陶瓷材料陶瓷制備工藝學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1陶瓷材料陶瓷制備陶瓷材料陶瓷制備(zhbi)工藝工藝第一頁(yè)，共57頁(yè)。1)石英(shyng)v由于地質(zhì)產(chǎn)狀不同，石英呈現(xiàn)為多種狀態(tài)，其中最純的石英稱為水晶。v在陶瓷、玻璃、耐火材料生產(chǎn)中采用(ciyng)得較多的石英類原料.第2頁(yè)/共57頁(yè)第二頁(yè)，共57頁(yè)。1)石英(shyng)v 物理性質(zhì)(wl xngzh) 外觀：視其種類(zhngli)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

2、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。第3頁(yè)/共57頁(yè)第三頁(yè)，共57頁(yè)。1)石英(shyng)vSiO2多晶轉(zhuǎn)變 v 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(xingh)轉(zhuǎn)化：石英(shyng) 鱗石英(shyng) 方石英(shyng) 熔融態(tài)石英(shyng) 鱗石英(shyng) 石英(shyng)玻璃 石英(shyng) 鱗石英(shyng) 方石英(shyng) 87017131470 0.82% 0.2%1171634.7%0.2%16%2.8%180270急冷 573第4頁(yè)/共57頁(yè)第四頁(yè)，共57頁(yè)。1)石英(shyng

3、) 石英預(yù)燒，利于粉碎：1000 C煅燒 急冷 變松 ，利用石英573 C晶型轉(zhuǎn)化時(shí)的體積變化效應(yīng)。 陶瓷的燒成過(guò)程，必須注意升降溫速度(sd)的問(wèn)題，之所以要控制升降溫速度(sd)就是由于一些原材料在加熱或冷卻過(guò)程中伴隨著體積的膨脹或收縮。如果控溫不當(dāng)，這些膨脹或收縮在極短的時(shí)間完成，會(huì)造成坯體或制品開(kāi)裂。第5頁(yè)/共57頁(yè)第五頁(yè)，共57頁(yè)。1)石英(shyng)SiO2在陶瓷(toc)生產(chǎn)中的作用 燒成前，石英為瘠性料（不吸水），可調(diào)節(jié)(tioji)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

4、消坯體的收縮；高溫時(shí)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。 第6頁(yè)/共57頁(yè)第六頁(yè)，共57頁(yè)。2)長(zhǎng)石(chn sh)種類：鉀長(zhǎng)石(chn sh)：K2OAl2O36SiO2 鈉長(zhǎng)石(chn sh)：Na2OAl2O36SiO2 鈣長(zhǎng)石(chn sh)：CaOAl2O32SiO2 鋇長(zhǎng)石(chn sh)：BaOAl2O32SiO2 產(chǎn)狀：自然界中，純的長(zhǎng)石(chn sh)較少，共生礦物有：石英，云母，霞石，角閃石。其中云母，角閃石為有害雜質(zhì)。含石英，霞石的可考慮做原料使用。 第7頁(yè)/共57頁(yè)第七頁(yè)，共57頁(yè)。2)長(zhǎng)石(chn sh)小于1400C

5、燒成溫度(wnd)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。 分類： 自熔性熔劑：長(zhǎng)石在燒成溫度(wnd)下，原料本身自動(dòng)產(chǎn)生熔體，形成液相共熔性熔劑：在燒成溫度(wnd)下，不能形成液相，而與其它原料共熔形成熔體。第8頁(yè)/共57頁(yè)第八頁(yè)，共57頁(yè)。2)長(zhǎng)石(chn sh)鉀長(zhǎng)石 KAS6 ：115020分解為白榴子石，全部熔融，范圍 寬，高溫粘度大。 鈉長(zhǎng)石NaAS6 ：1120 開(kāi)始熔融，液相穩(wěn)定，粘度低，易變形； 鈣長(zhǎng)石CaAS2：熔點(diǎn)高達(dá)1550 ，熔融范圍寬，熔體不透明， 度小，機(jī)械強(qiáng)度大。 鋇長(zhǎng)石 Ba

