无机材料工艺学培训课件(ppt 72页)
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无机精细化工工艺学课件
❖ 第二阶段（1994年前），如何利用纳米材料已挖掘 出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合 材料。
❖ 第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组 装合成的纳米结构的材料体系。
20
纳米材料的特性
❖1、基本物理效应
（1）小尺寸效应 当超微粒子尺寸与传导电子德布罗意波长（
λ=h/p=h/mv)相当或更小时，周期性的边界
条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附 近原子密度减小，导致性质与普通粒子不 同（光吸收、磁性、内压、热阻、化学活性、催化活性、 熔点）。
21
（2）界面与表面效应
纳米粒子由于尺寸小，表面积大，导致位于 表面的原子占有极大的比例，表面原子的 活性使纳米粒子具有明显的表面效应。
比表面积：F =3/r 1/r, 若r=1m, 则F > 104cm-1（1 m2） , 若r=5nm， F > 600 m2
❖ 运用生物纳米技术开发芯片－运用生物可以自建有 结构的 “自建结构”能力，利用蛋白质和DNA等材料 制作电路。研制运算速度高中央处理器，耗电量低 的记忆元件，开发计算机芯片，长时间无需充电的 笔记本电脑。
16
（4）纳米微机械和机器人。
生物发动机（分子马达） －利用人体内的自然能源（三磷酸腺苷酸）作动
3
纳米科技的发展
❖ 20世纪60年代R.P.Feynman：若从原子和分子水平上控 制物质，将会出现新的作用力和新的效应。
❖ 日本上田良二提出“超微粒子结构”的新概念。 ❖ 70年代C.Hayash研究了纳米粉体的性质、生产方法及应
用，诞生了“纳米技术”。 ❖ 80年代先后制造了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从
❖ 单分散体系－分散相以大小、形貌均一致的状态被 分散在分散介质中即形成了单分散体系。
❖ 第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组 装合成的纳米结构的材料体系。
20
纳米材料的特性
❖1、基本物理效应
（1）小尺寸效应 当超微粒子尺寸与传导电子德布罗意波长（
λ=h/p=h/mv)相当或更小时，周期性的边界
条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附 近原子密度减小，导致性质与普通粒子不 同（光吸收、磁性、内压、热阻、化学活性、催化活性、 熔点）。
21
（2）界面与表面效应
纳米粒子由于尺寸小，表面积大，导致位于 表面的原子占有极大的比例，表面原子的 活性使纳米粒子具有明显的表面效应。
比表面积：F =3/r 1/r, 若r=1m, 则F > 104cm-1（1 m2） , 若r=5nm， F > 600 m2
❖ 运用生物纳米技术开发芯片－运用生物可以自建有 结构的 “自建结构”能力，利用蛋白质和DNA等材料 制作电路。研制运算速度高中央处理器，耗电量低 的记忆元件，开发计算机芯片，长时间无需充电的 笔记本电脑。
16
（4）纳米微机械和机器人。
生物发动机（分子马达） －利用人体内的自然能源（三磷酸腺苷酸）作动
3
纳米科技的发展
❖ 20世纪60年代R.P.Feynman：若从原子和分子水平上控 制物质，将会出现新的作用力和新的效应。
❖ 日本上田良二提出“超微粒子结构”的新概念。 ❖ 70年代C.Hayash研究了纳米粉体的性质、生产方法及应
用，诞生了“纳米技术”。 ❖ 80年代先后制造了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从
❖ 单分散体系－分散相以大小、形貌均一致的状态被 分散在分散介质中即形成了单分散体系。
无机材料工艺学
46.54% ， H2O
系：单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状
或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收
第二节 粘土类原料
2.3 ——粘土的组成
矿物组成——多水高岭石（埃洛石）
特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在Ｃ轴方向厚度加 大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微弱的分子 键相连，层间有一定的自由活动能力，水分子易进入层间形成 层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可塑性 ；又因层间 单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑 性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。
