粘土类原料.ppt
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1、第一节第一节 粘土类原料粘土类原料 一一.粘土的定义、成因与分类粘土的定义、成因与分类 1.粘土的定义:粘土的定义:与水拌和后具有一定可塑性,可与水拌和后具有一定可塑性,可以塑造成各种形状,干燥后能保持其形状不变且有一以塑造成各种形状,干燥后能保持其形状不变且有一定机械强度,煅烧后具有岩石般坚硬性质的,颜色多定机械强度,煅烧后具有岩石般坚硬性质的,颜色多样的,细分散的,多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。样的,细分散的,多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。第一章第一章 原料原料 2.粘土的成因粘土的成因 含含铝铝硅硅酸酸盐盐矿矿物物的的岩岩石石(称称为为母母岩岩,主主要要是是长长石石、伟晶岩等)经分化、水
2、解或热液蚀变变成粘土。伟晶岩等)经分化、水解或热液蚀变变成粘土。风化残积型风化残积型 热液蚀变型热液蚀变型 沉积型沉积型 3.分类分类二二.粘土的组成粘土的组成第一章第一章 原料原料 主要矿物主要矿物 l(一)矿物组成(一)矿物组成 杂质矿物杂质矿物 l(二)化学组成(二)化学组成l(三)颗粒组成(三)颗粒组成 类型类型种类种类结构特点结构特点性质性质高岭高岭石类石类矿物矿物 高岭石高岭石Al2O32SiO22H2O 1:1层状结构层状结构,层间以氢键结层间以氢键结合合,晶格内较少离子置换晶格内较少离子置换层间易解理,离子交换量小,层间易解理,离子交换量小,可塑性较差可塑性较差多水高岭石多水高
3、岭石Al2O32SiO2nH2O n=46 结构同高岭石,层结构同高岭石,层间间充满水充满水(称层间水),层间以分子(称层间水),层间以分子键结合键结合可塑性、结合性优于高岭石,可塑性、结合性优于高岭石,干燥收缩也大,低温时大量脱干燥收缩也大,低温时大量脱水易使坯体开裂水易使坯体开裂蒙蒙脱脱石石类类 蒙脱石蒙脱石Al2O34SiO2nH2O n2 2:1层状结构,层间层状结构,层间O-O联系联系力小,易形成层间水,力小,易形成层间水,AlO6中中Al3+易置换易置换易易吸水吸水,吸水后体积膨胀吸水后体积膨胀,易粉易粉碎碎,可塑性强可塑性强,干燥后强度大干燥后强度大,但收缩也大但收缩也大,阳离子
4、交换容量阳离子交换容量大大叶蜡石叶蜡石Al2O34SiO2H2O2:1层状结构,层间以氢键结层状结构,层间以氢键结合晶格内无离子置换合晶格内无离子置换不吸收水分不吸收水分,加热总收缩小加热总收缩小,热热膨胀系数小膨胀系数小,用于低温快烧用于低温快烧伊伊 利利 石石 类类白云母水化白云母水化 产物产物,结构与蒙脱结构与蒙脱石相似石相似,层间嵌入层间嵌入K+,晶格结晶格结构牢固构牢固可塑性低可塑性低,干后强度小干后强度小,收缩小收缩小,烧结温度低烧结温度低,范围窄范围窄水水 铝铝 英英 石石Al2O3nSiO2nH2O n1 不不常见常见,可提高粘土的可塑性可提高粘土的可塑性和结合性和结合性2.杂
5、质矿物杂质矿物 石英、铁质矿物、碳酸盐、硫酸盐、长石、云母等石英、铁质矿物、碳酸盐、硫酸盐、长石、云母等(二)化学组成:(二)化学组成:SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2和灼减量(和灼减量(I.L)(三)颗粒组成三)颗粒组成粘土中不同大小颗粒的体积百分比粘土中不同大小颗粒的体积百分比 三、粘土的工艺性质三、粘土的工艺性质 (一)可塑性(一)可塑性(二)结合性(二)结合性(三)离子交换性(三)离子交换性(C.E.C)(四)触变性四)触变性(五)收缩(五)收缩(六)烧结性能(六)烧结性能(七)耐火度(七)耐火度 第一章第一章 原料原料 1.定义定义 2.表
6、征表征 “可塑性指数可塑性指数”:液限与塑限之差即:液限与塑限之差即W2W1。“塑限塑限”是指粘土或坯料由粉末状态进入塑性是指粘土或坯料由粉末状态进入塑性状态时的含水量状态时的含水量W1。“液限液限”是指粘土或坯料由塑性状态进入流动是指粘土或坯料由塑性状态进入流动状态时的含水量状态时的含水量W2。“可塑性指标可塑性指标”指在工作水分下,粘土(或坯料)指在工作水分下,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,同时受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积,同时表明相应的含水率。表明相应的含水率。S(Dh)P Kg cm粉末粉末泥泥浆浆塑限塑限W1液限液限W2含水率含水率W%应应变变应
