1、第一章坯體組成的確定一、陶瓷的概述1、陶瓷的發(fā)展歷史：過(guò)火的土，粗陶（建筑使用的磚瓦（秦磚漢瓦）、甕（現(xiàn)在農(nóng)村盛面或小麥等農(nóng)產(chǎn)品的容器，也用來(lái)在戰(zhàn)爭(zhēng)中使用），精陶（水缸、三彩陶器），粗瓷，細(xì)瓷（包括日用瓷、藝術(shù)瓷等），高技術(shù)陶瓷（采用精細(xì)化工原料和新的加工技術(shù)制備的陶瓷）。2、陶瓷的分類（按照顯氣孔率分）：主要有陶器、炻器、瓷器三類。3、陶瓷的定義：凡采用天然或人工原料，采用傳統(tǒng)陶瓷加工工藝生產(chǎn)的無(wú)機(jī)非金屬材料；按照大的分類，無(wú)機(jī)非金屬材料都是陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷的主要原料是粘土、長(zhǎng)石、石英。普通陶瓷是典型的硅酸鹽材料。近期相繼出現(xiàn)的新型陶瓷材料與產(chǎn)品，組成已經(jīng)脫離了硅酸鹽的范疇，采用化工原料配制，

2、采用一些新技術(shù)、新工藝對(duì)坯料進(jìn)行加工，如：石英、Si 3 N4 、 TiO 2、 TiC 、 TiN 、 AlN 、 BN 、 BC 等。Al 2 O3 、SiC 、4、現(xiàn)代陶瓷坯體的種類（按照顯氣孔率來(lái)分）：精陶（按照用途分）：日用精陶、建筑精陶、藝術(shù)精陶。瓷器（按照用途分）：日用瓷、藝術(shù)瓷、建筑瓷坯體是陶瓷產(chǎn)品的主體。在傳統(tǒng)的陶瓷產(chǎn)品外， 按照用途還有高技術(shù)陶瓷： 主要是單一氧化物組成的陶瓷， 石英瓷、 Al 2 O3 、SiC 、Si 3 N 4、TiO 2 、 TiC 、 TiN 、 AlN 、 BN 、 BC 等，很多都是在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)出來(lái)的。二、陶瓷的原料傳統(tǒng)陶瓷所使用的原

3、料主要有：粘土、長(zhǎng)石、石英三大類，按照其性質(zhì)和在坯體中的作用加入量不同。粘土是主要的結(jié)合劑，把長(zhǎng)石和石英等瘠性物料結(jié)合起來(lái)；長(zhǎng)石是主要的熔劑成分，可降低陶瓷的燒結(jié)溫度；石英具有高熔點(diǎn)、在燒結(jié)時(shí)起到骨架的作用，燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生膨脹減少干燥和燒結(jié)收縮，可增強(qiáng)坯體和釉的耐磨性、強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。粘土主要引入 Al 2O 3和 SiO 2 等主要成分；長(zhǎng)石主要引入熔劑等促進(jìn)燒結(jié)的成分，石英主要是補(bǔ)充坯體中SiO 2 不足。（一）、粘土1、粘土的主要作用提供陶瓷制品的化學(xué)組成中必須的SiO 2 、Al 2 O3 等元素，提供陶瓷生產(chǎn)中必須的塑性、粘結(jié)和懸浮等工藝性能，使坯體獲得較大的密度、具有良好的耐火性

4、能，良好的使用性能（具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性）。2、粘土的分類和成因（ 1）、分類：原生粘土和次生粘土粘土有很多種分類方法。按粘土的成因可分為原生粘土（也叫一次粘土）、次生粘土（也叫二次粘土）；按可塑性分為高可塑性和低可塑性粘土；按耐火度分為耐火粘土、難熔粘土和易熔粘土；按粘土礦物組成分為高嶺石、伊利石、蒙脫石。原生粘土又叫一次粘土或殘留粘土，是巖石風(fēng)化后在原地形成的。在粘土礦物中，高嶺土、煤矸石、焦寶石等都是一次粘土；原生粘土含有較多的石英，低熔物組織含量少，可塑性差，煅燒后呈白色，具有較高的耐火性能，屬于耐火粘土，是粘土質(zhì)耐火材料的主要原料。多應(yīng)用于粘土耐火磚、造紙、油墨、涂料、橡膠、

