陶瓷原料的礦物學(xué)基礎(chǔ)PPT課件

1、1 原料研究在陶瓷燒制工藝中的作用 原料是燒造陶瓷的基礎(chǔ) 陶瓷制品的 性質(zhì)不僅與工藝過程有關(guān)，而且與原料的種類有關(guān)。 陶瓷制品的主要性能由陶瓷胎的結(jié)構(gòu)決定，而胎結(jié)構(gòu)則由原料的種類和工藝決定。 原料的合理選擇十分重要 第1頁/共59頁陶瓷原料的基本構(gòu)成傳統(tǒng)陶瓷制品所用原料多為天然礦物或巖石，這些原料主要分布于地殼中。礦物指的是自然化合物或自然元素，是地殼中經(jīng)過各種物理化學(xué)作用形成的產(chǎn)物，具有均勻的化學(xué)組成，呈晶體存在。巖石是礦物的結(jié)合體，是由多種礦物以一定規(guī)律組合而成。地殼分為大陸性地殼和海洋性地殼。大陸性地殼占地殼的1/3，位于地殼上層，組成以硅鋁酸鹽為主，又叫硅鋁層。海洋性地殼占地殼的2/3

2、，由硅鎂酸鹽組成。傳統(tǒng)陶瓷材料主要來自大陸性地殼，化學(xué)組成為一種硅鋁酸鹽材料第2頁/共59頁第3頁/共59頁 硅(Si)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鉀(K)及氧(O)等八種元素，占地殼總物質(zhì)的97%以上。 造巖元素：硅、鋁、鎂、鈣、鈉、鉀，這些元素在地殼中的存在形式主要為氧化物或者硅酸鹽。 以上八種元素加上鈦（Ti），錳（Mn）和磷（P）是陶瓷研究中經(jīng)常涉及的元素。第4頁/共59頁地殼的基本化學(xué)組成第5頁/共59頁第6頁/共59頁 2 原料選擇的基本要求 質(zhì)量達(dá)標(biāo)（不是越純?cè)胶茫?儲(chǔ)量要大（原料來源穩(wěn)定） 價(jià)格合理 性能穩(wěn)定（對(duì)原料的最基本要求） 運(yùn)輸方便 原

3、料選擇是古代窯廠選擇窯址的最基本標(biāo)準(zhǔn)。第7頁/共59頁2 陶瓷原料的分類 按照成品種類劃分 按照制造地域劃分 按照礦物組成劃分第8頁/共59頁1 按照成品種類的分類 制陶原料 制瓷原料第9頁/共59頁陶瓷原料制陶原料胎料釉料彩料制瓷原料胎料釉料材料第10頁/共59頁當(dāng)時(shí)的技術(shù)決定原料的劃分早期窯爐溫度低-選擇易熔粘土窯爐溫度進(jìn)步-選擇瓷石或者高嶺土。原料的選擇又決定成品種類易熔粘土燒成溫度低-陶器。瓷石或者高嶺土燒成溫度高-瓷器第11頁/共59頁陶北方：黃土南方：紅土瓷北方：高鋁粘土南方：瓷石2 按照地域劃分第12頁/共59頁中國(guó)南北方大陸地球化學(xué)性質(zhì)的差異 南北方在三疊紀(jì)（2.47-2.09

4、億年前）為兩塊分開的古大陸。 板塊碰撞形成現(xiàn)代中國(guó)大陸的基本形狀。秦嶺-淮河一線（長(zhǎng)江-黃河分水嶺），將中國(guó)天然劃分為南方北方。 地質(zhì)板塊之間的差異導(dǎo)致南北方陶瓷原料之間的化學(xué)組成不同，由此亦可將陶瓷原料按照地區(qū)劃分。 這種地質(zhì)體差異是用化學(xué)手段判斷陶瓷原料產(chǎn)地（窯口）的基本依據(jù)。第13頁/共59頁第14頁/共59頁南北方地球化學(xué)分界第15頁/共59頁陶瓷制作原料選擇原則決定的是就地取材為，因此形成了南北方原料選擇不同的工藝傳統(tǒng)。第16頁/共59頁3 根據(jù)礦物組成劃分的原料種類粘土類原料（中國(guó)古代陶器、北方瓷器制造的主要原料）瓷石質(zhì)原料（古代南方瓷器制造的主要原料）石英類原料（古代陶瓷制造中主

5、要用作羼和料）長(zhǎng)石類原料（現(xiàn)代陶瓷工業(yè)常用原料）第17頁/共59頁古陶瓷制胎三大主要原料低鐵粘土瓷石質(zhì)原料易熔粘土第18頁/共59頁古陶瓷制釉的主要原料高溫釉低溫釉 草木灰 石灰 釉灰 鉛的氧化物第19頁/共59頁第三節(jié) 中國(guó)古代陶瓷原料技術(shù)的發(fā)展陶瓷原料發(fā)展的兩個(gè)方面原料選擇技術(shù)進(jìn)步 特定陶土的選擇 瓷石、高鋁粘土的發(fā)現(xiàn)淘洗技術(shù)的進(jìn)步原料技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致陶瓷技術(shù)的不斷進(jìn)步，新陶瓷品種的不斷出現(xiàn)。第20頁/共59頁第21頁/共59頁第四節(jié) 陶瓷原料礦物組成簡(jiǎn)介 1 粘土 由富含長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽的巖石（長(zhǎng)石、偉晶花崗巖、斑巖等）經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化作用或熱液蝕變作用形成的一種疏松或呈膠狀致密的土狀或致密塊狀