6、AS2：熔點(diǎn)高達(dá)1715 ，熔融范圍不寬，可人工合成(rn n h chn)，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，彼此可混合形成共熔體。 v長(zhǎng)石(chn sh)類熔劑第9頁(yè)/共57頁(yè)第九頁(yè)，共57頁(yè)。2)長(zhǎng)石(chn sh)為使坯體既易燒結(jié)，又不變形，則希望長(zhǎng)石有較低的熔化溫度，較寬的熔化溫度范圍。 這就要求(yoqi)在燒成過(guò)程中，長(zhǎng)石既具有良好的熔劑作用（即較高的溶解其它物質(zhì)的能力），又使熔融液相具有較高粘度（坯體不易變形坍塌；釉料不易流釉）。v長(zhǎng)石的熔融(rngrng)特性第10頁(yè)/共57頁(yè)第十頁(yè)，共57頁(yè)。2)長(zhǎng)石(chn sh)熔化溫度范圍：作為純的鉀鈉鈣長(zhǎng)

7、石有固定的熔點(diǎn)，但實(shí)際上常是幾種長(zhǎng)石的互溶物，加之一些雜質(zhì)在內(nèi)，使之無(wú)固定熔點(diǎn)，只有(zhyu)一個(gè)熔化溫度范圍： 鉀長(zhǎng)石 1130C 1450C T=320 C 鈉長(zhǎng)石 1120C 1250C T= 130C 鈣長(zhǎng)石 1250C 1550C T=300 C v熔融(rngrng)特性第11頁(yè)/共57頁(yè)第十一頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 礦物(kungw)組成 v 陶瓷工業(yè)中粘土的主要礦物(kungw)有： v 高嶺石（多水高嶺石） v 蒙脫石（葉臘石） v 伊利石（水云母）第12頁(yè)/共57頁(yè)第十二頁(yè)，共57頁(yè)。第13頁(yè)/共57頁(yè)第十三頁(yè)，共57頁(yè)。第14頁(yè)/共57頁(yè)第十四頁(yè)，共57

8、頁(yè)。晶片的結(jié)合 四面體片與八面體片的相互結(jié)合構(gòu)成了層狀硅酸鹽礦物(kungw)的基本結(jié)構(gòu)層。 按照四面體片和八面體片的配合比例，可以把層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物(kungw)的基本結(jié)構(gòu)層分為1：1層型和2：1層型兩個(gè)基本類型。第15頁(yè)/共57頁(yè)第十五頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 高嶺石類v 晶體結(jié)構(gòu)式：Al4Si4O10（OH）8，1:1型層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽，SiO四面體層和Al（O，OH）八面體層通過(guò)共用氧原子聯(lián)系成雙層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元層。層間以氫鍵相連，結(jié)合力較小，所以晶體解理完全(wnqun)并缺乏膨脹性。 v 離子吸附與置換：晶格內(nèi)部離子很少置換，在破裂時(shí)，邊緣上有斷鍵電荷不平衡時(shí)，才

9、吸附其它陽(yáng)離子OH-中的H+可被+或Na+取代。第16頁(yè)/共57頁(yè)第十六頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 蒙脫石v 化學(xué)通式：l2O34iO2n2Ov 晶 系：?jiǎn)涡本?，結(jié)晶(jijng)程度差，顆粒極細(xì)小，屬膠體微粒，故晶體輪廓不清。2:1型層狀結(jié)構(gòu)，兩端SiO4四面體，中間夾一個(gè)AlO6八面體，構(gòu)成單元層。單元層間靠O鍵相連，結(jié)合力較小，水分子及其它極性分子易進(jìn)入晶層中間形成層間水，層間水的數(shù)量是可變的。Al4(Si8O 20)(OH)4nH 20第17頁(yè)/共57頁(yè)第十七頁(yè)，共57頁(yè)。v 蒙脫石v 特點(diǎn)一：蒙脫石顯著的特點(diǎn)是能吸收大量的水，體積膨脹，如以蒙脫石為主的膨潤(rùn)土其吸水后體積

10、可膨脹2030倍，這就是膨潤(rùn)土的名稱的由來(lái)。 v 特點(diǎn)二：離子交換(l z jio hun)能力強(qiáng)，晶格中的四面體層i4+部分被 v l3+、5+置換。八面體層中l(wèi)3+被g2+、e3+、n2+、 v i+等置換，使晶格中電價(jià)不平衡。晶層之間吸附陽(yáng)離子如 a2+、a+等，又增加了蒙脫石的離子交換(l z jio hun)能力。根據(jù)吸附離子不同分為a蒙脫石，a蒙脫石。第18頁(yè)/共57頁(yè)第十八頁(yè)，共57頁(yè)。特點(diǎn)三：膨潤(rùn)土可塑性大，觸變厚化性強(qiáng)，嚴(yán)重影響泥漿性能。煅燒時(shí)脫水過(guò)程長(zhǎng)，收縮大，l23含量低，又吸附了其它陽(yáng)離子，雜質(zhì)較多。因此燒結(jié)溫度低，燒后色澤差，會(huì)使坯體軟化變形，用量不宜太多，一般在左右