5、塑料等制品中。次生粘土又叫二次粘土或沉積粘土，也叫結(jié)合粘土，是風(fēng)化后的粘土借助雨水或風(fēng)力產(chǎn)生遷移，在低洼處沉積形成的。我們所處地方的粘土都是次生粘土，蘇州土、廣東黑泥、潮州泥等也是二次粘土。（ 2）、成因：巖石的風(fēng)化。粘土是各種富含硅酸鹽礦物的巖石（如長(zhǎng)石等）經(jīng)過(guò)風(fēng)化、水解或熱液蝕變等作用后形成的。深成的巖漿巖在原地風(fēng)化后，殘留原地形成優(yōu)質(zhì)高嶺土；火山巖風(fēng)化為膨潤(rùn)土；風(fēng)化型礦床在地下水的作用下形成潛蝕、淋積形成礦床。這都是一次粘土。沉積粘土都是二次粘土。3、粘土的礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成等粘土的礦物（ 1）、高嶺石類礦物： 原產(chǎn)江西省高嶺村，外觀呈堅(jiān)硬的塊狀，其理論化學(xué)組成為 Al 2 O

6、3 ·2SiO 2·2H 2 O，是由 Al-(O,OH)八面體與 Si-O 四面體按 1:1 形成的層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)（見(jiàn)下圖），層間OH -和 O2- 以氫鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱、層狀解理，層內(nèi)離子極少發(fā)生置換，只有在邊緣破裂處才會(huì)出現(xiàn)離子吸附。高嶺石礦物還有一種礦物多水高嶺，產(chǎn)于敘永又叫敘永石，存在較多的層間水，易吸附各種離子和有機(jī)物，可塑性好。（ 2）、蒙脫石類礦物：又稱為微晶高嶺或膠嶺石，也叫膨潤(rùn)土，其理論化學(xué)組成為 Al 2O 3·4SiO 2 ·nH 2 O，是由 Al-(O,OH) 八面體與 Si-O 四面體按 2:1 形成的層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，層間

7、結(jié)合力很弱，水和一些極性分子易進(jìn)入層間，層間水的數(shù)量可變且隨著外界濕度和溫度變化，產(chǎn)生吸濕膨脹，可塑性極好，所以蒙脫石成分復(fù)雜、礦物種類多、雜質(zhì)含量大，結(jié)晶程度差。蒙脫石可塑性好，但燒結(jié)收縮和干燥燒結(jié)大，在陶瓷坯體中加入量受到限制。蒙脫石常用于陶瓷工業(yè)、醫(yī)藥、油墨等。蒙脫石結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。葉臘石和蒙脫石具有相同的結(jié)構(gòu)，但層間以范德華力結(jié)合，層間離子不易被置換，也不易吸收水分和其它離子，離子交換性小、不吸濕膨脹。葉臘石雖然離子交換性差、塑性差，但干燥收縮和燒結(jié)收縮小、含水量小，適宜于低溫快燒工藝的陶瓷坯體。福建壽山、浙江上虞、昌化等地的蠟石是隱晶質(zhì)致密塊狀體，在國(guó)外多稱為壽山石。（ 3）、伊利石也稱

8、水云母，是云母水化來(lái)的礦物，也是由 Al-(O,OH) 八面體與 Si-O 四面體按 2:1 形成的層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，與蒙脫石結(jié)構(gòu)晶格結(jié)構(gòu)牢固，可塑性低、不發(fā)生膨脹。伊利石外形多呈片狀或板條狀，塑性低、干后強(qiáng)度差，干燥和燒結(jié)收縮小、燒結(jié)溫度低，軟化溫度比高嶺石低，但燒結(jié)溫度范圍窄；還有一種結(jié)構(gòu)類似的絹云母礦物，是由熱液蝕變或變質(zhì)作用形成的一種細(xì)小鱗片狀白云母，具有絲絹光澤，可單獨(dú)成瓷。可代替長(zhǎng)石使用，是傳統(tǒng)日用瓷的常用原料。下圖是白云母的結(jié)構(gòu)圖。還有一種瓷石礦物可單獨(dú)成瓷，以絹云母、石英為主要成分的半風(fēng)化巖石，可塑性不高，但干燥速度快，燒成時(shí)玻化溫度寬，有利于成瓷和燒結(jié)。我國(guó)含伊利石的礦物較多，

