03-結(jié)構(gòu)陶瓷-第3講報告

構(gòu)造陶瓷及其應(yīng)用材料科學(xué)與工程學(xué)院無機非金屬陳寧，主樓427上節(jié)課程內(nèi)容材料——無機非金屬——陶瓷——構(gòu)造陶瓷；構(gòu)造陶瓷的爭論對象和范圍——無機非金屬〔特種陶瓷〕與力學(xué)〔和熱學(xué)〕性能相關(guān)；范圍：力學(xué)性能相關(guān)方法——合成方法〔成型工藝〕、微觀構(gòu)造、性能測試；主要目標(biāo)：微觀構(gòu)造〔合成〕-成份-性能的三角關(guān)系合成方法工藝應(yīng)用設(shè)備產(chǎn)品……構(gòu)造陶瓷其次講——陶器的歷史與傳統(tǒng)制備工藝學(xué)問和理論是來源于實踐……材料構(gòu)造與性能由成份和工藝預(yù)備……工藝方法包括哪些？陶器歷史的重點

從目前所知的考古材料來看，陶器中的精品：有舊石器時代晚期距今１萬多年的灰陶有８０００多年前的磁山文化的紅陶有７０００多年的仰韶文化的彩陶有６０００多年的大汶口的“蛋殼黑陶”有４０００多年的商代白陶有３０００多年的西周硬陶還有秦代的兵馬俑漢代的釉陶唐代的唐三彩等現(xiàn)代作品主要結(jié)論陶器的歷史和進(jìn)展；陶器的原料和釉料〔成份〕，工藝〔溫度，氣氛和設(shè)備〕，性質(zhì)〔力學(xué)，熱學(xué)，光學(xué)〕的演化；三者之間的相互影響的關(guān)系…… 陶器的制造，是人類文明進(jìn)展的重要標(biāo)志，是人類第一次利用自然物，依據(jù)自己的意志，制造出來的一種嶄新的東西。它揭開了人類利用自然、改造自然的新篇章，具有重大的劃時代的意義。專題爭論《古代陶瓷原料成份和制備工藝》陶瓷的成份〔粘土〕成份對最終產(chǎn)品〔陶瓷〕性能的影響是很重要的；此外，〔燒結(jié)〕工藝也能影響性能；而且，〔粘土〕成份也預(yù)備了〔燒結(jié)〕工藝；依據(jù)目的不同，可以分為三種：陶土風(fēng)化后的巖石又與其他物質(zhì)混合具可朔性較低溫瓷土高嶺土無雜質(zhì)較高溫可朔性低釉料高溫植物灰似玻璃可繪畫釉上釉下什么是粘土〔成份〕?粘土是一種含水鋁硅酸鹽產(chǎn)物，是由地殼中含長石類巖石經(jīng)過長期風(fēng)化和地質(zhì)的作用而生成的，在自然界中分成廣泛，種類繁多，藏量豐富，是一種珍貴的自然資源。它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三類，據(jù)礦物的構(gòu)造與組成的不同，陶瓷工業(yè)所用粘土中的主要粘土礦物有高嶺石類、蒙脫石類和伊利石〔水云母〕等三種，另外還有較少見的水鋁石。長石〔Feldspar〕一族含鈣、鈉和鉀的鋁硅酸鹽類礦物。為地殼中最常見的礦物，在火成巖、變質(zhì)巖、沉積巖中都可消逝。長石是幾乎全部火成巖的主要礦物成分，對于巖石的分類具有重要意義?；瘜W(xué)組成常用OrxAbyAnz〔x＋y＋z＝100〕表示；——Or、Ab和An分別代表KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8等3種組分。以某二組分為主，可劃分為兩個類質(zhì)同象系列：堿性長石系列〔即Or-Ab系列〕；斜長石系列〔即Ab-An系列〕。Or與An組分間只能很有限地混溶，不形成系列。長石的根本構(gòu)造單位是四周體，它由4個氧原子圍繞一個硅原子或鋁原子而構(gòu)成。每一個這樣的四周體都和另一個四周體共用一個氧原子，形成一種三維的骨架。大半徑的堿或堿土金屬陽離子位于骨架內(nèi)大的空隙中，配位數(shù)為8〔在單斜晶系長石中〕或9〔在三斜晶系長石中〕。長石晶體多數(shù)呈板狀或沿某一結(jié)晶軸延長的板柱狀。雙晶現(xiàn)象特殊普遍，雙晶律多達(dá)20多種。常見的有鈉長石律、曼尼巴律、巴溫諾律、卡斯巴律、肖鈉長石律雙晶。它們分別存在于三斜晶體或單斜與三斜晶體中。長石常見乳白色，但常因含有雜質(zhì)而被染成黃、褐、淺紅、深灰等色，有的還可具有美麗的變彩或暈色。有兩組完全解理，其夾角90°(單斜晶系〕或近于90°〔三斜晶系)。比重2.56～2.76之間，隨成分中An含量增高而增高，隨Or的增多而削減。莫氏硬度為6～6.5。富含鉀或鈉的長石主要用于陶瓷工業(yè)、玻璃工業(yè)及搪瓷工業(yè)；含有銣和銫等稀有元素的長石可作為提取這些元素的礦物原料；色澤美麗的長石可作為裝飾石料和次等寶石。高嶺石(Kaolinite)高嶺石名稱來自我國江西景德鎮(zhèn)的高嶺(山名)，因該地所產(chǎn)的高嶺石質(zhì)地優(yōu)良，在國內(nèi)外久享盛名?！净瘜W(xué)組成】Al4［Si4O10］(OH)8常有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面體配位中的Al。Al、Fe3+代Si的數(shù)量通常很低。堿及堿土金屬元素多為機械混入物?！疚锢硇再|(zhì)】純者白色，因含雜質(zhì)可染成深淺不同的黃、褐、紅、綠、藍(lán)等各種顏色；致密塊體呈土狀光澤或蠟狀光澤。｛001｝極完全解理。硬度2.0～3.5。相對密度2.60～2.63。土狀塊體具粗糙感，枯燥時具吸水性(粘舌)，濕態(tài)具可塑性，但不膨脹。陽離子交換性能差，只能由顆粒邊緣的破鍵而引起微量交換?！揪w構(gòu)造】常見多型為1Tc型，三斜晶系；P1;a0=0.154nm,b0=0.893nm,c0=0.737nm;α=91°48′,β=104°42′,γ=90°;Z=1。構(gòu)造屬TO型，二八面體型。層間域沒有陽離子或水分子存在，氫鍵(O—OH=0.289nm)加強了構(gòu)造層之間的聯(lián)結(jié)。在實際的高嶺石構(gòu)造中，由于八面體片(a0=0.506nm,b0=0.862nm)與［SiO4］四周體片(a0=0.514nm,b0=0.893nm)的大小不完全一樣，因此，四周片中的四周體必需經(jīng)過輕度的相對轉(zhuǎn)動和翹曲才能與八面體片相適應(yīng)。蒙脫石Montmorillonite蒙脫石又名微晶高嶺石，是一種層狀構(gòu)造、片狀結(jié)晶的硅酸鹽粘土礦，因其最初覺察于法國的蒙脫城而命名的。