11、。 特點(diǎn)四：隨外界環(huán)境的溫度和濕度而變化，引起軸膨脹與收縮，因此蒙脫石吸水性強(qiáng)，吸水后體積膨脹，容易(rngy)破裂。顆粒極細(xì)，可塑性強(qiáng)，干燥后強(qiáng)度大，干燥收縮也大。觸變性亦稱搖變，是指物體（如油漆、涂料）受到剪切時(shí)稠度變小，停止(tngzh)剪切時(shí)稠度又增加或受到剪切時(shí)稠度變大，停止(tngzh)剪切時(shí)稠度又變小的性質(zhì)的一“觸”即“變”的性質(zhì)。 第19頁(yè)/共57頁(yè)第十九頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 伊利石v 化學(xué)通式：(K,H3O) 1 nH2O(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2 v 化學(xué)組成： 水化了的白云母，介于(ji y)高嶺石，白云母之間K2O較低， S

12、iO2 、MgO、FeO、H2O 較高。 v 結(jié)構(gòu)：?jiǎn)涡本担c蒙脫石結(jié)構(gòu)類似，2:1型層狀硅酸鹽，但SiO4四面體中l(wèi)+較蒙脫石多，晶間陽(yáng)離子常為K+，也有部分被+，a+取代， K+半徑大小正好嵌入層間，因此晶格結(jié)構(gòu)牢固，不發(fā)生膨脹。 第20頁(yè)/共57頁(yè)第二十頁(yè)，共57頁(yè)。v 伊利石v 外觀：多呈不規(guī)則片狀，顏色潔白，黃色，綠色及褐色。 v 特性：伊利石類可以看做是白云母風(fēng)化過(guò)程中形成高嶺石和蒙脫石的中間產(chǎn)物，轉(zhuǎn)變(zhunbin)程度不同，所形成的礦物不同，礦物組成變化較多。伊利石類礦物構(gòu)成的粘土，一般可塑性低，干后強(qiáng)度大，干燥燒成收縮小，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)范圍窄。 第21頁(yè)/共57頁(yè)第二十

13、一頁(yè)，共57頁(yè)。（1）結(jié)晶水 這種水是粘土礦物晶體構(gòu)造的一部分，只有溫度高于300度以上時(shí)，結(jié)晶受到破壞，這部分水來(lái)釋放出來(lái)。（2）吸附水 由于分子間引力和靜電引力，具有極性的水分子可以吸附到帶電的粘土表面上，在粘土顆粒周圍形成(xngchng)一層水化膜，這部分水可以隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)，所以也稱為束縛水。（3）自由水 這部分水存在于粘土顆粒的孔穴或孔道中，不受粘土的束縛，可以(ky)自由的運(yùn)動(dòng)。第22頁(yè)/共57頁(yè)第二十二頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t) 蒙脫石粘土礦物 其晶胞兩面都是氧層，層間聯(lián)結(jié)是較弱的分子間力，水分子易沿著硅氧層面進(jìn)入(jnr)晶層間，使層間距離增大，引起粘土的體積膨

14、脹。第23頁(yè)/共57頁(yè)第二十三頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t) 伊利石 晶體結(jié)構(gòu)與蒙脫石礦物相同(xin tn)，但因?qū)娱g有水化能力小的K+存在，K+鑲嵌在粘土硅氧層的六角空穴中，把兩硅氧層鎖緊，故水不易進(jìn)入層間，粘土不易水化膨脹。第24頁(yè)/共57頁(yè)第二十四頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t) 高嶺石 因?qū)娱g易形成氫鍵，晶胞間聯(lián)結(jié)(linji)緊密，水分子不易進(jìn)入，故膨脹性小。同時(shí)伊利石晶格置換現(xiàn)象少，高嶺石幾乎無(wú)晶格置換現(xiàn)象，陽(yáng)離子交換容量低，也使粘土的水化膨脹差。第25頁(yè)/共57頁(yè)第二十五頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)三種常見(jiàn)(chn jin)粘土礦物的主要特點(diǎn)粘土粘土礦物礦物化

