺寸变小而机械强度上升（表械强度上升（表9-2）。晶粒的大小受生产）。晶粒的大小受生产工艺条件影响很大，如刚玉瓷烧成温度不工艺条件影响很大，如刚玉瓷烧成温度不同而使晶粒大小有明显差别（图同而使晶粒大小有明显差别（图9-1）。）。 陶瓷中晶粒的取向是不规则的，晶粒长陶瓷中晶粒的取向是不规
3、则的，晶粒长大到相遇时就形成晶界，通常晶界的机械大到相遇时就形成晶界，通常晶界的机械强度比晶粒低得多，陶瓷破坏多是沿着晶强度比晶粒低得多，陶瓷破坏多是沿着晶界断裂。晶界也是杂质易于富集的地方。界断裂。晶界也是杂质易于富集的地方。晶界有玻璃相，也存在晶相。晶界有玻璃相，也存在晶相。二二.玻璃相玻璃相 是一种非晶态的低熔物，它的作用有：是一种非晶态的低熔物，它的作用有： 把分散的晶相粘结在一起；把分散的晶相粘结在一起； 填充空隙，使瓷坯致密化；填充空隙，使瓷坯致密化； 降低烧成温度；降低烧成温度； 抑制晶体长大、防止晶型转变。抑制晶体长大、防止晶型转变。 玻璃相的数量因陶瓷种类不同而异。固玻璃相的
4、数量因陶瓷种类不同而异。固相烧结的陶瓷没有玻璃相存在；有液相烧相烧结的陶瓷没有玻璃相存在；有液相烧结的陶瓷中，玻璃相一般可在结的陶瓷中，玻璃相一般可在2040范范围内变化，最高可达围内变化，最高可达60。 三三. 气相气相 一般陶瓷气孔率可达一般陶瓷气孔率可达510%。气孔产生。气孔产生原因及其特征为：原因及其特征为： 1.“生烧生烧”：生烧气孔数量多而个小，以：生烧气孔数量多而个小，以分散分布为主，气孔形状不规则。分散分布为主，气孔形状不规则。 2. “过烧过烧”：过烧气孔数量多而个大，分布：过烧气孔数量多而个大，分布不均匀，往往有玻璃相充填，形状以圆形不均匀，往往有玻璃相充填，形状以圆形或
5、椭圆形为主。或椭圆形为主。 3. “二次再结晶气孔二次再结晶气孔”：长大的晶粒包裹了：长大的晶粒包裹了周围的小晶粒和其中空隙，多为斑晶内的周围的小晶粒和其中空隙，多为斑晶内的包裹气孔，且在斑晶中心分布，向边缘逐包裹气孔，且在斑晶中心分布，向边缘逐渐减少。渐减少。 4. 成型压制不当产生的气孔或裂隙：为层状成型压制不当产生的气孔或裂隙：为层状分布，形状多为长条形或纺垂形（图分布，形状多为长条形或纺垂形（图9-4）。）。 5. 高温下原料矿物中的结构水、碳酸盐、高温下原料矿物中的结构水、碳酸盐、硫酸盐分解物产生的气孔：一般成念珠硫酸盐分解物产生的气孔：一般成念珠状分布。状分布。 四四. 釉层釉层
6、是陶瓷外面的覆盖层，成分应与坯体相是陶瓷外面的覆盖层，成分应与坯体相近。釉层主要有玻璃相组成，其中有较多近。釉层主要有玻璃相组成，其中有较多的气泡和少量的残余石英，有时有粘土团的气泡和少量的残余石英，有时有粘土团粒和云母残骸以及一些着色剂。釉层厚度粒和云母残骸以及一些着色剂。釉层厚度一般为一般为0.10.4mm。釉层结构如图。釉层结构如图9-5。 五五. 陶瓷岩相的结构类型陶瓷岩相的结构类型 是指陶瓷中矿物的结晶程度、颗粒形状、是指陶瓷中矿物的结晶程度、颗粒形状、大小及相互关系。大小及相互关系。 现就部分结构类型的划分叙述如下。现就部分结构类型的划分叙述如下。 1. 按组成矿物的结晶程度分类：