9、河北的章村土是伊利石、鈉長(zhǎng)石、石英和白云母等礦物組成；景德鎮(zhèn)的瓷石是伊利石與絹云母組成的；醴陵的黙然塘泥是含少量桿狀高嶺土、石英的水云母粘土.粘土是多種微細(xì)礦物的混合體，因此粘土中所含的各種微細(xì)礦物的種類和數(shù)量是決定這種粘土的性質(zhì)的主要因素。粘土的主體是粘土礦物，是決定粘土性質(zhì)的主要成分；粘土礦物的種類和數(shù)量是決定粘土類別的主要根據(jù)，主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類，以及較少見(jiàn)的水鋁英石等。對(duì)于一種粘土來(lái)說(shuō)并不全是只含有一種粘土礦物的，而往往是同時(shí)含有兩種或更多種粘土礦物，故各種粘土礦物的所含數(shù)量的多寡也將嚴(yán)重影響粘土的性質(zhì)。除此之外，在粘土形成過(guò)程中，常由于巖石風(fēng)化未完全，或由于其它因素而

10、混入一些非粘土礦物和有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)我們統(tǒng)稱為雜質(zhì)礦物。雜質(zhì)礦物在粘土中根據(jù)粘土成因情況的不同，有的含量較少，有的含量較多，它們通常以細(xì)小品粒及其集合體分散于粘土中，常會(huì)影響甚至決定粘土的工藝性能，是影響粘土工業(yè)利用的一個(gè)重要因素。粘土中的雜質(zhì)主要是母巖風(fēng)化蝕變殘留的石英、機(jī)械加工混入的鐵質(zhì)等。（二）、石英類原料在自然界中的 SiO 2 結(jié)晶體都是石英，我們說(shuō)的水晶石、紫晶等都是石英，河床中的鵝卵石也是石英。最純的石英是水晶，常用于裝飾品、石英玻璃（高等級(jí)相機(jī)鏡頭、天文望遠(yuǎn)鏡的鏡頭等高級(jí)光學(xué)玻璃都是石英玻璃），在耐火材料中也常使用熔融石英，熔融石英也用于特殊器皿棺材等。陶瓷工業(yè)對(duì)石英的純度要

11、求不高，常用品質(zhì)較差的石英。自然界中常見(jiàn)的石英礦物有：脈石英、砂巖、石英巖、石英砂、燧石、硅藻土等。其形成的原因差別較大，在此不詳述。石英質(zhì)原料主要用于調(diào)整泥料的可塑性、燒結(jié)過(guò)程中的體積膨脹可部分抵消燒結(jié)收縮、防止坯體在燒結(jié)過(guò)程中的熔融變形等作用、改善陶瓷坯體的強(qiáng)度等性能、也是釉中的主要成分。石英的主要化學(xué)成分為SiO2 ，常含有少量雜質(zhì)成分，如 A12O3 、 Fe2O3 、 CaO 、 MgO 、 TiO2 等。這些雜質(zhì)是成礦過(guò)程中殘留的，其它夾雜礦物中帶入的，夾雜礦物主要有碳酸鹽 (白云石、方解石、菱鎂礦等 )、長(zhǎng)石、金紅石、板鈦礦、云母、鐵的氧化物等。石英是具有強(qiáng)耐酸侵蝕力的酸性氧化物

12、：除氫氟酸外，一般酸類對(duì)它都不產(chǎn)生作用。當(dāng)石英與堿性物質(zhì)接觸時(shí)，則能起反應(yīng)而生成可溶性的硅酸鹽。在高溫中與堿金屬氧化物作用生成硅酸鹽與玻璃態(tài)物質(zhì)。石英在自然界中大部分以 石英的形態(tài)穩(wěn)定存在，只有很少部分以鱗石英或方石英的介穩(wěn)狀態(tài)存在。石英晶型轉(zhuǎn)化根據(jù)其轉(zhuǎn)化時(shí)的情況可以分為局溫型的緩慢轉(zhuǎn)化和低溫型的快速轉(zhuǎn)化兩種。1高溫型的緩慢轉(zhuǎn)化高溫型的緩慢轉(zhuǎn)化見(jiàn)上圖中的橫向轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化由表面開(kāi)始逐步向內(nèi)部進(jìn)行，轉(zhuǎn)化后發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。形成新的穩(wěn)定晶型而需要較高的話化能，轉(zhuǎn)化進(jìn)程緩慢，轉(zhuǎn)化時(shí)體積變化較大，并需要較高的溫度與較長(zhǎng)的時(shí)間。為了加速轉(zhuǎn)化，可以添加細(xì)磨的礦化劑或助熔劑。2低溫型的快速轉(zhuǎn)化低溫型的快速轉(zhuǎn)化見(jiàn)