蒙脫石成分為(Na，Ca)0.33(AlMg)2[Si4O10](OH)2nH2O，水的含量變化很大。顆粒細(xì)小，約0.2～1微米，具膠體分散特性，通常呈塊狀或土狀集合體產(chǎn)出。在電子顯微鏡下觀看，晶體屬單斜晶系，一般呈不規(guī)章片狀。顏色為白色帶淺灰，有時帶淺藍(lán)或淺紅色，光澤暗淡；莫氏硬度2～2.5，比重2～2.7，積存密度為1-1.1g/mL。具有很強的吸附力氣和離子交換力氣?！疚锢硇再|(zhì)】白色，有時為淺灰、粉紅、淺綠色。鱗片狀者解理完全。硬度2～2.5。相對密度2～2.7。甚松軟。有滑感。加水膨脹，體積能增加幾倍，并變成糊狀物。具有很強的吸附力及陽離子交換性能。伊利石illite抱負(fù)化學(xué)組成為K0.75(Al1.75R)[Si3.5Al0.5O10](OH)2﹑晶體主要屬單斜晶系的含水層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物。式中R2+代表二價金屬陽離子﹐主要為Mg2+﹑Fe2+等。晶體構(gòu)造與白云母的根本一樣﹐也屬於2﹕1型構(gòu)造單元層的二八面體型。晶體有1M﹑2M﹑1Md和3T等多型變體。與白云母不同的是﹐層間K+的數(shù)量比白云母少﹐而且有水分子存在。因此伊利石也稱為水白云母。還有人把它作為水云母的同義詞。純的伊利石黏土呈白色﹐但常因雜質(zhì)而染成黃﹑綠﹑褐等色。底面解理完全。摩斯硬度1～2。比重2.6～2.9。伊利石是常見的一種黏土礦物﹐常由白云母﹑鉀長石風(fēng)化而成﹐并產(chǎn)於泥質(zhì)巖中﹐或由其他礦物蝕變形成。它常是形成其他黏土礦物的中間過渡性礦物。白云母燧石,方解石片巖Muscovite釉陶技術(shù)中的釉料到了商代的中后期，釉陶漸漸增多，說明人們已從無意識地覺察釉料進(jìn)展到有意識地配制釉料。對出土的商周釉陶進(jìn)展的分析，證明當(dāng)時使用的釉是石灰釉。即由石灰石或方解石等碳酸鹽加上確定量的粘土和其它物質(zhì)配制成的。石灰石limestone

