无机非金属材料复习.docx

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无机非金属材料复习

第一章原料

1.重点

粘土的定义和成因

粘土是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。

各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。

一次粘土、二次粘土

风化残积型——一次粘土

成因：

深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。

代表：

我国南方的高岭土大多属于此类，如：

江西星子高岭、景德镇大州高岭、龙岩高岭、广东飞天燕等粘土矿。

沉积型——二次粘土

成因：

风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土（也称为沉积粘土或次生粘土）。

代表：

漳州黑泥、山西紫木节等粘土矿。

特点：

杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩大。

按成因分：

原生粘土（一次粘土）

次生粘土（二次粘土）

两者区别：

化学组成耐火度成型性

一次粘土较纯较高塑性低

二次粘土杂质含量高较低塑性高

高岭土结构特点

化学通式：

Ａl2Ｏ3·2ＳiＯ2·2Ｈ2Ｏ　　　

理论组成：

Ａl2Ｏ339.5%，ＳiＯ26.54%Ｈ2Ｏ13.96%

晶系：

三斜晶系，细分散的晶体，外形呈片状、粒状、杆状，假六方片状。

晶体结构式：

Al4［Si4O10]（OH）8，1:

1型层状结构硅酸盐，Si－O四面体层和Al－（O，OH）八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。

层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。

离子吸附与置换：

晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子［OH-］中的H+可被Ｋ+或Na+取代。

蒙脱石类（叶腊石）

外观：

微晶高岭石，胶岭石。

白色，灰白色，因含不同杂质呈黄、浅红、蓝至绿色。

化学通式：

Ａl2O3·4ＳiO2·nＨ2O（蒙脱石n>2，叶蜡石n=1）

晶系：

单斜晶系，结晶程度差，颗粒极细小，属胶体微粒，故晶体轮廓不清。

2:

1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。

单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。

特点一：

蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是膨润土的名称的由来。

特点二：

离子交换能力强，晶格中的四面体层Ｓi4+部分被Ａl3+、Ｐ5+置换。

八面体层中Ａl3+被Ｍg2+、Ｆe3+、Ｚn2+、Ｌi+等置换，使晶格中电价不平衡。

晶层之间吸附阳离子如Ｃa2+、Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。

根据吸附离子不同分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。

特点三：

膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。

煅烧时脱水过程长，收缩大，Ａl2Ｏ3含量低，又吸附了其它阳离子，杂质较多。

因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯体软化变形，用量不宜太多，一般在５％左右。

特点四：

随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与收缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。

颗粒极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大。

粘土的工艺特性

可塑性

定义：

粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。

表示方法：

可塑性指数，可塑性指标。

可塑性指数W：

W=W2-W1（液限与塑限之差）

可塑性限度（塑限）W1：

粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。

反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。

塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。

液性限度（液限）W2：

粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。

反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。

W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。

Ｗ降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。

可塑性指标：

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的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。

反映粘土的成型性能：

应力大，应变小——挤坯成型应力小,应变大——旋坯成型

结合性

定义：

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。

离子交换性

起因：

粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，而出现负电荷。

表示方法：

离子交换能力用交换容量来表示，100g粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：

mol×10／g。

交换容量大小：

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

除阳离子交换能力外，阴离子也会被粘土颗粒吸附，但吸附能力较小，只发生在粘土矿物颗粒的棱边上，取代顺序如下：

OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

触变性

定义：

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能恢复原来状态。

反之，相同泥浆放置一段时间后，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，上述现象可重复无数次，统称为触变性。

产生触变性的原因：

由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边－边或边－面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。

这时，泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土－水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。

收缩性　

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％）。

烧结性

原因：

粘土加热过程中发生一系列的物理和化学变化。

脱水、分解、析晶等较复杂的过程，是制品烧成的基本理论。

石英的多晶转变及特点

高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化）

由表面向内部逐步进行，结构变化。

因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。

低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变）

由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。

自然界中石英大部分以—石英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。

石英多晶转变的体积效应：

一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。

二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。

石英理论晶型转化的基础条件：

慢升温，维持晶型转化在平衡态下进行。

陶瓷生产实际转化情况：

升温快（快速烧成），无论是否有矿化剂，都经过半安定方石英这一过渡状态。

长石的混熔特性

几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体。

粘土、长石和石英在陶瓷生产中的作用

长石的作用：

1.在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。

2.熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。

3.长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。

4.作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。

5.在釉料中做熔剂，形成玻璃相。

粘土的作用：

1.赋予泥坯的可塑性；

2.使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；

3.在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度；

4.是瓷坯中Al２O３的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。

石英的作用：

1.烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。

2.烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。

3.可提高坯体的机械强度，透光度，白度。

4.釉料中,SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。

2、难点

粘土的结构特点

石英的多晶转变

第三章坯料制备

1.重点

坯料的种类和质量要求

按成型方法分为：

可塑性泥料，泥浆，干压粉料。

例如：

碗盘——滚压成型——可塑性泥料

陶瓷砖——模压成型——干压粉料

卫生洁具——注浆成型——泥浆

坯料的总体质量要求

配料准确组分均匀细度合理空气含量少

对水分的要求

可塑性泥料——滚压、旋坯：

18～25%

注浆泥浆——卫生洁具，茶壶：

28～35%

干压粉料——陶瓷砖：

8～15%（半干压）3～7%（干压）

注浆料的基本要求

流动性好：

保证产品造型完全和浇注速度。

悬浮性好：

料浆久置，固体颗粒长期悬浮不致分层沉淀。

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，脱膜后坯体易塌陷。

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。

泥浆含水量少：

保证流动性的同时，减少水量，缩短注浆时间。

可塑泥料的基本要求

良好的可塑性：

可塑性指标>2

具有一定的形状稳定性

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>旋坯>滚压成型

干燥强度高和收缩率小

压制粉料的基本要求

流动性好：

保证致密度压坯速度

堆积密度大：

体积密度大，气孔率下降，压缩比提高

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

颗粒形状、大小粒度分布

氧化铝的预烧

作用

1．在高温下使γ-Al2O3尽量转变为α-Al2O3，保证产品性能稳定。

2．预烧工业氧化铝时，所加入的添加物和Na20生成挥发性化合机离开氧化铝，可提高原料纯度。

3．由γ-Al2O3转变α-Al2O3为引起的体积收缩在烧成时已经完成，可以使产品尺寸准确，减少开裂。

4．采用预烧过的工业氧化铝配制热压注浆料时，可以减少用蜡的数量。

方法：

影响氧化铝的预烧的因素

矿化剂H3BO3,NH4F,AlF3加入量0.3-3％

预烧气氛

γ-Al2O3转变α-Al2O3检验方法染色法显微镜法比重法

滑石的预烧

滑石预烧结晶水排出，原有结构破坏，形成偏硅酸镁MgO·SiO2，不再是鳞片状结构，因而可防止挤制泥料时，因颗粒定向排列而带来的缺陷。

预烧滑石的温度决定于原料的本性

海城滑石1400~1450oC才破坏薄片结构

掖南滑石1350~1400oC片状结构破坏

液相法合成原料

金属有机或无机化合物（称前驱物）经溶液、溶胶、凝胶