7、应力力第一章第一章 原料原料粘土的可塑性能根据可塑指数或指标分为:粘土的可塑性能根据可塑指数或指标分为:l强强塑性粘土:指数塑性粘土:指数15或指标或指标3.6l中塑性粘土:指数中塑性粘土:指数715,指标指标2.53.6l弱塑性粘土:指数弱塑性粘土:指数17,指标指标2.5l非塑性粘土:指数非塑性粘土:指数1第一章第一章 原料原料4.4.改善粘土(或坯料)可塑性的措施改善粘土(或坯料)可塑性的措施 淘淘洗洗、风风化化、真真空空练练泥泥、陈陈腐腐、加加入入无无机机或或有有机机塑塑化化剂以提高坯料的可塑性。剂以提高坯料的可塑性。3.3.影响粘土(或坯料)可塑性的因素影响粘土(或坯料)可塑性的因素
8、 矿物组成、颗粒大小、液相数量及性质矿物组成、颗粒大小、液相数量及性质第一章第一章 原料原料2.表征:表征:实实验验室室通通常常以以能能够够形形成成可可塑塑泥泥团团时时所所加加入入标标准准砂砂(颗颗粒粒组组成成0.25-0.15mm占占70%,0.15-0.09mm占占30%)的的数数量量及及干干后后抗抗折强度来反映。折强度来反映。生产上常用测定由粘土制作的生坯的抗折强度来间接的表生产上常用测定由粘土制作的生坯的抗折强度来间接的表示粘土的结合力。示粘土的结合力。1.定定义义:粘粘土土能能粘粘结结一一定定细细度度的的瘠瘠性性物物料料形形成成可可塑塑泥泥团并有一定干燥强度的性能。团并有一定干燥强度
9、的性能。通常可塑性强的粘土,其结合性也大。通常可塑性强的粘土,其结合性也大。(二)结合性(二)结合性(三)离子交换性(三)离子交换性(C.E.C)分散在水溶液中的粘土胶粒带有电荷,不仅可以吸附反分散在水溶液中的粘土胶粒带有电荷,不仅可以吸附反电荷离子,而且可以在不破坏粘土本身结构的情况下,同溶液电荷离子,而且可以在不破坏粘土本身结构的情况下,同溶液中的其它离子进行离子交换。粘土的阳离子交换顺序为中的其它离子进行离子交换。粘土的阳离子交换顺序为:HAL3+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+粘粘土土进进行行离离子子交交换换的的能能力力(即即交交换换容容量量,以以毫毫克克当当量
10、量/100克干粘土表示)随其矿物组成不同而异。克干粘土表示)随其矿物组成不同而异。表表1-1不同粘土的阳离子交换容量(不同粘土的阳离子交换容量(mmol/g)矿矿 物物 高岭土高岭土蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石阳离子交换容量阳离子交换容量(毫克当量(毫克当量/100克粘土)克粘土)315751501040(四)触变性(四)触变性q定义:定义:粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,粘度会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,静置后又能恢复原来状态;反之,降低而流动性增加,静置后又能恢复原来状态;反之,相同的泥料放置一段时间后,在维持原有水分的情况相同的泥料放置一段时间后,在维持原
11、有水分的情况下会增加粘度,出现变稠和固化的现象。上述情况可下会增加粘度,出现变稠和固化的现象。上述情况可以重复无数次。以重复无数次。第一章第一章 原料原料q表征:表征:泥浆厚化系数泥浆厚化系数以泥浆静置以泥浆静置30分钟和分钟和30秒钟后相对粘度秒钟后相对粘度的比值表示。的比值表示。稠固性愈大,表示该泥浆愈易沉积。稠固性愈大,表示该泥浆愈易沉积。泥团的厚化系数泥团的厚化系数为静置一定时间后,球体或圆锥体压为静置一定时间后,球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。陶瓷生产中希望泥料有一定的触变性。触变性过大的陶瓷生产中希望泥料有一定的触变性。
