陶瓷原料礦物學(xué)基礎(chǔ)

1、第三章 陶瓷原料的礦物學(xué)基礎(chǔ)1 概述1.1 原料的分類方法1.2 原料選擇的重要性1.3 原料選擇的基本要求1.1 原料的分類方法根據(jù)工藝特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 根據(jù)用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料熔劑性原料。 根據(jù)礦物組成分：粘土原料，硅質(zhì)原料，長石原料，鈣質(zhì)原料，鎂質(zhì)原料。 根據(jù)原料的獲得方式分：礦物原料，化工原料。 1.2 原料選擇的重要性原料是燒造陶瓷的基礎(chǔ)傳統(tǒng)陶瓷制品所用原料多為天然礦物原料；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)。 陶瓷制品的性能由瓷胎結(jié)構(gòu)決定，瓷胎結(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 1.3 原料選擇的基

2、本要求質(zhì)量達標（不是越純越好） 儲量要大（原料來源穩(wěn)定） 價格合理 性能穩(wěn)定（對原料的最基本要求） 運輸方便 原料選擇是古代窯廠選擇窯址的最基本標準。1.4 根據(jù)礦物組成劃分的原料種類粘土類原料石英類原料長石類原料其它礦物原料 2 粘土類原料粘土：由富含長石等鋁硅酸鹽的巖石（長石、偉晶花崗巖、斑巖等）經(jīng)過長期風(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的產(chǎn)物，為多種微細礦物和雜質(zhì)的混合體。2.1 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2.1.1 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

3、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）兩類粘土的特點化學(xué)組成耐火度成型性一次粘土純度高高塑性低二次粘土雜質(zhì)含量高低塑性高2.1.2 按照可塑性和耐火度的粘土分類可塑性：高可塑粘土，膨潤土等；低可塑粘土，瓷石、高嶺土等。耐火度分：耐火粘土（融化溫度1580）；難溶粘土（13501580）；易熔粘土（99%，是生產(chǎn)日用細瓷、釉料的良好原料。（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：灰白色，光澤鮮明，斷面致密，強度大， 硬度高。 SiO2 97。 加熱晶型轉(zhuǎn)變困難

4、。 用于制作一般陶瓷，質(zhì)量好的可做細瓷。（3）石英砂花崗巖、偉晶巖風(fēng)化的產(chǎn)物，可簡化工藝。 雜質(zhì)多，成分變化波動較大。 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：是我國水泥行業(yè)的標準砂。3.1.2 石英原料的性質(zhì) 外觀：視其種類不同而異，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，變動范圍。 化學(xué)穩(wěn)定性：具有強耐酸侵蝕力（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：1400C1770C，由SiO2的形態(tài)和雜質(zhì)含量決定。3.

5、2 石英的晶型轉(zhuǎn)變初步介紹3.2.1 SiO2多晶轉(zhuǎn)變 常壓下有七種結(jié)晶態(tài)和一種玻璃態(tài)，在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。3.2.2 兩種類型的晶型轉(zhuǎn)化高溫型的遲緩轉(zhuǎn)化（橫向轉(zhuǎn)化或一級轉(zhuǎn)化） 由表面向內(nèi)部逐步進行，結(jié)構(gòu)變化。因為形成新的穩(wěn)定晶型，所以需較高的活化能；轉(zhuǎn)變速度慢；體積變化較大，所以需較高溫度及較長時間。 低溫型的迅速轉(zhuǎn)變（縱向轉(zhuǎn)變或二級轉(zhuǎn)變） 由表及里瞬間同時轉(zhuǎn)化，體積變化小，結(jié)構(gòu)不特殊變化，位移型轉(zhuǎn)變（鍵之間的角度稍做變動為位移型轉(zhuǎn)變），易進行，且轉(zhuǎn)化可逆。3.2.3 晶型轉(zhuǎn)變的特點自然界中石英大部分以石英存在，很少以鱗石英或方石 英的介穩(wěn)狀態(tài)存在。石英多晶轉(zhuǎn)變的體積效應(yīng)： 一級轉(zhuǎn)變的體積

