注漿機(jī)器人,機(jī)器人 第三篇 陶瓷工藝學(xué) 第一章 引言 一.陶瓷的概念和分類(lèi) ???傳統(tǒng)上，陶瓷是指以粘士和其它天然礦物為原料，經(jīng)過(guò)粉碎、成型、焙燒等工藝過(guò)程所制得的各種制品，是陶器、炻器、瓷器等粘士制品的統(tǒng)稱(chēng)，亦即“普通陶瓷”的概念。 ??? 隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近百年來(lái)許多新的陶瓷品種不斷問(wèn)世，如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、電子陶瓷、金屬陶瓷等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷，它們統(tǒng)稱(chēng)為“特種陶瓷”或“精密陶瓷”，它們的生產(chǎn)過(guò)程雖然基本上還是原料處理成型煅燒這種傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)方式，但采用的原料已擴(kuò)大到化工原料和人工合成礦物原料，其組成范圍也已從傳統(tǒng)的硅酸鹽領(lǐng)域拓展到無(wú)機(jī)非金屬材料，同時(shí)它們對(duì)原料處理、成型、燒成等工藝過(guò)程比傳統(tǒng)陶瓷提出了更高的要求，從而誕生了許多新工藝、新技術(shù)。因此，廣義的陶瓷概念是無(wú)機(jī)非金屬固體材料制品的統(tǒng)稱(chēng)。 ???陶瓷制品種類(lèi)繁多，陶瓷學(xué)者根據(jù)不同的著眼點(diǎn)提出了許多分類(lèi)方法，日前國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)定，本書(shū)介紹最普遍采用的兩種分類(lèi)法。一種是按陶瓷的用途來(lái)分，另一種是按基本物理性和原料組成來(lái)分。 1.按陶瓷的用途來(lái)分 可分為兩大類(lèi)，即傳統(tǒng)陶瓷（普通陶瓷）和新型陶瓷（特種陶瓷）。 ???普通陶瓷是人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中最常見(jiàn)的陶瓷制品，按其用途不同又可分為日用陶瓷（包括盆、罐、茶具、餐具和藝術(shù)陳設(shè)陶瓷等）建筑衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷、化學(xué)瓷、電瓷及多孔陶瓷、其他工業(yè)用陶瓷。這類(lèi)陶瓷制品所用的原料基本相同，從組成上來(lái)看屬鋁硅酸鹽和氧化物材料，其生產(chǎn)工藝技術(shù)也相近，均采用典型的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，本書(shū)主要涉及的是這類(lèi)制品及其生產(chǎn)工藝。 特種陶瓷或新型陶瓷亦稱(chēng)精密陶瓷，通常是指具有高附加值的陶瓷，其所用原料的組成和要求以及所需的生產(chǎn)工藝技術(shù)與普通陶瓷有很大的差異。 ???特種陶瓷根據(jù)其性能及用途的不同可分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類(lèi)。結(jié)構(gòu)陶瓷主要利用其機(jī)械和熱性能，包括硬質(zhì)、高強(qiáng)度、高韌性、耐磨性、耐熱、耐熱沖擊、隔熱、導(dǎo)熱、低熱膨脹性能等。功能陶瓷則主要利用其電性能、磁性能、半導(dǎo)體性能、光性能、生物—化學(xué)性能及核材料應(yīng)用性能等，其實(shí)例見(jiàn)表3—1—1所示。 ? 表3—1—1特種陶瓷的性能及用途 性能 材料 應(yīng)用 高絕緣性 介電性 導(dǎo)電性 壓電性 ? 熱釋電性 軟磁性 硬磁性 半導(dǎo)體性 ? ? ? 離子導(dǎo)電性 ? ? 電子發(fā)射性 螢光性 透光性 偏光性 光反射性 紅外反射性 光導(dǎo)性 生物化學(xué) 功能 ? 研磨性 切削性 強(qiáng)度功能 潤(rùn)滑功能 耐熱性 絕熱性 導(dǎo)熱性 核功能性 Al2O3、BeO、C（人造金剛石） BaTiO3 SiC、MoSi2 Pb(ZrXTi1-x)O3（定向薄膜） SiO2(單晶薄片) Pb(ZrXTi1-x)O3 Zn1-xMnxFe2O4;-Fe2O3 SrO·6Fe2O3 SnO2 過(guò)渡金屬氧化物 ZnO-Bi2O3 BaTiO3 -Al2O3 穩(wěn)定型ZrO2 LaB6 Y2O3,S:Eu Al2O3,SnO2(涂布膜) PLZT TiN SnO2(涂膜) SiO2(高純纖維) Al2O3,Ca5(F,Cl)P3O12 SiO2（孔徑控制多孔體） Al2O3·TiO2（多孔體） Al2O3、B4C、人造金剛石（粉體） C-BN、 TiC 、 WC、TiN Si3N4、SiC C、MoSi2;h-BN Al2O3、ThO2 K2O·nTiO2; CaO·nSiO2 BeO、C、SiC UO2 C（石墨），BeO B4C 基板 電容器 發(fā)熱器 振蕩元件、點(diǎn)火元件、壓電變換器 時(shí)鐘用振蕩元件 紅外線(xiàn)檢測(cè)元件 磁帶 磁鐵、可塑性磁鐵 氣體傳感器 熱敏電阻 電壓性穩(wěn)定元件，非線(xiàn)性電阻 自控式電阻發(fā)熱元件 ? NaS電池 氧敏感元件 電子槍用熱陰極 熒光體 高壓鈉燈、防霧玻璃 偏光學(xué)元件 太陽(yáng)能聚光器 省能源窗玻璃 光導(dǎo)纖維 人工骨、人工齒 固定化醇素載體 催化劑載體 研磨材料 切削工具 發(fā)動(dòng)機(jī)材料 潤(rùn)滑劑 耐熱結(jié)構(gòu)材料 絕熱材料 基板 核燃料 減速劑 控制棒材料 2．按基本物理性能特征分 以普通陶瓷中的日用瓷為例，按其基本物理性能如氣孔率、透明性、色澤等進(jìn)行分類(lèi)，詳見(jiàn)表3-1-2及表3-1-3所示（見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB5001-85）。 表3-1-2 ? 吸水率（%） 透光性 胎體特征 敲擊聲 陶器 一般＞3 不透光 未?；虿；潭炔?，結(jié)構(gòu)不致密、斷面粗糙 沉濁 瓷器 一般≤3 透光 ?；潭雀?、結(jié)構(gòu)致密、斷面程呈石狀或貝殼狀 清脆 表3-1-3 ? ? 吸水率（%） 特征 陶器 粗陶器 普通陶器 細(xì)陶器 ＞15 ≤12 ≤15 不施釉，制作粗糙 斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制作不夠細(xì) 斷面顆粒較細(xì)，氣孔較小，結(jié)構(gòu)均勻，制作精細(xì) ? 瓷器 炻瓷器 普通瓷器 細(xì)瓷器 ≤3 ≤1 ≤0.5 透光性差,通常胎體較厚,呈色,斷面呈石狀 有一定透光性,斷面呈石狀或貝殼狀 透光性好,斷面細(xì)膩,呈貝殼狀 按以上標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分,衛(wèi)生瓷、電瓷、化工瓷、化學(xué)瓷等可屬普通瓷范圍；?；少|(zhì)磚、錦磚、彩釉磚、劈裂磚、化工用炻瓷（耐酸容器、耐酸磚）等屬炻瓷范圍；建筑用磚、釉面磚等內(nèi)墻磚屬陶器范圍。 二、我國(guó)陶器工業(yè)發(fā)展概況 ? ???我國(guó)陶器工業(yè)有著悠久的歷史和光輝的成就，我國(guó)是世界上最早發(fā)明陶器的幾個(gè)國(guó)家和地區(qū)之一，遠(yuǎn)在距今8000年前的新石器時(shí)代我國(guó)就有了陶器，到了距今3000年的殷商時(shí)代發(fā)明了釉料創(chuàng)制了釉陶，從陶器到瓷器是我國(guó)陶器生產(chǎn)史上的一個(gè)重大飛躍，世界公認(rèn)瓷器是我國(guó)最早發(fā)明的，故瓷器英文與中國(guó)同稱(chēng)“china”，遠(yuǎn)在公元1~2世紀(jì)的東漢時(shí)代，我國(guó)就出現(xiàn)了瓷器，比西方開(kāi)始制造瓷器早15世紀(jì)。之后我國(guó)制瓷工藝技術(shù)不斷發(fā)展，到了隋唐，瓷器的使用已很普遍。 ???