陶瓷工艺学 电子教案

《陶瓷工艺学》电子教案

绪 论

陶瓷工艺学是无机非金属材料重要的专业课程，它以陶瓷材料的性质─结构─工艺之间的关系为纲，阐明材料的组成，键性，结构与性能的内在联系，讨论工艺方法对产品性能的影响。将技术基础的有关原理与生产工艺，性能控制融合在一起。因此，广义的陶瓷概念已延伸到无机非金属材料的概念范畴内。此外，陶瓷作为中国古老文明与艺术的象征，使得日用瓷具有最广泛的实用性和欣赏性，也是陶瓷科学技术与工艺美术有机结合的产物，陶瓷从作为日用品开始，已逐步发展为国民经济领域中的重要材料。陶瓷已从古老的艺术宫殿走出来，跨进了现代科学技术的行列之中。

璀璨的历史文明给我们留下了大量的陶瓷艺术珍品，这些历代名瓷或从造型，或从色彩，或从雕琢，从技术难度上创造了一个又一个的神奇，历久弥新，有强烈的视觉效果，能有效的调动学生的兴趣 ,在课程内容上,我们将另辟一章,结合专业知识着重介绍我国历代名瓷,不但可显著提高学生听课效果,而且符合当前在自然学科中加强人文修养的要求 。 一、陶瓷的概念

1、 传统陶瓷：陶器，炻器，瓷器等以粘土为主要原料的制品的通称。

按吸水率分类

2、 现在陶瓷：无机非金属固体材料的通称。 从概念上可以看出陶瓷内涵的扩大 二、陶瓷的发展史概述

1、陶器的起源和演变 2、由陶到瓷的发展 3、我国历代瓷器的成就 三、陶瓷在现代化建设中的作用 四、现代陶瓷技术

１、新技术与新工艺的采用： （１）原料制备：最初采用天然原料，不加任何处理。现在为适应特殊材料的特 殊要求，对原料进行精选，分等级处理，在纯度、粒度、性质等各方面加以控制。

（２）粉料制备：传统的半机械，机械球磨，兑打粉磨等粉碎方法。现在为制备超细粉末，采用化学气（液）相沉淀，溶胶－凝胶法，气流粉碎，超声波粉碎等方法来制备（胶体颗粒１０-７～１０-９m）。一些半干压成型的建筑陶瓷，铁氧体及电子陶瓷普遍地采用喷雾干燥法进行坯料加工和造粒。在特种陶瓷粉末制备中将详细介绍如何用固、液、气相法合成超细粉末。

（3）成型方法：等静压成型法已不仅用于特种陶瓷，也陆续在电瓷，日用瓷的生产中使用，注射成型法开始由塑料工业移植到陶瓷工业中去。

（4）施釉及烧结：国外，施釉方法由传统的釉浆浸釉、喷釉、浇釉发展到用釉粉压制施釉的方法。煅烧方法除传统的常压烧结外，气氛烧结、压力烧结（如热压、热等静压）已应用于陶瓷生产中去。

2、对陶瓷材料的性能与本质的深入了解

一些研究材料成分和结构的技术与仪器的出现，促进了人们对陶瓷的认识进入更高的层次。例如可用X-射线荧光分析、电子与离子探针、光电子能谱仪、俄歇能谱仪测得陶瓷中微量成分的种类、浓度、价态及其分布特征。采用X-射线衍射、中子衍射仪测定晶体结构和点阵常数、固体中的缺陷，用光学显微镜、电子显微镜来研究陶瓷烧结体的显微结构。 3、新品种的开发

由于科学技术的推动和需要，也使得能充分利用陶瓷的物理与化学特性开发出许多在高科技领域中应用的功能材料与结构材料。例如工业检测与系统控制用的陶瓷传感器，燃气轮机用的耐高温、高强度、高韧性的陶瓷部件，用作人造骨骼或器官的生物陶瓷等。由于这些进步，人们掌握了更多陶瓷材料性能、结构与工艺之间内在联系的信息。为今后发展到根据一定性能要求，进行结构与工艺设计奠定初步的基础。

第一章

原料

本讲主要介绍第一章原料中的第一节矿物原料。 需要强调和补充的内容包括： 通过重点问题的讲解使学生能够了解原料的突出特点，并对应用领域有粗浅的认识，为后面讲各种硅酸盐材料打下基础。

原料是制备无机非金属材料制品的基础，原料的质量直接影响着最终产品的性能。本章主要介绍天然矿物原料、化工原料和合成原料。

第一节 粘土类原料

粘土是无机非金属材料制品生产的重要原料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离不开粘土原料。

粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。自然界的粘土呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色，颗粒微细，多数均小于2μm，晶体有片状、管状、球状及六角鳞片状等。将其与水拌和能塑成各类形状，干后形状不变，且有一定机械强度，煅烧后坚硬如石。

1．粘土的成因和分类

（1）粘土的成因 各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化、水解、热液蚀变等作用都可以变成粘土。

风化作用可分为物理风化（也叫机械风化，主要是温度的变化、冰冻、水力等的作用）、化学风化（主要是二氧化碳及水的作用）以及有机物风化（动植物遗骸腐蚀）三种类型。实际上硅酸盐矿物的风化过程是上述三种作用错综交叉进行的。

当含有O2、N2、 CO2、酸碱、可溶性盐类物质的天然水与岩石长期作用时，使岩石产生溶解、水化和侵蚀，从而形成新的矿物。例如：

4KAlSi3O8 + 6H2O ----→ 2(Al2O3.2SiO2.2H2O) + 8SiO2 + 4KOH 钾长石 高岭石

4KAlSi3O8 + 2H2O + CO2----→Al2O3.2SiO2.2H2O + 4 SiO2 + K2CO3 钾长石 高岭石

钾长石在风化水解过程中生成的可溶性物质，如K2CO3、KOH等，胶状SiO2等均随水流失，只残留下高岭石、白云母、部分SiO2，再经过漫长的地质时期，便生成了具有一定工业价值的粘土矿。

热液蚀变型粘土矿是指当高温岩浆遇冷逐渐降温时，其中溶有的大量其他化合物的热液（水）作用于母岩而形成的粘土矿物。

由于母岩不同，风化、水解、蚀变的条件不同，常形成不同类型的粘土矿物。

（2）粘土的分类 粘土种类繁多，为便于研究，一般可按成因、产状、工艺性能及矿物组成等来分类。

① 按成因分类

一次粘土：又称残留粘土或原生粘土，即母岩经风化崩碎后就地残留下来的粘土。此类粘土质地较纯，耐火度较高，但颗粒较粗，可塑性较差。

二次粘土：又称沉积粘土或次生粘土，是由风化而成的一次粘土经雨水、河川的漂流及风力作用，而迁移在低洼的地方沉积形成的粘土层。二次粘土颗粒细小，可塑性强，耐火度较低，常因混入呈色杂质而带各种颜色。 ② 按耐火度分类

耐火度在1580℃以上的为耐火粘土；耐火度在135O～1580℃之间的为难熔粘土；耐火度在1350℃以下的为易熔粘土。 ③ 按可塑性分类

高塑性粘土：又称软质粘土、结合粘土。颗粒较细，水中易分散，可塑性好，含杂质较多，一般呈疏松状、板状、页状。如膨润土、球土、木节土等。

低塑性粘土：又称硬质粘土、瘠性粘土。在水中不易分散，较坚硬，可塑性较小，多呈致密块状、石状，如焦宝石、瓷石、叶蜡石等。 2．粘土的组成

粘土的组成通常指化学组成、矿物组成和颗粒组成。

（1）粘土的化学组成

因为粘土是含水铝硅酸盐的混合物，其化学成分主要是SiO2、Al2O3和H2O，由于成矿条件不同，粘土中同时含有碱金属氧化物K2O、Na2O，碱土金属氧化物CaO、MgO及着色氧化物Fe2O3 、TiO2等。

粘土的化学组成在生产中有重要的指导意义，根据粘土的化学成分，可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐火度的高低、粘土的颜色及工艺性能等。表1-1列出我国几种典型粘土的化学组成。

表1-1 几种典型粘土的化学组成 化 学 成 分（%） 名 称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 景德镇高岭47.28 37.41 0.78 - 0.36 0.10 2.51 0.23 12.03 土 苏州土 46.92 37.50 0.15 - 0.56 0.16 0.08 0.05 14.52 界牌桃红土 68.52 20.24 0.60 - 0.15 0.75 1.42 7.49 山西大同土 43.25 39.44 0.27 0.09 0.24 0.38 - - 16.07 淄博焦宝石 45.26 38.34 0.70 0.78 0.05 0.05 0.05 0.10 14.46 唐山紫木节 41.96 35.91 0.91 0.96 2.1 0.42 0.37 - 16.96 （2）粘土的矿物组成 无机非金属材料制品所用的粘土的主要矿物为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶腊石等）和伊利石（也称水云母）类三种。 ①高岭石类

高岭石是一种常见的粘土矿物，因首先发现于江西景德镇浮梁县的高岭村而得名，国际上也将一切利于制瓷的粘土均称为高岭土（Kaolin）。它的主要矿物是高岭石（包括地开石、珍珠陶土及多水高岭石）。高岭石的化学式为Al2O3.2SiO2.2H2O（其中Al2O3 39.50%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%），其结构式为：Al4[Si4O10](OH)8。

高岭石属三斜晶系，晶体多呈六角鳞片状，也有粒状、杆状的，轮廓较清楚，晶片往往互相重叠，颗粒平均尺寸为0.3～3μm，晶片厚约0.05μm。二次高岭土中粒子形状不规则，边缘折断，尺寸较小。

高岭石晶体属双层结构的硅酸盐矿物，每个晶层均由一层硅氧四面体［SiO4］与一层铝氧八面体[AlO2(OH)4]通过共用的氧原子联系在一起，晶体结构如图1-1所示。

图1-1表明，高岭石的相邻两晶层通过八面体的OH键与另一层四面体的氧以氢键相联系。故层间结合力较弱，易于裂开及滑移，层间不易吸附水分子。但由于水的楔裂作用，或外部机械力的作用，易使层间分离，粒子破坏，从而提高比表面积及分散度，增加了可塑性。

地开石、珍珠陶土、多水高岭石的结构与高岭石相近。由于它们结构上各具特点，在性能等方面均有一定的差别。 ② 蒙脱石类

蒙脱石，又称微晶高岭石或胶岭石，以蒙脱石为主要矿物的粘土叫膨润土。呈白色或灰白色，有时因含杂质而呈黄色、浅红色、蓝绿色等。比密度为2.2～2.9，莫氏硬度l～2。属单斜晶系晶体，其化学式为：Al2O3.4SiO2.nH2O（n>2），晶体结构式为：Al4(Si8O20)(OH)4.nH2O。

蒙脱石结晶程度差，轮廓不清楚，很难发现其单晶体。晶粒极细小，一般小于0.5μm，呈不规则的粒状或鳞片形胶状。

蒙脱石属层状粘土矿物，晶体结构是：每个单元晶层是由两边的Si-0四面体层中间夹着一个铝氧八面体层而成的三层结构。两边的Si-O四面体以顶端的氧与八面体共用，将三层联系起来，此结构沿C、b轴可无限伸长，沿a轴以一定间距重叠。沿c轴方向的氧层与氧层间联系力很小，水分子与其他极性分子易侵入层间而形成层间水，层间水的数量常随外界环境的温、湿度而变化，引起c轴方向的膨胀与收缩，这就是蒙脱石的吸水特性。因吸水后体积膨胀，有时大到2O～30倍，故名膨润土。

蒙脱石易粉碎，颗粒细小，可塑性好，干燥收缩较大，干燥强度高，因含杂质多，Al2O3含量低，故烧成温度较低，烧后色泽不理想。在陶瓷生产中用量一般不得超过5％，釉中可掺少许作悬浮剂。 叶蜡石（也称叶腊石）也是常用的一种粘土矿物。叶蜡石化学通式为：Al2O3.4SiO2.H2O，其理论化学组成为：Al2O3 28.30%、SiO266.70%、H2O 5.00%。它的晶体结构式为：Al2 [Si4O10]( O H)2。叶蜡石为单斜晶系，呈片状或放射状集合体，有时呈隐晶质致密块体。白色微带浅黄或绿色，玻璃光泽，致密块体呈蜡状光泽。硬度1～2，密度为2.8左右，熔点1700℃。叶蜡石通常是由细微鳞片状晶体构成的致密块状，质软而富有脂肪感。叶蜡石中的结晶水较少，在5OO～8O0℃之间脱水缓慢，总收缩不大、膨胀系数较小，有良好的热稳定性，不烧成熟料即可作耐火材料的原料，也是快速烧成陶瓷产品的理想原料。 ③ 伊利石类

伊利石又称水云母（因白云母水化而得名），矿物颗粒很小，常混有其它粘土矿物。它是包括水黑云母、水白云母、蛭石等似云母的一类成分较复杂、分布很广、产量也大得粘土矿物。化学组成K<1[(Si,Al)4O10](OH)2.nH2O，组分含量不定，K2O 3～8%，个别达到10%。