7、按组成矿物的结晶程度分类： 全晶质结构：全部由结晶质矿物组成。全晶质结构：全部由结晶质矿物组成。 半晶质结构：除结晶质矿物外，还有非半晶质结构：除结晶质矿物外，还有非 晶质，如玻璃相。晶质，如玻璃相。 非晶质结构：全部由玻璃相组成。非晶质结构：全部由玻璃相组成。2. 按矿物晶形发育的完好程度分类：按矿物晶形发育的完好程度分类： 自形晶结构：晶体上各晶面发育完整。自形晶结构：晶体上各晶面发育完整。 半自形晶结构：晶体上部分晶面发育完整。半自形晶结构：晶体上部分晶面发育完整。 他形晶结构：晶体上各晶面发育不完整。他形晶结构：晶体上各晶面发育不完整。 3. 按陶瓷中颗粒大小（如刚玉瓷）分类：按陶瓷中
8、颗粒大小（如刚玉瓷）分类： 微粒结构：晶粒平均直径微粒结构：晶粒平均直径 0.2 1.0 m 。 细粒结构：晶粒平均直径细粒结构：晶粒平均直径 1.0 10 m 。 中粒结构：晶粒平均直径中粒结构：晶粒平均直径 10 30 m 。 粗粒结构：晶粒平均直径粗粒结构：晶粒平均直径 30 100 m 。 粗大晶粒结构：晶粒平均直径粗大晶粒结构：晶粒平均直径 100 m 。 4. 按晶粒的相对大小分类：按晶粒的相对大小分类：等粒结构：矿物颗粒相近，大小之比一等粒结构：矿物颗粒相近，大小之比一 般不超过般不超过 3:1 。不等粒结构：矿物颗粒不同，大小之比不等粒结构：矿物颗粒不同，大小之比 一般不超过一
9、般不超过 5:1 。斑状结构：矿物颗粒相差悬殊，大小之斑状结构：矿物颗粒相差悬殊，大小之 比一般都超过比一般都超过 5:1 。5. 按晶粒的分布特征或相互关系分类：按晶粒的分布特征或相互关系分类：定向排列结构：柱状或板状晶体在空间按定向排列结构：柱状或板状晶体在空间按 基本一致的延长方向排列基本一致的延长方向排列。交织结构：针状或片状矿物交织分布交织结构：针状或片状矿物交织分布。霏细结构：晶体小而发育不好，成微细状霏细结构：晶体小而发育不好，成微细状。 包裹结构：一种矿物包裹另一种矿物。包裹结构：一种矿物包裹另一种矿物。8-2 普通陶瓷岩相普通陶瓷岩相结构构一一. 刚玉瓷的岩相刚玉瓷的岩相 主
10、晶相是刚玉（主晶相是刚玉（- Al2O3），根据），根据Al2O3的百分比含量有的百分比含量有90瓷、瓷、95瓷、瓷、97瓷和瓷和99瓷瓷等。等。 Al2O3含量不同，显微结构特征将存在含量不同，显微结构特征将存在差异。主要表现在：差异。主要表现在： 主晶相刚玉的晶形存在差异：主晶相刚玉的晶形存在差异：95瓷中呈瓷中呈短柱状晶体（图短柱状晶体（图6-30），），97瓷中亦以柱状瓷中亦以柱状为主，而为主，而99瓷则呈粒状，多趋向六边形粒瓷则呈粒状，多趋向六边形粒状（图状（图9-7，图，图6-31）。）。 瓷坯中的玻璃相：瓷坯中的玻璃相：含量随含量随Al2O3含量增加含量增加而减少，在而减少，在9
11、5瓷中玻璃相约占瓷中玻璃相约占5%，而，而99瓷瓷中明显减少。中明显减少。 烧成温度随烧成温度随Al2O3含量增加而提高：含量增加而提高：95瓷瓷1600左右，左右，99瓷瓷1700以上。以上。 在在95瓷和瓷和97瓷的坯体中一般均存在气孔，瓷的坯体中一般均存在气孔，有晶内气孔和晶间气孔两类（图有晶内气孔和晶间气孔两类（图6-34）。）。 刚玉瓷的缺陷还有：主晶相刚玉大小悬殊刚玉瓷的缺陷还有：主晶相刚玉大小悬殊（图（图6-32）；晶体内产生不规则裂纹，尤）；晶体内产生不规则裂纹，尤其是穿晶裂纹（图其是穿晶裂纹（图6-35）；烧成温度或时）；烧成温度或时间不够引起的欠烧，造成晶体细小，发育间不够