特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩 大。
2KAlSi3O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+SiO2+K2CO3
高岭石
Al2Si2O5(OH)4=Al2O3· 2 O+SiO2· 2O nH nH
水铝石 蛋白石
CaAl2Si2O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+CaCO3
您
第二节 粘土类原料
2.3 ——粘土的组成
矿物组成——高岭石类
晶体结构式：Al4 ［Si4O10]（OH） 8 ，1:1型层状结构硅酸盐，
Si－O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 Ｋ+或Na+取代。
第二节 粘土类原料
• 粘土（Clay ） • 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原 料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、 水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离 不开粘土原料。 细陶瓷占40－60％，陶器， 炻器还要多。 粘土是一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块 状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 较高耐火度，良好吸水性，膨胀性和吸附性。
无机非金属材料工艺原理配合料的制备与加工PPT学习教案
定义：成型就是将制备好的坯料，用 各种不 同的方 法 制成具有一定形状和尺寸的坯件(生坯 )。
成型工序应的要求： ❖ 坯件应符合产品所要求的生坯形状和 尺寸。 ❖ 坯体应具行相当的机械强度，以便于 后续工 序的操 体。 ❖ 坯体结构均匀，且有一定的致密度。 ❖ 成型过程适合于多。快、好、省地组 织生产 。
目的：为了满足制品形状或下一工序 要求， 制备好 的混合 料需要成型。
对水泥生产而言，立窑、立波尔窑的入窑生料，
❖
混凝土的使用需要成型； ❖ 陶瓷生产中坯料需成要型； ❖ 在玻璃生产中，玻璃制品需要成型。
第39页/共135页
粒化（成球）
定义：泛指将粉体(或浆液)加工成型 状和尺 寸都比 较匀整 的球块的机械过程。
粉体粒化的目的：
❖ 能保持混合物的均匀度在贮存、输送与包装时不发生变化； ❖ 有利于改善物理化学反应的过程； ❖ 可以提高物料流动性，便于输送与贮存； ❖ 大大减少粉尘飞扬； ❖ 扩大微粉状原料的适用范围； ❖ 便于计量以及满足商业上要求等。
第40页/共135页
造粒方法及分类
第41页/共135页
第42页/共135页
➢ 另一类结合剂在常温下可提高坯料的 塑性， 高温下 仍 留在坯体中，这类称为粘结剂，多 数为无 机物质 ，如 硅酸盐和硫酸盐等。
塑化剂在特陶坯料生产中起着提高坯 料塑性 和生坯 强度 的作用。生产中使用的塑化剂由粘合 剂、增 塑剂和 溶剂 以适当比例调配而成。
第36页/共135页
（3） 润滑剂
用于提高粉料的湿润性， 减少粉料颗粒之间及粉料与 模壁之间的摩擦，以增大压 制坯体的密度，促进其均匀 化。通常采用含极性官能团 的有机物作润滑剂。
（6）干法磨机通风
磨内通风可冷却磨内物料，改善易磨 性。
成型工序应的要求： ❖ 坯件应符合产品所要求的生坯形状和 尺寸。 ❖ 坯体应具行相当的机械强度，以便于 后续工 序的操 体。 ❖ 坯体结构均匀，且有一定的致密度。 ❖ 成型过程适合于多。快、好、省地组 织生产 。
目的：为了满足制品形状或下一工序 要求， 制备好 的混合 料需要成型。
对水泥生产而言，立窑、立波尔窑的入窑生料，
❖
混凝土的使用需要成型； ❖ 陶瓷生产中坯料需成要型； ❖ 在玻璃生产中，玻璃制品需要成型。
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粒化（成球）
定义：泛指将粉体(或浆液)加工成型 状和尺 寸都比 较匀整 的球块的机械过程。
粉体粒化的目的：
❖ 能保持混合物的均匀度在贮存、输送与包装时不发生变化； ❖ 有利于改善物理化学反应的过程； ❖ 可以提高物料流动性，便于输送与贮存； ❖ 大大减少粉尘飞扬； ❖ 扩大微粉状原料的适用范围； ❖ 便于计量以及满足商业上要求等。
第40页/共135页
造粒方法及分类
第41页/共135页
第42页/共135页
➢ 另一类结合剂在常温下可提高坯料的 塑性， 高温下 仍 留在坯体中，这类称为粘结剂，多 数为无 机物质 ，如 硅酸盐和硫酸盐等。