新中國(guó)成立后，我國(guó)的陶瓷業(yè)得到了迅速的恢復(fù)和發(fā)展，各種陶瓷產(chǎn)品的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量都得以迅猛發(fā)展，特別是改革開(kāi)放10余年以來(lái)，陶瓷產(chǎn)業(yè)變化更是日新月異，通過(guò)從國(guó)外引進(jìn)全套或部分新工藝、裝裝備，通過(guò)對(duì)這些工藝及裝備的系統(tǒng)消化和吸引，使我國(guó)陶瓷的生產(chǎn)水平又有了大大提高。但目前，我國(guó)陶瓷工業(yè)總體水平相比還有較大的差距，主要在于品種較少、質(zhì)量低、能耗大，生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度低等。 ??? 僅以陶瓷地磚生產(chǎn)為例，1949年，全國(guó)僅一家企業(yè)生產(chǎn)，年產(chǎn)量才0.2萬(wàn)㎡，到1959年發(fā)展到10家企業(yè)，年產(chǎn)量達(dá)228萬(wàn)㎡，年平均遞增129.3%，從1960年到1978年的近20年中，由于眾所周知的原因，年平均遞增僅為5.4%，產(chǎn)量達(dá)到545.8萬(wàn)㎡/年，企業(yè)數(shù)約50家，生產(chǎn)線(xiàn)的最大規(guī)模為40～60㎡/年，平均規(guī)模為10萬(wàn)㎡/年。年歷1979年改革開(kāi)放以來(lái)至1992年，生產(chǎn)企業(yè)已多達(dá)750家，陶瓷墻地磚平均以30.8的速度遞增，年產(chǎn)量已超過(guò)3.1億㎡，生產(chǎn)線(xiàn)的最大規(guī)模達(dá)到140萬(wàn)㎡/年，平均規(guī)模42萬(wàn)㎡/年。據(jù)最新報(bào)導(dǎo)，1994年我國(guó)墻地磚生產(chǎn)線(xiàn)達(dá)到9.59億㎡/年，已居世界前列。品種也增加很快，有釉面磚、彩釉磚、錦磚、紅地磚、劈裂磚和瓷質(zhì)磚等。產(chǎn)品質(zhì)量也有較大改善。在陶瓷裝備和工藝技術(shù)方面，象大噸位球磨機(jī)，大型全自動(dòng)液壓磚機(jī)，多功能全自動(dòng)施釉線(xiàn)，寬體燃?xì)?、燃油的明焰輥道窯等設(shè)備以及由這些關(guān)鍵設(shè)備組成的彩釉墻地磚國(guó)產(chǎn)化示范生產(chǎn)線(xiàn)的研制成功，標(biāo)志著我國(guó)彩釉墻地磚生產(chǎn)方面的工藝技術(shù)水平已達(dá)到先進(jìn)國(guó)家80年代的水平。近年來(lái)國(guó)外陶瓷工業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中技術(shù)進(jìn)步很快，在建筑衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域可概括為以下幾個(gè)方面。 ???1.生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)模大型化。年產(chǎn)400～500萬(wàn)㎡墻地磚工廠已較普遍，個(gè)別工廠甚至高達(dá)1250萬(wàn)㎡。 ???2.產(chǎn)品門(mén)類(lèi)不斷增加，每類(lèi)產(chǎn)品的花色品種層出不窮。隨著壓機(jī)噸位的提高，大規(guī)格產(chǎn)品900㎜×900㎜，1200㎜×600㎜也已出現(xiàn)；還有用擠出-輥壓成型生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)出1200㎜×300㎜的超大型瓷板。隨著裝飾法愈來(lái)愈高，瓷質(zhì)磚生產(chǎn)中出現(xiàn)了制造大顆粒斑點(diǎn)料和滲花裝飾新技術(shù)，生產(chǎn)出具有特殊裝飾效果的仿花崗巖瓷質(zhì)磚和仿大理石瓷質(zhì)磚，馬賽克出現(xiàn)了施釉、拋光新品種，釉面磚出現(xiàn)了三次燒成彩飾新工藝，產(chǎn)品精美華貴，已近藝術(shù)品，頗具收藏價(jià)值。彩釉磚裝飾中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、分色、制版技術(shù)，使圖案清晰逼真，立體感強(qiáng)。 ???3.工藝技術(shù)多樣化，幾乎每個(gè)工序都有不同的工藝并存。 ???4.裝備水平不斷更新，如連續(xù)喂料大噸位球磨機(jī)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了陶瓷原料制備連續(xù)化生產(chǎn)。各種大噸位液壓壓磚機(jī)系列的研制成功。計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，如用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)窯爐的自控，研究壓機(jī)的框架結(jié)構(gòu)等。 衛(wèi)生陶瓷高壓澆注成型設(shè)備，成型壓力1.5～1.7MPa，生產(chǎn)周期10min，采用樹(shù)脂模具使用壽命3～5萬(wàn)次，生產(chǎn)能力為48個(gè)/班，可生產(chǎn)衛(wèi)生瓷坐便器、洗面器、立柱等。 用于衛(wèi)生瓷的多通道快速干燥器，干燥周期縮短到3～4h（高壓澆注產(chǎn)品），用輥道窯快速燒成衛(wèi)生瓷的技術(shù)也已完善。 ??? 5.節(jié)能隆耗，如干法制粉、低溫快速燒成、節(jié)能型全自動(dòng)型液壓壓磚機(jī)和壓機(jī)二次喂裝備等。 ??? 6.專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，坯釉原料，甚至坯料均來(lái)自專(zhuān)業(yè)化工廠，色料、熔塊、陶瓷添加劑也來(lái)自專(zhuān)業(yè)化工廠，模具、耐火材料、生產(chǎn)線(xiàn)的機(jī)械裝備也各由專(zhuān)業(yè)化工廠制造，保證了生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)化和集約化。 但目前，我國(guó)陶瓷工業(yè)總體水平與世界先進(jìn)水平相比仍有較大的差距，其主要在于品種較少，質(zhì)量和裝飾效果較低，能耗大，生產(chǎn)的機(jī)械化，生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化還不高，勞動(dòng)生產(chǎn)率偏低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。地區(qū)發(fā)展水平也不平衡，還有不少設(shè)備落后的小廠。因此，我國(guó)陶瓷工作者在提高我國(guó)陶瓷科技水平、生產(chǎn)裝備水平，加強(qiáng)生產(chǎn)的科學(xué)管理，研究生產(chǎn)新產(chǎn)品，在全國(guó)提高我國(guó)陶瓷工業(yè)的整體水平方面的工作任重道遠(yuǎn)。 三、年產(chǎn)70萬(wàn)㎡一次燒成彩釉瓷墻地磚生產(chǎn)線(xiàn)簡(jiǎn)介 ?1.產(chǎn)品尺寸及技術(shù)性能 產(chǎn)品規(guī)格：100㎜×200㎜×7㎜ 200㎜×200㎜×8㎜ ???????? 300㎜×200㎜×9㎜300㎜×300㎜×9㎜ 產(chǎn)品性能：吸水率＜3%＜6%； 抗拉強(qiáng)度＞22MPa 其他指標(biāo)符合歐州標(biāo)準(zhǔn)EN177—84； 硬質(zhì)原料粒度控制在0.4㎜以下；軟質(zhì)料經(jīng)揀選，不含雜物，塊度＜100㎜，含水率＜15%，在露天堆料風(fēng)化六個(gè)月后由鏟車(chē)送到室內(nèi)料庫(kù)，室內(nèi)料庫(kù)的貯量為一個(gè)月的生產(chǎn)用料量。 ?2.原料的稱(chēng)量配料由稱(chēng)量箱一次完成。 ? ? 鏟車(chē)依次把各種原料卸入稱(chēng)量箱中，每種原料按刻度盤(pán)指示量計(jì)計(jì)量。配好的壞料經(jīng)皮帶機(jī)和卸料斗加入球磨機(jī)中。 將坯料、水及稀劑按一定比裝入球磨機(jī)濕磨，球磨機(jī)的干料裝載能力為15t。加水量定量高位水箱控制。球磨時(shí)間依坯料性質(zhì)及入磨粒度不同而變化，球磨周期約12h。磨機(jī)上方設(shè)有電動(dòng)葫蘆，供添加球石及開(kāi)閉磨機(jī)進(jìn)出料蓋時(shí)起重用。