白云母的化学通式为：K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O，其理论化学组成为：Al2O3 28.30%、SiO266.70%、H2O 5.00%。与白云母比较伊利石含K2O较少，含水较多；与高岭石比较伊利石含K2O较多，而含水较少。所以伊利石是高岭石和白云母的中间产物。

与白云母及伊利石结构类似的一种矿物成为绢云母，它是在热液或变质作用下形成的细小鳞片状的白云母，但具有丝绢光泽，故而得名绢云母。与白云母相比其SiO2含量稍高，含K2O则比白云母低而比伊利石高，其含水量也介于白云母和伊利石之间。绢云母是白云母和伊利石之间的过渡产物。 （3）粘土的颗粒组成

粘土的颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的百分含量。粘土中的粘土矿物颗粒较细，一般直径在2um以下。由于粘土粒径大小的不同，其工艺性质亦不同；细颗粒粘土矿物的比表面大，表面能高，可塑性较强，干燥收缩大，干燥强度高，易于烧结成致密坯体，利于提高陶瓷坯体的机械强度。此外，粘土颗粒的形状及结晶程度对工艺性质亦有一定影响。一般来说，片状颗粒较其他形状的颗粒堆集密度大、塑性大、强度高。结晶程度差的粘土颗粒比结晶程度好的可塑性较大。 3、粘土的工艺性能

粘土是无机非金属材料制品生产的主要原料之一，了解粘土的工艺性能对合理地选择粘土、科学配方、稳定生产、提高产品质量均起着举足轻重的作用。粘土的工艺性质取决于粘土的化学成分、矿物组成、颗粒组成。现将粘土原料的几种主要性质介绍如下： （1）可塑性

当粘土与适量的水混练后形成泥团，此泥团在外力作用下产生变形但不开裂，当外力去掉以后，仍能保持其形状不变，粘土的这种性质称为可塑性。常用“可塑性限度（塑限）”、“液性限度（液限）”、“可塑性指数”、“可塑性指标”和相应含水率等参数来表示粘土可塑性的大小。“塑限”是指粘土或坯料由粉末状态进入塑性状态时的含水量。“液限”是指粘土或坯料由塑性状态进入流动状态时的含水量。“可塑性指数”是液限与塑限之差。“可塑性指标”系指在工作水分下，粘土或坯料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变之乘积，也可用此时的含水率来表示。粘土与可塑性的关系如图1-2所示。

处于可塑状态的粘土或坯料是一固、液并存的多相体系。粘土可塑性的大小主要取决于固相及液相的性质和数量。固相的性质主要是指固相物的种类、颗粒形状及大小、颗粒级比以及颗粒的离子交换能力等。液相的性质主要是指液相的粘度及其对固相的浸润能力等。一般而言，固体分散相越细、分散度越高、比表面积越大，可塑性就越好。层状粘土矿物的薄片状粒较杆状、棱角状颗粒的塑性为好。粘土矿物离子交换能力大，则其可塑性较好。可塑性粘土系统中，液相如果粘度较大、且能很好地湿润粘土颗粒，其与粘土混练后可塑性较高。

根据粘上可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类：

强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6；中塑性粘土：指数 7～15，指标 2.5～3.6；弱塑性粘土：指数 l～ 7，指标 <2.5；非塑性粘土：指数<1。

（2）结合性

粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一定干燥强度的能力。粘土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量，而结合力的大小又与粘土矿物的种类、结构等因素有关。一般而言，可塑性强的粘土其结合力也大。 实验室中粘土的结合力通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂（颗粒组成

为:0.25～O.15mm70%，0.15～0.09mm 30%）的数量及干后抗折强度来反映。一般加砂量＞50%为结合力强的粘土，加砂量在25%～50%为中等结合力粘土，加砂量＜20％为结合力弱的粘土。

（3）离子交换性

4+3+

粘土颗粒带有电荷，其来源是[SiO4]四面体中的Si被Al取代而出现负电荷，为了保持粘土颗粒表面的电价平衡，粘土颗粒在水系统中则吸附其他异电荷离子。然而，被吸附的离子又会被其他同性电荷的离子置换，发生离子交换。

离子交换的能力用交换容量来表示，即100g干粘土所吸附能交换的阳离子或阴离子的数量，单位为 mol×10/g。

粘土的阳离子交换容量按下列顺序自左到右逐渐减小：

H+ ＞ Al3+ ＞ Ba2+ ＞ Sr2+ ＞ Ca2+ ＞ Mg2+ ＞ NH4+ ＞ K+ ＞ Na+ ＞ Li+

在粘土颗粒的棱角上，阴离子亦会被粘土颗粒吸附，但吸附能力较小，阴离子取代能力自左到有逐渐减小：

- 2- 4- - - - -- - 2- OH＞ CO3＞ P2O7＞ CNS＞ I＞ Br＞ Cl＞ NO3＞ F＞ SO4

粘土离子交换能力的大小除与离子性质有关外，还与粘土矿物的种类、有序度、分散度、粘土中有机物的含量和粘土矿物的结晶程度等因素有关。 （4）触变性

粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低，泥浆的流动性会增加，静置后恢复原状。此外，当泥浆放置一段时间后，在原水分不变的情况下会出现变稠和固化现象。这种性质我们叫它为触变性。

影响粘土触变性的因素有许多，如粘土的矿物组成、颗粒大小及形状、水分含量、吸附离子的种类及其水化性，以及泥料（泥浆）的温度等。粘土矿物的遇水膨胀与触变性有关，若水分子仅渗入粘土颗粒之间，则触变性较小，如高岭石和伊利石；若水分子除渗入粘土颗粒之间外还渗入单位晶胞之间，则触变性较大，如蒙脱石的触变性、遇水膨胀性及细度均较高岭石、伊利石的高。粘土颗粒越细，形状愈不规则，触变性也愈大。球状颗粒触变性较小。触变性与吸附离子及离子水化度有关，阳离子价数越小或价数相等半径较小者，触变性亦愈大。含水量小的泥浆较含水量多的泥浆更易产生触变效应。当泥浆温度升高时，因粘度减小，触变现象亦会减弱。

生产中，希望泥浆有适当的触变性，因为触变性大的泥浆在管道中输送时很不方便，注浆后的产品易变形。如触变性过小，则生坯强度差，影响脱模及精坯的质量。

粘土泥浆的触变性以厚化度（或稠化度）来表示，厚化度是以泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数表示。反映泥浆触变性的厚化系数是泥浆放置30min及3Os后的相对比。

式中：τ30min——一 100mL泥浆静置30min后由恩式粘度计中流出的时间； τ30s ——- 100mL泥浆静置3Os后由恩式粘度计中流出的时间。

可塑泥团的厚化系数为放置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。

式中：Pn——泥团开始时承受的负荷，N；

P0 —— 经一定时间后，球体或锥体压入相同深度时承受的负荷，N。

在水分不变时，泥料触变性随时间的变化是不均匀的，粘度增加将由快而变慢。在一定含水量范围内，触变性出现最大值。 （5）收缩

粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩，称为干燥收缩。当粘土泥料煅烧时，由于发生一系列物理化学变化，粘土泥料再度收缩，称为烧成收缩。成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称总收缩。

粘土收缩常以线收缩及体收缩来表示。体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6％～9％）。线收缩率可按下式计算：干燥线收缩以试样干燥至105～110℃时尺寸的变化来表示，计算式如下：

式中： L0 ——试样原始长度；

L干——试样干后长度； S干——试样干燥线收缩率。

烧成线收缩按下式计算：

式中： L干——试样干后长度；

L烧—一试样烧后长度； S烧——试样烧成线收缩率。

粘土原料性质不同，则其收缩亦不同，一般粘土总收缩率波动在5％～2O％之间。如收缩太大，在干燥、烧成时会产生有害应力致使产品变形开裂。研究粘土的收缩性质，是设计合理的产品造型、研究模型放大的依据。 （6）烧结性能

粘土是由多种矿物组成的物质，它无固定熔点，而是在一个较大的温度范围内逐渐软化。当粘土在煅烧过程中，温度超过800～900℃以上时，低共熔物出现，并填充在固体颗粒之间，由于其表面张力的作用，使固体颗粒进一步靠拢，引起体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高，这种开始急剧变化时的温度叫开始烧结温度，如图1-3所示。当温度继续升高时，收缩将不断增大，气孔率不断降低。当密度达到最大值时，称为完全烧结，此时的温度叫烧结温度。

从粘土试样完全烧结开始，温度继续上升，会出现一个体积密度及收缩较稳定的阶段。持续一段时间后，如再继续升温，试样中的液相不断增多，以至于不能维持试样原有形状而变形，此时因发生一系列化学变化，使试样内气孔率增大，出现了膨胀现象。出现此情况的最低温度就叫软化温度，如图l-3中的t3。通常将烧结温度到软化温度之间试样处于相对衡定的阶段的温度区间称作烧结范围，如图1-3中的t2-t3。粘土的烧结范围对无机非金属材料制品生产来说是一个十分重要的特性，它直接影响到配方、窑炉种类、烧成制度等的确定。

（7）耐火度

耐火度系粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性。

粘土的耐火度主要取决于粘土的化学成分，如粘土中Al2O3含量多则耐火度较高，含碱类氧化物多则耐火度较低。一般常用Al2O3／SiO2的比值来判断粘土耐火度的高低。比值大、耐火度高，烧成温度范围宽。反之，耐火度就低，烧成温度范围窄。

耐火度的测定是将欲测粘土制成高3Omm、下底边长为8mm、上顶边长为2mm的截头三角锥，干燥后，在电炉中以一定升温速度加热，当加热到锥顶端软化弯倒至底平面时的温度，即为该试样的耐火度。 4、高铝质矿物原料

这类原料主要是高铝矾土及硅线石族矿物。它们可用于制造高铝陶瓷、窑具和耐火材料。

（1）高铝矾土(bauxite)，又称铝土矿,由铝的氢氧化物—一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石三种矿物组成（化学沉积岩）。常含高岭石、绿泥石、赤铁矿、水云母、石英等杂质，并为呈胶状态的含水氧化铁、含水铝硅酸盐、蛋白石等矿物质所胶结。化学成分变化较大，一般含Al2O3 40-75%, SiO2 1-2%, Fe2O3 0-37%, TiO21-8.5%, H2O 8-8.5%。因胶结物质不同，铝土矿颜色变化较大，自淡灰白、灰褐到黑色，有时有红色斑点。隐晶质结构，豆状或块状构造，密度约2.5。吸水性小，有时有磁性，具粗糙感。铝土矿是提炼金属铝的重要矿石，优质铝土矿可作人工磨料、矾土水泥原料和耐火材料。

（2）硅线石族原料，硅线石族原料指硅线石、红柱石和蓝晶石三种矿物，它们是同质多象变体。

硅线石(silimanite)，化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,含Fe2O3 可达2-3%。斜方晶系，常呈针状和柱状晶体，集合体呈放射状和纤维状，有时在其它矿物中呈毛发状包裹体存在。灰色、浅褐、浅绿等色。硬度7，密度3.23-3.25。熔点1850℃，是一种高温变质矿物。硅线石加热至1545℃变为富铝红柱石，再加热至1810℃时变为刚玉与玻璃，反应时产生的体积不明显。硅线石具有高的耐火度、不溶于氢氟酸和良好的机械性能等优良性质，因此可以用作高级耐火材料、特种陶瓷、炼制铝硅合金等。

蓝晶石(cyanite)，又名二硬石，化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,常含Fe、Cr等混合物。三方晶系，晶体呈扁平柱状，有时呈放射状集合体。常为兰色或青色。硬度随方向而异，平行于晶体延长方向硬度4.5，而垂直晶体延长方向为6.5-7，故有二硬石之称。密度3.56-3.68。蓝晶石在高温煅烧时，于1200℃开始分解生成莫来石和游离SiO2，伴随这种反应产生约15%的体积膨胀，所以需预先煅烧方能在耐火材料和陶瓷工业中应用。

红柱石(andalusite)，俗称菊花石。化学组成与蓝晶石相同，常含有Mn、Fe等杂质。斜方晶系，晶体呈柱状，集合体呈粒状或放射状。呈灰色、褐色或浅红色。硬度7-7.5，密度3.1-3.2。工业用矿石一般含75-85%的红柱石，少量叶腊石、云母、金红石褐刚玉等伴生矿物。高温煅烧红柱石时，于1900℃开始分解，生产莫来石和游离SiO2，分解时无明显的体积膨胀。红柱石具有高的耐火度及化学稳定性和良好的机械强度，可用作高铝质耐火材料、高技术陶瓷原料，色美透明者可作宝石。

第二节 石英类原料

二氧化硅在地壳中的丰度约为 60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。 1、石英的种类

由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。因水晶产量很少，除了制造石英玻璃外，一般无机非金属材料制品无法采用。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。 脉石英，由含二氧化硅的熔融岩浆充填于地壳表层的岩隙中经急冷凝固成致密结晶态的石英，这些呈脉状分布的火成岩就称为脉石英。含SiO2大于99％，杂质很少，外观呈白色，半透明，有油脂光泽，具有贝壳状断口，硬度高，是陶瓷釉料和优质玻璃的好原料。 砂岩，石英颗粒被胶结物结合而成的碎屑沉积岩。砂岩成分较复杂，根据胶结物质的不同可分为粘土质、石膏质、石灰质、云母质及硅质砂岩等。砂岩多呈白、黄、红等颜色，SiO2含量在90％～95％之间。