塑化剂在特陶坯料生产中起着提高坯 料塑性 和生坯 强度 的作用。生产中使用的塑化剂由粘合 剂、增 塑剂和 溶剂 以适当比例调配而成。
第36页/共135页
（3） 润滑剂
用于提高粉料的湿润性， 减少粉料颗粒之间及粉料与 模壁之间的摩擦，以增大压 制坯体的密度，促进其均匀 化。通常采用含极性官能团 的有机物作润滑剂。
（6）干法磨机通风
磨内通风可冷却磨内物料，改善易磨 性。
无机材料工艺学第2章 无机材料组成(8学时)PPT课件
1850
不一致熔融
1150（分解）
一致熔融
1686
一致熔融
1800
尚未确定
尚未确定
K2O－Al2O3－SiO2系统三元无变量点与对应副三角形
K2O－Al2O3－SiO2系统中三元无变量点的性质
图上标号
相平衡关系
M
L S（鳞石英）＋KAS6＋A3S2
F
L S（石英）＋KS4＋KAS6
G
L KS4＋KS2＋KAS6
2.09
1.34
~
~
2.18
1.39
0.91
0.65
~
~
2.79
1.89
0.96 ~
0.98
2.25 ~
3.40
5.0 ~ 5.5
3.51
0.67
~
~
3.60
2.0
2.34
1.52
~
~
2.58
1.68
1.80
0.85
~
~
2.05
1.80
2.01
0.81
1.77
0.65
1.75
0.29
~
~
~
~
~
~
3.26
0.91
1.97
0.87
2.29
0.48
灼减量
7.0 ~ 7.5
6.3 ~ 7.5
7.0 ~ 7.8
6.8 ~ 7.0
6.8 ~ 7.1
6.6 ~ 7.8
6.6 ~ 7.8
6.2 ~ 6.8
4.7 ~ 5.3
（2） 实验式表示（坯、釉式） 根据坯（釉）料化学组成，将各氧化物质量百分数除
无机材料工艺学培训课件
一、粘土的概念与分类
（二）成因：
物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等
自然风化
化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用
例如：
K2O·Al2O3·SiO2+ CO2+ H2O
钾长石
Al2O3·2SiO2·2H2O+ K2CO3+ 4SiO2
高岭土
● 风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化
*
23
——陶瓷工艺原理
三、粘土的工艺性质
1.可塑性
塑限：粘土由干粉状态变为 塑性状态时的最低含水率。
可塑性
塑性泥料区
塑限
干粉区
液限：粘土由塑性状态变为 无塑性的泥浆状态时的含水 率。
可塑性指数：液限—塑限
可塑性指标：系指在一定的
最佳塑性范围
工作水分下，粘土泥团受外力作用时，
最初出现裂纹时的应力与应变的乘积。
。*
12
——陶瓷工艺原理
粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面 体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离 子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘
土矿物，如下图所示的结构模型图。
硅氧四面体层
铝氧八面体层
*
层状结构粘土矿物晶体结构模型图
●瓷石的形成过程示意图：
石英
部分绢云母化 长石
完全绢云母化
石英
长石
石英
部分高岭石化
高岭石
石英
◆ 瓷石可单独制瓷。烧成时，绢云母兼有高岭土和长石之作用。
*
18
——陶瓷工艺原理
● 粘土的加热变化
各种粘土的差热曲线
无机材料工艺学课件(PPT 92页)
45
六大品种水泥
1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏，掺量为：0-5%
2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：615%
3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为： 20-70%
4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：2040%
5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材 料掺量为：20-50%
19
1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
25
“波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿 越泰晤士河河底的隧道。尔后，它在世界各地迅速推广开 来，法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。 现在，水泥已成为现代人类生活中不可缺少的物资了。
26