13、上圖中的縱向轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化進(jìn)行迅速，在達(dá)到轉(zhuǎn)化溫度之后，晶體表里瞬間同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)不發(fā)生特殊變化，轉(zhuǎn)化較容易，體積變化不大，轉(zhuǎn)化可逆。石英晶型轉(zhuǎn)化會(huì)引起一系列物理變化，體積變化對(duì)陶瓷生產(chǎn)影響較大。石英晶型轉(zhuǎn)化的體積變化可由相對(duì)密度計(jì)算其轉(zhuǎn)化的體積效應(yīng)。由計(jì)算值看出，緩慢轉(zhuǎn)化的體積效應(yīng)值大，如 -石英向 -鱗石英轉(zhuǎn)化體積膨脹達(dá)到轉(zhuǎn)化的體積變化則很小，如573 時(shí)的 石英的體積膨脹僅0.82 。16 ；而快速單純從數(shù)值上看，緩慢轉(zhuǎn)化會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，但實(shí)際上它們的轉(zhuǎn)化速度慢，再加上液相的緩沖作用，因而體積的變化慢，抵消了固體膨脹造成的破壞作用，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程危害反而不大；而低溫下的快速轉(zhuǎn)化，雖然體積

14、膨脹小，但其轉(zhuǎn)化迅速，又是在無(wú)液相的所謂干條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，破壞性強(qiáng)而危害大。（三）、長(zhǎng)石類原料長(zhǎng)石是地球上分布廣泛的造巖礦物，屬于架狀硅酸鹽礦物，屬于不含水的堿金屬和堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，是熔巖的主要組成部分，我們看到的很多火山熔巖冷卻后就是長(zhǎng)石。長(zhǎng)石按組成分為鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、鋇長(zhǎng)石，但長(zhǎng)石具有互溶性，很少見(jiàn)到組成單一的長(zhǎng)石。因長(zhǎng)石中含有鉀、鈉等低熔物，在陶瓷成型過(guò)程中是瘠性物料而在燒結(jié)過(guò)程中是熔劑，在釉中、坯料、色料和熔劑中大量使用，是陶瓷的三大原料之一。生產(chǎn)中一般所謂的鉀長(zhǎng)石，實(shí)際上是含鉀為主的鉀鈉長(zhǎng)石；而所謂的鈉長(zhǎng)石，實(shí)際上是含鈉為主的鉀鈉長(zhǎng)石。一般含鈣的斜長(zhǎng)石在日用陶瓷生產(chǎn)中

15、較少用。鉀鈉長(zhǎng)石中含鉀長(zhǎng)石較多的長(zhǎng)石一般呈粉紅色或肉紅色，個(gè)別的可呈白色、灰色、淡黃色等，斷口呈玻璃光澤，解理清楚。鈉長(zhǎng)石與鈣長(zhǎng)石一般呈白色或灰白色，斜長(zhǎng)石呈淺灰或淺綠的白色。成分。為了使坯料便于燒結(jié)而又防止變形、作為熔劑的長(zhǎng)石，一般希望長(zhǎng)石具有較低的熔化溫度、較寬的長(zhǎng)石在陶瓷坯料中是作為熔劑使用的，在釉料中也是形成玻璃相的主要熔融范圍、較高的熔融液相粘度和良好的熔解其它物質(zhì)的能力。因此，長(zhǎng)石的熔融特性對(duì)于陶瓷生產(chǎn)來(lái)說(shuō)具有很重要的意義。鉀長(zhǎng)石的熔融溫度不是太高， 且其熔融溫度范圍寬： 鉀長(zhǎng)石從 1130 開(kāi)始軟化熔融， 在1220 時(shí)分解， 生成白榴子石與 SiO 2 共熔體，是玻璃態(tài)粘稠物，

