第八章 陶瓷巖相學(xué)分析.ppt

1、材料巖相分析第八章 陶瓷巖相分析,8-1 概述,主要是在顯微鏡下觀察陶瓷中各個(gè)相的分布，晶粒的大小、形狀和取向，氣孔的形狀和位置，各種雜質(zhì)、缺陷和微裂紋的存在形式和分布以及晶界特征等。,一. 晶相：晶相可以有一種或幾種，兩種以上的可分為主晶相、次晶相，主晶相的性能往往決定物理化學(xué)性能。 陶瓷中晶體根據(jù)生長(zhǎng)條件也有不同的自形程度和晶體形態(tài)，一般有粒狀、柱狀、板狀、針狀、片狀、鱗片狀等。自形晶等粒狀均勻分布的晶相，陶瓷性能一般比較優(yōu)越。,陶瓷中晶體顆粒的大小對(duì)其性能也有很大的影響，如剛玉瓷隨晶粒尺寸變小而機(jī)械強(qiáng)度上升（表9-2）。晶粒的大小受生產(chǎn)工藝條件影響很大，如剛玉瓷燒成溫度不同而使晶粒大小有

2、明顯差別（圖9-1）。,陶瓷中晶粒的取向是不規(guī)則的，晶粒長(zhǎng)大到相遇時(shí)就形成晶界，通常晶界的機(jī)械強(qiáng)度比晶粒低得多，陶瓷破壞多是沿著晶界斷裂。晶界也是雜質(zhì)易于富集的地方。晶界有玻璃相，也存在晶相。,二.玻璃相 是一種非晶態(tài)的低熔物，它的作用有： 把分散的晶相粘結(jié)在一起； 填充空隙，使瓷坯致密化； 降低燒成溫度； 抑制晶體長(zhǎng)大、防止晶型轉(zhuǎn)變。,玻璃相的數(shù)量因陶瓷種類不同而異。固相燒結(jié)的陶瓷沒(méi)有玻璃相存在；有液相燒結(jié)的陶瓷中，玻璃相一般可在2040范圍內(nèi)變化，最高可達(dá)60。,三. 氣相 一般陶瓷氣孔率可達(dá)510%。氣孔產(chǎn)生原因及其特征為： 1.“生燒”：生燒氣孔數(shù)量多而個(gè)小，以分散分布為主，氣孔形狀不

3、規(guī)則。,2. “過(guò)燒”：過(guò)燒氣孔數(shù)量多而個(gè)大，分布不均勻，往往有玻璃相充填，形狀以圓形或橢圓形為主。,3. “二次再結(jié)晶氣孔”：長(zhǎng)大的晶粒包裹了周圍的小晶粒和其中空隙，多為斑晶內(nèi)的包裹氣孔，且在斑晶中心分布，向邊緣逐漸減少。,4. 成型壓制不當(dāng)產(chǎn)生的氣孔或裂隙：為層狀分布，形狀多為長(zhǎng)條形或紡垂形（圖9-4）。,5. 高溫下原料礦物中的結(jié)構(gòu)水、碳酸鹽、硫酸鹽分解物產(chǎn)生的氣孔：一般成念珠狀分布。,四. 釉層 是陶瓷外面的覆蓋層，成分應(yīng)與坯體相近。釉層主要有玻璃相組成，其中有較多的氣泡和少量的殘余石英，有時(shí)有粘土團(tuán)粒和云母殘骸以及一些著色劑。釉層厚度一般為0.10.4mm。釉層結(jié)構(gòu)如圖9-5。,五.

