第八章 漿體的膠體化學(xué)原理課件

Chapter.8漿體的膠體化學(xué)原理無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)講授人：羅婷第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)本章重點(diǎn):第一節(jié)引言關(guān)鍵詞：粘土—水系統(tǒng)本章主要內(nèi)容：粘土-水系統(tǒng)的膠體化學(xué)知識(shí)以及其膠體性質(zhì)與陶瓷生產(chǎn)工藝性質(zhì)的關(guān)系。粘土—水系統(tǒng)：由粘土顆粒分散在水介質(zhì)中所形成的

分散體系。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)一、流變學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（1）牛頓型

（2）賓漢型

如：水、甘油、低分子化合物溶液等如：新拌混凝土等θ牛頓型賓漢型σdv/dxf第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)一、流變學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（3）塑流型

——陶瓷材料中最主要的流動(dòng)方式（4）假塑型如：泥漿、油墨等如：淀粉、高分子溶液F1fnfN脹流型假塑流型塑流型（5）膨脹型如：面粉，Al2O3粉、石英砂第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）粘土的荷電性粘土-水系統(tǒng)有一個(gè)基本現(xiàn)象——電泳和電滲——粘土帶電

1、負(fù)電荷（1）負(fù)電荷產(chǎn)生的原因①

晶格取代②

吸附在粘土表面的腐殖質(zhì)離解③

粘土邊面斷裂（高嶺土）（2）負(fù)電荷的分布——層狀硅酸鹽的板面板面邊面第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）粘土的荷電性2、兩性電荷——高嶺土帶電主要類型①

在酸性介質(zhì)中PH＜6②

在中性介質(zhì)中PH≈7③

在堿性介質(zhì)中PH＞8

3、凈電荷邊面帶正電荷邊面不帶電邊面帶負(fù)電由于斷鍵而引起的可局部吸附正電荷或負(fù)電荷，即因PH不同而有不同電荷的現(xiàn)象叫～。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（二）粘土的離子吸附與交換性主要介紹粘土陽離子吸附與交換特點(diǎn)、陽離子交換量及影響因素、陽離子交換順序

1、粘土陽離子吸附與交換現(xiàn)象（2）陽離子交換的特點(diǎn)（1）離子的交換過程①

同號(hào)離子相互交換②

離子以等當(dāng)量交換③交換是可逆的④離子交換不影響粘土本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但可改變其膠體性質(zhì)應(yīng)用：利用粘土的交換性，可提純粘土。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（二）粘土的離子吸附與交換性

2、粘土陽離子交換容量（cationexchangecapacity，cec）定義：100g干土吸附的陽離子的毫克當(dāng)量數(shù)吸附的毫克當(dāng)量/100克干粘土（1）交換容量大小的意義反映粘土所帶負(fù)電荷多少、可初步鑒定粘土礦物的種類礦物高嶺石多水高嶺石伊利石蒙脫石陽離子交換容量3～1520～4010～4075～150第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)

2、粘土陽離子交換容量（2）

影響交換容量大小的因素粘土的礦物組成粘土顆粒的細(xì)度腐殖質(zhì)的含量介質(zhì)的PH值介質(zhì)的溫度

吸附陽離子的電價(jià)與半徑大小第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)

2、粘土陽離子交換容量（3）

陽離子交換次序

——

表征粘土與陽離子的結(jié)合能力的大小離子被吸附的難易程度，取決于離子的電價(jià)和水化離子半徑。其規(guī)律：濃度相同時(shí)，高價(jià)離子交換能力大水化半徑——離子在溶液中發(fā)生了水化作用后的半徑

水化能力表征：電價(jià)相同時(shí)，半徑大的交換能力強(qiáng)——水化半徑小第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)

2、粘土陽離子交換容量（3）

陽離子交換次序陽離子被吸附的能力，有下列順序：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+交換作用：大小電價(jià)：高低半徑：大小說明：①陽離子濃度相同時(shí)，電價(jià)愈高，交換能力愈大②電價(jià)相同，離子半徑愈小，交換能力?、鄣蛢r(jià)離子濃度大于高價(jià)離子濃度時(shí)，可將高價(jià)離子置換下來。④H+離子的交換能力最強(qiáng)，與粘土有強(qiáng)烈的吸附作用。原因？第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)主要介紹粘土粘土顆粒與水介質(zhì)作用的相關(guān)性質(zhì)

1、粘土與水的作用粘土表面存在O2-、OH-——與H2O以氫鍵結(jié)合粘土表面的靜電場——使極性水分子定向排列粘土吸附水化陽離子粘土與水作用的結(jié)果：與作用程度不同的結(jié)合水形成了粘土膠團(tuán)第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)