磨好的泥槳借助電動(dòng)隔膜的抽力及泥漿自重從球磨機(jī)中卸出，經(jīng)振動(dòng)篩過(guò)濾后，流入裝有慢速攪拌機(jī)的泥漿池，泥漿總貯量為2～3d的生產(chǎn)量，泥漿經(jīng)24h連續(xù)攪拌，除腐合適后，用隔膜泵打入備有慢速攪拌機(jī)的工作泥漿池。要求泥漿的容積密度約為1.6㎏/L，含水率約為40%，粘度約（1.0～3.0）×10-1Pa·S. 用高壓泥漿泵把工作泥漿池中的泥漿打入噴霧干燥塔內(nèi)，由噴槍霧滴，與熱煙氣相遇，被干燥成具有一定顆粒級(jí)配的粉料。再經(jīng)振動(dòng)篩、皮帶輸送機(jī)、斗式提升機(jī)和氣動(dòng)刮板等送入粉料倉(cāng)貯存、陳化。粉料倉(cāng)總貯量約為3d的生產(chǎn)用量。陳化后的粉料經(jīng)旋轉(zhuǎn)卸料器、皮帶輸送機(jī)和斗式提升機(jī)卸入粉料振動(dòng)篩，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)送到壓機(jī)的喂料斗中。 ???粉料由兩臺(tái)HYDRA800型全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)壓制成型，磚坯由輥道輸送，通過(guò)刷子、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，然后排成方陣，經(jīng)輸送輥道送入施釉線(xiàn)。施釉線(xiàn)具有刷灰、除塵、甩釉、噴釉、擦邊、轉(zhuǎn)向、絲網(wǎng)印花、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，其未端連接有通往裝載機(jī)的輸送線(xiàn)，釉坯通過(guò)裝載機(jī)自動(dòng)裝儲(chǔ)坯車(chē)。裝滿(mǎn)釉坯的儲(chǔ)坯車(chē)經(jīng)鏈?zhǔn)讲竭M(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)后，由轉(zhuǎn)移車(chē)自動(dòng)推車(chē)線(xiàn)儲(chǔ)存。 利用卸載機(jī)、輸送連接段和裝窯機(jī)使儲(chǔ)坯車(chē)中的釉坯按順序?qū)崿F(xiàn)卸載、輸送和自動(dòng)入窯。燒成采用一次快燒工藝，選用帶窯下干燥器的標(biāo)準(zhǔn)單層輥道窯，窯長(zhǎng)78.81m，有效寬度1.45m，燒成周期約55min，燃料為凈發(fā)生爐煤氣或天然氣。 燒成的制品在輥道窯品處，經(jīng)卸窯機(jī)組出磚連接段送去人工揀選包裝，由叉車(chē)運(yùn)送入庫(kù)。 釉料制備是將裝的釉用原料分別存放于制釉工段的室內(nèi)料庫(kù)，臺(tái)秤稱(chēng)量，然后由電動(dòng)葫蘆吊裝入球蘑機(jī)內(nèi)，由水表計(jì)量加水，按預(yù)定時(shí)間球蘑。磨好的釉漿用隔膜泵從球蘑機(jī)中卸出。再經(jīng)過(guò)篩、除鐵后，送入帶有慢速攪拌機(jī)的儲(chǔ)釉罐中。使用時(shí)從儲(chǔ)釉罐中放入木制的送釉桶中，由手推車(chē)送往施釉線(xiàn)。 3．生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程示意圖見(jiàn)書(shū)末插頁(yè)圖3-1-1。 4．生產(chǎn)線(xiàn)工藝平面布置圖見(jiàn)書(shū)末插頁(yè)圖3-1-2。 ? 第二章 原料 第一節(jié) 粘土類(lèi)原料 粘土類(lèi)原料為陶瓷制品成型提供必須的可塑性和懸浮性，并在燒成中起重要作用。在配料中是它的用量常達(dá)40%以上。 (一).粘土的定義、成因與分類(lèi) 粘土的定義 ???粘土是一種或多種呈疏松或膠狀密實(shí)的含水鋁硅酸鹽礦物的混合物。各類(lèi)粘土由各種粘土礦物組成，這些粘土礦物是粘土的主體。除了粘土礦物外還有雜質(zhì)礦物，如末風(fēng)化的巖石碎崤、石英砂、長(zhǎng)石、云母、方解石、黃鐵礦、有機(jī)物雜質(zhì)等。因?yàn)檎惩潦且环N混合物，所以它不能用一個(gè)固定化學(xué)式來(lái)表示，也無(wú)一定熔點(diǎn)。 粘土的成因 粘土主要是由鋁硅酸鹽類(lèi)巖石，如長(zhǎng)石、偉晶花崗巖等經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地質(zhì)年代的自然風(fēng)化作用或熱液濁變作用而形成的。 ???長(zhǎng)石轉(zhuǎn)化為高嶺石的反應(yīng)大致如下： ???2[KAlSi3O8]+H2CO3------Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+K2CO3 (二)粘土的分類(lèi) 1．按成因分類(lèi) （1）原生粘土。又稱(chēng)一次粘土、殘留粘土，它是由母巖風(fēng)化后殘留在原地形成的。其質(zhì)地較純，顆粒稍粗，可塑性較差，耐火度較高。 （2）次生粘土。又稱(chēng)二次粘土、沉積粘土，它是由風(fēng)化形成的粘土受雨水、風(fēng)力的作用遷移到其他地點(diǎn)沉積而形成的粘土層，這種粘土顆粒很細(xì)，而且在遷移過(guò)程中入很多雜質(zhì)和有色物質(zhì)。故常呈色，但可塑性較好，耐火度較差。 2．按可塑性分類(lèi) （1）高可塑性粘土。又稱(chēng)軟質(zhì)粘土、球土或結(jié)合粘土，其分散度大，多呈疏松狀或板狀，如膨潤(rùn)土、木節(jié)土、球土等。 （2）低可塑性粘土。又稱(chēng)硬質(zhì)粘土，其分散度小，多呈致密塊狀、石狀，如葉臘石、蕉寶石、堿石、瓷石等。 3．按耐火度分類(lèi) （1）耐火粘土。其耐火度＞1580℃，是 比較純的粘土，含雜質(zhì)較少，灼燒后多呈白色、灰色或淡黃色，為瓷器、耐火制品的主要原料。 （2）難熔粘土。耐火度為1350~1580℃，含易熔雜質(zhì)在10℃--15℃左右，可作跖器、陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚的原料。 （3）易熔粘土。耐火度在1350℃以下，含有大量的各種雜質(zhì)，多用于建筑磚瓦和出粗陶等制品。 4．按構(gòu)成粘土的主要粘土礦物分類(lèi) （1）高嶺石類(lèi)粘土。如蘇州土、紫木節(jié)土。 （2）蒙脫石類(lèi)粘土。如遼寧黑山和福建連成膨潤(rùn)土。 （3）水云母類(lèi)粘土。如河北章村土。 （4）葉臘石類(lèi)粘土。如浙江青田葉臘石。 （5）水鋁英石類(lèi)粘土。如唐山A、B、C級(jí)礬土。 粘土的組成 ???粘土的組成包括化學(xué)組成、礦物組成和顆粒組成。組成粘土的主要化學(xué)成分為SiO2 、AL2O3，還有少量堿金屬氧化物（k2O、Na2O）；堿土金屬氧化物（CaO、MgO），著色氧化物（Fe2O3、TiO2）和灼堿量（機(jī)械結(jié)合水、化合水、有機(jī)物、碳酸物硫酸物等）。根據(jù)化學(xué)組成可以初步判斷粘土的一些性能，如含Al2O3多（＞36％）的粘土難燒結(jié)；如SiO2含量＞70％，則該粘土中含有石英；K2O和Na2O總量＞2％，，則此粘土可能是水云母質(zhì)粘土，其燒結(jié)溫度較低；Fe2O3含量＞0.8％時(shí)，制品白度降低，呈灰白色、黃色，甚至暗紅色；TiO2含量＞0.2％時(shí)，制品在還原氣氛下燒成，易呈黃色。 ???粘土按其主要粘土礦物的不同可分為高嶺石類(lèi)、蒙脫石類(lèi)和伊利石類(lèi)三大類(lèi)別。對(duì)于一種粘土來(lái)說(shuō)，并不是只含有一種，而往往同時(shí)含有兩種或兩種以上的粘土礦物，只是其中一種是主要的。高嶺石（Al2O3?2SiO2?2H2O）是一般粘土中最常見(jiàn)的粘土礦物，由其作為主要成分的純凈粘土稱(chēng)為高嶺土。它的吸附能力小，可塑性和結(jié)合性較差，雜質(zhì)少、白度高、耐火度高。江蘇的蘇州土、湖南的界牌土、山西的大同土和江西的星子土都是以高嶺石為主要礦物的高嶺土，是優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料。 ???蒙脫石（Al2O3?4SiO2?nH2O，n＞2）遇水體積膨脹形成膠狀物，具有很強(qiáng)的吸附力和陽(yáng)離子交換能力，以蒙脫石為主要礦物的粘土稱(chēng)為膨潤(rùn)土，其顆粒細(xì)小，可塑性極強(qiáng)，能提高坯料可塑性和干坯強(qiáng)度，但雜質(zhì)多、收縮大、燒結(jié)溫度低，坯料中膨潤(rùn)土的用量一般在5％以下。 ???伊利石（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O·nH2O）屬水云母礦物。它是云母水解成高嶺石的中間產(chǎn)物，以伊利石為主要礦物的瓷石是良好的制瓷原料，可以分兩組甚至單組分成瓷。江西的南港瓷石、安徽的祈門(mén)瓷石都含有大量石英和絹云母。絹云母是受熱液作用而形成的細(xì)小鱗片狀白云母，有絲絹光澤，可用以生產(chǎn)絹云母瓷。伊利石類(lèi)粘土一般可塑性低，干燥后強(qiáng)度小，干燥收縮小，燒結(jié)溫度低，開(kāi)始燒結(jié)溫度一般在800℃左右，完全燒結(jié)溫度在1000—1150℃。 ???粘土中除粘土礦物外，經(jīng)常伴生一些非粘土礦物，它們通常以細(xì)小晶粒及其集合體分散于粘土中。這些雜質(zhì)礦物有石英和母巖殘?jiān)?，如長(zhǎng)石、云母等，其他還有鐵質(zhì)礦物；碳酸鹽、硫酸鹽等。一般對(duì)粘土的性能、制品的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響，可通過(guò)淘洗、磁選等方法除去。很多粘土中含有不同數(shù)量的有機(jī)物質(zhì)，有褐煤、蠟、腐蝕酸黏生物等，這些有機(jī)物質(zhì)其含量的多少和種類(lèi)的不同，可使粘土呈灰至黑等各種顏色。但它們愛(ài)煅燒時(shí)能被燒掉，因此只要不含別的著色物質(zhì)，粘土燒后呈白色。有的有機(jī)物質(zhì)（如腐殖質(zhì)）有著顯著的膠體性質(zhì)，可以增加粘土的可塑性和泥漿的流動(dòng)性。但有機(jī)物質(zhì)過(guò)多時(shí)也有可能造成瓷器表面起泡與針孔，須在燒成中加強(qiáng)氧化來(lái)解決這個(gè)矛盾。 ???顆粒組成指粘土含有不同大小顆粒的百分比含量。粘土礦物粒徑在2㎜以下的細(xì)顆粒中，石英、長(zhǎng)石等雜質(zhì)多半是較粗的顆粒。蒙脫石、伊利石粘土的顆粒比高嶺石類(lèi)粘土細(xì)小，粘土的顆粒越細(xì)，可塑性越強(qiáng)，干坯強(qiáng)度、干燥收縮也越大。表3-2-1表示粘土顆粒細(xì)度對(duì)其工藝性能的影響。 表3-2-1粘土顆粒大小對(duì)其物理性質(zhì)的影響 三、粘土的工藝性質(zhì) ???粘土的工藝性質(zhì)主要取決于它的礦物組成、化學(xué)組成和顆粒組成。 ???可塑性和結(jié)合性:粘土物料加一定量水膨潤(rùn)后，可捏練成泥團(tuán)。在外力作用下，它變形但不開(kāi)裂，可塑造成所需要的形狀，在外流除去后，仍保持該形狀，這種性能稱(chēng)為可塑性。粘土的可塑性指數(shù)或塑性指標(biāo)表示。塑性指數(shù)是粘土的液性限度（由塑性狀態(tài)進(jìn)入流動(dòng)狀態(tài)的最高水量）與塑性限度（由固體狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)的最低含水量）之間的差值。塑性指標(biāo)是指在工作水平下，泥料受外力作用最初出現(xiàn)裂紋時(shí)應(yīng)力和變力的乘積。粘土按其可塑性好壞可分為以下四種：強(qiáng)塑性粘土：指數(shù)＞15或指標(biāo)＞3.6。 中塑性粘土：指數(shù)7—15或指標(biāo)2.5—3.6。 弱塑性粘土：指數(shù)1—7或指標(biāo)＜2.5。 非塑性粘土：指數(shù)＜1。 ???對(duì)粘土具有可塑性有多種解釋。一般認(rèn)為是粘土在水中分散成細(xì)小顆粒，由于離子吸附，粘土顆粒周?chē)纬蛇m當(dāng)厚度的水化薄膜，受力作用時(shí)水膜起潤(rùn)滑作用，可任意滑移變形，又因粘土顆粒間形成毛細(xì)管，水膜又成了張緊膜，使發(fā)生滑移的顆粒不致脫離分開(kāi)，起保形作用。顯然，只有當(dāng)泥料的水分適中時(shí)，才能在粘土顆粒周?chē)纬梢欢ê穸鹊倪B續(xù)水膜，粘土的可塑性才最好。最佳含水量在松結(jié)合水和自由水之間，可塑性較好的粘土最佳含水量較大。不同的粘土礦物，可塑性也不相同，蒙脫石類(lèi)粘土較高嶺石、伊利石類(lèi)的可塑性好。永遠(yuǎn)的粘土，其顆粒越細(xì)，有機(jī)質(zhì)含量越高，可塑性越好。此外，粘土顆粒吸附的陽(yáng)離子種類(lèi)、濃度與可塑性關(guān)系很大，吸附的陽(yáng)離子濃度大，離子半徑小、電價(jià)高（如Ca·2+，H+），則吸附水膜較厚，可塑性較好。 ???在生產(chǎn)過(guò)程中為提高坯料的可塑性常采用以下措施： 1.將粘土原礦進(jìn)行淘洗，或長(zhǎng)期風(fēng)。 ???把濕潤(rùn)了的粘土或坯料施以長(zhǎng)期陳腐。對(duì)泥料進(jìn)行真空練泥。摻用少量是強(qiáng)可塑性粘土。加入增塑劑，如糊精、羧甲基纖維素等。結(jié)合性是指粘土結(jié)合瘠性原料形成可塑泥料并具有一定的干坯強(qiáng)度的能力。一般可塑性好的粘土，其結(jié)合性也好。 2. 離子交換性 ???粘土顆粒由于其表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部離子的被置換而帶有電荷，它能吸附其他異性離子。在水溶液中，這種被吸附的離子又可被其他相同電荷的離子所置換。這種性質(zhì)稱(chēng)為粘土的離子交換性。 ???離子交換能力的大小可用離子交換容量來(lái)表示。它指pH=7時(shí)每100g干粘土所吸附能夠交換的陽(yáng)離子或陰離子的毫摩爾數(shù)，單位為mmol/100g。離子交換容量的大小和粘土的種類(lèi)有關(guān)，如表3-2-2所示。此外還取決于分散度大小。粘土的分散度越大，其晶格結(jié)構(gòu)缺陷越多。斷鍵和同晶取代也越多，故離子交換容量也越大，如表3-2-3所示。 表3-2-2不同粘土的交換容量（mmol/100g） ? 粘土種類(lèi) 吸附離子種類(lèi) ? 粘土種類(lèi) 吸附離子種類(lèi) 陽(yáng)離子 陰離子 陽(yáng)離子 陰離子 高齡土 3～9 — 伊利石類(lèi)粘土 10～40 — ? ? 高齡土類(lèi)粘土 ? 9～20 7～20 敘永土 15～40 — ? 膨潤(rùn)土 40～150 20～50 式中：P0—泥團(tuán)開(kāi)始承受的負(fù)荷，N；Pn—經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，球體或錐體壓入相同深度時(shí)泥團(tuán)承受的負(fù)荷，N。粘土的觸變性主要取決于粘土的礦物組成，粒度大小、形狀、水分含量、使用電解質(zhì)種類(lèi)與用量，以及泥漿（或可塑泥料）的溫度等。對(duì)高齡石和伊利石顆粒加水時(shí)，水分子僅滲入顆粒間；而蒙脫石顆粒加水時(shí)，水分子除進(jìn)入顆粒間，還可滲入單位晶胞之間，故其遇水后膨脹要比前者大，觸變性比前者大。 3.粘土顆粒的大小與形狀對(duì)觸變性的影響 ???表現(xiàn)為顆粒愈細(xì)，形狀愈不對(duì)稱(chēng)，愈易成觸變結(jié)構(gòu)。此外觸變性大小與吸附陽(yáng)離子的種類(lèi)和數(shù)量有關(guān)。吸附陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)愈小，或價(jià)數(shù)相同，離子半徑愈小者，其觸變性愈大。因?yàn)殡x子半徑愈小，水化半徑愈大，水化膜愈厚。 泥料的觸變性還與含水量有關(guān)，含水量大的泥漿，不易形成觸變結(jié)構(gòu)，反之易成觸變結(jié)構(gòu)。 溫度升高，粘土質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動(dòng)劇烈，使粘土顆粒間的作用力減弱，不易建立觸變結(jié)構(gòu)，從而觸變性也小。 4. 膨化性 ???粘土加水后體積膨脹的性質(zhì)成為膨化性。膨化性的大小可用膨脹容來(lái)表示，它由兩三個(gè)部分組成：即內(nèi)膨脹容——指結(jié)構(gòu)層間；外膨脹容——指顆粒間。膨脹容通常用1g干粘土吸水膨脹后的體積（cm3）來(lái)表示。 如祖堂山粘土為6.5cm3/g，黑山膨潤(rùn)土為3.7cm3/g，敘永土為3.0cm3/g，界牌土為2.5cm3/g，紫木節(jié)土為1.05cm3/g。 5.收縮 ???