6、的產(chǎn)物，為多種微細(xì)礦物和雜質(zhì)的混合體。第22頁/共59頁4.1 粘土的分類 粘土共有四種分類方法 成因 可塑性 耐火度 礦物類型第23頁/共59頁4.1.1 按照成因分類 一次粘土 風(fēng)化殘積型，深層巖漿巖在原產(chǎn)地風(fēng)化后殘留在原地形成的優(yōu)質(zhì)礦床。（原生高嶺） 熱液蝕變型，熱液（巖漿噴發(fā)降溫結(jié)晶后的熱水）作用于母巖形成的。（蒙脫石類） 二次粘土 由于雨水或風(fēng)力的搬運(yùn)作用，將風(fēng)化后的粘土礦物在低洼地方沉積形成的粘土礦床。（沉積高嶺）第24頁/共59頁兩類粘土的特點(diǎn)第25頁/共59頁4.1.2 按照可塑性和耐火度的粘土分類 可塑性： 高可塑粘土，膨潤(rùn)土等； 低可塑粘土，高嶺土等。 耐火度分： 耐火粘土

7、（融化溫度1580）， 難溶粘土（13501580），高嶺土； 易熔粘土（99%，是生產(chǎn)日用細(xì)瓷、釉料的良好原料。第42頁/共59頁（2）石英巖 硅質(zhì)砂巖經(jīng)變質(zhì)作用，石英顆粒再結(jié)晶形成的巖石。 外觀特點(diǎn)：灰白色，光澤鮮明，斷面致密，強(qiáng)度大， 硬度高。 SiO2 97。 加熱晶型轉(zhuǎn)變困難。 用于制作一般陶瓷，質(zhì)量好的可做細(xì)瓷。第43頁/共59頁（3）石英砂 花崗巖、偉晶巖風(fēng)化的產(chǎn)物，可簡(jiǎn)化工藝。 雜質(zhì)多，成分變化波動(dòng)較大。 河床砂用于墻地磚，大缸大生產(chǎn)，可減小其變形。 平潭海砂：大量用于玻璃工業(yè)生產(chǎn)。 東山海砂：是我國(guó)水泥行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)砂。第44頁/共59頁5.1.2 石英原料的性質(zhì) 外觀：視其種類

8、不同而異，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明狀態(tài)，斷面具有玻璃光澤或脂肪光澤。 硬度：莫氏硬度為7。 密度：晶型不同密度不同，變動(dòng)范圍2.222.65。 化學(xué)穩(wěn)定性：具有強(qiáng)耐酸侵蝕力（除HF外）；與堿作用，生成可溶性硅酸鹽；與堿金屬氧化物作用生成硅酸鹽與玻璃態(tài)物質(zhì)。 熔融溫度范圍：1400 C1770 C，由SiO2的形態(tài)和雜質(zhì)含量決定。第45頁/共59頁5.2 石英類原料在陶瓷生產(chǎn)中的作用 燒成前，石英為瘠性料，可調(diào)節(jié)泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯體的干燥收縮，增加生坯的滲水性，縮短干燥時(shí)間，防止坯體變形；利于施釉。 燒成時(shí)，石英的加熱膨脹可部分抵消坯體的收縮；高溫時(shí)石英部分溶解

9、于液相，增加熔體的粘度，未溶解的石英顆粒構(gòu)成坯體的骨架，防止坯體軟化變形。 可提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度，透光度，白度。 釉料中,SiO2是玻璃質(zhì)的主要成分，提高釉料的機(jī)械強(qiáng)度，硬度，耐磨性，耐化學(xué)侵蝕性；提高釉料的熔融溫度與粘度。第46頁/共59頁6.熔劑性材料 長(zhǎng)石類材料 碳酸鹽類材料 磷酸鹽類材料 含氧化鉛類材料第47頁/共59頁6.1 長(zhǎng)石類原料 長(zhǎng)石是地殼中分布極廣的造巖礦物，約占地殼總重量的50%，廣泛分布于巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中。從化學(xué)組成來看，它是堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽，主要是含鉀、鈉、鈣和少量鋇的鋁硅酸鹽。 長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中主要作為熔劑原料使用。 小于1400 C燒成溫度范圍內(nèi)