15、學(xué)組成化學(xué)組成C-C-間距間距晶層間晶層間引力引力吸水膨脹吸水膨脹量量/%/%高嶺高嶺石石AlAl2 2SiSi2 2O O5 5OHOH4 47.2 7.2 強(qiáng)強(qiáng)55蒙脫蒙脫石石(Al(Al2 2MgMg3 3)(Si)(Si4 4O O1010)(OH)(OH)2 2nHnH2 2O O9.69.621.4 21.4 弱弱9090100100伊利伊利石石(K,Na,Ca(K,Na,Ca2 2)(Al,Mg)(Al,Mg)4 4(Si,(Si,Al)Al)8 8O O2020(OH)(OH)4 4nHnH2 2O O10.0 10.0 較強(qiáng)較強(qiáng)2.52.5第26頁(yè)/共57頁(yè)第二十六頁(yè)，共57

16、頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 可塑性 v 定義：粘土水系統(tǒng)形成泥團(tuán)，在外力作用下泥團(tuán)發(fā)生變形，形變過(guò)程中坯泥不開(kāi)裂，外力解除后，能維持形變，不因自重(zzhng)和振動(dòng)再發(fā)生形變，這種現(xiàn)象稱為可塑性。 v 第27頁(yè)/共57頁(yè)第二十七頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)第28頁(yè)/共57頁(yè)第二十八頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 離子交換性 v 起因(qyn)：粘土顆粒帶電荷，來(lái)源于Si4+被Al+，F(xiàn)e+等置換以及邊緣斷鍵，而出現(xiàn)電荷而吸附反電荷，這些反電荷又可被置換。 v 第29頁(yè)/共57頁(yè)第二十九頁(yè)，共57頁(yè)。3)粘土(zhn t)v 觸變性 v 定義：粘土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌

17、時(shí)，粘度會(huì)降低(jingd)而流動(dòng)性增加靜置后能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。反之，相同泥漿放置一段時(shí)間后，在維持原有水分的情況下會(huì)增加粘度，出現(xiàn)變稠和固化現(xiàn)象，上述現(xiàn)象可重復(fù)無(wú)數(shù)次，統(tǒng)稱為觸變性。v 泥料觸變性過(guò)小時(shí)，成形后生坯的強(qiáng)度不夠，影響脫模與修坯的品質(zhì)。而過(guò)大的泥漿在管道輸送過(guò)程中會(huì)帶來(lái)不便，成形后生坯也易變形。第30頁(yè)/共57頁(yè)第三十頁(yè)，共57頁(yè)。原材料吸水性吸水后的流動(dòng)性產(chǎn)品外形(wi xn)（對(duì)稱？）壁厚大小根據(jù)成型方法不同，可將陶瓷坯料分為三類：第31頁(yè)/共57頁(yè)第三十一頁(yè)，共57頁(yè)。第32頁(yè)/共57頁(yè)第三十二頁(yè)，共57頁(yè)。第33頁(yè)/共57頁(yè)第三十三頁(yè)，共57頁(yè)。 小氣孔(qkng)：團(tuán)聚粒

18、內(nèi)一次粒子間的孔 微氣孔(qkng)：一次粒子內(nèi)的氣孔(qkng)第34頁(yè)/共57頁(yè)第三十四頁(yè)，共57頁(yè)。可 塑 成型 成 型 方法注漿成型壓 制 成型類比(lib)于塑性加工類比(lib)于粉末冶金第35頁(yè)/共57頁(yè)第三十五頁(yè)，共57頁(yè)。等靜壓成型(chngxng)第36頁(yè)/共57頁(yè)第三十六頁(yè)，共57頁(yè)。第37頁(yè)/共57頁(yè)第三十七頁(yè)，共57頁(yè)。第38頁(yè)/共57頁(yè)第三十八頁(yè)，共57頁(yè)。按照變化特點(diǎn)大致可分為四個(gè)階段(jidun) 瓷器 （1）低溫階段(jidun)常溫300 （2）氧化分解階段(jidun)300950 （3）高溫階段(jidun)950 燒成溫度 （4）冷卻階段(jidun)

19、燒成溫度 室溫第39頁(yè)/共57頁(yè)第三十九頁(yè)，共57頁(yè)。低溫階段（常溫300） 排除干燥剩余水分和吸附水，基本(jbn)不收縮，強(qiáng)度變化很??；基本(jbn)無(wú)化學(xué)變化。此階段加熱時(shí)間的長(zhǎng)短，主要取決于坯體的入窯水分、厚薄及裝燒方法等?？鞜に囍?，需嚴(yán)格控制坯體的入窯水分，要求越低越好，尤其是大件厚壁制品以及多件重疊裝燒。第40頁(yè)/共57頁(yè)第四十頁(yè)，共57頁(yè)。氧化分解階段(jidun)（300950 ） 化學(xué)變化： （1）粘土和其它含水礦物排除結(jié)構(gòu)水 Al2O32SiO2 2H2O Al2O32SiO2 + 2H2O（500700 ） 3MgO 4SiO2 H2O 3(MgO SiO2)+SiO2