粘土經(jīng)110℃干燥后,自由水及吸附水相繼排出,粘土顆粒之間的距離縮短而產(chǎn)生收縮,稱(chēng)為干燥收縮。 干燥后的粘土經(jīng)高溫煅燒，因產(chǎn)生脫水分解作用和液相填充在空隙中并將顆粒粘結(jié)起來(lái)，同時(shí)又生成一些新的結(jié)晶物質(zhì)，使體積進(jìn)一步收縮，稱(chēng)之為燒成收縮。 收縮有線(xiàn)收縮（制品的長(zhǎng)度變化百分率）和體收縮（制品的體積變化百分率）兩種，體收縮值大約是線(xiàn)收縮的3倍。 試樣的總收縮率與干燥收縮率、燒成收縮率的關(guān)系為： S燒=×100%（3-2-3） 測(cè)定收縮是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依據(jù)。坯體的配方不同收縮也不同，此外，同一個(gè)坯體水平收縮與垂直收縮、上部與底部的收縮也不同。 6. 燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍 ???粘土是多種礦物的混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)粘土加熱到一定溫度后（>900℃）開(kāi)始出現(xiàn)液相并逐漸增加，在液相表面張力作用下，未熔顆粒相互靠攏，使體積收縮，氣孔率下降，密度提高。對(duì)應(yīng)體積開(kāi)始劇烈變化的溫度稱(chēng)為開(kāi)始燒結(jié)溫度T1；當(dāng)粘土完全燒結(jié)，其氣孔率降至最低值，收縮率達(dá)最大值，該溫度稱(chēng)為燒結(jié)溫度T2；如果繼續(xù)升溫，試樣因液相外多發(fā)生變形，出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱(chēng)為軟化溫度T3。燒結(jié)溫度至軟化溫度之間的溫度區(qū)間稱(chēng)為燒結(jié)溫度范圍。在此范圍內(nèi)粘土可燒結(jié)致密。粘土中雜質(zhì)礦物特別是含堿礦物含量較高時(shí)，燒結(jié)溫度較低，燒結(jié)范圍較窄，純的高齡土燒結(jié)溫度范圍為200℃，不純的粘土為150℃，伊利石類(lèi)粘土僅為50～80℃，制瓷所用粘土要求燒結(jié)溫度范圍較寬，以100～150℃為宜。 ?四、我國(guó)的粘土原料 ???我國(guó)北方的粘土多為次生粘土，含有機(jī)質(zhì)較多，吸附力強(qiáng)，可塑性好。游離石英和鐵質(zhì)較少。有時(shí)含水鋁石類(lèi)礦物，所以，AL2O3、TiO2含量較高，耐火度較高，一般不需淘洗，制得的干坯強(qiáng)度大，坯體內(nèi)外可同時(shí)上釉，一次燒成。由于鐵質(zhì)少，有機(jī)質(zhì)多，大多采用氧化焰燒成。南方的粘土多是原生粘土，有機(jī)質(zhì)含量少，可塑性差，游離石英多，含鈦少而含鐵多，一般需淘洗處理。因生坯強(qiáng)度低，一般分兩次上釉，即施內(nèi)釉、外釉或兩次燒成。采用強(qiáng)還原焰燒成，以提高制品的白度和色澤。 第二節(jié) 石英類(lèi)原料 一、石英類(lèi)原料的種類(lèi)和性質(zhì) 1.石英原料的種類(lèi) ???在陶瓷工業(yè)中常用的石英類(lèi)原料有以下幾種：脈石英 屬火成巖。脈石英外觀色純白，半透明，呈油脂光澤，斷口呈貝殼狀；SiO2含量高達(dá)99%，是生產(chǎn)日用細(xì)瓷的良好原料。 2.砂巖 ???砂巖是石英顆粒被膠結(jié)物膠結(jié)而成的一種碎屑沉積巖。砂巖的顏色有白、黃、紅等色，其SiO2含量為90%～95%。 3. 石英巖 ???石英巖是一種變質(zhì)巖。系硅質(zhì)砂巖經(jīng)變質(zhì)作用，石英顆粒再結(jié)晶的巖石。含SiO2>97%，是制造一般陶瓷的良好原料。 4.石英砂 ???石英砂是花崗巖、偉晶巖等風(fēng)化成細(xì)粒后，由水流沖擊沉積而成，其中雜質(zhì)含量較多，用時(shí)須進(jìn)行控制。 二、石英的晶型轉(zhuǎn)化 ???石英在加熱過(guò)程中活發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，同時(shí)伴隨體積變化。其晶型與晶型間的轉(zhuǎn)變溫度如下：高溫型轉(zhuǎn)化的體積變化 ，但轉(zhuǎn)化速度慢，又有液相緩沖，所以危害不很大（如圖3-2-2中橫向轉(zhuǎn)化。低溫型的轉(zhuǎn)化體積變化小，但轉(zhuǎn)化速度快，由是在無(wú)液相出現(xiàn)的條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因而破壞性強(qiáng)，必須注意。 ???實(shí)際上在有礦化劑存在的情況下，礦化劑產(chǎn)生的液相就會(huì)沿著裂縫侵入內(nèi)部，促使半安定方英轉(zhuǎn)化為鱗石英。假如無(wú)礦化劑存在或礦化劑很少時(shí)，就轉(zhuǎn)化為方石英，而顆粒內(nèi)部仍保持部分半安定方石英。普通陶瓷由于燒成溫度打不到使之充分轉(zhuǎn)化所必須的溫度（約1400℃），所以陶瓷燒成后得到少量是半安定性方石英，大多數(shù)石英顆粒仍保持石英的晶形。 ???掌握石英的理論轉(zhuǎn)化與實(shí)際轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)很有實(shí)際意義。如可利用它的加熱膨脹作用，對(duì)石英原料進(jìn)行預(yù)煅燒，便于下一步的粉碎。一般預(yù)煅燒溫度在1000℃左右。此外，在制品燒成和冷卻時(shí)，處于晶型轉(zhuǎn)化的溫度階段，應(yīng)適當(dāng)控制升溫與冷卻速度，以保證制品不開(kāi)裂。 三、石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用 1.加快干燥 ???在燒成前，石英是瘠性原料，可降低泥料的可塑性，減少成型水分，降低干燥收縮并加快干燥。 2.減小坯體變形 ???石英在高溫時(shí)部分溶于液相，提高液相粘度，石英晶型轉(zhuǎn)變的體積膨脹可抵消坯體的部分收縮，從而減小坯體變形。 3.增加機(jī)械強(qiáng)度 ???殘余石英可以與莫來(lái)石一起構(gòu)成坯體骨架，增加機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)，石英也能提高坯體的白度和透光度。 4.提高釉的耐磨與耐化學(xué)侵蝕性 ???在釉料中SiO2是生成玻璃的主要組分，增加釉料中石英含量能提高釉的熔融溫度和粘度，降低釉的熱膨脹系數(shù)，提高釉的耐磨性、硬度和耐學(xué)腐蝕性。長(zhǎng)石是陶瓷原料中最常用的熔劑原料， 用量較大， 是陶瓷三大原料之一。 第三節(jié) 長(zhǎng)石類(lèi)原料 一 、長(zhǎng)石的種類(lèi) ???自然界中的長(zhǎng)石種類(lèi)很多，其中大多數(shù)是以下幾種長(zhǎng)石的混合礦物：鉀長(zhǎng)石 K2O·Al2O2·6SiO2； 鈉長(zhǎng)石 Na2O·Al2O3·6SiO2 ； 鈣長(zhǎng)石CaO·Al2O3·2SiO2 ； 鋇長(zhǎng)石 BaO·Al2O2·2SiO2 ； 陶瓷工業(yè)主要使用正長(zhǎng)石亞族中的正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、透長(zhǎng)石等。生產(chǎn)中所稱(chēng)的鉀長(zhǎng)石，實(shí)際上是以含鉀為主的鉀鈉長(zhǎng)石，而所稱(chēng)的鈉長(zhǎng)石實(shí)際上是以含鈉為主的鉀鈉長(zhǎng)石。 ? 二、長(zhǎng)石的作用 ???長(zhǎng)石在陶瓷原料中是作為熔劑使用的。 1.降低燒成溫度 長(zhǎng)石是坯、釉中堿金屬氧化物(k2O、Na2O)的主要來(lái)源，從而降低陶瓷的燒成溫度。 2 ．提高機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性熔融后的長(zhǎng)石熔體能溶解部分高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒，促進(jìn)莫來(lái)石晶體的形成和長(zhǎng)大，提高瓷體的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。 3 ．提高透光度長(zhǎng)石熔體填充于各顆粒間，促進(jìn)坯體致密化。