12、引起的欠烧，造成晶体细小，发育不完整（图不完整（图6-36）。）。 二二. 莫来石瓷的岩相莫来石瓷的岩相 主晶相为莫来石（主晶相为莫来石（3 Al2O32SiO2），主），主要原料有粘土、长石、石英等。晶体会呈柱要原料有粘土、长石、石英等。晶体会呈柱状（图状（图1-1-1），但常见的是针状（图），但常见的是针状（图1-1-6，1-1-16，1-2-5，图，图1-2-6）。）。 针状形态属二次莫来石，它是从长石熔针状形态属二次莫来石，它是从长石熔解物中析出的，或由粘土分解的解物中析出的，或由粘土分解的Al2O3和配和配料中的石英熔融物接触反应而生成的，在料中的石英熔融物接触反应而生成的，在125
13、0开始出现，到开始出现，到1300长大到几微米。长大到几微米。 若温度继续升高，一次莫来石也会转变若温度继续升高，一次莫来石也会转变为二次莫来石。一次莫来石是由高岭石加为二次莫来石。一次莫来石是由高岭石加热分解而成的，大约在热分解而成的，大约在1000开始生成，开始生成，多属固相反应，其粒度一般多属固相反应，其粒度一般100A左右，只左右，只有在电镜下能观察到它的鳞片状（图有在电镜下能观察到它的鳞片状（图6-4）。）。 以莫来石为主晶相，石英和方石英为次以莫来石为主晶相，石英和方石英为次晶相的陶瓷是应用最广泛的普通陶瓷（日晶相的陶瓷是应用最广泛的普通陶瓷（日用瓷，建筑卫生瓷，电瓷等）。用瓷，建
14、筑卫生瓷，电瓷等）。 图图9-6是电瓷显微结构，可以看到有残余是电瓷显微结构，可以看到有残余石英，微裂纹，熔蚀带，气孔及一次和二石英，微裂纹，熔蚀带，气孔及一次和二次莫来石。若过烧时，则莫来石会变为粗次莫来石。若过烧时，则莫来石会变为粗晶，呈粒状。晶，呈粒状。8-3 功能陶瓷岩相功能陶瓷岩相结构构 功能陶瓷是具有某种特殊性能的陶瓷材功能陶瓷是具有某种特殊性能的陶瓷材料，如介电瓷、压电瓷，半导体瓷，湿敏料，如介电瓷、压电瓷，半导体瓷，湿敏瓷，气敏瓷，等等。瓷，气敏瓷，等等。 一一. 滑石瓷的岩相：滑石瓷的岩相：介电性能优良。介电性能优良。 主要原料是滑石和粘土。主晶相为顽火主要原料是滑石和粘土。
15、主晶相为顽火辉石（辉石（MgOSiO2）。呈短柱状或板柱状）。呈短柱状或板柱状晶体，属斜方晶系；次晶相为斜顽火辉石，晶体，属斜方晶系；次晶相为斜顽火辉石，属单斜晶系，柱状或板柱状。属单斜晶系，柱状或板柱状。 滑石瓷中玻璃相较多，含量达滑石瓷中玻璃相较多，含量达25%45%，包围瓷体中所有晶相。有时还会有气孔。包围瓷体中所有晶相。有时还会有气孔。所以滑石瓷的结构类型为玻基所以滑石瓷的结构类型为玻基 斑状结构斑状结构（图（图9-8，图，图6-54，图，图1-3-3）。）。 二二. 镁橄榄石瓷的岩相：镁橄榄石瓷的岩相：介电性能极好。介电性能极好。 是以滑石和菱镁矿为原料。主晶相是镁是以滑石和菱镁矿为