10、，某一原料本身產(chǎn)生熔體，或與其它原料共熔形成熔體，由于熔體的產(chǎn)生使產(chǎn)品在低溫下燒成,具有這一特性的原料叫熔劑性原料。第48頁/共59頁6.1.1長(zhǎng)石的化學(xué)組成及性質(zhì) 鉀長(zhǎng)石：K2OAl2O36SiO2，115020分解，全部熔融，范圍 寬，高溫粘度大。 鈉長(zhǎng)石：Na2OAl2O36SiO2，1120 開始熔融，液相穩(wěn)定，粘度低，易變形。 鈣長(zhǎng)石：CaOAl2O32SiO2，熔點(diǎn)高達(dá)1550 ，熔融范圍寬，熔體不透明， 粘度小，機(jī)械強(qiáng)度大。 鋇長(zhǎng)石：BaOAl2O32SiO2，熔點(diǎn)高達(dá)1715 ，熔融范圍不寬，可人工合成， 電學(xué)性能好 。 混熔特性：幾種基本類型的長(zhǎng)石，由于其結(jié)構(gòu)關(guān)系，彼此可混合

11、形成共熔體。 自然界中少有單一化學(xué)組成的長(zhǎng)石，通常是兩種或多種長(zhǎng)石混熔形成的共熔體。第49頁/共59頁6.1.2 陶瓷原料中常用的長(zhǎng)石種類 鉀鈉長(zhǎng)石:1.透長(zhǎng)石（含50 %鈉長(zhǎng)石）；正長(zhǎng)石 （含30%鈉長(zhǎng)石）；微斜長(zhǎng)石（含20% 鈉長(zhǎng)石）。 鈉鈣長(zhǎng)石：鈉長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石高溫下任意比互溶，低溫下也不分離。將鈉鈣長(zhǎng)石中兩種長(zhǎng)石含量都低于90%的 統(tǒng)稱為斜長(zhǎng)石。 鉀鈣長(zhǎng)石：鉀長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石的固溶性差，小于10%，在任何溫度下幾乎不互溶；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，鉀長(zhǎng)石中可引入少量鈣長(zhǎng)石，可降低鉀長(zhǎng)石的熔融溫度（1150C 1050 C ），所以調(diào)整配方時(shí)，鉀長(zhǎng)石中加入少量鈣長(zhǎng)石，利于降低燒成溫度，尤其對(duì)于釉，利于釉的

12、熔化和鋪展。 第50頁/共59頁鉀長(zhǎng)石斜長(zhǎng)石第51頁/共59頁6.1.3 長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中的作用 在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃體，是坯料中堿金屬氧化物的主要來源，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，利于成瓷和降低燒成溫度。 熔融后的長(zhǎng)石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒；液相中Al2O3和SiO2互相作用，促進(jìn)莫來石的形成和長(zhǎng)大，提高瓷體的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。 長(zhǎng)石熔體能填充坯體孔隙，減少氣孔率，增大致密度，提高坯體機(jī)械強(qiáng)度，改善透光性能及電學(xué)性能。 作為瘠性原料，提高坯體滲水性，提高干燥速度，減少坯體的干燥收縮和變形。 在釉料中做熔劑，形成玻璃相。第52頁/共59頁6.2 碳酸鹽原料 我國(guó)古

13、代瓷釉的主要助熔劑（石灰石，草木灰），主要化學(xué)組成CaCO3。 結(jié)構(gòu)：三方晶系，晶體呈菱面體，有時(shí)呈粒狀，板狀。 性質(zhì)： 一般為白色或無色。玻璃光澤；性脆，硬度3，密度2.62.8 ；高溫下(850-970)發(fā)生分解反應(yīng)， 850 左右開始分解，放出CO2，950 劇烈反應(yīng)。 反應(yīng)方程： CaCO3 CaO+CO2第53頁/共59頁6.2石灰石在陶瓷生產(chǎn)中的作用 燒成前，瘠性料骨架作用，縮短生坯干燥時(shí)間，減少干燥收縮 分解后，熔劑作用。在坯料中，與粘土和石英在較低溫度下反應(yīng)，縮短燒成時(shí)間，提高透明度，使坯釉結(jié)合緊密。 釉料中，強(qiáng)助熔，同時(shí)提高釉的折射率，從而使光澤度提高，改善透光性。使用不當(dāng)易乳濁（析晶），單獨(dú)使用時(shí)，在用油或煤做燃料時(shí)易引起陰黃，煙熏。第54頁/共59頁6.3 磷酸鹽類原料 骨灰瓷的主要原料： Ca3（PO4）2，主要來源脊椎動(dòng)物骨骼經(jīng)一定溫度煅燒后得到的骨灰。骨灰的主要成分是羥基磷灰石： Ca3（PO4）2OH。 骨灰的主要作用：本身難熔，但加入一定量（220%）到粘土中可起到強(qiáng)助熔劑的作用。 目前沒有太多證據(jù)表明我國(guó)古代生產(chǎn)了骨灰瓷。第55頁/共59頁6.4 PbO類原料自然界：鉛丹，紅丹，化學(xué)式為b34。 b34 b+2黃丹，密佗僧：b。 黑鉛：b2過度態(tài)。 鉛白（