其液相過(guò)冷成為玻璃相，提高了陶瓷制品的透光度。 ?三、長(zhǎng)石的代用原料 ???天然礦物中優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)石資源并不多，工業(yè)生產(chǎn)中常使用一些長(zhǎng)石的代用品，只要有偉晶花崗巖正長(zhǎng)石。偉晶花崗巖是一種顆粒很粗的巖石，其礦物組成主要是石英和正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石，以及少量的白云母等。一般石英含量為25%~30%，長(zhǎng)石含量為60%~70%，其余雜質(zhì)較少。一般要求Fe2O3含量控制在0.5%以下，K2O、Na2O含量≥8%，CaO含量≥2%，游離石英≥30%，K2O／Na2O≥2% 霞石正長(zhǎng)石的礦物組成中主要為長(zhǎng)石類(lèi)(正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石)及霞石(Na,K)AlSiO4的固溶體。次要礦物為輝石、角閃石等。霞石正長(zhǎng)石巖中Al2O3的含量比正長(zhǎng)石高，且?guī)缀醪缓坞x石英。其熔融后的粘度較高，故用其制用的制品不易變形，熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度也較高。但是含鐵量較高，必須進(jìn)行精選。 第四節(jié) 其他原料 一、碳酸鹽類(lèi)原料 ???這類(lèi)原料在高溫下起熔劑作用，其中最常見(jiàn)的是含氧化鈣和氧化鎂的原料。 ???1．碳酸鈣類(lèi) ???這類(lèi)原料主要有方解石、石灰石、大理石、白堊等。方解石含雜質(zhì)較少，一般為乳白色或無(wú)色。石灰石為方解石微晶或潛晶聚集塊體，無(wú)解理。含雜質(zhì)較多，多呈灰白色、黃色等。大理石是微細(xì)的碳酸鈣晶粒在高溫、高壓下經(jīng)在結(jié)晶而形成的變質(zhì)巖。白堊是海底含石灰石的微生物或貝殼的遺骸沉積而成，含有機(jī)物較多。 ???2.菱鎂礦 ???菱鎂礦的主要成分是MgCO3，常含鐵、鈣、錳等雜質(zhì)，因此多呈白、灰、黃、紅等色。有玻璃光澤，硬度為3.5～4，密度為2.8～2.9g/cm3，分解溫度為730～1000℃,但在陶瓷坯料中CO2完全脫離MgCO3的溫度要到1100℃左右,用菱鎂礦代替部分長(zhǎng)石，可降低坯料的燒成溫度，并減少液相量。此外，MgO還可減弱坯體中由于鐵、鈦等化合物所產(chǎn)生的黃色，提高瓷坯的半透明性和坯體的機(jī)械強(qiáng)度。在釉料中加入MgO，可增寬熔融范圍，改善釉層的彈性和熱穩(wěn)定性. ???3.白云石 ???白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的固溶體。其化學(xué)式為CaCO3·MgCO3 ,常含鐵、錳等雜質(zhì)，一般為灰白色，有玻璃光澤，硬度為3.5～4.0，密度為2.8～2.9g/cm3,分解溫度為730～830℃，首先分解為游離氧化物鎂與碳酸鈣，950℃左右碳酸鈣分解。白云石在坯體中能降低燒成溫度，增加坯體透明度，促進(jìn)石英的熔解及莫來(lái)石的生成。它也是瓷釉的重要原料，可代替方解石，且能提高釉的熱穩(wěn)定性以及在一定程度上防止吸煙。 二、滑石 ???滑石是天然的含水硅酸鎂礦物，其化學(xué)式為3MgO·4SiO2·H2O ,成分中常含有鐵、鋁、錳、鈣等雜質(zhì)。純凈的滑石為白色，含雜質(zhì)的一般為淡綠、淺黃、淺灰、淺褐等色。具有脂肪光澤，富有滑膩感，多呈片狀或塊狀。莫氏硬度為1，密度為2.7～2.8g/cm3.滑石用于制造陶瓷釉料或滑石質(zhì)細(xì)瓷、工業(yè)瓷的坯料。在釉料中加入滑石可改善釉層的彈性、熱穩(wěn)定性，增寬熔融范圍；在坯料中加入少量滑石，可降低燒成溫度，在較低的溫度下形成液相，加速莫來(lái)石晶體的生成，同時(shí)擴(kuò)大燒結(jié)溫度范圍，提高白度、透明度、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。在精陶坯體中用滑石代替長(zhǎng)石，可降低釉的后期龜裂。 三、硅灰石 ???硅灰石是偏硅酸鈣類(lèi)礦物，其化學(xué)式為CaO·SiO2，天然硅灰石常與透輝石、石榴石、 方解石、石英等共存，故其組成中含量Fe2O3 、Al2O3、MgO、MnO及K2O、Na2O等雜質(zhì)。 硅灰石單晶呈斑狀或片狀，集合體呈片狀、纖維狀、塊狀或柱狀等。顏色常呈白色及灰色，具有玻璃光澤。硬度4.5～5，密度2.8～2.9g/cm3,熔點(diǎn)1540℃。 硅灰石在陶瓷生產(chǎn)中常作為低溫快燒配方的主要原料使用。它與粘土配成硅灰石質(zhì)坯料。由于硅灰石本身不含有機(jī)物和結(jié)合水，干燥收縮和燒成收縮很小，其熱膨脹系數(shù)也?。?.7×10-6/℃）,因此適宜于快速燒成。燒成后，瓷坯中的針狀硅灰石晶體交叉排列成網(wǎng)狀，使制品的機(jī)械強(qiáng)度提高，同時(shí)形成含堿土金屬氧化物較多的玻璃相，其吸濕膨脹也小，可用來(lái)制造釉面磚、日用陶瓷、低損耗無(wú)線(xiàn)電陶瓷等。也有用來(lái)生產(chǎn)衛(wèi)生陶瓷、磨具、火花塞等。 四、透輝石和透閃石 ???透輝石是偏硅酸鈣鎂，化學(xué)式為CaMg[Si2O6],它和硅灰石一樣多屬于鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。透輝石常與含鐵的鈣鐵輝石系列礦物共存，故常含有鐵、錳、鉻等成分。晶體呈短柱狀，集合體粒狀、柱狀、放射狀。常呈淺綠或淺灰色，具有玻璃光澤，硬度6～7，密度3.8g/cm3 。 ???透輝石在陶瓷中應(yīng)用與硅灰石類(lèi)似，既可作為助熔劑使用，也可作為主要原料。適合于低溫快速燒成。由于透輝石中的Mg2+離子可與Fe2+離子進(jìn)行離子交換，天然產(chǎn)出的透輝石都含有一定量的鐵，所以在生產(chǎn)白色陶瓷制品時(shí)，必須進(jìn)行挑選。 ???透閃石為含水的鈣鎂硅酸鹽，其化學(xué)式為Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 ,此外還有FeO和少量的鈉、鉀、鎂等的氧化物，F(xiàn)eO的含量最高可達(dá)3% ，其中OH-也可由F-、Cl-等置換。其集合體常呈柱狀、放射狀或纖維狀。有時(shí)形成致密隱晶粒塊狀體，稱(chēng)之為軟玉。透閃石色白或灰，硬度5～6，密度在3g/cm3左右。透閃石作為鈣鎂硅酸鹽在陶瓷中的應(yīng)用與硅灰石、透輝石相似，常作為釉面磚的主要原料使用。但因其含有少量結(jié)構(gòu)水，且結(jié)構(gòu)水的排出溫度較高(1050℃左右)，故不適于一次低溫快燒工藝。 第三章 配料及計(jì)算 各種陶瓷產(chǎn)品對(duì)坯料和釉料的性能有不同的要求，各地可供選用的原料也各異，在生產(chǎn)過(guò)程中原料的成分、性能也會(huì)發(fā)生變化，因此，配料方案的確定和計(jì)算是陶瓷生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。通常是根據(jù)配方計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品最佳的配方。 第一節(jié) 配料的依據(jù) ?? 單獨(dú)一種原料，一般很難直接用來(lái)制造陶瓷，更難以滿(mǎn)足產(chǎn)品的特定要求。通常都是采用多種原料互相配合，才能制造出符合特定要求的陶瓷產(chǎn)品。在擬定原料配方時(shí)，應(yīng)遵循以下各項(xiàng)原則。 ?一、坯料和釉料的組成應(yīng)滿(mǎn)足產(chǎn)品的物理-化學(xué)性質(zhì)和使用要求 ???如釉面磚要求有一定的吸水率，才能牢固地粘貼在墻面上；在使用環(huán)境下反復(fù)升降溫不致開(kāi)裂、剝落，壽命長(zhǎng)；釉面光滑平整，顏色均一，尺寸規(guī)格一致，不僅能使建筑物整體美觀，而且便于施工。地磚要求吸水率較小，但應(yīng)耐磨、耐酸堿腐蝕和防滑等。日用瓷要求有一定的白度和透明度，并對(duì)釉面鉛的溶出量有嚴(yán)格限制。炊具用的耐燒陶瓷，直接經(jīng)受熱源加熱，蒸煮食物，故要求有較好的抗熱震性能和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。