第二节功能陶瓷的原材料

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1、蔡蔡 艳艳 芝芝 西安建筑科技大学西安建筑科技大学材料与矿资学院材料与矿资学院材料科学所材料科学所电话电话: 82205245, 13572246604E-mail: 第二节第二节 陶瓷的原材料陶瓷的原材料3是决定其是决定其的内因，的内因，而而制品的结构制品的结构是由是由和和来保证的。来保证的。陶瓷制品所选用的陶瓷制品所选用的，首先是保证供给其经，首先是保证供给其经过加工后能生成过加工后能生成和和，其次是保，其次是保证能适应在加工处理过程中证能适应在加工处理过程中。 内容提要内容提要1. 1. 传统原材料传统原材料2. 2. 新型原材料新型原材料1.1.粘土类原材料粘土类原材料粘土（粘土（cl

2、ay）是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸）是一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其矿物粒径一般小于盐矿物的混合体，其矿物粒径一般小于2 m，主要由粘土，主要由粘土矿物以及其它一些杂质矿物组成。粘土包括高岭土、多水矿物以及其它一些杂质矿物组成。粘土包括高岭土、多水高岭土，是一种可塑的硅酸铝盐，除了高岭土，是一种可塑的硅酸铝盐，除了Al外，还包括少量外，还包括少量Mg、Fe、Na、K、Ca，是一种非常重要的矿物原料。，是一种非常重要的矿物原料。1.1.粘土类原材料粘土类原材料1.1 粘土的产状与成因：粘土的产状与成因：1） 风化残积型：指深成的岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、风化残积

3、型：指深成的岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、长英岩等）在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭长英岩等）在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床类型。风化型粘土矿床主要分布在我国南方土的主要矿床类型。风化型粘土矿床主要分布在我国南方(如景德镇高岭村、晋江白安、潮州飞天燕等地），一般称如景德镇高岭村、晋江白安、潮州飞天燕等地），一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）。为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）。1.1.粘土类原材料粘土类原材料2）热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有）热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存

4、大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿，于母岩时，会形成粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿，如苏州阳山、衡阳界牌土。如苏州阳山、衡阳界牌土。1.1.粘土类原材料粘土类原材料3）沉积型粘土矿床：是指风化了的粘土矿物借雨水或风）沉积型粘土矿床：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿床，称为二次粘土（也称沉积粘土或次生粘土），如南安床，称为二次粘土（

5、也称沉积粘土或次生粘土），如南安康垅，清远源潭。康垅，清远源潭。 粘土的种类不同，物理化学性能也各不相同。粘土可呈白、粘土的种类不同，物理化学性能也各不相同。粘土可呈白、灰、黄、红、黑等各种颜色。有的粘土疏松柔软且可在水灰、黄、红、黑等各种颜色。有的粘土疏松柔软且可在水中自然分散，有的粘土则呈致密坚硬的块状。中自然分散，有的粘土则呈致密坚硬的块状。 1.2 粘土的组成粘土的组成 粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、化学矿物组成、化学组成和颗粒组成。组成和颗粒组成。1）粘土的化学组成）粘土的化学组成 主要化学成分为主要化学成分为SiO2、A12O

6、3和结晶水（和结晶水（H2O）。）。 含有少量的碱金属氧化物含有少量的碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属氧化物，碱土金属氧化物CaO、MgO，以及着色氧化物，以及着色氧化物Fe2O3、TiO2等。等。 风化残积型粘土矿床一般风化残积型粘土矿床一般SiO2 2含量高，而含量高，而A12 2O3 3含量低。含量低。 化学组成在一定程度上反映其工艺性质：化学组成在一定程度上反映其工艺性质：（1）SiO2 2 ：若以石英状态存在的：若以石英状态存在的SiO2 2多时，粘土可塑性降低，但是干多时，粘土可塑性降低，但是干 燥后烧成收缩小。燥后烧成收缩小。（2）Al2 2O3 3 ：含量多，耐火度增高，

7、难烧结。：含量多，耐火度增高，难烧结。（3）Fe2 2O3 31 ，TiO2 2 0.5 ：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变：瓷制品呈白色，含量过高，颜色变深，还影响电绝缘性。深，还影响电绝缘性。（4）CaO、MgO、K2O、Na2 2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。：降低烧结温度，缩小烧结范围。（5） H2 2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大、有机质：可提高可塑性，但收缩大。2 2）粘土的矿物组成）粘土的矿物组成 粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。因此，粘粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。因此，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因素。土所含

8、各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主要因素。 粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。 高岭石叶腊石伊利石a高岭石类（高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。 b蒙脱石类蒙脱石类 蒙脱石（Montmorillonite）也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土（bent

9、onite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。 c 伊利石类伊利石类伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。组成成分与白云母相似，但比正常的白云母多SiO2和H2O而少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。 粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、同形置换体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、同形置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如以及层间

10、阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘土矿物，如下图所示的结构模型图下图所示的结构模型图。层状结构粘土矿物晶体结构模型图层状结构粘土矿物晶体结构模型图 3）颗粒组成）颗粒组成颗粒组成：粘土中含有的不同大小颗粒的体积百分比含量。 1um的细颗粒细颗粒愈多，则可塑性愈强可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高， 而且烧结温度低（比表面积大，表面能高），片状片状比杆状杆状堆积面积大，塑性大，强塑性大，强度高度高。 1.3 粘土的工艺性质粘土的工艺性质可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。粘土的结合

11、性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定干燥强度的能力。粘土颗粒带有电荷，其来源是其表面层的断键和晶格内部被取代的离子，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性质称为离子交换性。 粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称为触变性，也称为稠化性。5)5)膨胀性膨胀性 膨胀性是指粘土吸水后体积增大的现象。这是由于粘土在吸附力、渗透力、毛细管力的作用，水分进入粘土晶层之间、或者胶团之间所致，因此可分为内膨胀性