无机材料工艺学考试重点

可塑性：粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开裂；当外力除去以后，仍能保持该形状不变的性能可塑性指数：表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。液限：指粘土（或坯料）由塑性状态进入流动状态时的含水量，反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小塑限：指粘土（或坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量，表示粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性时的含水量颗粒细有机质含量高；颗粒吸附的阳离子浓度大，半径小、电价高，如Ca2+，H+，吸附水膜厚；可塑性越好离子交换性：粘土粒子因边棱断键和晶格内部离子同晶取代而带电，吸附溶液中异号离子该被吸附离子可被其他离子所置换（离子交换容量——pH＝7时每100g干粘土所附的阳离子或阴离子的毫摩尔数来表示）（影响因素：粘土的种类、带电机理、结晶度、分散度。触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固；受到搅拌或振动时，粘度降低而流动性增加；放置一段时间后又恢复原来状态。（影响因素：矿物组成、颗粒大小和形状、水分含量、电解质种类与用量、泥浆（或可塑泥料）的温度）（对生产影响:触变性过大：注浆成型后易变形,管道输送泥浆困难;触变性过小：生坯强度不够，影响成型、脱模与修坯质量）粘土在陶瓷生产中的重要作用(1)粘土可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。(2)粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性，是陶瓷注浆泥料与釉料的必备性质。(3)粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性，这可在坯料中结合其他瘠性原料并使坯料具有一定干燥强度，有利于坯体成型加工。(4)粘土是陶瓷坯体烧结时的主体，其中Al2O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素。(5)粘土形成瓷器的主体结构，是瓷器中莫来石晶体的主要来源，莫来石晶体能赋予瓷器以良好的机械强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。石英在陶瓷工业中的作用：其为瘠性料，调节泥料可塑性，加快坯体干燥，降低干燥收缩，防止变形；提供瓷体石英晶相，与莫来石一起构成结构骨架，增加机械强度，改善白度和透光度；提高釉的熔融温度与粘度，减少热膨胀系数，赋予高的机械强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性。陶瓷原料的质量控制原料质量直接影响陶瓷产品质量，原料的纯度，细度，粒形和活性是衡量原料质量的四大要素：1）纯度。纯度越高，杂质越少，但矿物的数量和种类也越少，原料不易，生产中应根据工艺要求灵活掌握。2）细度。细度越高，反应越快，烧结时间越短。细度越高的粘土，可塑性越好，但粉碎时耗电量大，成本高。陶瓷原料细度，最好在1μ以下。3）粒形。一般颗粒的形状有三种：a:近似于球形的粒形b:近似于盘形的针状c:近似于棒形的针状颗粒形状对成型，烧结和使用性能有一定的影响，球粒状最好。呈鳞片状或针状的常需预烧，破坏其晶体结构或通过机械粉碎改变其颗粒形状。4）活性。衡量原料化学反应能力及速度的指标。原料化学活性越好，烧结温度越低。陶瓷的分类陶瓷分类一（按性能分为普通陶瓷和特种陶瓷）：普通陶瓷：采用粘土类及其它天然矿物原料制得，也称传统硅酸盐陶瓷。特种陶瓷：（氧化物，非氧化物，金属陶瓷等）采用化工或合成原料，组成范围超出硅酸盐材料范畴。又分为结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷定义：定义1：是一种坚硬耐磨，且具有耐高温，耐腐蚀，抗压，不老化等结构性能的陶瓷材料。定义2：是一类在1000℃高温下抗形变和断裂优于金属的陶瓷材料。功能陶瓷定义：功能陶瓷是指以电，磁，光，声，热，力，化学和生物等信息的检测，转换，耦合，传输及存储等功能为主要特征的陶瓷材料陶瓷分类二：（按烧结程度分类）（1）瓷器—瓷质制品：日用细瓷、玻化砖、卫生陶瓷等。