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1、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

2、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：l23 2i222 理论组成：l23 39.5%，i2 6.54% 2 13.96% 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：Al4Si4O10（OH）8，1:1型层状结构硅酸盐，SiO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

3、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+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：l2O34iO2n2O（蒙脱石n2，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

4、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2030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i4+部分被 l3+、5+置换。八面体层中l3+被g2+、e3+、n2+、i+等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如 a2+、a+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a蒙脱石，a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，l23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，一般在左右。 特点四：随外界环境的温

5、度和湿度而变化，引起轴膨胀与收缩，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

6、）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。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

7、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Al+，Fe+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：mol10g。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

8、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

9、，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69）。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

10、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

11、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Al

12、O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

13、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：1825% 注浆泥浆 卫生洁具，茶壶：2835% 干压粉料 陶瓷砖：8 15%（半干压） 37% （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

14、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- Al2O3尽量转变为- 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Na 20生成挥发性

15、化合机离开氧化铝，可提高原料纯度。3由- Al2O3转变- 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- Al2O3转变- 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 14001450oC才破坏薄片结构掖南滑石 13501400oC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