電瓷要求有較高的機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性能等。對(duì)某一具體品種，都還有專(zhuān)門(mén)的要求，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，一般都列出了詳細(xì)的產(chǎn)品性能指標(biāo)。擬定配方時(shí)，必須注意滿(mǎn)足這些具體要求。 ?二、擬定配方時(shí)應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝及設(shè)備條件 ???一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于坯料總是希望成型性能好，坯體強(qiáng)度高，有較寬的燒成溫度范圍。燒成 溫度、氣氛應(yīng)與窯爐的性能相適應(yīng)。若釉、坯化學(xué)性質(zhì)相差過(guò)大，燒成易出現(xiàn)坯體吸釉，造成干釉現(xiàn)象。釉的熔融溫度應(yīng)和坯體燒結(jié)溫度相近。釉的熱膨脹系數(shù)應(yīng)比坯體稍小，使冷卻時(shí)釉層受到不大的壓應(yīng)力，利于增加產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，防止變形。 當(dāng)采用低溫快速燒成工藝時(shí)，配料應(yīng)選用燒成收縮小，燒減小的原料，減少粘土用量，降低坯料中游離石英總量，增加熔劑成分等。 ?三、擬定配方時(shí)應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性 ???我國(guó)地域遼闊，陶瓷原料儲(chǔ)量豐富，幾乎各地都有適合生產(chǎn)陶瓷的原料，若舍近求遠(yuǎn)， 不僅運(yùn)費(fèi)增加，而且投產(chǎn)后也會(huì)帶來(lái)困難，因此選用原料盡量作到就地取材，綜合利用。近年來(lái)一些建筑陶瓷企業(yè)就地利用磷礦渣、高爐礦渣等廢棄物試制面磚成功，不僅經(jīng)濟(jì)效益提高，而且減輕環(huán)境污染，帶來(lái)很好的社會(huì)效益。 ?四、借鑒成熟配方 ???調(diào)查了解有關(guān)廠家正在使用的或研究單位研制的某種產(chǎn)品的成熟配方，可以縮短試過(guò) 程,減少人力物力的浪費(fèi),但在應(yīng)用外單位的成功配方時(shí),應(yīng)注意具體情況的差異,特別是各地出產(chǎn)的同種原料,性能和成分也可能有很大不同,例如不同礦區(qū)出產(chǎn)的粘土,鋁含量波動(dòng)范圍就很大(可達(dá)13%~40%),因此,不可機(jī)械地搬用,一定要慎重分析,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,或在成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)創(chuàng)新,最后應(yīng)以試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果為鑒定的依據(jù)。 ?五、弄清各原料在陶瓷材料中的作用 ???弄清各種原料在陶瓷 材料中的作用及材料性能的影響，是進(jìn)行配方試驗(yàn)的基礎(chǔ)。陶瓷坯、釉配方中包含的各種原料，在生產(chǎn)過(guò)程中或在材料結(jié)構(gòu)中有著不同的作用，了解這些規(guī)律，可使配方試驗(yàn)避免盲目性。 第二節(jié) 坯 釉料表示方法 ???坯、釉料組成的表示方法有多種，各種文獻(xiàn)上并不統(tǒng)一，了解常見(jiàn)表示方法及其含義，是分析和計(jì)算坯、釉料配方的基礎(chǔ)。 ?一、實(shí)際配料比表示 ???這是生產(chǎn)中最常見(jiàn)的表示方法，即是直接列出所用的各種原料的質(zhì)量百分比。如某廠 釉面磚坯體的配方為：磷礦渣50%、蠟石35%、紫木節(jié)土15%。又如衛(wèi)生瓷乳濁釉的配方為：長(zhǎng)石33.2%、石英20.4%、蘇州高嶺土3.9%、廣州鋯英石13.4%、氧化鋅4.7%、煅燒滑石9.4%、石灰石905%、堿石5.5%。這種表示方法的優(yōu)點(diǎn)是便于直接進(jìn)行配料。缺點(diǎn)是由于各廠原料成分不同，因而缺乏可比性，不能直接引用，而且若原料成分變化，則配方也必須作相應(yīng)調(diào)整。 ?二、礦物組成（又稱(chēng)示性組成）表示 ???把生產(chǎn)所用的各種天然原料中的同類(lèi)礦物含量合并在一起，換算成粘土、長(zhǎng)石、石英三種純礦物的質(zhì)量百分比表示。這是一種理論配方，由于同類(lèi)型礦物在坯料中所起的主要作用基本相同，而粘土、長(zhǎng)石、石英三種礦物在成型、干燥、燒成中所起作用是各不相同的。故礦物組成可以大致反映坯料的性質(zhì)。如一般硬質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)40%~60%，長(zhǎng)石20%~30%，石英20%~30%。一般軟質(zhì)瓷含純粘土物質(zhì)20%~40%，長(zhǎng)石30%~60%、石英20%~40%等。 ?三、化學(xué)組成表示 ???對(duì)坯料或釉料進(jìn)行化學(xué)全分析，并以分析結(jié)果表示坯料或釉料的化學(xué)組成。一般化學(xué)組成項(xiàng)目有SiO2、Al2O、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼燒減量等，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。再結(jié)合原料的化學(xué)組成進(jìn)行配方計(jì)算。 根據(jù)化學(xué)組成可以看出對(duì)坯、釉性質(zhì)起主要作用的氧化物含量，能降低燒成溫度的熔劑含量，雜質(zhì)的含量以及燒成時(shí)分解排出的氣體量，從而初步判斷坯、釉的一些基本性質(zhì)，但氧化物與性能之間的關(guān)系復(fù)雜，故化學(xué)組成表示方法也有局限性。 ?四、實(shí)驗(yàn)公式（塞格爾式）表示 ???根據(jù)坯或釉化學(xué)組成中氧化物含量的百分?jǐn)?shù)，除以各氧化物的摩爾質(zhì)量，得到各組分的摩爾數(shù)，將摩爾數(shù)冠于各氧化物分子式前，再按堿性氧化物（R2O+RO）·中性氧化物（R2O3）·酸性氧化物（R2O）的順序排列起來(lái)，并把其中一種的系數(shù)調(diào)整為1，即得實(shí)驗(yàn)式（坯式或釉式）。 為便于進(jìn)行比較，對(duì)于坯式是將中性氧化物（R2O3）摩爾數(shù)調(diào)整為1；對(duì)于釉式則是將堿性氧化物（R2O=RO）的摩爾數(shù)綜合調(diào)整為1。這在中國(guó)和英國(guó)、美國(guó)文獻(xiàn)上是如此，而在有些國(guó)家則不分坯釉，均將堿性氧化物的系數(shù)總和調(diào)整為1。顯示前者便于區(qū)別，后者便于比較坯、釉的結(jié)合性。 一種釉面磚的坯式為： 若欲將其堿性氧化物摩爾數(shù)總和調(diào)整為1，只須將4種堿性氧化物系數(shù)相加： 0.036+0.027+0.080+0.286=0.411 用其和除各氧化物系數(shù)即得： 式中Al2O3和SiO2的系數(shù)很大，據(jù)此可以判斷上式為坯式。釉式中Al2O3和SiO2的系數(shù)都很小。如： 硬瓷的坯式為：1(R2O+RO)·(3~5)Al2O3·(15~21)SiO2 硬瓷的釉式為：1(R2O+RO)·(0.5~1.2)Al2O3·(10~23)SiO2 軟瓷的坯式為：1(R2O+RO)·(1.8~3.0)Al2O3·(10~230SiO2 軟瓷的釉式為：1(R2O+RO)·(0.1~0.4)Al2O3·(2.0~4.0)SiO2·(0.0~0.5)B2O3 本書(shū)后述中凡未加說(shuō)明的坯式，其中性氧化物系數(shù)和均取1。 借助實(shí)驗(yàn)式，通過(guò)計(jì)算酸性系數(shù)（C·A）可大致判斷材料的物理性能。酸性系數(shù)以下式計(jì)算： C·A=（3-3-1） 硬瓷釉的酸性系數(shù)為1.8~2.5，軟瓷釉為1.4~1.6，可見(jiàn)隨著酸性系數(shù)的增加，軟瓷釉逐漸向硬瓷釉轉(zhuǎn)變。