中国最早的水泥厂是外资企业澳门的青洲英坭厂，建 于1886年。唐山细绵土厂（后改组为启新洋灰公司，现为 启新水泥厂）是中国最早的民族水泥企业，创建于1889年， 比澳门的青洲英坭厂晚了3年，是中国人开办的第一个水 泥厂。
料、生态材料
5
2、材料分类： ① 金属材料； ② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材料；
⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火材料； ③ 高分子材料； ④ 复合材料；
6
3、材料工艺
定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
34
国外性能各异的特种水泥 2.变色水泥
六大品种水泥
1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏，掺量为：0-5%
2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：615%
3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为： 20-70%
4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：2040%
5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材 料掺量为：20-50%
19
1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
25
“波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿 越泰晤士河河底的隧道。尔后，它在世界各地迅速推广开 来，法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。 现在，水泥已成为现代人类生活中不可缺少的物资了。
26
中国最早的水泥厂是外资企业澳门的青洲英坭厂，建 于1886年。唐山细绵土厂（后改组为启新洋灰公司，现为 启新水泥厂）是中国最早的民族水泥企业，创建于1889年， 比澳门的青洲英坭厂晚了3年，是中国人开办的第一个水 泥厂。
料、生态材料
5
2、材料分类： ① 金属材料； ② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材料；
⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火材料； ③ 高分子材料； ④ 复合材料；
6
3、材料工艺
定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
34
国外性能各异的特种水泥 2.变色水泥
无机化工工艺学 ppt课件
化工工艺学--学习要求
❖ 学习要求：了解上述有代表性的大化工过程 的生产原理、热力学与动力学特征、催化剂 特性、主要设备的结构和特点，掌握其工业 生产方法、工业原理、工艺流程。使学生对 基本化学工业典型过程有深入的了解。
❖ 笔记；作业； ❖ 学习流程示意图（看看）
化工工艺学学习 示意图
第一篇合成氨 目录
无机化工—特点
➢在化学工业中是发展较早的部门，为单元操
作的形成和发展奠定了基础，
➢主要产品多为用途广泛的基本化工原料。 ➢与其他化工产品比较，无机化工产品的产量
较大。
化工生产基本原料简介
❖ 石油、煤、天然气 、农林副产品，各种矿物质 。
❖ 世界能源消耗量： 石油40%、煤27%、天然气23%、核能7%、水 3%。 ❖ 2004年世界石油产量前五位：俄罗斯、沙特、 美国、伊朗、中国。中国石油产量1.75亿吨， 探明储量25亿吨，探明天然气储量1.51亿吨。 ❖ 2004年中国煤炭产量19.8亿吨,居世界第一位。
第一章: 绪论 第二章:固体燃料气化 第三章:一氧化碳变换 第四章:原料气的最终净化 第七章:氨的合成 第八章: 合成氨生产综述
12
第一章 绪 论
一、氨的性质
（一）、物理性质
➢ 标准状态下是无色气体，具有特殊的刺激性臭味。 20℃下将氨气加压0.8MPa时，液化为无色的液体。
三、美国化学工业分类 按美国标准工业分类法
(SIC)
★28 化学品及有关产品
❖ 281 工业无机化学品 ❖ 282 塑料和树脂,合成橡胶,合成纤维和人造纤维 ❖ 283 药品 ❖ 284 肥皂,洗涤剂,清净剂,香料,化妆品及卫生剂 ❖ 285 涂料,清漆,喷漆,瓷漆及有关制品 ❖ 286 工业有机化学品 ❖ 287 农用化学品 ❖ 289 其它化学品
无机材料工艺原理05成型PPT课件
LPIM制备的ZrO2陶瓷部件 LPIM制备的Al2O3陶瓷部件
第53页/共208页
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷喷嘴
