第十四章 无机材料的制备Word文档格式.docx

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b.窑系统的CO２分压:

通风良好,CO2分压低，有利于分解

c.生料细度、悬浮分散程度

ｄ.原料的种类和性质。

3.固相反应

在碳酸钙分解的同时，石灰质和粘土质组分间，通过质点的相互扩散,进行固相反应，过程如下:

~80０℃:

CａO.Ａl2O3、CaO.Fe2O3、与2CaO.ＳiO2（Ｃ2S）开始形成

800~900℃：

开始形成１2CaO.7Al2O3。

900~１100℃：

2CaＯ．Al2Ｏ3.ＳｉＯ2（C２AS）形成后又分解。

开始形成3CaＯ.ＡlO3（C3A）和４CaO．Al2O3.Ｆｅ２Ｏ3（C4AF）。

1１00~1200℃：

大量形成C3A和C4AF，C2S含量达到最大值。

固相反应一般包含相界面上的反应和物质迁移两个过程。

提高质点的迁移速率、颗粒粒度的控制（窄分布，避免少量大颗粒的存在）；

生料的混合均匀,可以增大各组分间接触,也有利于加速固相反应；

矿化剂的引入可以加速固相反应。

4.液相和熟料的烧结

通常水泥熟料在出现液相以前,硅酸三钙不会大量生成。

到达最低共熔温度（约125０℃）后,开始出现液相。

液相主要由氧化铁、氧化铝、氧化钙所组成，还会有氧化镁、碱等其它组分。

在高温液相作用下,水泥熟料逐渐烧结,并伴随着体积收缩。

同时,硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中,以钙离子扩散与硅酸根离子、硅酸二钙反应，形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙。

反应式如下:

C２S+CaＯ→（液相）C3S

随着温度升高和时间的延长,液相量增加，液相粘度减少,氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散,硅酸三钙晶核不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，得到发育良好的阿利特晶体，完成熟料的烧结过程。

熟料烧结形成阿利特的过程,与液相形成温度、液相量、液相性质以及氧化钙、硅酸二钙溶解于液相的溶解速度、离子扩散速度等各种因素有关。

最低共熔温度：

组分的性质和数目都影响系统的最低共熔温度。

矿化剂与其他微量元素如氧化钒、氧化锌等将影响最低共熔温度。

液相量：

液相量不仅与组分的性质，而且与组分的含量、熟料烧结温度等有关。

液相粘度：

液相粘度对硅酸三钙的形成影响较大。

粘度小,液相中质点的扩散速度增加,有利于硅酸三钙的形成。

液相的粘度和液相的组成、结构等有关。

还与煅烧方法有关,快速升温煅烧的熟料液相粘度小于慢速升温的熟料。

液相的表面张力：

液相的表面张力愈小，愈易润湿熟料颗粒或固相物质，有利于固相反应与固液相反应,促进硅酸三钙的形成。

氧化钙溶解于熟料液相的速率：

与氧化钙的颗粒粒度有关。

5.熟料的冷却

熟料的冷却从烧结温度开始，同时进行液相的凝固与相变两个过程。

平衡冷却、淬冷、独立析晶三个过程得到的矿物组成差别很大。

煅烧良好和急冷的熟料保持细小并发育完整的阿利特晶体。

三.硅酸盐水泥熟料的组成

1．硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁四种氧化物组成，通常在熟料中占95%左右。

同时含有约5%的少量氧化物，如氧化镁、硫酐、氧化钛、氧化磷及碱等。

现代生产的硅酸盐水泥熟料，各主要氧化物含量的波动范围为:

氧化钙62~67%;

氧化硅20~40％；

氧化铝4~７%;

氧化铁2.５~6%。

2.硅酸盐水泥熟料中主要形成四种矿物:

硅酸三钙3CaＯ.ＳiO2　　　简写为Ｃ3S;

硅酸二钙2ＣaＯ．SｉO2简写为C2S；

铝酸三钙3ＣaO.AlＯ3简写为Ｃ3A；

铁相固溶体4CaＯ.Al2O3.Fｅ2O3　简写为C4AF。

另外,还有少量的游离氧化钙（f－CaＯ）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。

通常,熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量占７５%左右，合成硅酸盐矿物;