16、溫度再升高，逐漸全部變成液相，粘度大，氣泡難以排出，熔融物呈稍帶透明的乳白色。鉀長(zhǎng)石這種熔融后形成粘度較大的熔體，并且隨著溫度升高熔體的粘度逐漸降低的特性，在陶瓷生產(chǎn)中有利于燒成控制和防止變形。所以在陶瓷坯料中常選用正長(zhǎng)石或微斜長(zhǎng)石。鈉長(zhǎng)石的開(kāi)始熔融溫度比鉀長(zhǎng)石低，其熔化時(shí)沒(méi)有新的晶相產(chǎn)生、液相的組成和未熔長(zhǎng)石相似，液相粘度較低，熔融范圍較窄， 且其粘度隨溫度的升高而降低的速度較快， 所以一般認(rèn)為在坯料中使用鈉長(zhǎng)石容易引起產(chǎn)品變形。但鈉長(zhǎng)石在高溫時(shí)對(duì)石英、粘土、莫來(lái)石的熔解最快，熔解度也最大，配合釉料非常合適。也有人認(rèn)為鈉長(zhǎng)石的熔融溫度低、粘度小，助熔作用更為良好，有利于提高瓷坯的瓷化程度和半

17、透明性，關(guān)鍵在于控制好燒成制度，根據(jù)且體要求制訂出適宜的升溫曲線。鈣長(zhǎng)石的熔化溫度較高，高溫下的熔體不透明，粘度也小，冷卻時(shí)容易析晶，化學(xué)穩(wěn)定性也差。斜長(zhǎng)石的化學(xué)組成波動(dòng)范圍較大，無(wú)固定熔點(diǎn)，熔融范圍窄，熔液粘度較小，配成瓷件的半透明性強(qiáng)，強(qiáng)度較大。長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中的作用：長(zhǎng)石在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃熔體，是坯料中堿金屬氧化物 (K 2O、 Na 2O)的主要來(lái)源，能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度， 有利于成瓷和降低燒成溫度。 熔融后的長(zhǎng)石熔體能熔解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒。液相中 Al 2 O3 和SiO 2互相作用，促進(jìn)莫來(lái)石晶體的形成和長(zhǎng)大，賦予坯體的力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。一般上，在

18、新配方時(shí)，應(yīng)該對(duì)長(zhǎng)石的熔融溫度、熔融溫度范圍及熔體的粘度作熔燒實(shí)驗(yàn)。陶瓷生產(chǎn)中適用的長(zhǎng)石要求共熔融溫度低于 1230 ，熔融范圍應(yīng)不小于 3050 。但現(xiàn)在很少有人再去開(kāi)發(fā)一種新的配方，大都是使用現(xiàn)成的配方，無(wú)技術(shù)含量、無(wú)特色。這也是很多企業(yè)都進(jìn)行所謂技術(shù)保密的原因。（四）陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中使用的其它原料： 偉晶花崗巖，其主要礦物組成是石英、正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，還有少量的白云母，是巖漿中酸性熔巖冷卻的產(chǎn)物；但其中石英含量波動(dòng)大，適用于陶瓷生產(chǎn)的偉晶花崗巖中石英含量一般不大于2530% 。 霞石正長(zhǎng)巖，其礦物組成是長(zhǎng)石類（正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石）和霞石的固溶體，含有少量的輝石和透閃石，外觀淺灰綠色或淺紅褐色，有脂肪光澤。霞石中不含游離石英，且高溫下能熔解石英，熔融后的粘度較高。用霞石正長(zhǎng)巖代替長(zhǎng)石使用可使坯體燒成時(shí)不易沉塌，制得的產(chǎn)品不易變形、熱穩(wěn)定性好、力學(xué)強(qiáng)度高。但含鐵量往往較多，需要精選。在陶瓷生產(chǎn)中還有很多原料可以使用，酸性熔巖、珍珠巖、鋰云母、滑石、蛇紋石、橄欖石、透輝石、透閃石、石灰石或白云石、菱鎂礦、骨灰、磷灰石、高鋁礬土、三石原料（硅線石、紅柱石、藍(lán)晶石）、鋯英砂（石）和工業(yè)廢渣等。在此不一一詳述。三、陶瓷坯體的組成陶瓷的種類繁多它們的組成各不相同。普通陶瓷是指以粘土等天然礦物原料配制的燒結(jié)體，是典型的硅酸鹽材料之一。根據(jù)其使用的要求，各類普通