石灰石:碳酸鈣CaCO3

熟石灰:氫氧化鈣Ca(OH)2

石灰石只要成分是碳酸鈣CaCO3，而生石灰主要成分是CaO?；瘜W(xué)分析：

二氧化硅0.07%、三氧化二鋁0.02%、三氧化二鐵0.03%、氧化鈣55.22%、氧化鎂0.08%、

石灰石塊狀/粉狀：燒失量40.79％，硅4.62％，鋁1.21％，鐵0.52％，鈣50.16％，鎂1.10％

白云石粉/塊：硅0.19％，鋁0.15％，鐵0.17％，鈣32.1％，鎂21.19％石灰石是生產(chǎn)玻璃的主要原料。方解石Calciumcarbonate晶系：六方晶系

化學(xué)成分：CaCO3

特性：為最重要的碳酸鹽礦物，有完全的菱面體解理，玻璃光澤，透亮至半透亮，一般為白色或無色，含有其他顏色亦不少，條痕白色，硬度3.0，比重2.71，可溶於稀鹽酸而起泡，純潔透亮的稱為冰洲石(IcelandSpar)，具有猛烈雙折射和完全解理。

產(chǎn)狀：石灰?guī)r、大理巖和美麗的鐘乳石之主要礦物即為方解石。在泉水中可沉積出石灰華，在火成巖內(nèi)亦常為次生礦物，在玄武巖流的杏仁孔穴中，沉積巖之裂縫內(nèi)常有方解石充填而成細(xì)脈，或透過生物學(xué)作用，以貝殼或巖礁的方式產(chǎn)出。用途：冰洲石因具雙折射，常被利用於偏光稜鏡，如以確定的方式切割成柱狀，可當(dāng)顯微鏡之稜鏡，檢測礦物之光學(xué)性，其品質(zhì)要件須為：無色透亮，內(nèi)部不含氣泡或裂痕，不帶雙晶或歪曲，0.5吋〔12.5mm〕立方以上。一般方解石用於化工、水泥等工業(yè)原料。