铝酸三钙和铁铝酸四钙含量占22%左右。

在煅烧过程中与氧化镁、碱等,在1250~1280℃开始，会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成,故称为熔剂矿物。

四．硅酸盐水泥生产的主要工艺过程

硅酸盐水泥生产的主要工艺过程为：

生料制备（包括原料破碎、原料预均化、原料的配合、生料的粉磨和均化等）;

熟料的煅烧;

水泥的粉磨与包装等。

水泥按照生料制备方法,有干法和湿法两种。

将原料同时烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉,而后喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法生产；

将原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料,称为湿法生产。

熟料的煅烧可以采用立窑和回转窑。

回转窑分为干法窑、立波尔窑、湿法窑。

水泥熟料的粉磨,通常在钢球磨机中进行。

近年采用辊压磨和新型高效选粉机。

第二节　玻璃的制备

最广泛采用的玻璃成分以二氧化硅，氧化钙和氧化钠为主。

迄今为止,超过９5%的玻璃制品仍属于钠钙硅酸盐系统的范畴。

一．玻璃成分设计

一般来说,玻璃成分设计要考虑的主要方面为:

1.成分和性质与结构间的关系。

主要是成分和性质间的关系，至于成分和结构间的关系还未能精密确定。

所设计的成分必须能形成玻璃，并在一般情况下（微晶玻璃除外）具有较小的析晶倾向，因而玻璃形成区域图和相图可以作为重要的依据。

2.必须符合熔制、成型等工艺要求。

以下就氧化物系统玻璃成分设计的基本原则进行初步的讨论

首先,必须根据玻璃制品要求的物理－化学性质和工艺性能,选择适宜的氧化物系统,这样就确定了决定主要性质的氧化物,一般为三至四种,总量达90%。

此外，还必须加入一些尽量不使玻璃的主要性质变差而同时能赋予玻璃其他必要性质的氧化物。

其次，为了使玻璃有较小的析晶倾向,或使玻璃熔制温度降低,成分上就应当趋向于取多组分。

相图和玻璃形成区域图可以作为确定成分的参考和依据。

以三元相图为例,选取的成分要尽可能接近相图中的共熔点或相界线。

玻璃形成区是通过实验确定的表示玻璃形成范围的几何图形。

玻璃形成范围与所用玻璃液数量、冷却速度和方法等一系列因素有关,因此带有动力学条件。

为保证设计的玻璃具有较小的析晶倾向,一般在选取成分点时,应尽量移向形成区的中间部分。

最后，为了使设计的成分能付诸实践工艺，须加入一定量的促进熔制、调整料性等为目的的氧化物，用量不多但不可缺少。

二．玻璃原料

玻璃原料通常可分为主要原料和辅助原料。

主要原料包括引入玻璃形成物,玻璃调整物和中间体成分的原料。

辅助原料包括澄清剂、氧化剂与还原剂、着色剂和脱色剂等。

１.主要原料

引入ＳiO2的原料

硅砂；

砂岩；

石英岩。

引入Ａｌ2O3的原料

长石;

高岭土;

叶蜡石。

引入CaＯ的原料

石灰石;

方解石；

白垩；

工业碳酸钙。

引入MgO的原料

白云石;

白云质石灰石；

菱镁矿。

引入Na２0的原料

纯碱；

芒硝。

引入Ｋ２O的原料

钾碱。

引入Lｉ２Ｏ的原料

里辉石；

里云母；

碳酸里。

引入Ｂ2O3的原料

硼酸；

硼砂;

含硼矿物。

引入BaO的原料

碳酸钡；

硫酸钡。

引入ZnO的原料

锌氧粉；

菱锌矿。

引入PbO的原料

铅丹;

密陀僧。

２.辅助原料

２．1澄清剂

氧化砷;