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷齿轮
第54页/共208页
可塑成型方法——注塑成形
第24页/共208页
滚压成型特点
•
坯体的组织结构均匀：成型时受力变化比较缓和
坯体致密度和强度高：滚头与坯泥的接触面积较大，压力也较大，受压时间较长；
•
成型质量好：靠滚头与坯体相滚动而使坯体表面光滑，坯体强度大，不易变形，表面品质好，规整度一
第28页/共208页
可塑成型方法——挤压成形
挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定 形，达到制品所要求的形状。
通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。陶管、劈离砖、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中 孔一致的产品，均可采用挤压成型。
坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。挤压成型便于与前后 工序联动，可实现自动化生产。
低，一模一坯)
高，一模多坯)
多坯)
成型力 机械挤碾力(成型力小)
液压冲击力(成型力 液压冲击力(如何提高
大)
模具的耐压强度)
坯体形状 圆形
广口或扁平状
广口或扁平状
第37页/共208页
陶瓷精密注射成型
(Ceramic injection molding)
起源于塑料工业，在20世纪30、40年 代首先在欧美国家应用到陶瓷领域，在60 年代，日本人采用注射成型工艺制备出氧 化锆陶瓷，从此，它成为了一种制备各种 高温工程陶瓷，特别是复杂形状陶瓷材料 的有效方法。
思考：影响可塑性的因素主要有哪些？
第53页/共208页
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷喷嘴
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷齿轮
第54页/共208页
可塑成型方法——注塑成形
第24页/共208页
滚压成型特点
•
坯体的组织结构均匀：成型时受力变化比较缓和
坯体致密度和强度高：滚头与坯泥的接触面积较大，压力也较大，受压时间较长；
•
成型质量好：靠滚头与坯体相滚动而使坯体表面光滑，坯体强度大，不易变形，表面品质好，规整度一
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可塑成型方法——挤压成形
挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定 形，达到制品所要求的形状。
通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。陶管、劈离砖、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中 孔一致的产品，均可采用挤压成型。
坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。挤压成型便于与前后 工序联动，可实现自动化生产。
低，一模一坯)
高，一模多坯)
多坯)
成型力 机械挤碾力(成型力小)
液压冲击力(成型力 液压冲击力(如何提高
大)
模具的耐压强度)
坯体形状 圆形
广口或扁平状
广口或扁平状
第37页/共208页
陶瓷精密注射成型
(Ceramic injection molding)
起源于塑料工业，在20世纪30、40年 代首先在欧美国家应用到陶瓷领域，在60 年代，日本人采用注射成型工艺制备出氧 化锆陶瓷，从此，它成为了一种制备各种 高温工程陶瓷，特别是复杂形状陶瓷材料 的有效方法。
思考：影响可塑性的因素主要有哪些？
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最佳塑性范围
中等塑性粘土：指数7~15 或 指标2.5~3.6
弱塑性粘土：指数1~7 或 指标＜2.5
瘠性原料：可塑性指数＜1.
泥 浆 区
液 含水率 限
三、粘土的工艺性质
1.可塑性 ● 影响可塑性大小的因素
1. 矿物组成； 2. 颗粒组成（细度）及颗粒形状； 3. 阳离子交换容量； 4. 分散介质的含量及种类（润湿能力及
为膨润土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质 污染时呈现其它颜色。
c. 伊利石类 (Illite) 伊利石是白云母经强烈的化学风化作用转变为蒙脱石或高岭石过程中
的中间产物，故其化学组成介于白云母与高岭石或蒙脱石之间。与白云母 比较，伊利石多H2O而少K2O。与高岭石比较，伊利石含K2O较多而含H2O较少。
质量达标（并非越纯越好）； 储量要大（原料来源稳定）； 价格合理； 性能稳定（对原料的最基本要求）； 运输方便。
◆ 原料选择原则：