石英岩，硅质砂岩经地质变化石英颗粒又重新结晶的一种变质岩。又叫再结晶硅岩，含SiO2量一般在97％以上，外观多呈灰白色，有鲜明光泽，硬度高，断面致密。

石英砂，由花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，在水流冲击淘汰后自然聚积而成。可分为河砂、湖砂、山砂等数种，因其粒细，不用破碎，可大大简化工艺过程、降低成本。但因其杂质含量多，成分波动大，一般工厂采用时需进行控制。

硅藻土，由吸收溶解于水中的部分二氧化硅的微细硅藻类水生物死亡后演变而成的产物。其本质为含水的非晶质二氧化硅，杂含少许粘土，具有一定的可塑性，因其具有多孔性，常用于制造绝热材料、轻质材料及过滤体等。 隧石，含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层或岩石中的隐晶质SiO2，属沉积岩。呈层状、结核状、钟乳状、葡萄状等。以钟乳状、葡萄状产出者即为玉髓。多呈浅灰、深灰、白色，因其硬度高，可作球磨机内村及研磨介质等。 2、石英的性质

石英的外观因种类不同多呈乳白色、灰白色、半透明状，其断面具玻璃或脂肪光泽，莫氏硬度为7。密度波动于2.22～2.65。在常压下石英有七种结晶态和一个玻璃态，这些晶态在常压和在一定的温度条件下其结晶型态、结构会互相转化，并伴有体积会发生变化。一般说来，石英原料在温度升高时，其比重减少，结构松散，体积膨胀；当冷却时，其比重增大，体积收缩。表1-2列出了我国一些优质石英的化学组成。

第三节 长石类原料

长石是熔剂性原料。在陶瓷坯料、釉料和玻璃配合料中作为熔剂的基本组分。 1、长石的种类及一般性质

表1-2 石英的化学组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧失 99.48 0.36 0.10 - - - 0.03 山东泰安 痕迹 99.50 0.10 0.30 - - - - - 湖南长沙 99.53 0.19 0.04 - - - 广东潮安 痕迹 99.79 0.06 0.18 - - - 0.34 内蒙包头 痕迹 98.05 - 0.10 - - - - 山西闻喜 长石是地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而成。

钾长石 - K2O.Al2O3.6 SiO2，这种矿物有两种形态：正长石和微斜长石。具有很宽的熔融范围，在大约1200℃以不连惯的形式熔化，并转变成白榴石(K2O. Al2O3.4SiO2)和氧化硅。在1000℃正长石和石英结合形成低共熔物。加热到1200℃，钾长石熔融形成粘稠玻璃体。 钠长石Na2O.Al2O3.6SiO2，在自然界中以钠长石矿物存在，不同于呈现淡红色和黄色的正长石，钠长石呈白色。与钾长石相比较，能迅速烧结和熔融，并能大量溶解石英和粘土。钠长石的熔点为1100℃。条纹长石是钠长石和微斜长石的混合物，当微斜长石为主要成分时为条纹长石，如果钠长石占主导地位则为反条长石。两种形式的长石都有较低的熔融温度。

钙长石 CaO.Al2O3.2SiO2，自然界中存在钙长石矿物。钠长石和钙长石可以同晶型混合，它们的同晶混合物叫做斜长石。在斜长石中钙长石相对含量少于10％为钠长石；钙长石含量10～30％为钠钙长石；30～50％为中长石；50～70％为拉长石（富玄武岩）；70～90％为培长石。 钡长石 BaO.Al2O3.2SiO2，纯的钡长石在自然界中很稀少。在特种陶瓷和耐火材料行业多采用高纯高岭石或纯氧化铝、氧化硅与碳酸钡在高温下合成。

钡长石的电学性能很好，特别是介电损耗很低（室温下tgδ<2 ×104），而且温度对介电损耗影响很小。在300 ℃以下，它的tgδ值几乎与温度无关。 表1-3列出了四种纯长石的重要性质。但在实际上，由于长石矿物是多种长石的混溶物，且含云母、石英、角门石及铁的化合物等杂质，因此使其性质有所变化。就熔融性能而言，天然长石无一固定的熔点而只能在一个不太固定的温度范围内逐渐熔融，变为玻璃态物质。一般熔融温度范围为：钾长石1130-1450℃；钠长石1120-1250℃；钙长石1250-1550℃。

表1-3 长石的特性 种 矿 物 组 成 熔比重 摩尔重量 化学组成（理论）% 3类 点℃ g/cm g/mol SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO BaO - - 钾长K2O.Al2O3.6SiO2 1150 2.55 556.3 64.75 18.32 16.98 - 石 - 钠长Na2O.Al2O3.6SiO2 1100 2.62 524 68.82 19.56 - 11.82 - 石 - 20.4 - 钙长CaO.Al2O3.2SiO2 1550 2.76 518 43.16 36.70 - 石 32.00 27.12 - - - 40.88 钡长BaO.Al2O3.2SiO2 1715 3.37 石 我国长石资源丰富，分布很广，其化学组成和矿物组成也有很大差别。表1-4列出了我国几种优质长石的化学组成。

表1-4几种典型长石的化学组成 化学组成（%） SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 名 称 65.52 18.59 0.40 0.58 - 11.80 2.49 0.21 海城长石 63.41 19.18 0.17 - 0.76 - 13.97 2.36 0.46 平江长石 65.66 18.38 0.17 - - 13.37 2.64 0.33 忻县长石 64.62 19.98 0.17 0.26 0.62 0.32 8.72 4.51 0.35 闻喜长石 陶瓷生产中使用的长石要求其熔化温度低于1230℃，Al2O3含量为15-20%，K2O +Na2O >13%，（其中Na2O<3%）Fe2O3<0.5%。玻璃行业对长石的要求为：Al2O3>16%，K2O +Na2O >12%，Fe2O3<0.3%。 2、其它长石类原料

伟晶花岗岩，其矿物成分主要是石英和正长石、斜长石以及少量的白云石等。其中石英成分波动较大，陶瓷工业中采用的伟晶花岗岩中石英含量一般在30％以下，长石含量在70 ％以上，杂质含量较少。

伟晶花岗岩中一般要求游离石英<30％, K2O/Na2O质量比不小于2，CaO不大2％，碱成分不小于8％，Fe2O3控制在0.5％以下，并希望其矿物组成不要波动太大。组成中Fe2O3为有害物，使用时应进行磁选。如含黑云母杂质时，应考虑筛选。

霞石正长岩，其矿物组成主要为长石类（正长石、微斜长石、钠长石）及霞石[(Na, K)AlSiO4]的固溶体。次要矿物有辉石、角闪石等。它的外观多呈浅灰绿色或浅红褐色，有脂肪光泽。

霞石正长岩在1060℃左右开始熔化，随碱含量的不同在115O～1200℃范围内完全熔融。由于霞石正长岩中Al2O3的含量较正长石高（一般在23%左右），不含或很少含游离石英，且高温下能溶解石英使熔液粘度提高，因而使坯体在烧成时不易变形，热稳定性好，机械强度较高。表l-5中列出了某些伟晶花岗岩和霞石正长岩的化学成分。

表l-5伟晶花岗岩和霞石正长岩的化学成分 化 学 组 成 （％） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧 失 四川南江霞石正长岩 40.00 28.40 0.25 4.50 0.30 4.55 15.50 5.60 69.89 15.08 2.50 2.07 0.66 4.29 4.73 0.54 伟 晶 花 岗 岩

第四节 钙质原料

一、碳酸钙 - CaCO3

碳酸钙在自然界中以两种形式存在，即方解石和文石(霰石)，文石属斜方晶系，晶体呈柱状、针状、钟乳状等，无色、白色或琥珀黄色。文石不稳定，常转变为方解石。方解石属三方晶系，晶型很复杂，常见者为菱面体接触双晶和聚片双晶，集合体多呈粗粒至细粒状、纤维状、叶片状和钟乳状。方解石为许多种岩石的集合，如石灰石、白垩、大理石、石灰凝岩、钟乳石和石笋等。碳酸钙 在825℃ 以上未经熔解即分解。

石灰石(limestone)，主要是由方解石组成的一种碳酸盐类沉积岩。矿物组成除方解石外，常含有白云石、菱镁矿、石英、粘土矿物等，多呈灰色，浅黄色和淡红色，完全纯的为白色。

钟乳石(stalactite)和石笋(stalagmite)是石灰石岩洞穴中沉积之方解石。

白垩(chalk)，主要由显微粒状石灰质岩，由海生物如贝壳、有孔虫等生物的遗骸及颗粒细小(0.01-0.0005mm)的方解石组成的一种生物化学沉积岩。

大理石(marble)，是一种粒状，致密变质岩，石灰石的同质异形体，质纯。大理石的碳酸钙含量接近99～99.5％。 二、氟化钙(CaF2 fluorite)

氟化钙为立方晶体，无色，不溶于水。自然界中，它以萤石的形式存在。氟化钙具有很强的熔剂作用而又具有一定的乳浊作用，常用于陶瓷和搪瓷釉料中。但是，氟化钙具有一定毒性，使用时应慎重。 三、白云石

白云石是碳酸钙和碳酸镁的固溶体。化学通式为CaCO3·MgCO3，其中CaCO330.4%, MgO 21.9%, CO2 47.7%,常含Fe, Mn等杂质。白云石属三方晶系，单体为菱面体，集合体为粒状、致密块状。一般为灰白色，有时为浅红、浅黄、褐、浅绿等色。具有玻璃光泽，硬度为3.5～4.0，比密度为2.8～2.9，性脆，遇稀盐酸微微起泡。白云石的分解温度为730～1000℃之间，750℃左右白云石分解为游离氧化镁与碳酸钙，95O℃左右碳酸钙分解。 四、硅灰石

硅灰石是偏硅酸钙矿物，化学式为CaO·SiO2，属三斜晶系。其理论化学组成为

SiO251.7%, CaO 48.3%。硅灰石有两种形态，一种低温型（即β-硅灰石和副硅灰石），一种高温型（即α-硅灰石，又称假硅灰石）。天然硅灰石都是β型，合成硅灰石都是α型，其转变温度约为1120℃。

天然硅灰石通常蕴藏在变质石灰岩中,在火成岩的富钙片岩中也可见到。天然硅灰石由于常与透辉石(CaO·MgO·2SiO2)、石榴石、绿廉石、方解石、石英等共存，故常含有Al2O3、Fe2O3 、、MgO、MnO及K2O、Na2O等。

硅灰石单晶呈板状或片状，集合体呈片状、纤维状、块状或柱状等。颜色通常为白色、灰白色和暗褐色，具玻璃光泽。硬度4.5～5，比密度2.8～2.9，熔点1540℃。

硅灰石本身不含有机物质、吸附水及结晶水，它的干燥收缩和烧成收缩都小，平均收缩一般在0.5%以下，因此可减少坯体烧后的弯曲变形。硅灰石的热膨胀系数较小，β-硅灰

-6

石的膨胀系数为 6.5×10/℃（室温～800℃），因此易与釉结合，产品热稳定性好，便于快速烧成。硅灰石可用于制造釉面砖、墙地砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷、卫生陶瓷、窑具及火花塞瓷等。 五、透辉石

透辉石是偏硅酸钙镁，化学式为CaMg[Si2O6]，理论化学组成为:CaO 25.9%、MgO 18.5%、SiO2 55.6%。它与硅灰石一样都属于链状结构硅酸盐矿物。透辉石属单斜晶系，晶体呈短柱状，集合体呈粒状、柱状、放射状；多呈浅绿、浅灰，有的为灰白、无色、条痕白或带绿，当钙铁辉石含量较高时颜色较深；玻璃光泽，硬度6～7，比密度3.3。透辉石无晶型转变，纯透辉石熔融温度为1391℃。

透辉石是在陶瓷生产中的应用与硅灰石相似，因不含有机物和结构水，膨胀系数为6.5×10-6/℃(250～800℃)，其收缩小，可用作低温快烧陶瓷坯体的原料。 六、磷灰石

磷灰石是天然磷酸钙矿物，其化学式为Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)，按成分中附加阴离子的不同，常见的有氟磷灰石Ca5[PO4]3F和氯磷灰石Ca5[PO4]3Cl，另外还有羟磷灰石Ca5[PO4]3OH和碳酸磷灰石Ca5[PO4]3(CO3)等，通常以氟磷灰石居多。

磷灰石系六方晶系，呈六方柱状或粒状集合体，柱面具有纵条纹，解理不完全。外观多呈白、绿、黄褐、浅蓝、紫等色。具有玻璃光泽，亦有土状光泽，性脆，硬度为5，比密度为3.18～3.21。 七、石膏