氧化锑；

硫酸盐；

氟化物

2．2氧化剂和还原剂

2.3着色剂

2.4脱色剂

2.5乳着剂

三．配合料的制备

大部分原料必须经过破碎、粉碎、筛分、而后称量、混合制成配合料。

配合料的粒化。

四．玻璃的熔制

将配合料经高温加热熔融成合乎成型要求的玻璃液的过程成为玻璃的熔制过程,它包括一系列的物理、化学、物理化学反应，常分为如下五个阶段：

１．硅酸盐形成阶段。

各组分在加热过程中经过了一系列的物理和化学变化，结束了主要反应过程，大部分气态产物逸散，配合料变成了由硅酸盐和SｉO２组成的烧结物。

对普通的钠钙硅玻璃而言,这一阶段在8０0~900℃终结。

2.玻璃形成阶段。

烧结物继续加热,开始熔融,原先形成的硅酸盐与SiＯ2相互扩散与溶解，烧结物变成了透明体,再没有未起反应的配合料颗粒。

但此时玻璃液带有大量的气泡、条纹，化学成分不均匀。

对普通的钠钙硅玻璃,此阶段在120０℃左右结束。

3.玻璃液的澄清阶段。

继续加热时，玻璃液的粘度进一步降低，并放出玻璃液中的可见气泡,直到全部排除。

对普通的钠钙硅玻璃,此阶段在１400～1500℃左右，粘度为１00泊。

4.玻璃液的均化阶段。

当玻璃液长时间的处于高温下,其化学组成逐渐趋于均一，玻璃液中的条纹由于扩散、溶解而消除。

对普通的钠钙硅玻璃,此阶段在低于澄清温度结束。

5.玻璃液的冷却阶段。

将已澄清和均化了的玻璃液降温,使玻璃液具有成型所需的粘度。

五．影响玻璃熔制过程中的因素

1．玻璃成分

2．配合料的物理状态

原料的选择；

原料的颗粒组成:

主要指石英的颗粒度和各种原料的颗粒比。

3.大窑的熔制制度

4.采用加速剂和澄清剂

加速剂不改变玻璃成分和性质,仅改变玻璃熔制的进程。

同时降低了熔体的表面张力、粘度、增加玻璃液的透热性，所以对玻璃的澄清和均化有影响。

5.采用高压和真空熔炼

６．辅助电熔

７.机械搅拌、鼓泡、浸没式燃烧

第三节陶瓷的制备

主要讲授坯料和釉料的基本工艺性能和特点

一．坯料的基本工艺性能要求

1.1塑性坯料

塑性坯料是供可塑法成型用的坯料，这种坯料呈泥质塑性状态，具有“弹性-塑性”流动性质。

它是基于粘土的结合性与可塑性,在粘土的基础上，加入其他组分与水构成的。

塑性坯料的工艺性能要求:

ａ坯料的可塑性:

塑性坯料的最主要特点是可塑性要好，有足够的操作性能。

b含水量:

坯料的含水量应适宜，分布应均匀。

具体的含水量视成型方法及粘土的可塑水量来定。

ｃ干燥强度:

坯料的干燥强度反映出结合性的好坏。

影响干燥强度的主要因素是所用粘土的种类及结合性强弱。

d坯料的收缩率：

坯料的收缩率包括干燥与烧成两种收缩，它对于坯体造型与尺寸的稳定性有重要作用。

收缩率可通过瘠性物料用量来调节。

e坯料的细度：

细度主要是通过研磨时间来控制。

可以增加物料的总表面积，扩大颗粒之间的接触面，提高混合的均匀度；

并能加快成瓷过程中的固相反应速度，降低成瓷的温度，提高瓷的强度,改善瓷的透明度。

f空气含量:

空气以分散的空气泡的状态存在于泥料中,或吸附在粒子的表面，也可以较大的气泡留在坯泥中。

降低泥料的可塑性提高弹性,从而影响泥料的操作性能及强度。

通过陈腐,真空练泥等工艺措施排除空气。

g坯料的玻化温度:

指坯料开始明显收缩并开始出现液相，至坯体开始过烧膨胀之间的温度。

可通过调节助熔剂的用量，以及熔融物料的类型选择,用烧结实验测定。

h坯釉结合:

不同的坯料，施以相应的釉料。

一般是调整釉料配方。

1．２注浆坯料

注坯所用的泥浆是陶瓷原料在水中的一种悬浮体系，均靠电解质来产生解胶现象，从而可以降低泥浆的含水量并获得适当的流动性,在注浆后得到较为牢固的坯体。