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非金属材料 第三节 陶瓷 一、陶瓷的原料 二、陶瓷材料的制备工艺 三、特种陶瓷简介 一、陶瓷的原料 1、陶瓷原料的分类 根据原料工艺特性分：可塑性原料、非可塑性原料（瘠性原料）、熔剂性原料； 根据原料的用途分：瓷坯原料、瓷釉原料、色彩及彩料原料； 根据原料的矿物组成分：粘土质原料、硅质原料、长石质原料、钙质原料、镁质原料； 根据原料的获得方式不同分：矿物原料、化工原料。 陶瓷制品所选用的原料，首先是保证供给其经过加工后能生成所需要的晶相和玻璃相，其次是保证能适应在加工处理过程中制品的各种工艺性能。 综合上述两方面的要求，根据原料的工艺特性可把陶瓷原料主要归纳为三大类： 具有可塑性的粘土类原料：赋予泥料成型性能，也能在烧成后形成结构晶相； 具有非可塑性的石英类原料（瘠性原料）：也能生成晶相； 熔剂原料：降低烧成温度 除上述的陶瓷坯体中所需的三大原料外，陶瓷釉料还常常需用各种特殊的熔剂原料，包括采用各种化工原料。陶瓷工业中需用的辅助材料主要是石膏和耐火材料，以及各种外加剂如助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑剂和增强剂等。 2、粘土 粘土是多种微细的矿物的混合体，其矿物的粒径多数小于2μm，主要是由粘土矿物和其他矿物组成的并且具有一定特性的（其中主要是可塑性）土状岩石。 主要化学组成：SiO2，Al2O3，少量K2O，Na2O CaO，MgO：为碳酸盐杂质矿物（方解石，菱镁矿）在高温下分解的产物，起熔剂作用，能降低陶瓷烧成温度。 有害杂质：Fe2O3，TiO2，烧成时产生膨胀的缺陷，影响瓷体的电绝缘性，并使瓷体染色。 粘土矿多具有层状结构，其结构基础是数层硅氧四面体组成的（Si2O5）n层和一层铝氧八面体组成的AlO(OH)2层构成一单元层。 粘土在陶瓷生产中的作用 粘土的可塑性是陶瓷坯泥服从成型的基础。 粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 粘土是陶瓷坯体烧结时的主体，粘土中的Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度，烧结温度和软化温度的主要因素。 粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。 3、长石 长石是地壳上分布广泛的造岩矿物。它呈架状硅酸盐结构，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属铝硅酸盐，主要是钾，钙，钠和少量钡的铝硅酸盐，有时含有微量的铯，锶等金属离子，晶粒粗大。 根据架状硅酸盐的结构特点，长石主要有四种基本类型：钠长石，钾长石，钙长石和钡长石。 长石的作用 长石在高温下熔融形成粘稠的玻璃熔体是坯料中碱金属氧化物（K2O，Na2O）的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。 熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中Al2O3和SiO2相互作用，促进莫来石晶体的形成和长大，赋予了坯体的力学性能和化学稳定性。 长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。 在釉料中长石是主要熔剂。 长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间，减少坯体的干燥收缩和变形等。 4、石英 种类： 自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石英。最纯的石英晶体统称为水晶。陶瓷工业中常用的石英类原料和材料有：脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、燧石和硅藻土。 性质：外观视其种类不同而异，有的呈乳白色，有的呈半透明灰白状态，表面具有玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度值为7，相对密度因晶型而异。石英的主要成分为SiO2，常含有少量杂质成分，如Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，TiO2等。 石英在陶瓷生产中的作用 在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。 在烧成时石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，防止坯体发生软化变形等缺陷。 在瓷器中，合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。 在釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的膨胀系数，同时它是赋予釉以高的力学强度，硬度，耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。 5、特种陶瓷原料 特种陶瓷的原料一般需专门制备，主要用化工原料和人工制备的合成原料，其纯度非常高，杂质含量在万分之几范围内。化工原料的种类繁多，以满足不同先进陶瓷的各种功能需求，可分为氧化物和盐类。 （1）化工原料 氧化物类：氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化锌、铅丹（氧化铅）、稀土类、着色类 各种盐类：硼化合物（硼酸、硼砂）、碳酸盐（碳酸钾、碳酸钠、碳酸钡）、硫酸盐（硫酸钠、硫酸钡）、硝酸盐（硝酸钾、硝酸钠） （2）合成原料 氧化物：莫来石（3Al2O3·2SiO2）、堇青石（Mg2Al3[AlSi5O18]） 碳化物：碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）、碳化钨（WC）、石墨 氮化