12、触变性过大的泥浆管道输送不便;过小,生坯强度不够,影响成型、泥浆管道输送不便;过小,生坯强度不够,影响成型、脱模。脱模。q影响因素影响因素第一章第一章 原料原料(五)收缩(五)收缩干燥收缩干燥收缩试样成型后干燥至试样成型后干燥至105110的尺寸变化;的尺寸变化;干燥收缩干燥收缩S干干=(L0-L1)/L0烧成收缩烧成收缩干燥后试样与煅烧后试样尺寸的变化;干燥后试样与煅烧后试样尺寸的变化;烧成收缩烧成收缩S体体=(L1-L2)/L1总收缩总收缩试样成型后经烧成的尺寸总变化。试样成型后经烧成的尺寸总变化。总收缩总收缩S总总=(L0-L2)/L0种类:线收缩(生产上常用)种类:线收缩(生产上常用)
13、体积收缩体积收缩测定收缩率数据,作为成型模型、生坯尺寸放测定收缩率数据,作为成型模型、生坯尺寸放尺的依据,是生产规格尺寸合乎要求的制品的基础尺的依据,是生产规格尺寸合乎要求的制品的基础(六)烧结性能(六)烧结性能粘土没有固定的熔点。根据气孔率、收缩率与温度的关粘土没有固定的熔点。根据气孔率、收缩率与温度的关系曲线系曲线(图(图2),确定开始烧结温度(,确定开始烧结温度(T1)、)、烧结温度(烧结温度(T2)、)、软化温度(软化温度(T3),烧结温度范围是指烧结温度范围是指T2T3。从生产控制来考虑,希望粘土的烧结温度范围(T2T3)宽些。第一章第一章 原料原料(七)耐火度(七)耐火度定义:定义
14、:粘土原料抵抗高温作用而不熔化的性能。粘土原料抵抗高温作用而不熔化的性能。测定:测定:截头三角锥截头三角锥(上底边上底边2mm,下底边下底边8mm,高高30mm的正三角形的正三角形)影响因素:化学组成影响因素:化学组成Al2O3/SiO2比值大,耐火度高,烧结温度范围宽。比值大,耐火度高,烧结温度范围宽。可依据粘土的化学组成计算:可依据粘土的化学组成计算:第一章第一章 原料原料1.适用于适用于Al2O3含量含量20%50%的粘土的粘土2.适用于适用于Al2O3含量含量15%50%的粘土的粘土四、粘土在陶瓷生产中的作用四、粘土在陶瓷生产中的作用 第一章第一章 原料原料2.2.使半成品具有一定干燥
15、强度使半成品具有一定干燥强度 成型后的半成品经干燥后,由于粘土原料的结结合合,使半成品具有一定的干燥强度,从而保证坯体在后继工序中(如修坯、施釉、搬运等)不致引起破损。1.1.坯体成型的基础坯体成型的基础 陶瓷坯料一般采用粘土、石英和长石等基本原料配制而成。其中石英、长石均是瘠瘠性性原料,本身缺乏可塑性,更无结合能力,因此必须依靠粘土原料特有的可可塑塑性性能能、结结合合性性能能以及泥浆的悬悬浮浮稳稳定定性性能获取所需的成型性能,以便使陶瓷坯体得以成型;3.3.构成瓷坯骨架构成瓷坯骨架 在烧成过程中,粘土经过一系列的物理化学反应将转化为莫来石晶相莫来石晶相而成为瓷坯的主要骨架。莫来石晶体的骨架作
16、用,不仅有效地增加了制品抵抗烧成变形能力,拓宽烧成范围,而且使烧成后的制品具有较高的机械强度和良好的热稳定性及化学稳定性;第一章第一章 原料原料4.4.釉用原料釉用原料 使釉浆具有良好的悬浮性和在坯层上的附着性,从而保证施釉操作和釉层质量。五五 我我国国的的粘粘土土原原料料l1.陶瓷是指陶瓷是指 的统称。的统称。l2.粘土按成因可分为粘土按成因可分为 和和 ,前者杂质含量,前者杂质含量 ,耐火,耐火度度 ;后者杂质含量;后者杂质含量 ,可塑性,可塑性 。l3.粘土原料的主要化学组成氧化粘土原料的主要化学组成氧化 、和和 ,三种最主要,三种最主要的粘土类型包括的粘土类型包括 、和和 。l4.陶器
17、和瓷器可根据吸水率进行区分,若吸水率小于陶器和瓷器可根据吸水率进行区分,若吸水率小于 则是则是瓷器。瓷器。l5.粘土的组成通常是指粘土的组成通常是指 组成、组成、组成和组成和 组成。组成。l6.()粘土中的杂质矿物包括石英、铁质矿物、碳酸盐及硫酸)粘土中的杂质矿物包括石英、铁质矿物、碳酸盐及硫酸盐矿物、含碱矿物。盐矿物、含碱矿物。l7.()制品的总收缩等于干燥线收缩与烧成线收缩之和。)制品的总收缩等于干燥线收缩与烧成线收缩之和。l8.()通常可塑性强的粘土,其结合性也大。)通常可塑性强的粘土,其结合性也大。一、石英的种类和性质一、石英的种类和性质水晶(最纯),产量少,陶瓷工业不采用水晶(最纯)