4、 陶瓷巖相的結(jié)構(gòu)類型 是指陶瓷中礦物的結(jié)晶程度、顆粒形狀、大小及相互關(guān)系。 現(xiàn)就部分結(jié)構(gòu)類型的劃分?jǐn)⑹鋈缦隆?1. 按組成礦物的結(jié)晶程度分類： 全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)：全部由結(jié)晶質(zhì)礦物組成。 半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)：除結(jié)晶質(zhì)礦物外，還有非 晶質(zhì)，如玻璃相。 非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)：全部由玻璃相組成。,2. 按礦物晶形發(fā)育的完好程度分類： 自形晶結(jié)構(gòu)：晶體上各晶面發(fā)育完整。 半自形晶結(jié)構(gòu)：晶體上部分晶面發(fā)育完整。 他形晶結(jié)構(gòu)：晶體上各晶面發(fā)育不完整。,3. 按陶瓷中顆粒大小（如剛玉瓷）分類： 微粒結(jié)構(gòu)：晶粒平均直徑 0.2 1.0 m 。 細(xì)粒結(jié)構(gòu)：晶粒平均直徑 1.0 10 m 。 中粒結(jié)構(gòu)：晶粒平均直徑 10 30 m 。 粗

5、粒結(jié)構(gòu)：晶粒平均直徑 30 100 m 。 粗大晶粒結(jié)構(gòu)：晶粒平均直徑 100 m 。,4. 按晶粒的相對(duì)大小分類： 等粒結(jié)構(gòu)：礦物顆粒相近，大小之比一 般不超過(guò) 3:1 。 不等粒結(jié)構(gòu)：礦物顆粒不同，大小之比 一般不超過(guò) 5:1 。 斑狀結(jié)構(gòu)：礦物顆粒相差懸殊，大小之 比一般都超過(guò) 5:1 。,5. 按晶粒的分布特征或相互關(guān)系分類： 定向排列結(jié)構(gòu)：柱狀或板狀晶體在空間按 基本一致的延長(zhǎng)方向排列。 交織結(jié)構(gòu)：針狀或片狀礦物交織分布。 霏細(xì)結(jié)構(gòu)：晶體小而發(fā)育不好，成微細(xì)狀。 包裹結(jié)構(gòu)：一種礦物包裹另一種礦物。,8-2 普通陶瓷巖相結(jié)構(gòu),一. 剛玉瓷的巖相 主晶相是剛玉（- Al2O3），根據(jù)Al

6、2O3的百分比含量有90瓷、95瓷、97瓷和99瓷等。 Al2O3含量不同，顯微結(jié)構(gòu)特征將存在差異。主要表現(xiàn)在：, 主晶相剛玉的晶形存在差異：95瓷中呈短柱狀晶體（圖6-30），97瓷中亦以柱狀為主，而99瓷則呈粒狀，多趨向六邊形粒狀（圖9-7，圖6-31）。, 瓷坯中的玻璃相：含量隨Al2O3含量增加而減少，在95瓷中玻璃相約占5%，而99瓷中明顯減少。 燒成溫度隨Al2O3含量增加而提高：95瓷1600左右，99瓷1700以上。,在95瓷和97瓷的坯體中一般均存在氣孔，有晶內(nèi)氣孔和晶間氣孔兩類（圖6-34）。,剛玉瓷的缺陷還有：主晶相剛玉大小懸殊（圖6-32）；晶體內(nèi)產(chǎn)生不規(guī)則裂紋，尤其是

7、穿晶裂紋（圖6-35）；燒成溫度或時(shí)間不夠引起的欠燒，造成晶體細(xì)小，發(fā)育不完整（圖6-36）。,二. 莫來(lái)石瓷的巖相 主晶相為莫來(lái)石（3 Al2O32SiO2），主要原料有粘土、長(zhǎng)石、石英等。晶體會(huì)呈柱狀（圖1-1-1），但常見(jiàn)的是針狀（圖1-1-6，1-1-16，1-2-5，圖1-2-6）。,針狀形態(tài)屬二次莫來(lái)石，它是從長(zhǎng)石熔解物中析出的，或由粘土分解的Al2O3和配料中的石英熔融物接觸反應(yīng)而生成的，在1250開始出現(xiàn)，到1300長(zhǎng)大到幾微米。,若溫度繼續(xù)升高，一次莫來(lái)石也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎文獊?lái)石。一次莫來(lái)石是由高嶺石加熱分解而成的，大約在1000開始生成，多屬固相反應(yīng)，其粒度一般100A左右，只