石膏其化学式为CaSO4.H2O，因含二个结晶水，故亦称为二水石膏或生石膏，也称天然石膏。其理论化学组成为CaO 32.6%、SiO2 46.5%、H2O 20.9%。属单斜晶系，晶体呈

界牌泥 65.94 32.85 0.57 0.31 0.16 0.44 100.30 长石 64.01 20.37 0.23 0.38 0.55 14.53 100.10 石英 98.88 0.25 0.13 0.15 0.24 － 99.65 计算各原料中氧化物的含量

原料名称 配料比％ SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO KNaO 界牌泥 65 42.86 21.35 0.37 0.20 0.10 0.29 长石 28 17.92 5.70 0.06 0.11 0.15 4.07 石英 7 6.92 0.02 0. 0.01 0.01 － 总计 100 67.70 27.07 0.44 0.32 0.27 4.36 分子量 60.1 101.9 159.7 56.1 40.3 (94.2＋62)/2 分子数 1.126 0.2657 0.0028 0.0057 0.0068 0.0558 将各氧化物按次序排列，即得此坯料实验式

0.2078 KNaO 0.9896 Al2O3

0.0212 CaO } } 4.194 SiO2 0.0253 MgO 0.0104 Fe2O3

3.示性矿物组成的计算。由化学组成计算矿物组成。

步骤：

（1）将原料中各种氧化物得百分数以其分子量除之，得出各氧化物得分子数。

（2）化学组成中的K2O、Na2O 、CaO各自与相当量的Al2O3 、SiO2相结合，作为钾长石、钠长石和钙长石。由总的Al2O3 、SiO2量减去长石中的Al2O3 和SiO2量。若Na2O 含量比K2O少得多，则可以把二者的含量计算为钾长石。

（3）剩下的Al2O3量作为高岭土成分，减去高岭土带进的SiO2量，剩下的SiO2量即是石英量。比较剩余的Al2O3和SiO2量，若Al2O3较多，则过多的Al2O3可当作水铝石Al2O3。H2O计算。

（4）若判断确有CO32-存在，则MgO可当作菱镁矿，CaO可计算为CaCO3，若不存在2-CO3，则MgO可计算为滑石（3MgO·4SiO2·H2O)或蛇纹石（3MgO·4SiO2·2H2O)形式计算。 （5） Fe2O3可看作赤铁矿（ Fe2O3）存在，若组成中的烧失量（假定为水）减去高岭土及滑石等矿物中的结晶水后还有一定量，则可把Fe2O3计算为褐铁矿（ Fe2O3·3H2O)。 6TiO2一般可由FeO与TiO2(FeO·TiO2)构成钛铁矿，故可自Fe2O3中取出FeO以计算钛铁矿的含量。所余TiO2可视为金红石。

7制造精陶瓷产品所用的粘土类原料中所含Fe2O3、TiO2 、CaO 、MgO等很少，可以不考虑它们所造成的矿物数量。

8云母与钾长石，高岭土同时存在时，不能以此法计算。为实用计，可将云母中的K2O计算为钾长石，Al2O3计算为高岭土，多余的SiO2以石英计。

[例3]某原料化学组成如下。计算其矿物组成。

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 ％ 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 解：求各氧化物分子数（灼减量当作结晶水） 列表计算结果

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O H2O 氧化物含量 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 氧化物分子量60.1 102 160 56.1 － 94.2 62 18 氧化物分子数1.077 0.251 0.001 0.004 － 0.003 0.004 0.480

[例3]某原料化学组成如下。计算其矿物组成。

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减

％ 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 解：求各氧化物分子数（灼减量当作结晶水） 列表计算结果

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O H2O 氧化物含量 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 氧化物分子量 60.1 102 160 56.1 － 94.2 62 18 氧化物分子数 1.077 0.251 0.001 0.004 － 0.003 0.004 0.480

将各氧化物分子数按下列顺序排列，计算其矿物组成。

0.003分子钾长石 0.018 0.003 － － － 0.003 － － 剩余 1.059 0.248 0.001 0.004 － 0 0.004 0.480 0.004分子钠长 0.024 0.004 － － － － 0.004 － 剩余 1.035 0.244 0.001 0.004 － － 0 0.480 0.004分子钙长石0.008 0.004 － 0.004 － － － － 剩余 1.027 0.240 0.001 0 0 0 0.480 0.00 0.24分子高岭 0.480 0.240 － － － － 0.480 剩余 0.547 0 0.001 0 0 0 0 0.001分子赤铁矿 － － 0.001 － － － － 剩余 0.547 0 0 0 0 0 0 0.547分子石 0.547 － － － － － － 剩余 0 0 0 0 0 0 0

各矿物的重量计重量百分数列表计算如下：

钾长石 钠长石 钙长石 高岭石 赤铁矿 石英 分子数 0.003 0.004 0.004 0.240 0.001 0.547 分子量 556.8 524.6 278.3 258.1 160 60.1 矿物重量 1.67 2.10 1.11 61.92 0.16 32.87 矿物（％） 1.67 2.11 1.12 62.00 0.16 32.94 各种长石和赤铁矿均作为熔剂一并列为长石矿物，故得到矿物组成 粘土质矿物：62.00％

长石质矿物：1.67＋2.11＋1.12＋0.16＝6.06％ 石英质矿物：32.94％ 作业见1

二 由化学组成计算配方 1、直接计算法： 步骤：（1）根据原料性质，成形性能，参照生产经验先确定一、二种原料的用量。 （2）按满足坯、釉料化学组成的要求逐个计算每种原料的用量。 计算时要明确哪种氧化物主要由哪种原料提供。

[例4] 见书P64例一

书中烧失量没有换算，严格的说，应先换算为不含烧失量的组成，最后再换算为含烧失量的计算。 2、三元系统法就是先把坯料及原料的氧化物换算为R2O-Al2O3-SiO2三元系统。如K2O-Al2O3

－SiO2，系统然后用代数或图解法计算。 [例5]见书P70例5。另再举例见[例5′]。

[例5′]某厂坯料和所用原料的化学组成如下表。

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O IL 合计

坯料 67.52 22.41 0.35 0.28 0.17 3.74 0.60 5.50 100.57 粘土 59.05 29.42 0.51 0.22 0.18 0.32 0.08 10.45 100.22 长石 63.41 19.18 0.17 0.28 0.36 13.79 2.36 0.46 100.01 石英 97.31 1.93 0.26 0.40 0.39 － － － 100.29 试用K2O-Al2O3－SiO2系统的相图进行配方计算。

解（1）把含有烧失量的组分换算为不含烧失量的基准。如下表所示。

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O 合计 坯料 71.45 23.71 0.37 0.29 0.18 3.96 0.63 100.59 粘土 65.94 32.85 0.57 0.25 0.20 0.36 0.09 100.26 长石 63.70 19.27 0.17 0.28 0.36 13.85 2.37 100.00 石英 97.31 1.93 0.26 0.40 0.39 － － 100.29 （2）计算相当的K2O、 Al2O3、 SiO2 成分。 坯料： K2O＝3.96＋0.63×（94.2÷62）＋0.18 ×（94.2÷56.1）＋0.29 ×（94.2÷40.3）＝5.90 Al2O3＝23.71＋0.37 ×（101.9÷159.7）＝23.95 SiO2 ＝71.45

K2O＋ Al2O3＋SiO2＝5.90＋23.95＋71.45=101.3

换算成百分比 K2O＝5.82％ Al2O3＝23.64％ SiO2 ＝ 70.53％

粘土：K2O＝0.36＋0.09 ×（94.2÷62）＋0.20 ×（94.2÷56.1）＋0.25 ×（94.2÷40.3）＝1.42 Al2O3＝32.85＋0.57 ×（101.9÷159.7）＝33.21 SiO2 ＝65.94

K2O＋ Al2O3＋SiO2＝1.42＋33.21＋65.94＝100.57

换算成百分比： K2O＝1.41％ Al2O3＝ 33.02％ SiO2 ＝65.57％

长石: K2O＝13.85＋2.37 ×（94.2÷62）＋0.36 ×（94.2÷56.1）＋0.28 ×（94.2÷40.3）

＝18.7

Al2O3＝19.27＋0.17 ×（101.9÷159.7）＝19.38 SiO2 ＝63.70

K2O＋ Al2O3＋SiO2＝18.7＋19.38＋63.70＝101.78

换算成百分比： K2O＝18.37％ Al2O3＝ 19.04％ SiO2 ＝62.59％

石英： K2O＝0.39×（94.2÷56.1）＋0.40×（94.2÷40.3）＝ 1.58 Al2O3＝1.93＋0.26 ×（101.9÷159.7）＝2.10 SiO2 ＝97.31

K2O＋ Al2O3＋SiO2＝1.58＋2.10＋97.31＝100.99

换算成百分比： K2O＝1.56％ Al2O3＝ 2.08％ SiO2 ＝96.36％

（3）在K2O-Al2O3－SiO2系统的相图上找出三种原料和坯料所要求的组成的位置，分别以A,B,C及P表示。如图。

(4)连接AP交BC于X，而后在图上量出各线段的长度。 — —

PX =20.5mm AX ＝37.0mm — —

CX =35.5mm CB =39.0 mm — —

BX =23.5mm AP ＝16.5mm （5）利用杠杆定律，计算三种原料所需的百分数

A%= PX / Ax ×100%=20.5/37.0 ×100%=55.41% — — — — B%= (CX / CB) ×(AP / AX) ×100%=(35.5/59.0 )×(16.5/37.0) ×100%=26.83%

— — — — C%= (BX / CB) ×(AP / AX) ×100%=(23.5/59.0 )×(16.5/37.0) ×100%=17.76%

(6) 换算为灼烧损失前的基准。 A%=55.41×100/(100-10.45)%=61.88% B%=26.83×100/(100-0.46%)=26.95% C%=17.71/合计106.59

（7） 换算为生料百分数： 粘土=(61.88/106.59)×100%=58.05% 长石=(26.95/106.59)×100%=25.38% 石英=(17.76/106.59)×100%=16.66%

三、 由矿物组成计算配方。

由

矿物组成表示法—计算-- 配料比表示法

坯料的矿物组成

} 已知 原料的化学组成

计算步骤： ? 计算出原料的矿物组成。 ? 计算出每种原料中各类矿物在坯料中所占的量。 ? 计算出每种原料用量。 ? 列出配料比表示法。

[例6]现欲配成粘土矿物63.08％，长石矿物28.62％，石英矿物8.30％的配料。采用原料的化学组成如下，计算其配料比。

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O 灼减 总计 高岭土 48.30 39.07 0.15 0.05 0.02 0.18 0.03 12.09 99.99 粘土 49.09 36.74 0.40 0.11 0.20 0.52 0.11 12.81 99.98 长石 64.93 18.04 0.12 0.38 0.21 14.45 1.54 0.33 100.00 石英 96.60 0.11 0.12 3.02 － － － － 99.85

解：按例3方法计算各种原料的矿物组成。

原料 粘土矿物 长石矿物 石英矿物 高岭土 96.78％ 1.96％ 1.26％ 粘土 89.72％ 7.66％ 2.62％ 长石 － 100％ － 石英 － 4.4％ 95.6％

坯料中的粘土矿物由高岭土及粘土供给。计算前应将两种原料用量确定。考虑这2种的可塑性、收缩率、烧后颜色等工艺性能。初步确定坯料中粘土矿物一半由高岭土供给，另一半由粘土供给 高岭土用量: (0.5×63.08）×（100÷96.78）＝32.59％ 即96.78％x＝0.5 ×63.08％ 粘土用量:（0.5×63.08）×（100÷89.72）＝35.15％ 32.59％高岭土中含长石矿物：32.59×0.196＝0.69％ 含石英矿物：32.59％×0.126＝0.41％ 35.15％粘土中含长石矿物：35.15×0.0766＝2.69％ 含石英矿物：35.15×0.0262＝0.92％ 高岭土与粘土共引入石英：0.41＋0.92＝1.33％ ∴坯料中石英用量：（8.30％－1.33％）×（100÷95.60）＝7.29％ 7.29％石英中引入长石矿物为：7.29％ ×0.044＝0.32％

由高岭土、粘土、石英引入长石矿物为：0.64＋2.69＋0.32＝3.65％ ∴长石需用量为：28.62－3.65＝24.97％

高岭土：32.59％ 粘土： 35.15％

∴由计算结果可得原料配合比例为 { 长石：24.97％

石英：7.29％

作业见2

四、 由实验公式计算配方。 1、由实验公式计算釉料配方

计算步骤：1 把各原料化学组成转换成各氧化物分子数。

2 依据釉式中各氧化物得分子数，计算所需引入的各原料的分子数。 3 计算出各原料的重量及重量百分比。

[例7]已知釉式为 0.107K2O

0.672CaO } 1.0Ah2O3· 10.0SiO2 0.221MgO

所有原料 钾长石：0.98K2O } 0.98Al2O3·6.42SiO2

0.02CaO 方解石：CaCO3

菱镁矿：MgCO3

2.19SiO2 ·1.82H2O 高岭土：Al2O3·

石英： SiO2

解：（1）把各原料的化学组成转成实验式（题目已直接给出）

（2）依据釉式的不同氧化物的分子式，可看出：引入1分子钾长石有0.98分子K2O 设引入x份钾长石会引入0.107分子K2O 则 1：0.98＝x：0.107 ∴x＝0.107÷0.98＝0.109 而引入0.109分子钾长石同时引入0.109×0.02＝0.002分子CaO 0.109×0.98＝0.107分子Al2O3 0.109×6.42＝0.7分子SiO2 以同样方式引入其它原料。 列表计算