相關(guān)物質(zhì)的成份主要成份；主要晶體構(gòu)造；主要性能；其他雜質(zhì)問題；三種不同的用途的粘土成份的主要區(qū)分在哪里？粘土的特點總結(jié)粘土具有顆粒細(xì)、可塑性強、結(jié)合性好，觸變性過度，收縮適宜，耐火度高等工藝性能，因而，粘土是成為瓷器的根底。粘土礦物的主體化學(xué)成分是硅鋁氧化物和水，其特征是與適量水結(jié)合可調(diào)成柔可繞指的軟泥，具有可塑性，將塑性成形的泥團(tuán)燒后會變成具有確定濕度的堅硬燒結(jié)體。粘土的可塑性使陶瓷坯泥賴以成形的根底；粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩(wěn)定性；粘土一般呈細(xì)分散顆粒，同時具有結(jié)合性；粘土的消逝使其成為陶瓷坯體燒結(jié)時的主體，形成瓷器中莫來石晶體的主要來源。連續(xù)陶器在中國的進(jìn)展歷史；粘土分類和主要代表的成份；成份差異和工藝特點；陶瓷工藝的變化和進(jìn)展；新石器時代陶器就有很多種類，如灰陶、紅陶、彩陶、黑陶、白陶、釉陶等。陶器之所以呈現(xiàn)出不同的顏色，主要是因制陶原料中含有呈色元素和燒窯后期人們能夠轉(zhuǎn)變、把握火焰的性質(zhì)所致?；姨帐窃跓G后期，承受復(fù)原焰，使制陶原料中鐵的氧化物大局部轉(zhuǎn)化為二價鐵，在這種狀況下，燒成的陶器呈灰色或灰黑色?；姨帐侨藗?nèi)沼锰掌髦凶疃嗟囊环N，質(zhì)地較疏松、粗糙。紅陶是在氧化焰氣氛中燒成的，質(zhì)地較堅硬細(xì)致。彩陶是新石器時代文化遺存中最精巧的陶器，仰韶文化的彩陶堪稱其代表作。彩陶花紋是陶坯未入窯焙燒前，用鐵、錳等顏料在坯體上繪畫紋飾，入窯后用氧化焰燒成。彩繪堅固地結(jié)合在器物外表，不易脫落。彩陶上的紋飾有變化多端的植物紋、形態(tài)各異的動物紋和幾何形紋飾等。還有一種彩陶是在陶器燒成后進(jìn)展彩繪的，稱“燒后彩繪陶”，彩色易剝落。古代制陶工藝——類別的特點古代制陶工藝——原料成份我國古代制陶工藝首先是原料的選擇和加工。所需原料要選擇含鐵量高、粘性適度、可塑性強的粘土，一般還要在粘土中加料〔石英、長石、砂石粉末、草木灰、碎陶片末等〕，目的是增加陶土的成型性能和成品的耐熱急變性能，提高成品率。原料配制以后，須進(jìn)展粉碎，以削減其中的顆粒度，使坯泥細(xì)膩。捏練和陳腐是原料加工的最終工序，以增加坯泥的可塑性。

當(dāng)時彩陶的制作，據(jù)分析主要經(jīng)過四個程序。第一，常選用可塑性和操作性較好的紅土、沉積土、黑土等，經(jīng)過淘洗和沉濾后成為較純較細(xì)的原料。從分析出土的彩陶片來看，泥質(zhì)比后來的上等陶器并不遜色。其次，制壞。彩陶壞最初大多是手制。小型器皿是直接捏塑而成的；較大的陶器，其體部壞子，一般承受泥盤筑法分兩段制成。粗壞制成后再裝上頸口，嵌入把手，制壞工序初步完成。其外形圓正法規(guī)，對稱性很強，在器壁外有輪紋存在。這說明仰韶文化時期，已開頭消逝慢輪制陶。第三，彩繪和紋飾。一些較精細(xì)的彩陶，在彩繪之前，往往將陶壞放入極其細(xì)膩的泥漿中，讓它披上一層均勻的陶衣便于上彩。彩繪就是將有色的自然礦物涂繪在陶壞上。仰韶文化時期陶器的紋飾大多是用帶有花紋的木印板拍印上去的。第四，燒窯。古代制陶工藝——制作坯體的成型和修飾——成型方法主要有手制法和輪制法兩種；手制陶器最常見的是泥條盤筑法。先將泥坯搓捏成泥條，由底部螺旋向上盤繞，直至口沿，用手和木拍里外抹平，便制成了各種器型。小型陶器則可用手直接捏塑而成。某些特殊的器形〔如鬲〕往往承受局部模制的方法。輪制法是將泥料放在快速轉(zhuǎn)動的陶車上，兩手隨著輪盤的轉(zhuǎn)動，塑拉出器形。再經(jīng)打磨修飾，便成為待燒的坯體。坯體晾干后，才能入窯焙燒。古代制陶工藝——成型后來人們便制造了陶窯，依據(jù)考古開掘資料，新石器時代的陶窯主要有橫穴式窯和豎穴式窯兩種。橫穴式窯較典型，它由火口、火膛、火道、窯室和窯箅組成，窯室呈圓形，底上有窯箅，箅上有很多火孔，由火膛進(jìn)入的火焰，經(jīng)火道和火孔到達(dá)窯室。豎穴窯的窯室在火膛之上，火膛是口小底大的袋狀坑，有多股垂直的火道通向窯室。橫穴式窯和豎穴式窯在陜西半坡、河南陜縣廟底溝、安陽范家莊、河北邯鄲澗溝等仰韶文化和龍山文化遺址中都有覺察。從考古開掘的材料來看，仰韶文化時期的陶窯主要是豎穴窯和橫穴窯。它們都是由火口、火膛、火道、窯室等所組成，在火膛中燃燒起來的火焰，