2、粘土膠核周圍水的存在形式牢固結(jié)合水：定向排列水，又稱吸附水膜牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水疏松結(jié)合水：定向程度低，又稱擴(kuò)散水膜自由水：超出作用力場作用范圍而存在的水分子提問：比較結(jié)構(gòu)水、層間水、牢固結(jié)合水、疏松結(jié)合水和自由水第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)二、粘土-水系統(tǒng)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)

3、粘土結(jié)合水量及其影響因素——以100克干土吸附多少克水作為結(jié)合水量——粘土的結(jié)合水量對(duì)粘土-水系統(tǒng)的工藝性質(zhì)有影響結(jié)合水量主要與陽離子電價(jià)及半徑有關(guān)——兩反規(guī)則對(duì)于同價(jià)離子，半徑小，水化半徑大，粘土結(jié)合水量多Li粘土＞Na－粘土＞K粘土對(duì)于異價(jià)離子，電價(jià)高時(shí)，粘土的結(jié)合水量少。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（1）ζ電位的產(chǎn)生緊靠粘土離子——吸附陽離子層（膠粒）松散分布層——擴(kuò)散層膠粒（負(fù)電）（正電）膠團(tuán)

ζ-電位：吸附層與擴(kuò)散層之間的電位差。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（2）ζ電位的大小ζ電位可通過下式計(jì)算：D—水的介電常數(shù)，u—電泳速度，σ—表面電荷密度第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（3）影響ζ電位的因素①

陽離子電價(jià)與半徑——吸附陽離子的種類

遵循兩反規(guī)則，即：對(duì)于同價(jià)離子，半徑越大，ζ電位越低對(duì)于不同價(jià)離子，電價(jià)越高，ζ電位越低——與水化膜厚度有關(guān)，即與水化能力有關(guān)H+、Al3+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+、Li+ζ電位：小大第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)②

陽離子濃度ddd=0dd=0ζ

-0

+陽離子濃度等電態(tài)第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)③有機(jī)質(zhì)的影響有機(jī)質(zhì)含量高，擴(kuò)散層增厚，ζ電位升高。

4、粘土膠體的電動(dòng)電位——ζ電位（3）影響ζ電位的因素（4）ζ電位與泥漿性能的關(guān)系①

ζ電位高懸浮性好②研究ζ電位為改善泥漿性能指出了方向和途徑實(shí)例：陶瓷漿料球磨時(shí)常加入鈉鹽作為添加劑第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性關(guān)鍵詞：流動(dòng)性、穩(wěn)定性、稀釋性、稀釋劑（減水劑）三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)主要內(nèi)容：粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)，包括：流動(dòng)性、穩(wěn)定性、觸變性和可塑性③對(duì)于釉漿，可防止絮凝，在保證工藝條件下，水分減少，固體含量高，釉漿比重大②使干燥耗能降低，增加粉料產(chǎn)出量稀釋的意義：①降低坯體收縮，縮短模具干燥時(shí)間，提高生坯強(qiáng)度第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理①加入適量電解質(zhì)可使屈服值下降，粘度降低；②加入不同電解質(zhì)其屈服值和粘度下降程度不同（Na要好于Ca）第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理①加入少量，粘度降低；加入量多，粘度增大②不同電解質(zhì)效果不同，而且NaSiO3比NaOH稀釋效果好第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、稀釋的現(xiàn)象及機(jī)理板面邊面面-面邊-面邊-邊稀釋機(jī)理：消除粘土邊面上的異號(hào)電荷，使邊-面、邊-邊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成面-面排列方式，才能出現(xiàn)粘度下降，流動(dòng)性變好。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性2、稀釋的條件（1）介質(zhì)需呈堿性（2）必須有一價(jià)陽離子交換粘土離子原來吸附的離子（3）陰離子的作用①促使陽離子交換進(jìn)行更徹底——與原料上吸附的陽離子形成不可溶或穩(wěn)定的絡(luò)合物Ca-粘土+NaOH→Na-粘土+Ca(OH)2Ca-粘土+Na2CO3→Na-粘土+CaCO3Ca-粘土+Na2SiO3→Na-粘土+CaSiO3第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（一）泥漿的流動(dòng)性與穩(wěn)定性2、稀釋的條件（3）陰離子的作用②聚合陰離子的作用——特殊吸附作用，見書135頁表8-4中和了原來的正電荷，使表面總負(fù)電荷數(shù)增加如：水玻璃、六偏磷酸鈉、單寧酸鈉、蛋白質(zhì)鈉鹽應(yīng)用：生產(chǎn)中調(diào)節(jié)泥漿并不是使泥漿處于粘度最低狀態(tài)第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（二）泥漿的觸變性