K2O CaO MgO Al2O3 SiO2 釉式中氧化物的分子数 0.107 0.672 0.221 1.0 10.0 引入0.107分子钾长石 0.107 0.002 － 0.107 0.700 剩余 0 0.670 0.221 0.893 9.300 引入0.670分子方解石 － 0.670 － － － 剩余 － － 0.221 0.893 9.300 引入0.221分子菱镁矿 － － 0.221 － － 剩余 － － 0 0.893 9.300 引入0.893分子高岭土 － － － 0.893 1.96 剩余 － － － － 7.340 引入7.34分子石英 － － － － 7.340 剩余 － － － － 0 （3）计算出各原料重量及重量百分比 分子数×分子量 ＝重量 重量百分比 钾长石 0.109 ×579.2 ＝63.12 7.62％ 方解石 0.670 ×100.1 ＝67.07 8.09％ 菱镁矿 0.221 × 84.3 ＝18.63 2.25％ 高岭土 0.893 ×284.4 ＝238.61 28.80％

石英 7.34 × 60.1 ＝441.13 53.24％ 总计：828.56 100％ 作业见P79 3

2、由实验公式计算坯料配方（与釉料相同）。 0.144K2O

0.032Na2O } 1.0Al2O3· 4.92SiO2 0.025CaO 0.02 MgO 原料化学组成

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O IL 总计 粘土 58.43 30.00 0.31 0.11 0.47 0.42 0.48 0.12 9.64 99.98 长石 65.34 18.53 0.12 － 0.34 0.008 14.19 1.43 － 49.96 石英 99.40 0.11 0.08 － － － － － － 99.59

解 (1)先计算出各原料的矿物组成（方法见例3） 为简化计算过程，可将K2O、 Na2O 、 CaO、 MgO、 Fe2O3、 TiO2均作为熔剂成分，当作长石矿物计算。 原料的矿物组成

原料 粘土矿 长石矿 石英矿 粘土 72.05％ 8.36％ 14.59 长石 2.83％ 94.30％ 2.87％

石英 － － 99.40％ （2）由坯式计算长石、粘土、石英矿物的百分组成。坯式中的K2O、 CaO、 MgO、 Na2O均粗略地作为K2O，则坯式可写成：

0.22R2O·1.0Al2O3·4.92SiO2。满足上式所需的粘土、长石、石英矿物的量为：（此

处三种矿物为理论组成，即钾长石K2O·Al2O3·6SiO2）

坯式

0.22R2O 1.0Al2O3 4.92SiO2 引入0.22分子长石矿物 0.22 0.22 1.32 剩余 0 0.78 3.6 引入0.78分子粘土矿物 － 0.78 1.56 剩余 － 0 2.04 引入2.04分子石英矿物 － － 2.04 剩余 － － 0

各类矿物需要量的重量百分组成 长石矿：0.22×556.8＝ 122.49 27.43％ 粘土： 0.78×258.1＝ 201.31 45.10％ 石英： 2.04×60.1 ＝122.60 27.46％

总计：446.4 100％

设 x－坯料中需加入的粘土量％ y－坯料中需加入的长石量％ z－坯料中需加入的石英量％

则 0.7205x＋0.0283y＋0z＝0.451 x＝61.80％ 0.0836x＋0.9430y＋0z＝0.2743 解得{ y =23.48 % 0.1959x＋0.0289y＋0.994z＝0.2746 z＝14.71％

3、 由配方得分子式计算配方 [例8]见书P64 例2

4、 更换原料时配方计算 某原料质量发生变化

} →采用新原料→重新确定配方

原用原料供不应求

化学组成不变

计算得出发点:维持原有配方的{ 示性矿物组成不变

[例9]某瓷厂生产用的原料配比如下：

瓷土A－69.29％ 长石－26.96％ 石英－8.75％

现需要用瓷土B代替瓷土A，其它原料种类不变。试计算新的配料比。 已知各原料的示性矿物组成

原料名称 粘土矿物 长石矿物 石英矿物 瓷土A 70 10 20 瓷土A 90.7 1.1 8.2 长石 － 80 20 石英 － － 100 解（1）先计算原配方的矿物组成

矿物组成

原料名称 配料比 粘土矿物 石英矿物 长石矿物 瓷土A 64.29% 64.29×0.7＝45 64.29×0.2＝12.86 4.29×0.1＝6.43 长石 26.96％ － 26.96×0.2＝5.39 26.96×0.8＝21.57 石英 8.75％ － 8.75×1.00＝8.75 －

坯料矿物组成 45.00 27.00 28.00

（2）计算瓷土B代替瓷土A的配料比

原则：加入瓷土B配料比中各矿物含量应与用瓷土A时一致 a：瓷土B用量： x·90.7＝45

x＝（45×100）/90.7＝49.61份 49.61份瓷土B引入的长石矿物量：49.61×1.1％＝0.55份 石英矿物量：49.61×8.2％＝4.07份 b：长石用量：需由长石引入的长石矿物：28－0.55＝27.45份 ∴长石用量：27.45/80×100＝34.31份

C 石英用量：应由石英原料代入的石英矿物数量为：27－4.07－6.86＝16.07份 ∴ 石英用量：16.07份 （3）更换原料后的配料比：

瓷土B 49.61 46.4％ 长石 34.31 36.5％ 石英 16.07 17.1％ 93.99 100％ 作业见4

说明：（1）先计算旧配方的矿物组成。根据配方变动前后矿物组成不变原则，计算新配方。 （2）先计算旧配方的化学组成。再根据配方变动前后化学组成不变的原则，计算新配方。需列方程求解。

（3）先计算旧配方化学组成，再确定某氧化物主要由哪种原料带入。依此逐级推算。

作业：1 由化学组成计算矿物组成[例3]后

某原料化学分析如下：求此原料得矿物组成

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O H2O 合计

％ 63.36 23.76 0.52 0.69 0.97 1.63 9.07 100.00

2 由矿物组成计算配方 [例6 ]后

以粘土、长石、石英三种原料配合成含有粘土矿物35％，长石3.％及石英35％

的瓷坯。粘土由化学分析计算其矿物组成为：粘土矿物：39.5％，长石：25％，石英：35%，

长石与石英均为纯料。试计算该瓷坯的配方组成。

3 由实验公式计算配方[例7]后 已知所用原料的实验式为： 钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2

Al2O3·6SiO2 钠长石：Na2O·

Al2O3·6SiO2 钙长石：CaO·

2SiO2·2H2O 高岭土：Al2O3·

滑石： 3MgO·4SiO2·2H2O 石英： SiO2 ′瓷坯的化学组成如下：

SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O IL 合计 ％ 63.18 25.54 0.15 0.33 0.48 0.46 1.94 1.24 7.09 100.41 试用上述原料进行配方计算

4.更换原料时的配方计算[例9后]

三种炻器坯料的配方组成是：粘土甲 83.0公斤，石英 9.6公斤，长石7.4公斤 现要用粘土乙代替粘土甲。粘土甲和粘土乙的示性分析如下：

粘土甲 粘土乙 粘土质 66.3％ 90.7％ 石英 33.0％ 8.2％ 长石 0.7％ 1.1％ 试求新配方组成

5 利用相图求解：

某厂坯料和所用原料的化学组成如下表：

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O NaO I L 合计 坯料 67.52 22.41 0.35 0.28 0.17 3.74 0.60 5.50 100.57 粘土 59.05 29.42 0.51 0.22 0.18 0.32 0.08 10.45 100.22 长石 63.41 19.18 0.17 0.28 0.36 13.79 2.36 0.46 100.41 石英 97.31 1.93 0.26 0.40 0.39 － － － 100.29 试利用K2O-Al2O3-SiO2系统的相图进行配方计算。

? 第三章 釉 料

? ?

第一节 釉的分类

釉的分类按不同基准有不有的名称，参见课本Ｐ184表7－1

我国生产中习惯以主要熔剂名称命名釉料，如铅釉，石灰釉，长石釉等

1. 铅釉：包括 PbO-SiO2 PbO-SiO2-Al2O3

RbO-R2O-RO-SiO2-Al2O3及PbO－B2O3-SiO2系统

特点：成熟温度低，熔融范围宽，釉面光泽强，表面平整，弹性好，釉层清澈透明，不易析晶及失透，但釉面硬度低，化学稳定性差，影响人体健康，Pb在酸中溶解度大.无铅釉：Pb％（wt）<1%的铅 ? ? 2. 石灰釉：以CaO为熔剂，不含或少量其它碱性氧化物,石灰－碱釉：CaO－

R2O

特点：高温粘度小，主要由玻璃相组成，但气泡和未溶石英颗粒很少，釉层透明，

光泽好,石灰－碱釉高温粘度大，釉层可施厚些，含有小气泡和未溶石颗粒产生散射与折射，凝重深沉。

? ? ? ?

缺点：熔融范围窄

3.长石釉：由长石引入K2O及Na2O R2O的分子数约等于RO的分子数

特点：光泽强，乳白色，硬度大，熔融范围宽，与含Si量高的坯体结合良好。

第二节 确定釉料组成的原则

? 一、 釉料成分的种类：

? 按各成分在釉料中所起的作用，可分为以下几类 ? 1. 玻璃形成剂：

玻璃相―釉层的主要物相

网络形成体―《硅物化》中讲过：

1）氧离子场强要大 （阳离子电荷与其离子半径平方之比）一般来说，电荷较高，离

子半径较小的阳离子及其化合物是玻璃网络形成剂 SiO2-硅酸盐玻璃 B2O3 P2O5

2) 氧化物的化学键键强要大,单键强度（化合物分解能与阳离子配位数之比）>335KJ/mol

3）极性共价键－离子键向共价键过渡的氧化物易形成玻璃

既具有离子键，易改变键角形成不对称变形的趋势－－远程无序

又具有共价键的方向性与饱和性，不易改变键角与键长的倾向――远程有序

? 4）熔体的结构： ? 熔体中阳离子团聚合程度大，形成玻璃倾向大，因高聚合的阳离子团难

以位移和重排，

结晶激活能大，不易组成晶体,阳离子团的对称性低，也容易形成玻璃玻璃.

? 2.助熔剂－网络变性体, 单键强度<251KJ/mol ? 促进高温化学反应，加速高熔点晶体（SiO2）结构键的断裂和生成低共熔点

化合物，调整釉层物理化学性质（机械膨胀，粘度，化学稳定性等。

? 3.乳浊剂－保证釉层有覆盖能力的成分，熔体析出的晶体、气体或分散粒子折射

率不同，光线散射产生乳浊。 ? 1）悬浮乳浊剂－不熔于釉，以悬浮状态存在 ? SnO2 CeO2 ZrO2 SbO3

2)析出式乳浊剂－冷却时从熔体中析出微晶 ? ? ZrO2.SiO2 TiO2 ? 3)胶体乳浊剂－C、S、P、F

? ? ? ? 4.着色剂－釉层吸收可见光波而显不同颜色

1） 有色离子着色剂：Cr3+、Mn4+、Fe3+、Co3+等 2） 胶体离子着色剂：Cu、Au、Ag、CuCl2 3） 晶体着色剂：一些高温形成的尖晶石型矿物

5.其它辅助剂：提高光泽，白度，乳浊度，釉浆悬浮性，粘附性，控制熔融温度等

?