8、有在電鏡下能觀察到它的鱗片狀（圖6-4）。,以莫來(lái)石為主晶相，石英和方石英為次晶相的陶瓷是應(yīng)用最廣泛的普通陶瓷（日用瓷，建筑衛(wèi)生瓷，電瓷等）。,圖9-6是電瓷顯微結(jié)構(gòu)，可以看到有殘余石英，微裂紋，熔蝕帶，氣孔及一次和二次莫來(lái)石。若過(guò)燒時(shí)，則莫來(lái)石會(huì)變?yōu)榇志?，呈粒狀?8-3 功能陶瓷巖相結(jié)構(gòu),功能陶瓷是具有某種特殊性能的陶瓷材料，如介電瓷、壓電瓷，半導(dǎo)體瓷，濕敏瓷，氣敏瓷，等等。,一. 滑石瓷的巖相：介電性能優(yōu)良。 主要原料是滑石和粘土。主晶相為頑火輝石（MgOSiO2）。呈短柱狀或板柱狀晶體，屬斜方晶系；次晶相為斜頑火輝石，屬單斜晶系，柱狀或板柱狀。,滑石瓷中玻璃相較多，含量達(dá)25%45%，

9、包圍瓷體中所有晶相。有時(shí)還會(huì)有氣孔。所以滑石瓷的結(jié)構(gòu)類型為?；?斑狀結(jié)構(gòu)（圖9-8，圖6-54，圖1-3-3）。,二. 鎂橄欖石瓷的巖相：介電性能極好。 是以滑石和菱鎂礦為原料。主晶相是鎂橄欖石晶體（2MgOSiO2），屬斜方晶系，晶體為粒狀、短柱狀。瓷體中含有一定量的玻璃相，把晶粒包圍起來(lái)，結(jié)構(gòu)類型也是?；郀罱Y(jié)構(gòu)（圖6-56）。晶體干涉色可達(dá)二級(jí)黃。,三. 金紅石瓷的巖相：可作陶瓷電容器。 主要原料是二氧化鈦，少量高嶺土，瑩石，碳酸鋇等。主晶相為金紅石（TiO2），屬四方晶系，多為柱狀、短柱狀，晶形多呈半自形晶和它形晶，薄片厚度0.03mm時(shí)可出現(xiàn)黃、蘭、紅、紫等干涉色（圖9-10）。,雙

10、晶發(fā)育，?？梢?jiàn)到簡(jiǎn)單雙晶（圖6-57），聯(lián)合雙晶和聚片雙晶（圖6-58）。瓷體中玻璃相很少，常分布在晶粒之間。氣孔很少，有時(shí)可見(jiàn)到晶粒內(nèi)的包裹氣孔。金紅石瓷的結(jié)構(gòu)類型為不等粒結(jié)構(gòu)（圖9-10） 。,四. 鈦酸鋇瓷的巖相 ： 是主要的鐵電、壓電、半導(dǎo)體功能材料。 主晶相為鈦酸鋇（BaTiO3），主要原料是碳酸鋇（BaCO3）和鈦白粉（TiO2）。 BaTiO3主晶相有立方、四方、斜方和三方四種變體，分別在120、0和 - 80作可逆的相變。,其中立方相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较嗟臏囟?20，稱為居里溫度，120以上穩(wěn)定的立方相晶格屬鈣鈦礦型構(gòu)造，溫度處于1200之間的四方相，晶體將出現(xiàn)沿Z軸方向產(chǎn)生自發(fā)極化，因此具有鐵電和壓電特性。 鈦酸鋇的顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6-59，圖1-5-29。,五. 氧化鋅瓷的巖相： 半導(dǎo)體變阻瓷，保護(hù)電器元件（與之并聯(lián)） 主要原料為氧化鋅粉，還需要加一定量的Bi2O、S