酸性系數(shù)增大，坯體系數(shù)增大，坯體的脆性增加強(qiáng)度降低，高溫易變形，燒成溫度也降低 第三節(jié) 坯料配方計(jì)算 一、坯式的計(jì)算? 已知坯料化學(xué)組成計(jì)算坯式計(jì)算步驟如下： （1）用個(gè)氧化物的相對(duì)分子質(zhì)量去除該氧化物的百分含量，得各氧化物的摩爾數(shù)。 （2）以中性氧化物R2O3的摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，另其和為1，計(jì)算各氧化物的相對(duì)摩爾數(shù)，并作為相應(yīng)氧化物的系數(shù)。 （3）按照堿性氧化物、中性氧化物、酸性氧化物的順序排列出坯式。 例1已知坯料的化學(xué)全分析如下表（%質(zhì)量），試計(jì)算其坯式。 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 灼減 合計(jì) 67.08 21.12 0.23 0.43 0.35 0.16 5.92 1.35 2.44 99.08 解： （1）計(jì)算各氧化物的摩爾數(shù) SiO267.8÷60.06=1.1169 Al2O321.12÷101.94=0.2072 Fe2O3 0.23÷159.68=0.0014 TiO20.43÷80.1=0.0054 CaO0.35÷56.08=0.0062 MgO0.16÷40.32=0.0040 K2O5.92÷94.19=0.0629 NaO1.35÷61.99=0.0218 (2)以中性氧化物摩爾數(shù)總和為基準(zhǔn)，令其為1，計(jì)算相對(duì)摩爾數(shù) 中性氧化物Al2O3+Fe2O3摩爾數(shù)總和為： 0.2072+0.0014=0.2086 以此數(shù)除各氧化物的摩爾數(shù)，得： SiO21.1169÷0.2086=5.354 Al2O30.2072÷0.2086=0.9933 Fe2O3 0.0015÷0.2086=0.0072 TiO20.0054÷0.2086=0.0259 CaO0.0062÷0.2086=0.0297 MgO0.0040÷0.2087=0.0192 K2O0.0629÷0.2087=0.3015 NaO0.0218÷0.2087=0.1045 （3）按堿性、中性、酸性氧化物的順序排列出坯式 若化學(xué)組成中未包含灼減，則仍照上述程序計(jì)算，所得坯式的結(jié)果不變，即灼減對(duì)實(shí)驗(yàn)式?jīng)]有影響。 已知坯式，求化學(xué)組成（質(zhì)量%）計(jì)算步驟如下： 將坯式中各氧化物的摩爾數(shù)，乘以相應(yīng)氧化物的相對(duì)分子質(zhì)量，得出各氧化物質(zhì)量克數(shù)。 由坯式中各氧化物質(zhì)量總和為基準(zhǔn)，求出各氧化物的不含灼減的化學(xué)組成（質(zhì)量%）。 若已知灼減，則可化為包含灼減的化學(xué)組成。 求下列坯式的化學(xué)組成。 解：（1）求坯式中各氧化物的質(zhì)量 SiO2 = 4.230×60.1=254.22 Al2O3=0.9795 ×101.9=99.81 Fe2O3 = 0.0205× 159.7=3.27 CaO=0.0823×56.1=4.62 MgO=0.0317×40.3=1.28 K2O=0.0875×9402=8.24 Na2o=0.1224×62.0=7.59 （2）根據(jù)以上各氧化物質(zhì)量總和379.03，計(jì)算各氧化物質(zhì)量百分比（不含灼減）： SiO2 = 254.22×100÷379.03=67.08% Al2O3=99.81 ×100÷379.03=26.33% Fe2O3 = 3.27×100÷ 379.03=0.86% CaO=4.62×100÷379.03=1.22% MgO=1.28×100÷379.03=0.34% K2O=8.24×100÷379.03=2.17% Na2o=7.59×100÷379.03=2.00% （3）若已知該坯料的灼減為5054%，則包含灼減的化學(xué)組成，可將以上各氧化物乘以系數(shù)（100-5054）/100=0.9446并列表如下（%質(zhì)量）： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2o 灼減 ∑ 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100.00 ? 二、示性礦物組成計(jì)算 ? ???示性礦物組成是反映陶瓷原料或坯體性能的重要數(shù)據(jù)。用電子顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀等一起分析方法可得到準(zhǔn)確可靠的結(jié)果，但在只有化學(xué)組成的情況下，也可粗略計(jì)算出材料的主要礦物組成。計(jì)算方法是首先根據(jù)原料的具體情況初步判定所含的主要礦物，如一般粘土原料所含主要礦物是高嶺土、長(zhǎng)石、石英，然后根據(jù)礦物的理論組成，把原料的化學(xué)組成換算為不同礦物的大致含量。具體步驟如下： 1.若化學(xué)組成中含有一定數(shù)量的K2O、Na2O、CaO，則可認(rèn)為是由長(zhǎng)石類(lèi)礦物引入的。若其中Na2O比K2O含量是好的多，可認(rèn)為Na2O是雜質(zhì)而把兩者的合量KNaO計(jì)算為鉀長(zhǎng)石 2.化學(xué)組成中Al2O3的總量減去長(zhǎng)石帶入的Al2O3，剩余的可認(rèn)為是由高嶺土引入的，但若化學(xué)組成中扣除鉀長(zhǎng)石量后Al2O3量不足時(shí)，多余的Al2O可認(rèn)為是有水鋁石Al2O3·H2O引入的。 3．根據(jù)灼燒減量判斷，若原料中有酸根存在，則MgO可認(rèn)為是由菱鎂礦MgCO3引入， CaO可認(rèn)為是由石灰石CaCO3引入的。但若不存在碳酸根，則認(rèn)為灼減量是水，此時(shí)MgO可認(rèn)為由滑石3MgO·4SO2·H2O或蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O引入。 4．若灼燒減量主要是結(jié)晶水，且在扣除高嶺土及滑石等礦物中的結(jié)晶水后還有一定數(shù)量，可認(rèn)為化學(xué)組成中Fe2O3是由褐鐵礦Fe2O3·3H2O引入；若灼燒減量已扣完，則Fe2O3可作赤鐵礦計(jì)算。 5．TiO2一般可認(rèn)為由金紅石提供。 6．除去以上各種礦物中所含的SiO2量后，剩余的SiO2可作為游離石英。 例3某粘土的化學(xué)全分析如下表（%質(zhì)量）： SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼減 59.25 29.70 0.16 0.28 微量 0.48 0.05 10.08 試計(jì)算其礦物組成。 解： 由于化學(xué)組成中CaO含量少，灼減全部作結(jié)晶水計(jì)算；Na2O含量很少，與K2O合并計(jì)算。 求各氧化物的摩爾數(shù)，并列表計(jì)算： SiO259.25/60.06=0.987CaO0.28/56.08=0.005 Al2O329.70/101.94=0.291KNaO(0.48+0.05)/94.19=0.006 Fe2O30.16/159.68=0.001H2O10.08/18=0.56 (2)計(jì)算礦物組成見(jiàn)表3-3-1，計(jì)算過(guò)程是首先列出各氧化物及其摩爾數(shù)，由于物中含有氧化鉀，可認(rèn)為是鉀長(zhǎng)石引入的。鉀長(zhǎng)石的理論公式是K2O·Al2O3·6SiO2即1mol鉀長(zhǎng)石引入1 molK2O+1molAl2O3+6molSiO2,則表中0.006K2O必對(duì)應(yīng)0.006mol鉀長(zhǎng)石，并隨0.006mol鉀長(zhǎng)石引入0.006molAl2O3和6×0.006=0.036mol的SiO2。將以上結(jié)果填入第3行。接著計(jì)算各氧化物剩余量，列入第4行。剩余量中0.005molCaO可認(rèn)為是鈣長(zhǎng)石引入的（因預(yù)先判定粘土中基本沒(méi)有碳酸根，認(rèn)為灼減是結(jié)晶水量）。鈣長(zhǎng)石的理論公式是CaO·Al2O3·2SiO2，即1mol鈣長(zhǎng)石帶入1molCaO+1molAl2O3+2molSiO2，則表中0.005molCaO必對(duì)應(yīng)0.0