6、變化大，但由于其轉(zhuǎn)化速度慢，體積效應(yīng)小， 且在高溫下有液相存在，對坯體影響不大。 二級轉(zhuǎn)變的體積變化小，但轉(zhuǎn)化速度快，瞬間完成，體積效 應(yīng)大，無液相，對坯體影響大，必須嚴格控制。3.2.4 陶瓷生產(chǎn)時石英晶型轉(zhuǎn)變的實際情況（1）石英理論晶型轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)條件：慢升溫，維持晶型轉(zhuǎn)化在 平衡態(tài)下進行。 （2）陶瓷生產(chǎn)的實際情況實際轉(zhuǎn)化時升溫快，常出現(xiàn)過渡狀態(tài)（半安定方石英） 但無論是否有礦化劑，石英的轉(zhuǎn)化過程都經(jīng)過半安定方 石英階段。 有礦化劑存在時，最終有鱗石英形成；無礦化劑時，最終形成方石英。 礦化劑：RO，R2O；礦化劑來源：熔劑性原料。 在普通陶瓷生產(chǎn)過程中，石英的轉(zhuǎn)化主要是二級轉(zhuǎn)化，而不是一

7、級轉(zhuǎn)化。 實際生產(chǎn)中，由于燒成溫度的限制（一般在1300 ），最終石英以半安定方石英存在，即所說的方石英。3.2.3 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，縮短干燥時間，防止坯體變形；利于施釉。 燒成時，石英的加熱膨脹可部分抵消坯體的收縮；高溫時石英部分溶解于液相，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。 可提高坯體的機械強度，透光度，白度。 釉料中,SiO2是玻璃質(zhì)的主要成分，提高釉料的機械強度，硬度，耐磨性，耐化學(xué)侵蝕性；提高釉料的熔融溫度與粘度。4.熔劑性材料長石類材料碳

8、酸鹽類材料磷酸鹽類材料含氧化鉛類材料4.1 長石類原料長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。長石在陶瓷生產(chǎn)中主要作為熔劑原料使用。小于1400C燒成溫度范圍內(nèi)，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。長石的化學(xué)組成及性質(zhì)鉀長石：K2OAl2O36SiO2，115020分解，全部熔融，范圍 寬，高溫粘度大。鈉長石：Na2OAl2O36SiO2，1120 開始熔融，液相穩(wěn)定，粘度低，易變

9、形。鈣長石：CaOAl2O32SiO2，熔點高達1550 ，熔融范圍寬，熔體不透明， 粘度小，機械強度大。 鋇長石：BaOAl2O32SiO2，熔點高達1715 ，熔融范圍不寬，可人工合成， 電學(xué)性能好 ?；烊厶匦裕簬追N基本類型的長石，由于其結(jié)構(gòu)關(guān)系，彼此可混合形成共熔體。 自然界中少有單一化學(xué)組成的長石，通常是兩種或多種長石混熔形成的共熔體。4.1.2 陶瓷原料中常用的長石種類鉀鈉長石:1.透長石（含50 %鈉長石）；正長石 （含30%鈉長石）；微斜長石（含20% 鈉長石）。鈉鈣長石：鈉長石和鈣長石高溫下任意比互溶，低溫下也不分離。將鈉鈣長石中兩種長石含量都低于90%的 統(tǒng)稱為斜長石。鉀鈣長

10、石：鉀長石和鈣長石的固溶性差，小于10%，在任何溫度下幾乎不互溶；在實際應(yīng)用時，鉀長石中可引入少量鈣長石，可降低鉀長石的熔融溫度（1150C 1050 C ），所以調(diào)整配方時，鉀長石中加入少量鈣長石，利于降低燒成溫度，尤其對于釉，利于釉的熔化和鋪展。 鉀長石斜長石4.1.3 長石在陶瓷生產(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，促進莫來石的形成和長大，提高瓷體的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性。長石熔體能填充坯體孔隙，減少氣孔率，增大

11、致密度，提高坯體機械強度，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。4.1.4 我國古代瓷器中的長石長石不是我國古代制造陶瓷的主要原料古代瓷胎中的助熔劑我國南方古代瓷胎都不另外加入長石和石英，原因和南方古代多使用瓷石做主要原料，而瓷石的一個重要組分是石英并含有少量長石，因此無需另外再加這兩種原料。我國北方古代瓷胎中有時加入少量的長石。古代瓷釉中的助熔劑 我國古代瓷器高溫釉的助熔劑為石灰石和草木灰，稱為石灰釉；宋代以后南方一些窯廠在石灰釉的基礎(chǔ)上加入少量瓷石，稱為石灰堿釉；北方則添加少量的不純長石稱為堿石灰釉。這

12、和西方制瓷使用的高溫釉長石釉完全不同。4.2.1 碳酸鹽原料我國古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)，縮短燒成時間，提高透明度，使坯釉結(jié)合緊密。 釉料中，強助熔，同時提高釉的折射率，從而使光澤度提高，改善透光性。使用不當易乳濁（析晶），單獨使用時，在用油或煤做燃料時易引起陰黃，煙熏。4.3 磷酸鹽類原料骨灰瓷的主要原料： Ca3（PO