二、 确定釉料组成的原则：

1. 釉料组成能适应坯体性能及烧成工艺的要求 釉料应在坯体烧结范围内成熟

一次烧成产品：釉的成熟温度应稍低于坯体烧结范围上限，高温下能平坦流散在坯

体表面,多孔坯体表面：釉浆稍浓，开始熔融粘度大，以免干釉。 致密坯体表面：釉粘附性强，干燥收缩小，以免开裂、缩釉

釉的开始熔融温度应高于坯体中碳酸盐、硫酸盐、有机物的分解温度，以免形成气泡。

? 釉的膨胀系数应稍微低于坯体的，使釉层受压应力，提高其强度及热展性能。 ? 坯釉组成差别不应过大，使反应形成中间二者结合紧密

酸性坯配碱性釉---酸度系数CA反映坯釉的酸性程度---碱性坯配酸性釉

? 2. 釉料对釉下彩或釉中彩不致溶解或使其变色

? 3. 选择配釉的原料时，应全面考虑其对制釉过程、釉浆性能、釉层性能的作用和影响 ? 4. 除上述原则外，还应参考经验规律：

? 1） R2O3与 RO2 mol : R2O+RO=1:1～1:3 防止熔融温度过高使 ? PbO、B2O3及碱性成分大量挥发

? 2） 引入Na2O、K2O、含B化合物的化工原料应配于熔块内

? 3） 熔块中Na2O＋K2O mol<其它碱性氧化物 mol,使熔块不溶于水 ? 4） 含B熔块中SiO2:B2O3>2:1,降低熔块的溶解度 ? 5） AL2O3 mol<0.2,以免熔体粘度大，熔化不透

第三节 釉层的物理化学性质

一、釉的熔融温度范围

以φ2×3mm圆柱作为标准试样

加热至形状开始变化，棱角变圆的温度－始熔温度.初熔温度.开始熔化温度 加热至形状变为半圆球形的温度－全熔温度 HKP（常作为烧成温度的指标） h/d=0.5

加热至试样流散开来．高度降至原有的1／3－流动温度 FP h/d=0.15

始熔温度～流动温度――釉的熔融融范围

釉的烧成温度（烧釉温度）――釉料充分熔融并且平铺在坯体的表面，形成光滑的釉面时即认为达到了釉的成熟温度

a1n1+a2n2+……+aini

K（易熔性系数）＝-------------------------

b1m1+b2m2+……+bimi

式中：a1 a2．．．．．ai――易熔化合物的易熔性系数

n1 n2．．．．．．ni――易熔化合物的含量，％ b1 b2．．．．．．bi――难熔化合物的易熔性系数 m1 m2．．．．．．mi――难熔化合物的含量，％ K↑ 则全熔温度↓ 查表

二、釉的粘度与表面张力

1. 釉的粘度－判断釉流动情况的尺度

η过小－流釉、堆釉、干釉

η过大－波纹、桔釉、针孔、釉面无光 影响粘度的因素：

a) 釉的组成与烧釉温度 三价及高价氧化物会↑η 碱金属会↓η

b) 构成釉料的Si-O四面体网络结构的完整或断裂程度 －－决定η的最基本因素

η随O/Si比值增大而减小－使大型四面体群分解为小型四面体群，之间连接减少，空隙随之增大，导致η下降

2-c) 碱土金属高温下会减小η－RO极化能力强，使O变形，使大型四面体解聚

2- 碱土金属低温下会增大η－键力较大，可能将小型四面体群的O吸引到自己的周围使粘度增加

d) B2O3对η的影响较为特殊： 量少时 <15％ η随B2O3↑而↑ 量多时 >15％ η随B2O3↑而↓

e) 极化能力强的阳离子，结构不对称及存在缺陷会↓η 2.表面张力－表面增大一个单位面积时所需的功N/m2

表面张力过大――阻碍气体排除及熔融液均化，发生缩釉或针孔 表面张力过小――流釉 影响表面张力的因素：

（1） 表面张力呈负温度系数 （2） 碱金属氧化物

PbO } 可↓表面张力 B2O3

（3） 还原气氛会↑表面张力

三、热膨胀性－一定范围内的长度膨胀百分率或线膨胀系数

T↑构成釉层的网始质点的热振动振幅增大，导致间距↑，离子键力↑则膨胀系数↓ 影响膨胀系数的因素：

1. SiO2↑ 热膨胀小，因为SiO2的Si－Ｏ键牢固 2. 碱金属、碱土金属↑ 热膨胀性

3. 加入B2O3或提高SiO2含量,部分取代B2O3可↓膨胀系数

四、釉层的化学稳定性：

取决于Si－Ｏ四面体相互联接的程度，没有被其它 离子嵌入而造成Si－Ｏ断裂的完整网络结构愈多， 即连接程度越高，则化学稳定性愈高。 1. 釉层受浸蚀的机理：

开始时是在网络结点上的离子与溶液中水化的质点之间进行，接着会从釉结构中萃取出一价及二价阳离子 （1）水对釉的浸蚀：

首先是水中的氢置换碱离子 三Si-O-R+H·OH－→三Si－OH+R+OH-

-然后OH与Si-O-Si键反应

三Si-O-Si三＋OH-－→三Si-OH＋三Si-O－ 断裂的桥氧和其他水分子作用产生羟基离子 三Si-O－＋H·OH－→三Si-OH＋OH-

形成类似硅凝胶的物质，呈薄膜状态覆盖在釉层表面釉层中含SiO2多会↓被浸蚀的程度。若有二价或多价离子存在，它们会阻碍碱金属离子扩散，抑制浸蚀作用的进行 （2）碱对釉的浸蚀

三Si-O-Si三＋Na+OH-－→三Si-OH＋三Si-O－Na+

所以碱会破坏Si-O骨架，但不会形成硅凝胶薄膜，因此釉层会脱落 （3） 酸对釉层的浸蚀

一般的酸通过水的作用浸蚀玻璃，因此浓酸的作用低于稀酸 HF:三Si-O-Si三＋H+F-－→三Si-OH+三Si-F 某些有机酸的作用大于浓无机酸

2. 釉料组成与化学稳定性： （1）低温釉含碱量多

碱含量多

｝－→碱金属离子溶出速度↑

离子半径大，化学稳定性↓

一种或多种高价元素↑化学稳定性

（2） 铅对釉的耐碱性影响不大，但会影响耐酸性 （3） 一定量的B2O3会↑耐酸性 （4） SiO2↑会↑耐酸性

（5） Al2O3 ZnO会↑耐碱性 CaO、MgO、BaO↑化学稳定性 表面的高价离子能阻碍液体浸蚀 如Zr4+

乳浊剂或颜料会影响釉层的化学稳定性

第四节 釉层形成过程的反应

一、 釉料加热时的变化:

釉层形成的反应为：原料的分解、化合、熔化及凝固（包括析晶) 交叉 或重复出现 1. 分解反应：

包括碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐及氧化物的分解和原料中吸附水、结晶水的排出。 2. 化合反应：

碱土金属碳酸盐与石英形成硅酸盐

Na2CO3与SiO2在500℃以下生成Na2SiO3 CaCO3与SiO2形成CaSiO3

CaCO3与高岭土<800℃生成CaO?Al2O3 >800℃生成CaSiO3

PbO与SiO2在600℃～700℃→PbSiO3

固相反应

ZnO与SiO2―→2ZnO?SiO2 液相出现会促进上述反应进行 3. 熔融：

原料本身熔融：长石、碳酸盐、硝酸盐

液相出现：｛

形成各种组成的低共熔融物：碳酸盐与长石、石英

由于温度升高，最初出现的液相由固相反应逐渐转变为有液相参与，不断溶解釉料成分，最终使液相量不断增加，绝大部分变成熔液

釉料及熔块的熔融均匀及彻底程度直接影响着釉面质量。 影响其熔化速度及均匀程度的因素为：

1）烧釉或熔制时逸出气体的搅拌作用，高温下熔液粘度减小时其作用增强； 2）配料中存在的吸附水在一定程度上会促进釉料的熔化；

3）釉粉细度高，混合均匀会降低熔化温度，缩短熔化时间，增强均匀程度及成熟温度下熔液的流动性

釉中成分会挥发（铅硼、碱性氧化物）

二、釉层冷却时的变化：

熔融的釉料冷却时经历的变化和玻璃一样，首先由低粘度的高温流动状态转变到粘稠状态，粘度随温度的降低而增加，再继续冷却则釉熔体变成凝固状态，呈脆性。

在粘稠状态的温度范围内釉熔体尚可移动，使呈现的应力消除，在冷却、凝固过程中坯与釉的体积都在变化，而且变化的速率不相同，则会形成应力。 由于釉冷却会产生应力｛釉层凝固

坯体中石英晶型转变

所以釉要求退火（缓慢冷却）

碱金属氧化物会剧烈降低退火温度，退火与温度有关，碱土金属氧化物会增加退火温度

Al2O3多会增加退火温度 三、釉层中气泡的产生：

瓷釉中气泡的形成、移动与排除的过程：

1250℃左右：釉料熔化，大量小气泡分布在釉层中部

温度↑，η釉↓，气相量、玻璃相量↑ 由于表面张力的作用，小气泡移动合并，由小变大，由多变少，而且逐渐上升，有的突破釉层表面。若釉熔体粘度大，表面张力小，则无法使破口拉平，形成喷口，而未破口的气泡冷却后体积缩小形成凹坑。 1300℃ 气泡上升，与增大的速度减慢

正常情况下，到釉料成熟温度而未排出的气泡多半在釉层深处，坯釉接触的地带，而且很小，对釉外观质量影响不大

气体成分：H2O气、CO、CO2、H2、N2 釉层中气体来源：

1. 坯料和釉料中释放出气体

1） 释放出表面吸附、空隙间留存的气体

2） 熔块中的水分高温下成气体放出，剧烈搅拌带入 3） 釉浆释放出熔解的气体，加入湿润剂引入

4）坯釉料成分高温下分解放出气体：碳酸盐、硫酸盐、氧化物等 5）熔料熔融时放出气体：长石熔融时放出吸附的新生态N2

2. 烧釉时，由于燃烧产物中吸收的气体及沉积的碳素脱C,氧化放出气体 2CO→CO2+C↓(气化) 3. 工艺因素带来的气体 1） 生坯孔隙中的气体 2） 釉浆中溶入的气体 3） 燃烧产物夹带的气体

4） 快速烧成时，坯釉中气体推迟排出

第五节 釉料与坯体的作用

釉料与坯体相互作用导致中间层的出现：

坯的成分溶解到釉料中 ｛

溶解的成分扩散到釉层中

中间层状态各不相同：

（1）看不到反应特征，分界线清晰，界面上的坯体表面无相变化 （2） 中间层的坯体表面有较多莫来石晶体 （3）二者反应生成玻璃层，折射率与釉层不同 釉料与坯料组成直接影响二者反应程度和结果

第六节 坯釉适应性

指陶瓷坯体与釉层有互相适应的物理性质（热膨胀系数匹配）釉面不致龟裂或剥脱的性能

一、 釉层出现应力的来源－－坯釉膨胀系数的差异 1.α坯 <α轴 （热膨胀系数α）

冷却过程中釉的收缩比坯大，釉层受拉应力，使釉层下凹，开裂

2.α坯>α轴

α坯>α轴，釉的收缩比坯小，坯层受压缩应力，剥落 3.α坯＝α轴 使釉中无应力或极小应力－理想状态

一般来说，脆性材料的耐压强度部是高于抗张强度，所以开裂的情况较剥落更容易出现 希望釉的膨胀系数接近于坯体而稍低于坯体

二、影响釉层应力的工艺因素－釉层厚度

釉层增厚，压力降低，应力在釉层厚度中分布是不均匀的，靠近坯体的釉层压应力大些，釉层表面上的应力小些，釉层过厚甚至会由压应力转为张应力。

三、缓和应力不利作用的条件 1. 坯釉中间层的形成

（1）降低釉的膨胀系数 消除釉裂 使α坯>α轴使釉转为受 压应力

（2）中间层利于坯釉的结合：莫来石

（3）釉料溶解坯体的表面，使接触面粗糙，增加釉的粘附能力 2. 釉的弹性

消除坯釉膨胀系数差异引起的缺陷

｛ 补偿机械力作用产生的危害

希望在釉的弹性大于坯体，增大抵抗变形的能力 四、改变釉层应力性质的原因－吸湿膨胀

产品（多孔陶瓷）坯体会吸附水分和可溶性盐类→吸湿膨胀

坯体会膨胀而釉层一般不随之膨胀，使釉层承受压应力－→张应力。若超过中间层

的缓冲及抗张强度，则引起釉面开裂，即精陶的后期龟裂。

第七节 釉的析晶

一、釉熔体析晶过程

熔体的粘度及冷却速度是析晶的必要条件

晶核的形成和晶体的生长都是过冷程度与粘度的函数 二、影响釉熔体析晶的因素 1.釉料成分

组成是其析晶的内在能力

釉料组成对应于相图中一定化合物的组成，则釉料易析晶

釉料组成对应于相图界线上或低共熔点上，则会析出两种或两种以上的晶体，它 们会互相干扰，从而阻碍析晶 控制釉料组成的方法

（1）加入晶核剂 TiO2、ZrO2、P2O5、Cr2O3、 Fe2O3、V2O5等易导致玻璃分相、析晶

（2）引入某成分使其与玻璃基质中的组分形成化合物析出晶体 2. 液相分离－分相

对玻璃析晶有显著的作用－表明玻璃为内在成分的不均匀性

分相有其热力学观点――分相后的两相能量比一相更低、动力学观点――研究了

分相后新核的生长的速度、结晶化学观点－静电键观点、离子势观点――离子场强相差越小愈易分相

分相的作用：对晶核的形成

（1）分相提供玻璃成核的推动力

（2）熔体分解的液相比原始相更接近化学计量，更易析晶 （3） 分相产生的界面提供成核的有利部位

（4）分相后两液相中的一个相具有比均匀母相更大的均匀成核 原子迁移率｛原始相非均匀成核

非均匀成核

（4） 分相加入的晶核剂富集在一相中，当富集到一定程度时，起着晶核的作用

3.烧成制度

晶核形成－较低温度－升温过快 快速冷却，防止析晶

晶粒生长－高温残余晶体成为析晶中心

三、析晶对釉面光学性质的影响 1. 光泽度降低或釉面无光

釉层表面的晶体尺寸太大――表面粗糙不平， 光线漫反射，光泽度↓

2. 呈现乳浊性

析出晶体与玻璃基质折射率愈大，乳浊程度越高 析晶｛析出晶体数量体积↑

锐钛矿--白中带青

TiO2 {

金红石--白中带黄

第四章 显微结构与性质 第一节 坯体的显微结构

显微结构指利用各种显微镜才能观察到的结构，是组成、工艺、过程等因素的反映，是决定材料性能的基础。

一 、显微结构的组成：晶相、晶界、玻璃相、气孔 1． 晶相：陶瓷材料是多晶相的复合体

长石质瓷：莫来石、偏方石英、残余石英

滑石瓷：原顽火辉石（主）、斜顽火辉石（次） 钛锆酸铅陶瓷：PbZrO3 PbTiO3 反应烧结 Si3N4 : α- Si3N4 热压烧结 Si3N4：β－Si3N4 刚玉瓷：α－Al2O3 主晶相直接影响产品的性能