關(guān)鍵詞：觸變性、觸變結(jié)構(gòu)三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)1、觸變性泥漿靜止不動(dòng)時(shí)似凝固體，而一旦攪動(dòng)后又重新獲得流動(dòng)性，并可多次重復(fù)的性質(zhì)。2、觸變結(jié)構(gòu)（卡片結(jié)構(gòu)、紙牌結(jié)構(gòu)）霍夫曼首先解釋了泥漿具有觸變性的原因并提出了觸變結(jié)構(gòu)——“卡片結(jié)構(gòu)”“卡片結(jié)構(gòu)”形成的原因：邊面和板面所帶異號(hào)電荷吸引第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（二）泥漿的觸變性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)3、如何描述觸變性？4、影響觸變性的因素①含水量②礦物組成——稠化度③膠粒的大小與形狀④電解質(zhì)的種類與加入量⑤溫度冬季輸送的泥漿要預(yù)熱，使流動(dòng)性變好，觸變性小，尤其是在北方地區(qū)。第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土的可塑性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)

當(dāng)粘土與適當(dāng)比例的水混合均勻制成泥團(tuán)，該泥團(tuán)受到高于某一個(gè)數(shù)值的剪應(yīng)力作用后可塑造成任何形狀，去除應(yīng)力泥團(tuán)仍然保持其形狀不變的性質(zhì)。1、應(yīng)力-應(yīng)變曲線當(dāng)F<fA（屈服值），應(yīng)力與應(yīng)變成正比，彈性體當(dāng)fA<F<fB

，明顯形變，塑性體當(dāng)F>fB

，泥團(tuán)出現(xiàn)裂紋粘土泥團(tuán)為什么具有可塑性？可塑性受哪些因素的影響？如何調(diào)整改善泥團(tuán)的可塑性？第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土的可塑性三、粘土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)2、可塑性機(jī)理——泥料的可塑性是泥團(tuán)中引力和斥力不斷抗衡，不斷建立新平衡的過程。當(dāng)應(yīng)力使間距縮短——斥力為主——變形

應(yīng)力消除后間距變大——引力為主——保形

同性電荷相斥引力邊-面靜電吸力毛細(xì)管力范德華力毛細(xì)管力大，則成型時(shí)阻力大，屈服值高，可塑性好；適當(dāng)?shù)暮亢洼^細(xì)的顆粒可以獲得較大的毛細(xì)管力第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土的可塑性2、可塑性機(jī)理①顆粒間作用力與水膜厚度的關(guān)系

在形成連續(xù)水膜的基礎(chǔ)上，水膜越薄，顆粒之間作用力增加。水膜薄↓→毛細(xì)管半徑↓→毛細(xì)管力↑。

②顆粒間作用力與可塑性的關(guān)系

毛細(xì)管力（顆粒間引力）↑→產(chǎn)生形變所需的力↑（使顆粒間相對(duì)移動(dòng)所需力）→屈服值↑→可塑性↑③泥團(tuán)具有可塑性的條件——需要具備一定的含水量

含水量適當(dāng)，顆粒表面形成很薄的連續(xù)水膜→毛細(xì)管力↑→可塑性↑第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)粘土—水系統(tǒng)的流變性質(zhì)（三）粘土的可塑性3、影響可塑性的因素①吸附陽離子的種類H-土>M3+-土>M2+-土>M+-土。②粘土礦物組成比表面積↑→毛細(xì)管力↑→可塑性↑。蒙脫石比表面積高嶺大得多，故蒙>高③顆粒細(xì)度和形狀顆粒細(xì)度↑→毛力↑→可塑性↑（水膜薄→毛徑↓→毛力↑）；板狀、短柱狀比表面積>球狀、立方狀，故前者可塑性>后者；大、中、小顆粒級(jí)配合適→可塑性↑。④含水量第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)瘠性料的懸浮與塑化一、瘠性料的懸浮方法控制料漿的PH值添加有機(jī)懸浮劑1、控制料漿的PH值——ζ電位（1）兩性氧化物可用此法如：Al2O3、Cr2O3和Fe2O3等——兩性氧化物與酸、堿都能反應(yīng)，生成的產(chǎn)物在溶液中能解離兩性氧化物在酸性介質(zhì)中呈堿性——可電離出OH-兩性氧化物在堿性介質(zhì)中呈酸性——可電離出H+第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)瘠性料的懸浮與塑化一、瘠性料的懸浮1、控制料漿的PH值（2）PH值與ζ電位和η的關(guān)系①

PH=1～3pH↑→ζ↑→η↓②

PH=3～9pH↑→ζ↓→η↑③

PH=9～12pH↑→ζ↑→η↓④

PH=12～14pH↑→ζ↓→η↑第八章漿體的膠體化學(xué)原理2無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)