18、,产量少,陶瓷工业不采用脉石英(脉石英(SiO298%),最常用,硬度高),最常用,硬度高砂岩(砂岩(SiO29095%),),杂质较多,不常用杂质较多,不常用石石 英英 岩岩(SiO297%),石石 英英 砂砂 岩岩 变变 质质 再再 结结 晶晶 长长 大大,一般陶瓷制品用一般陶瓷制品用石英砂,杂质含量多,但颗粒细,不用破碎石英砂,杂质含量多,但颗粒细,不用破碎燧石,用作球磨机的内衬和研磨介质燧石,用作球磨机的内衬和研磨介质第二节第二节 石英类原料石英类原料-石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 熔融石英熔融石英-石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 -鳞石英鳞石英二、石英的晶型转化
19、二、石英的晶型转化 理论转化理论转化870573160.8214704.717131630.21170.201502.8二、石英的晶型转化二、石英的晶型转化 实际转化实际转化-方石英方石英-方石英方石英-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石英-鳞石英鳞石英573570163117150275半半安定方石英(有矿化剂)安定方石英(有矿化剂)半半安定方石英(无矿化剂)安定方石英(无矿化剂)1470-石英石英-石英石英1.加快干燥加快干燥在在烧烧成成前前,石石英英是是瘠瘠性性原原料料,可可降降低低泥泥料料的的可可塑塑性性,减减少少成成型型水分,降低干燥收缩并加快干燥;水分,降低干燥收缩并加快干燥;2.减少坯体变
20、形减少坯体变形石石英英在在高高温温时时部部分分溶溶于于液液相相,提提高高液液相相粘粘度度,石石英英晶晶型型转转变变的的体积膨胀可抵消坯体的部分收缩,从而减少坯体变形;体积膨胀可抵消坯体的部分收缩,从而减少坯体变形;第一章第一章 原原 料料三、在陶瓷生产中的作用三、在陶瓷生产中的作用3.改善坯体性能改善坯体性能残余石英与莫来石一起构成坯体骨架,增加机械强度,同时,残余石英与莫来石一起构成坯体骨架,增加机械强度,同时,石英也能提高坯体的白度和透光度;石英也能提高坯体的白度和透光度;4.提高釉的耐磨与耐化学侵蚀性提高釉的耐磨与耐化学侵蚀性在釉料中在釉料中SiO2是生成玻璃的主要组分,增加釉料中石英含
21、量能是生成玻璃的主要组分,增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度和粘度,降低釉的热膨胀系数,提高釉的耐磨性、提高釉的熔融温度和粘度,降低釉的热膨胀系数,提高釉的耐磨性、硬度和耐化学侵蚀性。硬度和耐化学侵蚀性。第一章第一章 原原 料料三、在陶瓷生产中的作用三、在陶瓷生产中的作用一、长石种类一、长石种类钾长石钾长石K2OAl2O36SiO2钠长石钠长石Na2OAl2O36SiO2钙长石钙长石CaOAl2O32SiO2钡长石钡长石BaOAl2O32SiO2第一章第一章 原原 料料第三节第三节 长石类原料长石类原料类类型型钾钠长石族钾钠长石族斜长石族斜长石族透长石透长石正长石正长石微斜长石微斜长石斜长石
22、斜长石基基本本特特点点钠钠长长石石含含量量50%单斜晶系单斜晶系钠钠长长石石含含量量30%单单斜晶系斜晶系钠钠长长石石含含量量20%三三斜晶系斜晶系钠钠长长石石与与钙钙长长石石形形成成的的连连续续固溶体固溶体一、长石种类一、长石种类二、长石的熔融特性二、长石的熔融特性 理论上:钾长石的熔融温度为理论上:钾长石的熔融温度为1190,钠长石的熔钠长石的熔融温度为融温度为1100;实际上:因原料中含有少量的实际上:因原料中含有少量的CaO、MgO、Fe2O3和少量的石英、云母等矿物杂质,使长石只能在和少量的石英、云母等矿物杂质,使长石只能在一定温度范围内逐渐软化熔融,变为长石玻璃。一定温度范围内逐渐
23、软化熔融,变为长石玻璃。第一章第一章 原原 料料钾长石一般从钾长石一般从1150左右开始分解熔融,生成白榴子石和硅氧左右开始分解熔融,生成白榴子石和硅氧玻璃,到玻璃,到1530全部变成液相。全部变成液相。K2OAl2O36SiO2K2OAl2O34SiO22SiO2钠长石熔化温度较低,其熔融温度范围约为钠长石熔化温度较低,其熔融温度范围约为11001200,无,无新晶相产生,高温下新晶相产生,高温下液相粘度小液相粘度小。熔剂作用强,有利于瓷化和透明。熔剂作用强,有利于瓷化和透明性增强;但产品易变形。性增强;但产品易变形。钾长石、钠长石熔融特性比较钾长石、钠长石熔融特性比较第一章第一章 原原 料
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