● 原料的组成应能保证产品的质量性能要求； ● 原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。
19.08.2019
3
绪言
第一章 陶瓷原料
◆ 陶瓷原料的分类
◆ 不同成因的粘土，其化学组成有差别。如一次粘土一般SiO2含量
较高，而A12O3含量较低；铁多于钛，富含游离石英和长石残岩。
§1-1 粘土类原料
● 粘土的化学组成在一定程度上反映了其工艺性质:
（1）SiO2 ：若SiO2多，意味着游离石英较多，则粘土可塑性降低，干 燥及烧成收缩较小。
（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结。 （3）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％：瓷制品呈白色。若含量过高，坯体 颜色将变深，甚至还影响电绝缘性。
高
1. 从工艺性能分： 可塑性原料
岭 土
非可塑性原料（瘠性原料）
钾长石
2. 从来源分： 天然原料
石 英
化工原料
19.08.2019
4
第一章 陶瓷原料
§1-1 粘土类原料 一、粘土的概念与分类
（一）概念：粘土（clay）是由多种微细矿物（主要是含水铝 硅酸盐矿物）构成的混合体，其矿物晶体粒径一般小于2 µm。
物（如SiO2）将成为粘土矿中的杂质矿物。
一、粘土的概念与分类
（三）分类：
● 根据粘土的成因分类： I. 一次粘土（原生粘土）：母岩风化后的产物滞留于原地，再 经地质作用而形成的粘土。
II. 二次粘土（次生粘土）：母岩的风化产物经过自然力（洪水、 大风）搬迁，在别处沉积下来而形成的粘土。此即为沉积型粘 土矿，如唐山子木节土、黑山膨润土。
（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围。 （5） H2O、有机质：含量多时可塑性较好，但收缩大——从“烧失 量”一项判断。
2. 粘土的矿物组成
粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体。因 此，粘土所含各种微细矿物的种类和数量是决定其工艺性能的主 要因素。
粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、蒙脱石类 （包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）等等。
绢云母可视为白云母与伊利石之间的过渡矿物。
2. 瓷石：是由长英岩或石英粗面岩经过长期的热液蚀变作用形成的一种 多矿物混合体。风化程度深的瓷石，其中的绢云母会逐渐高岭石化，部 分地转变为高岭石。所以，瓷石的矿物组成大致为：
石 英：40~60% 绢云母：20~40% 长 石：5~30% 高岭石：0~10%
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2、粘土的矿物组成
◆ 粘土中的杂质矿物
主要包括：（1）石英与母岩残渣（如长石、白云母等）； （2）碳酸盐和硫酸盐矿物； （3）铁质矿物； （4）有机质。
3、粘土的颗粒组成：粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。
◆ 粘土的颗粒组成与其工艺性能密切相关： <1um的细颗粒愈 多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高， 烧结温度低。 另外，片状颗粒比杆状颗粒接触面积大，塑性大，强度高。
◆ 可塑性的产生机理
生产上，常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标等参数来反映 粘土的可塑性大小。
可
三、粘土的工艺性质
塑 性
1.可塑性
塑限：粘土由干粉状态变为 塑性状态时的最低含水率。
干 液限：粘土由塑性状态变为 粉 无塑性的泥浆状态时的含水 区 率。
塑性泥料区
可塑性指数：液限—塑限
塑
限
可塑性指标：系指在一定的
◆ 特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干 燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。二次黏土的特点 相反。
一、粘土的概念与分类
第一章 陶瓷原料
● 根据粘土的可塑性强弱分类： 强塑性粘土
中等塑性粘土 弱塑性粘土
● 根据粘土的耐火度高低分类：
耐火粘土：耐火度＞1580℃ 难熔粘土：耐火度介于 1350℃ ~1580℃ 易熔粘土：耐火度＜1350℃
多
高 岭 石
水
伊
高
叶
利
岭 石
腊 石
蒙脱石
石
● 各种粘土矿物的工艺性质
a. 高岭石：可塑性较差，阳离子交换容量小，遇水不膨胀， 干燥收缩较小，耐火度较高（烧结温度较高）。
b. 蒙脱石：可塑性好，阳离子交换容量大，遇水膨胀，干燥 收缩大，烧结温度较低。