2. 晶界：陶瓷坯体中的晶粒在烧成过程中会逐渐长大，直到互相接触，共同构成晶粒间界（简称晶界或粒界）――常为杂质聚集的场所，结构疏松，不规则。 晶界的杂质往往以三种形式存在： ? 1）分散沉积物：杂质离子沿晶界分离，且易溶于晶界中 ? 2）扩散沉积物：杂质数量多，超过在熔体中的饱和浓度，以个别晶相在晶界析

出。如有液相存在，则形成扩散沉物，其熔点低于陶瓷烧结温度，若液相润湿能力强，会流入晶界包裹晶粒。 ? 3）粒状沉积物：杂质数量多，其熔点高于烧结温度，以粒状在晶界析出。 ? 晶界的特性： ? （1）晶界上扩散传质比晶粒内部快得多； ? （2）晶界上存在应力：各组分膨胀系数不同及晶相各向异性的特点导致； ? （3）晶界上易出现溶质偏析或淀析，出现相分离； ? （4）晶界上有空间电荷：取决于缺陷浓度及晶界上过剩离子数； ? （5）晶界的熔融温度一般比晶粒低； ? （6）晶界内容易包裹气孔 ? 由于晶界的性质，对产品性能有很大影响，内部杂质多，又是连续相，高温

下有较大的导电性，所以晶界的电导率支持着整个系统的电导率 ? 晶界内结构疏松，存在空隙，强度不高，因此常使材料出现沿晶断裂破坏

3. 玻璃相：坯料组分或杂质所形成的低共熔固体物质

? 作用：可将晶粒粘结在一起，填充在孔隙中，使坯体致密，增加透明度，降低

烧结温度。但玻璃相结构疏松，膨胀系数大，高温下易软化，因此过多会降低制品强度及热震性→高温蠕变

4. 气孔：一般陶瓷产品气孔率：5－10％

? 气孔常分布于玻璃相基质中，为减少气孔可： ? １）适当提高烧成温度； ? 2）加入添加物生成第二相来抑制晶粒长大，使气孔从晶界排出； ? ３）采用气氛烧结排出气孔 ? 气孔会明显影响材料性能，降低坯体机械性能、介电强度、透光性、白度等，

降低化学稳定性、抗冻性，但会改善隔热性能。

二、 工艺因素对显微结构的影响

? 1. 原料粉末的特征 ? 其颗粒大小、分布、聚集程度影响最为明显 ? 1） 颗粒大小影响成瓷后晶粒尺寸： ? a、 粗粒多：成瓷后晶粒尺寸增加小 ? b、 细粒多：成瓷后晶粒尺寸增加大，因为比表面大，利于晶粒发育长

大 ? 2） 粒度分布范围影响产品的密度：即气孔率分布范围窄，则密度高， 粉

末要求聚集成团，因团粒之间的空隙往往大于颗粒之空隙 ? 2. 添加掺杂物： ? 1） 掺杂物进入固溶体，增加晶格缺陷，促进晶格扩散，使坯体致密，减少气

孔； ? 2） 晶粒周围形成连续的第二相，促进绕结。如第二相不易移动，则阻碍晶界

移动，抑制晶粒长大，多数情况下掺杂物会抑制晶粒粗化，减缓晶界移动速度，但也会加速晶粒生长，与其数量种类有关。

3. 烧成制度： ? 1） 烧成气氛－影响产品结构、性能的重要因素之一 ? 气孔率、晶粒尺寸、缺位形成、阳离子价态、矿物组成 ? 如：TiO2在还原气氛下，颜色加深, Ti4+→Ti3+ O2-空位↑ ? Fe2O3在还原气氛下→FeO+O2 ,使气孔率↑

? 2） 升降温度：影响坯体密度，晶粒大小，相的分布 ? 控制速率煅烧，中间温度下维持较长时间－促进坯体致密 ? 快速烧成时高温下维持较短时间－抑制晶粒粗化 ? 冷却速度对显微结构影响表现在各相分布 ? a、 快速冷却：越过第二相的析出温度，则第二相形成数量少 ? b、 缓慢冷却：不同温度会析出不同的第二相

第二节 釉层的显微结构

经煅烧后釉层绝大部分为玻璃相、残余晶体、次生晶体、气泡取决于组成及制作烧成工艺因素

一、 长石透明釉：

玻璃相：80－95％ 各向同性 残留未溶石英及变体 不希望晶体存在

从溶体中析出的晶体 气孔：1－6％

釉中各相折射率愈大、愈接近，则釉面光泽度愈好 二、乳浊釉：

釉层呈乳浊的原因是玻璃基质中存在异相颗粒，其尺寸及分布状态直接影响釉层的乳浊程度异相颗粒包括（气泡，细粒残余石英，釉层析出的晶体，釉熔体由于液相分离产生的孤立小滴等） 1. 锆乳浊釉

起乳浊作用的晶相是锆英石及少量斜锆石或四方氧化锆 釉中：含SiO2多 烧后主晶相为锆英石 含ZrO2多 烧后主晶相为斜锆石

釉的组成除影响析出的晶体种类外，还影响晶体的数量和大小，如含B的锆釉， 乳浊性好，因为析出的昌相细小均匀

另外，制釉工艺还影响乳浊剂的存在形式 如：锆英石会熔化在含碱性氧化物的 熔体中，残余颗粒小，从熔体中析出的晶体多且尺寸细小。 2.钛乳浊釉： 低温乳浊釉 TiO2：

<900℃时 以锐钛矿形式析出 釉白中带青，搪瓷的煅烧温度 >900℃时 以金红石矿形式析出 釉白中带黄

研究改变显微结构 控制釉中晶体的种类、数量与大小，提高钛釉的烧成温度， 让TiO2与碱金属氧化物生成复合硅酸盐或钛酸盐作为新的乳浊相 如：CaO·TiO2·SiO2 CaO·TiO2 MgO·2TiO2等

第五章 原料的处理 第一节 原料的精选

? 一、原料的精选

? 粘土矿物中含有：未风化的母岩、游离石英、云母类矿物、长石碎屑。长石、石英矿物中含有：污泥、水锈、云母类矿物。

这些杂质的存在降低了原料的品位，会直接影响制品的性能及外观质量。因此需原

料精选、分离、提纯、除去各种杂质（含铁杂质）。 ?

? 原料精选从机理上分为物理方法、化学方法、物理化学方法。

1 物理方法：

? (1) 分级法：水簸、水力旋流、风选、筛选、淘洗-----除去原料中的粗粒杂质，更好的控制原料的颗粒组成。

? 原理：利用矿物颗粒直径或密度差别来进行。 ? 主要装置：水力旋流、其工作原理简图。 ? (2) 磁选法-------分离原料中含铁矿物 ? 原理：利用矿物磁性差别。

? 除粗颗粒的强磁性矿物效果较好，但对黄铁矿等弱磁性物质及细颗粒含铁杂效果不明显。

? (3) 超声波法-------除铁

? 原理： 料浆置于超声波下--->高频振动--->互相碰撞摩擦 使颗粒表面的氧化铁、氢氧化铁薄膜脱离剥出。

2 化学方法：溶解法和升华法，除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含Fe杂质FeS、Fe(OH)3

? 1) 升华法 -----高温下加入Cl2、FeO、Fe2O3 与Cl2---? FeCl3 除去。 ? 2) 溶解法 -----用酸或其它试剂 Fe ---?溶盐水洗除去。 3 物理化学方法

? 1) 电解法-----电化学原理除去颗粒中的Fe。 ? 2) 浮选法-----利用矿物对谁的润湿性不同，亲谁矿物在水中沉积而憎水矿物则易与浮

起，常加入“浮洗剂”（石油碘酸、磺酸盐，铵盐）使疏水矿物悬浮，可除Fe、Ti等杂质。

? 二 水的处理及对坯料制品性能的影响

? 1 一般要求水中的Ca2+、Mg2+<=10~15ppm， SO42-<10ppm -----影响泥浆稳定性。 ? 除Ca2+、Mg2+ 可用离子交换将水软化、添加剂（PO43-），将Ca2+、Mg2+、Fe3+ 沉淀 ? 除SO42-，加Ba2+。

? 2 水的PH值 PH=6.0~8.5 范围内 中性水。

? 3 磁化水 使泥浆水化膜减薄，颗粒间易靠拢、聚集，提高强度。

第二节 原料的预烧

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预烧的目的：改变结晶的形态，改变物理性能。

一 稳定晶型：Al2O3、TiO2、ZrO2（立方） 稳定的高温形态性能最优良。 1 Al2O3 希望得到 α-Al2O3

要预烧到：1300~1600℃

添加H3BO3 使Na2O形成挥发性盐类逸出，使坯体密度提高。 2 TiO2 依用途定

钛电容器陶瓷 ---------金红石相 要预烧

Zr-Ti-Pb 压电陶瓷 ---------形成固溶体，不需预烧。 TiO2--------?Ti3+ , 颜色变深，需在氧化气氛下加热。 3 ZrO2 高温耐火材料 ---------预烧稳定晶型。

加入CaO、MgO、Y2O3等降低预烧温度（由2300降到1500℃） 增韧陶瓷 --------不用预烧。

二、 改变物性

? 1 滑石：具有片状结构，成型时易造成泥料分层及颗粒定向排列，引起制品变形及开裂，应

进行预烧（在1300~1450℃生成偏硅酸镁），破坏片状结构。

? 2 石英：质地坚硬，粉碎困难，573℃晶型转变产生体积效应。先预烧，再急冷，使内部产生应力变脆，提高粉磨效率。

? 3 可塑粘土：预烧，减少坯体收缩 700~900℃。 ? 4 ZnO ：减少缩釉 1250℃。

第三节 原料的合成

一、合成的目的：

? 1)制备自然界中尚未发现的原料（BaTiO3,SiC）或自然界中开采价值不大的原料（CaTiO3）。

? 2) 合成超细粉料（1~100nm）。

二、 合成方法概述：固相法、液相法、气相法。

? 1 固相法：烧结法 特点是：反应体系的不均匀性。 ? 2 液相法：熔液法——原料混合加热至熔融。

? 溶液法——排除溶剂，包括喷雾干燥和冷冻干燥法

? 沉淀 1)共沉淀——同种溶液生成两种以上的颗粒沉淀合成多组分原料。 ? 2)均相沉淀——溶液内部生成沉淀剂。 ? 3)醇盐法——醇盐法使氢氧化物水解。 ? 溶胶—凝胶法：配制溶胶——凝胶形成——凝胶焦化。 ? 3 气相法 1)蒸发凝聚——等离子体蒸发、物理方法。 ? 2)气相反应——化学气相沉积

三、 莫来石的合成，包括烧结法和熔融法。

? 1 烧结法——将原料混合、细磨、脱水、真空混炼、煅烧至 1720~1760℃，得到针状莫来

石，固相反应。

? 2 原料 Si——石英、粘土

Al——工业氧化铝、高铝矾土、Al(OH)3 ?