20、 + H2O(900 )因?yàn)樘沾纱蠖嗝媾R高溫的服役環(huán)境(hunjng)，有可能發(fā)生的高溫反應(yīng)，都應(yīng)該在生產(chǎn)過(guò)程中盡量反應(yīng)完畢第41頁(yè)/共57頁(yè)第四十一頁(yè)，共57頁(yè)。（2）碳酸鹽的分解(fnji) CaCO3 CaO+CO2 (8501050 ) MgCO3 MgO+ CO2 (730950 )（3）碳素和有機(jī)物的氧化(ynghu) 有機(jī)物+O2 CO2 + H2O(350 以上) C+O2 CO2 (600 以上)第42頁(yè)/共57頁(yè)第四十二頁(yè)，共57頁(yè)。（5）晶型轉(zhuǎn)變(zhunbin) -石英 - 石英 573 - 石英 - 方石英 870 （4）硫化物及硫酸鹽的氧化分解 FeS2+O2 Fe

21、2O3+SO2 （350 800 ） Fe2(SO3)3 Fe2O3+SO2 （560 770 ） 粘土夾雜(jiz)的硫化鐵礦物十分有害，控制不當(dāng)易 使制品起泡，又影響制品外觀顏色。第43頁(yè)/共57頁(yè)第四十三頁(yè)，共57頁(yè)。 物理變化： （1）重量(zhngling)減輕，氣孔率提高，有一定的收縮； （2）有少量液相產(chǎn)生，后期強(qiáng)度有一定提高。第44頁(yè)/共57頁(yè)第四十四頁(yè)，共57頁(yè)。高溫階段（950燒成溫度(wnd)） 化學(xué)變化： 第45頁(yè)/共57頁(yè)第四十五頁(yè)，共57頁(yè)。MgSO4MgO+SO3 900以上 CaSO4CaO+SO3 1250-1370 Na2SO4Na2O+SO3 1200-1

22、370 還原焰下 10801100 Fe2O3+CO FeO+CO210001100 還原焰第46頁(yè)/共57頁(yè)第四十六頁(yè)，共57頁(yè)。第47頁(yè)/共57頁(yè)第四十七頁(yè)，共57頁(yè)。形成大量(dling)液相和莫來(lái)石晶體莫來(lái)石的形成 2 Al2O32SiO2 2Al2O33SiO2(尖晶石)+SiO2 3（2Al2O33SiO2） 2（3Al2O32SiO2）（莫來(lái)石）5SiO2 一次莫來(lái)石：高嶺石分解(fnji)形成的粒狀及片狀莫來(lái)石 二次莫來(lái)石：由長(zhǎng)石熔體形成的針狀莫來(lái)石。一次滲碳體、二次滲碳體第48頁(yè)/共57頁(yè)第四十八頁(yè)，共57頁(yè)。新相的重結(jié)晶和坯體的燒結(jié) 細(xì)小二次莫來(lái)石晶體溶解后向大晶粒（溶解度?。┏练e使其重結(jié)晶長(zhǎng)大(chn d)；同時(shí)液相在表面張力作用下拉近固相并填充氣孔，使坯體成為多相有機(jī)結(jié)合的致密燒結(jié)體。液相對(duì)坯體成瓷的作用： 1）促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)：液相不斷溶解小晶粒，并從 液相中析出新的比較穩(wěn)定的結(jié)晶相； 2）致密化作用：液體的粘滯流動(dòng)和表面張力的拉 緊作用，使其填充坯體空隙(kngx)，使晶粒重排、靠 攏，彼此粘結(jié)成為整體。第49頁(yè)/共57頁(yè)第四十九頁(yè)，共57頁(yè)。第50頁(yè)/共57頁(yè)第五十頁(yè)，共57頁(yè)。冷卻階段 （1）液體(yt)逐漸凝固成玻璃體； （2）二次莫來(lái)石長(zhǎng)大； （3）殘余石英晶型轉(zhuǎn)變。第51頁(yè)/共57頁(yè)第五十一頁(yè)，共57頁(yè)。瓷坯冷卻(lngqu)前后的變化圖1.