16、原料。主晶相是镁橄榄石晶体（橄榄石晶体（2MgOSiO2），属斜方晶系，），属斜方晶系，晶体为粒状、短柱状。瓷体中含有一定量晶体为粒状、短柱状。瓷体中含有一定量的玻璃相，把晶粒包围起来，结构类型也的玻璃相，把晶粒包围起来，结构类型也是玻基斑状结构（图是玻基斑状结构（图6-56）。晶体干涉色）。晶体干涉色可达二级黄。可达二级黄。 三三. 金红石瓷的岩相：金红石瓷的岩相：可作陶瓷电容器。可作陶瓷电容器。 主要原料是二氧化钛，少量高岭土，莹石，主要原料是二氧化钛，少量高岭土，莹石，碳酸钡等。主晶相为金红石（碳酸钡等。主晶相为金红石（TiO2），属四），属四方晶系，多为柱状、短柱状，晶形多呈半自方晶系
17、，多为柱状、短柱状，晶形多呈半自形晶和它形晶，薄片厚度形晶和它形晶，薄片厚度0.03mm时可出时可出现黄、兰、红、紫等干涉色（图现黄、兰、红、紫等干涉色（图9-10）。）。 双晶发育，常可见到简单双晶（图双晶发育，常可见到简单双晶（图6-57），），联合双晶和聚片双晶（图联合双晶和聚片双晶（图6-58）。瓷体中玻）。瓷体中玻璃相很少，常分布在晶粒之间。气孔很少，璃相很少，常分布在晶粒之间。气孔很少，有时可见到晶粒内的包裹气孔。金红石瓷的有时可见到晶粒内的包裹气孔。金红石瓷的结构类型为不等粒结构（图结构类型为不等粒结构（图9-10） 。 四四. 钛酸钡瓷的岩相钛酸钡瓷的岩相 ： 是主要的铁电、压
18、电、半导体功能材料。是主要的铁电、压电、半导体功能材料。 主晶相为钛酸钡（主晶相为钛酸钡（BaTiO3），主要原料），主要原料是碳酸钡（是碳酸钡（BaCO3）和钛白粉（）和钛白粉（TiO2）。）。 BaTiO3主晶相有立方、四方、斜方和三方主晶相有立方、四方、斜方和三方四种变体，分别在四种变体，分别在120、0和和 - 80作作可逆的相变。可逆的相变。 其中立方相转变为四方相的温度其中立方相转变为四方相的温度120，称为居里温度，称为居里温度，120以上稳定的立方相晶以上稳定的立方相晶格属钙钛矿型构造，温度处于格属钙钛矿型构造，温度处于1200之间的四方相，晶体将出现沿之间的四方相，晶体将出现
19、沿Z轴方向产生轴方向产生自发极化，因此具有铁电和压电特性。自发极化，因此具有铁电和压电特性。 钛酸钡的显微结构见图钛酸钡的显微结构见图6-59，图，图1-5-29。 五五. 氧化锌瓷的岩相：氧化锌瓷的岩相： 半导体变阻瓷，保护电器元件（与之并联）半导体变阻瓷，保护电器元件（与之并联） 主要原料为氧化锌粉，还需要加一定量的主要原料为氧化锌粉，还需要加一定量的Bi2O、Sb2O3、Cr2O3、MnO2和和SiO2等原料。等原料。主晶相为氧化锌，次晶相主要有氧化铋、硅主晶相为氧化锌，次晶相主要有氧化铋、硅锌石、锌锑尖晶石等三种。锌石、锌锑尖晶石等三种。 氧化锌晶体在瓷坯中的晶形发育较完整，氧化锌晶体在瓷坯中的晶形发育较完整，呈粒状自形或半自形晶（图呈粒状自形或半自形晶（图6-64），粒径），粒径多为多为10 - 20 10 - 20 m m，属六方晶系，纤锌矿，属六方晶系，纤锌矿型构造，晶粒间存在着尺寸仅型构造，晶粒间存在着尺寸仅 2 - 6 2 - 6 m m 的锌锑铬尖晶石（图的锌锑铬尖晶石（图6-676-67）和氧化铋方形）和氧化铋方形小晶粒。小晶粒。精品课件精品课件！精品课件精品课件！