? 影响反应的因素：

? 1. 细度：大 有利与反应进行，但过大则液相量增加。

? 2. 温度：适当提高会提高莫来石含量，使气孔率下 降、体积增加。但温度过高会使玻璃相含量增加。 ? 3 矿化剂

第六章 坯釉料制备

第一节 坯料的种类和质量要求

一 坯料的种类： 含水量 注浆坯料 28～35% 可塑坯料 18～25%

压制坯料 8 ～15% 半干压 3～7% 干压

二 坯料的质量要求：配料准确 组分均匀 细度合理 空气含量少

1 注浆坯料

1）流动性好：保证产品造型完全和浇注速度

2）悬浮性好：料浆久置 固体颗粒长期悬浮不致分层沉淀 3）触变性恰当：过大：易填塞泥浆管道 影响料浆输送，

过小：生坯强度不够 ，影响脱膜和修坯质量，脱膜后胚体易塌陷

4）滤过性好：水分在石膏模的压力下容易扩散、迁移，在短时间内成坯。

5）泥浆含量少：保证流动性的同时，减少水量，缩短注浆时间，减少坯体干燥收缩

2 可塑坯料

1）良好的可塑性：可塑性指标>2 2）具有一定的形状稳定性

3）含水量适当： 强可塑性原料多则含水量提高 小件制品含水量 >大件制品 手工成型 > 旋胚 > 滚压成型 4）干燥强度和收缩率 3 压制粉料

1）流动性好：保证致密度 压坯速度

2）堆积密度大：体积密度大， 气孔率下降， 压缩比提高

3）含水率及水分均匀性：水分均匀

成型压力大—— 含水率较低 成型压力小—— 含水率较高 4）颗粒形状、大小粒度分布

第二节 原料的细粉碎

一 、颗粒的表面能： 粉料细度提高， 表面能提高， 活性提高， 烧结温度下降， 致密度提高， 性能会随之提高。一般粒度控制在 0.1～60um之间即过250目筛。 二、 细碎方法： 1）化学制粉：高纯—超细粉料 设备复杂，产量小，成本高。 2）机械制粉：机械能转化为表面能 常用的机械粉碎方法：

1. 球磨粉碎：筒体带研磨体旋转，研磨体冲击、研磨粉料

2. 振动粉碎：研磨体在磨机内作高频振动 ，研磨体运动如下： 1）激烈的循环运动：冲击物体 （无介质磨 流能磨）

2）剧烈的自转研磨：料细度<2nm 出磨<60um ，特点：粉碎时间段 细度大

3.气流粉碎：利用高压气体作介质 物料受撞击、磨擦、剪切作用 特点：不需固体研磨介质

入磨细度：1～0.1mm 左右，出磨 ：～1um 4. 搅拌磨粉碎：摩擦磨，砂磨

筒体垂直，磨球体之间、 球壁之间产生剧烈的摩擦、滚碾作用 入磨细度：<1mm ， 出料粒度：1um

?

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三 、助磨剂：提高粉碎效率，多为表面活性物质，含亲水基团和憎水基团，起吸附作用，进入粒子的微裂缝中， 破坏键力，提高研磨效率，防止表面粘附。 液体助磨剂： 醉类：甲醇、丙三醇

胺类：三乙醇胺、三异丙醇胺 酸类： 油酸 气体助磨剂： 丙酮、惰性气体

固体助磨剂： 硬脂酸钠钙、硬脂酸、滑石粉

粉碎酸性物质——碱性表面活性物质：羧甲基纤维素，如 SiO2 TiO2 CoO2

粉碎碱性物质——酸性表面活性物质：脂肪酸、石蜡，如Ca、Ba、钛酸盐、镁质铝硅酸盐。

第三节 泥浆的脱水

泥浆：含水率约60wt%

1） 机械脱水：20～25% ——压滤机 2） 热风脱水：8% ——喷雾干燥

一 机械脱水： 压力由小变大， 提高泥浆温度，压滤速度减少

二 热风脱水： 喷雾干燥： 离心式 压力式 气流式（顺流式 逆流式） 第四节 造粒

将细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定粒度的坯料，使之适用于干压和半干压成型。 喷雾干燥、轮雾造粒、锤式打粉机、辊筒式造粒、连续式造粒机

第五节 坯料的陈腐和真空处理

一 坯料的陈腐：

1 陈腐的原因及意义：

1）球磨后的注浆放置一段时间后， 流动性提高， 性能改善。

2）压滤的泥饼， 水分和固相颗粒分布不均匀，含有大量空气， 陈腐后水分均匀，可塑性强。

3）造粒后压制粉料，陈腐后水分更加均匀。

2 陈腐的作用机理：

1）通过毛细管的作用， 使坯体中水分更加均匀。

2）水和电解质的作用使粘土颗粒充分水化，发生离子交换，同时非可塑性物质转变为粘土，可塑性提高

3）有机物：发酵腐烂可塑性提高

4）发生一些氧化还原反应：生成H2S气体扩散流动，使泥料松散均匀。 二 坯料的真空处理： 1 真空练泥：

压滤泥饼：水分、固体颗粒分布不均匀，定向结构，收缩不均，开裂，含大量的空气，阻碍坯料与水分润湿，使可塑性下降， 弹性形变提高。经 练泥后组分均匀，收缩减小，干燥强度成倍提高。但 练泥后的泥段仍存在颗粒定向排列情况。

影响泥料质量的因素：

1）加入泥饼的水分高低及均匀性：过软则填塞真空室，过硬则阻力增加。 2）泥饼的温度和练泥机的温度 ：

温度过高：水气化量增加，真空度减少。 温度过低：泥料容易开裂

3）加料速度： 过快：真空室填塞， 影响真空度

过慢：泥段脱节、层裂、不均匀、 断裂 4）真空度 0.095～0.297MPa 95～97KPa 5）练泥机结构

2 泥浆的真空脱气： 排除泥浆中的气泡

第七章 成型与模具

第一节 注浆成型

注浆成形（传统定义）：在石膏模的毛细管作用下，含一定水分的粘土泥浆脱水硬化成

坯的过程。

注浆成形（现代定义）：具有一定液态流动性的成型方法。 强化注浆，自动化管道注浆，成组注浆 一 基本注浆方法：

1、 空心注浆：（单面注浆）－石膏模没有型芯，泥浆注满模型后放置一段时间，待模型内壁粘附一定厚度的坯体后，将多余泥浆倒出，然后带模干燥。 坯体外形－模型工作面

坯体厚度－吸浆时间（模温，湿度，泥浆性质） 适于：小件，薄壁产品

2、 实心注浆：（双面注浆）--泥浆注入外模与型芯之间，石膏模从内外两个方向同时吸水。注浆过程中泥浆量不断减少。须不断补充泥浆，直至全部泥浆硬化成坯。 坯体外形－外模工作面 坯体内形－模芯工作面

坯体厚度－外模与模芯的空腔

适于：坯体内外表面形状，花纹不同。大型，厚壁的产品。 对泥浆性能要求；

空心注浆：比重小，稳定性好，触变性稍小，细 实心注浆：浓，触变性稍大，粗 二 强化注浆方法：

施加压力 ↑吸浆速度，坯体强度

根据加压方式可分为：真空注浆，离心注浆，无力注浆，电泳注浆

1、 真空注浆：模外抽真空，模型放于负压的真空室中，内外压力差↑，注浆推动力↑ 吸浆速度↑，减少坯体气孔，针眼

2、 离心注浆： 向旋转的模型内注入泥浆，在离心力作用下，泥浆紧靠模型脱水成坯，气泡较轻，集中于中间部位，最后破裂消失。

特点：致密度高，厚度均匀，变形较小

要求：粒度分布窄，否则大颗粒集中在表面，小颗粒位于内部，造成收缩不均。

3、 压力注浆：通过提高泥浆压力来提高注浆过程推动力，加速水分扩散，可缩短注

浆时间，减少坯体干燥收缩和脱模后坯体的水分。

加压方式：提高浆桶高度或引入压缩空气 根据加压大小可把压力注浆分为： 高压注浆>2MP 高强度树脂模 中压注浆0.15～0.4MP 高强度硫磺，树脂模型 微压注浆<0.03MP 石膏模 压力注浆特点：1、缩短注浆时间

2、减少坯体干燥收缩，提高坯体致密度 3、压力注浆降低坯体脱模后留有的水分

4、 电泳成形：直流外电场作用下，带负电的粘土颗粒与水分离，移向阳极，并沉于阳极，形成与阳极相似的陶瓷坯体。

特点：坯体结构均匀，颗粒排列整齐，没有气泡，无内在应力，改变阳极形状可生产各种形状的制品。尺寸较大的平板状产品。但坯体强度低，泥浆浓度的变化会引起水的电解 ，发生如下反应：

阳：02+Zn→ZnO

阴: 生成H2 泥浆循环 三、热压注成型：尺寸准确，表面光洁，形状复杂产品

工序为：石蜡→浇注成型→排蜡→烧成 蜡浆 结合剂 增大流动性 粉料的处理：预烧的目的是减少收缩

细度要求高使凝固有一定强度

选用石蜡的原因 ：不与瓷粉反应，冷却时体积收缩，易于脱模 浇注工艺 排蜡工艺

四、流延法成型超薄瓷片，其厚度<0.05mm

第二节 可塑成型

定义：对具有一定压塑变形能力的泥料进行加工成型的方法。 一、旋坯成型

1、成型操作：利用旋转的石膏模和样板刀来成型。

石膏模置于转动的机器上，放下样板刀，由于样板刀的压力，泥料均匀分布于模子的内部表面，多余的泥料则贴于样板刀上。

样板刀的工作弧线形状于模型的工作面的形状构成坯体的内外表面，而样板刀与模型工作面的距离决定坯体厚度。

刀口一般要求成30～40。以减少切削阻力。

2、工艺特点：要求泥料水分均匀，结构一致，可塑性较好。旋压成形以“刮泥“的形式排开泥料，要求泥料屈服值稍低。坯体含水量稍高。

旋坯成形变形率高原因在于：样板刀与坯体表面不光滑。修坯需加水赶光表面，刮泥时排泥混乱。正压力小：样板刀以一定角度与泥接触，生坯致密度差。 3、成型时常见缺陷： 1）夹层开裂：样板刀上下过快 在坯件某部造成凹坑或由于装入石膏模内的泥料不够，重新添泥，前后泥料结合不紧密或在旋坯时，泥团本身存在夹层。

2）外表开裂：修坯时加水过多，局部凹下部位积水 干后即开裂或由于旋制大型坯体时，样板刀积泥太厚或旋坯刀震动，生成开裂。

二、 滚压成形：是在旋压基础上发展起来的。将扁平的刀→改变成锥形或圆柱形的圆转体--- 滚压头

1、 成形操作：特点：泥料与滚压头接触面大，受压时间长，受力均匀，坯体致密均匀，

强度较大，不需加水赶光表面，减少变形。

阳模滚压－外滚压，滚压头决定坯体外形的大小，适合扁平状、宽口且坯体内表面有花纹的产品。

阴模滚压－内滚压，滚压头形成坯体内表面，适合内径小而宽口制品。

2、主要工艺因素：

1）泥料的要求：阳模成型－泥料在模型外，水分应少些，可塑性强些。 阴模成型－可塑性可稍低，成型水分可稍多。

2）滚压头温度：热滚压，泥料表面产生一层气膜，防止粘滚头。滚压的坯体表面光滑，质量提高，对泥料要求不严，适用范围广。 3）主轴转速：主轴转速n1 滚头转速n2

n1↑ 可提高产量。如果产品直径大则n1应稍小

阳模：n1过大，泥料易脱离模型，底部花心，边缘破口 阴模：n1可稍大，过小粘滚头

转速比 i＝n1/n2 反映成型对泥料与滚头的相对运动 i＝1作相对滚动，i<1或i>1除作相对滚动外，还有相对滑动 三、塑压成型：泥料放于模型内常温压制成坯

模型内部多孔性纤维管 可通压缩空气或抽真空 优点：1. 成型异型盘碟类产品

2. 成型时施加一定压力，致密度↑

缺点：对模强度要求较高 四、注塑成型（注射成型）

瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制 坯料不含水：瘠性物料+ 结合剂

成型过程：加热坯料→注射成型→模具打开→脱模烧成

相同点 不同点

注射成型 工序相同 粒状粉料不含水，压力更高

热压注成型 在一定温度下将含水一定水分的 制备蜡浆

粒状粉料填充到模型之中，施加压力 压力稍低 使之成为具有一定形状和强度的陶瓷

坯体。

第三节 压制成型

一、 加压制度与坯体质量的关系 1、成型压力的影响。 净压力－粉料的阻力 成型压力

消耗压力－克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力 坯体高，形状复杂，要求压力大

压力↑可↑致密度。但过大会引起残留空气膨胀使坯体开裂

2、加压方式的影响：

单面加压：压力分布不均，有低压区，死角

双面加压：消除底面的低压区、死角，但空气易被挤到坯体中间部位，使中部度小。所以应采用双面先后加压

3、加压速度：低压区：速度稍快使空气消除

高压区：应缓慢加压以免残余气体无法排出，并应多次加压以保证压力均匀

4、添加剂的选用：

（1） 减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦---润滑剂 （2） 增加粉料颗粒间的粘结作用－粘结剂

（3） 促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形－表面活性剂

二、 等静压成型：

装在封闭模具中的粉料各个方向同时均匀受压成型的方法。

1. 常温等静压：液体介质的不可压缩性及各个方向均匀传递压力的特性 （1）备料：流动性好 含水量<3％

（2）装料：振动装料，可同时抽真空→堆积密度↑ （3）加压：成型压力：70－150MPa

（4）脱模：避免突然降压，否则内外气压不平衡，使坯体破裂（残余气体被压缩） 根据模具与容器的关系可分为：湿袋法：模具于介质直接接触，与容具不关联模具结构

干袋法：模具固定在容器内，脱模时不必移动模具。但模具顶部，底部无法加压，因此致密性稍差。

2. 常温等静压成型的特点：

优点：1）坯体密度大，结构均匀，烧成收缩小，制品尺寸准确。 2）生坯强度大，不用干燥，可直接上釉或烧成。 3）可压制形状复杂的大型制品。 4）粉料可不加或少加粘合剂。

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