c. 伊利石：与高岭石相近。可塑性差，阳离子交换容量小， 遇水不膨胀，干燥收缩小，烧结温度低、烧结范围窄。绢云 母和瓷石也划归为伊利石类原料。
二、粘土的组成
粘土的性能取决于粘土的组成，包括粘土的矿物组成、 化学组成和颗粒组成。
1、粘土的化学组成
主要化学成分为 SiO2、A12O3和结晶水（H2O）。 杂质化学成分：含有少量的碱金属氧化物 K2O、Na2O，碱土金属 氧化物 CaO、MgO，以及着色氧化物 Fe2O3、TiO2等。
所以，粘土的化学全分析数据包括上述各成分，外加烧失量 一项。
3. 比较高岭石、蒙脱石及伊利石三者的结构特点和工艺性 能。
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● 关于绢云母和瓷石：
1. 绢云母：一种矿物。是一种细小鳞片状的白云母，因其表面呈丝 绢光泽而得名。其化学组成和结构与白云母极相似，两者在矿物学 上并无区别。但绢云母外观多呈粘土状，具有粘土特性，是瓷石中 的主要组成矿物，可塑性与高岭石相当；高温下具有一定的熔剂作 用。
从外观看：（i）由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。 (ii) 由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。
● 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。
（二）成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、 伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。
第一章 陶瓷原料
一、粘土的概念与分类
最佳塑性范围
工作水分下，粘土泥团受外力作用时，
最初出现裂纹时的应力与应变的乘积。
泥 浆 区
液 含水率 限
可
塑
三、粘土的工艺性质
性
1.可塑性
◆ 塑限、液限、可塑性指数
及可塑性指标高低大小在生 产上的实际意义。
塑性泥料区 干 粉 区
◆ 粘土根据塑性大小分类：
塑 限
强塑性粘土：指数＞ 15 或 指标＞3.6
（3）黏土吸附不同阳离子对其工艺性能的影响
Al3+ Ba2+ Ca 2+ Mg2+ K+ Na+ Li+
泥浆ζ 电位 小大ຫໍສະໝຸດ 泥浆稳定性泥浆流动性
泥浆触变性
注浆成型时间
4.泥浆性质
（1）触变性 a. 概念。
b. 触变性的解释模型：片状粘土颗粒各带异号电荷，形成 边-边或边-面结合，即所谓的泥浆“卡片结构” ，容纳大 量的自由水于其中，使泥浆“变稠”。
◆ 叶腊石(Al2O3·2SiO2·H2O), 其结构与蒙脱石（ Al2O3·4SiO2·nH2O ） 相似，但晶格中的同晶置换现象轻微，故阳离子交换容量很小。遇 水也不膨胀，硬度低，是一种优良的陶瓷原料。
作 业：
1. 选择原料时应考虑哪些主要因素？ 2. 粘土的化学全分析数据在生产上有何指导意义？
粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面 体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离 子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘
土矿物，如下图所示的结构模型图。
硅氧四面体层
铝氧八面体层
层状结构粘土矿物晶体结构模型图
● 各种粘土矿物的结构特点
◆ 可塑性好的粘土，其结合性也好。
3.离子交换性 （1）粘土颗粒因其表面存在断键及晶格内部存在不等价离子置换
而带有电荷，因此必须吸附其它异号离子来补偿其电价，粘土的这种性 质称为离子交换性。
◆ 粘土通常发生的是阳离子吸附与交换。
3.离子交换性
（2）阳离子交换容量（100克干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴 离子之数量）及其影响因素（粘土矿物组成、颗粒细度、晶格完善程度、 有机质含量等）。
高岭石
叶腊石
伊利石
2. 粘土的矿物组成
a．高岭石类（Kaolinite，Al2O3·2SiO2·2H2O）
高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石 是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。
b．蒙脱石类（Montmorillonite, Al2O3·4SiO2·nH2O (n＞2) ） 蒙脱石也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称
c. 表征方法：泥浆厚化系数 泥浆厚化系数=
τ30min τ30sec
d. 触变性大小对生产的影响（生产操作对触变性的要求）：若 太小，成型后的生坯强度低，会影响脱模和之后的修坯操作。若太大， 会造成泥浆输送困难，且成型后的生坯易变形。