坯体致密，吸水率低，烧成收缩率大，烧成过程中易变形，较难生产大规格产品，制品可有釉或无釉。（2）陶器——陶质制品：釉面砖（内墙砖）、日用精陶等。断面粗糙无关，不透明，敲击之声音粗哑，有的无釉，有的施釉。坯体吸水率高，有利于施工时采用水泥砂浆铺贴，但坯体防污能力差，通常在制品使用面施釉以保证使用面不吸水和易清洁的要求，同时也起着装饰产品作用。（3）炻器——炻质制品，也称半瓷，是介于陶器和瓷器之间的一类产品。1）坯体烧结程度较低，吸水率较高，烧成收缩率较小，2）易制成形状较复杂或大规格制品；3）大部分制品表面施釉；陶瓷坯、釉料组成表示方法1.化学组成表示法（氧化物质量分数表示法）：以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、灼烧减量等的含量以质量分数来表示。特点：准确反映坯（釉）料的化学组成；根据其含量，推断坯、釉基本性能，如：坯料烧成温度、收缩、产品色泽等or釉料熔融温度、热膨胀系数等。缺点：不清楚坯料的化学成分来源于何原料。2.实验式表示法or坯、釉式表示法：根据化学组成表示法，分别将各氧化物质量百分数除以其摩尔质量，得各氧化物的摩尔数，冠于各氧化物分子式前。按碱性氧化物（R2O+RO）·中性氧化（R2O3）·酸性氧化物（RO2）的顺序排列，并把其中一种系数调整为1。特点：各类氧化物的组成一目了然，除能估计有害杂质与降低熔融温度对坯体，釉料的影响外，还能表明高温性能，是普通陶瓷坯、釉料组成常用的表示方法。一些陶瓷原料也可用此方法列出其坯式，反映其组成。为区别坯、釉组成，以R2O3的物质的量为基础，将其调为1，得坯式。以碱R2OandRO为基础，其物质的量之和为1，得坯、釉式。根据A12O3和SiO2前面的系数值区别是坯式或釉式：坯式中A12O3和SiO2的系数较大；釉式中A12O3和SiO2的系数都很小。3.矿物组成（或示性组成）表示法：将各天然原料中的同类矿物含量合并，换算成粘土、长石、石英三种纯矿物的质量百分比含量表示其组成。特点：可大致反映坯料性能。因同类型矿物在坯体中所起作用基本相同，而粘土，长石，石英所起作用各不相同。长石质瓷坯料组成矿物组成为：40-60%高岭土，20~30%长石，25~40%石英。（高岭土含量高，长石含量少）瓷体由石英-方石英-莫来石-玻璃相组成。玻璃相50~60%，莫来石10~20%，残余石英8~12%，半安定方石英6~10%。烧成范围宽（1150-1450℃），烧成温度高（1350~1450℃），硬度高（莫氏硬度为7）。绢云母质瓷坯料组成瓷坯的组成范围：瓷石70~30%，高岭石30~70%。烧成温度随瓷坯中瓷石和高岭石的用量比不同在1250~1450℃范围内波动。瓷质由石英-方石英-莫来石-玻璃相构成。除具有长石质瓷的一般特点外，还具有透明度高，还原气氛下烧成时呈白里泛青的特色。骨灰瓷坯料组成磷酸盐-高岭土-石英-长石系统瓷，以磷酸钙为熔剂，磷酸盐通过骨灰引入。磷酸钙作助熔剂，但它本身的熔点并不低（1734℃），它的助熔作用是它与其它组元共熔而引起，共熔后液相温度降低，液相大量产生，因而起助熔作用。骨灰最好以50%为宜，过多则瓷质发黄，可塑性差，不易成型，因此配料中需要一定量的高可塑性粘土。坯体主要由钙长石，β-Ca3(PO4)2，方石英，莫来石和玻璃相组成。滑石瓷坯料组成日用滑石瓷是滑石-粘土-长石三组分瓷，属于MgO-Al2O3-SiO2系统瓷。配方组成为70~80%滑石，5~10%粘土，5~10%长石.烧成范围窄(理论范围为30~40℃，实际应控制在10~20℃），一般烧成温度为1320℃，要求窑内温差小，窑内温度分布均匀。控制泥浆的上述性能的途径：（1）加入电解质加入电解质解凝剂可增强泥浆的流动性。（2）泥浆温度：泥浆温度↑，粘度↓，滤动性↑，脱水速度↑，吸浆时间↓，坯体强度↑。温度过高则起泡，影响质量及石膏模使用次数。（3）调整工艺：搅拌→泥浆保持悬浮状态，减少分层。陈腐→水分分布均匀，排出泥浆空气，流动性和可注性↑，坯体强度↑。可塑泥团的成型性能可塑泥团的特点：有良好的加工性，易于形成各种形状而不开裂，可钻孔和切割，干燥后要有较高的生坯强度。有各向同性的均匀结构，不会因颗粒定向排列使坯体收缩不均，导致坯体变形和开裂。（1）可塑泥团流变特性：由固相、液相和少量气相组成的弹塑性系统。含水量低，固体含量大→很高屈服值：成形后能克服自重影响而不变形。（2）影响泥团可塑性的因素：A）矿物种类。。。。可塑性好的泥团需具备以下条件：1）颗粒较细；2）矿物解理明显或解理完全，最好呈片状结构；3）颗粒表面水膜较厚。蒙脱石具备上述三条件，可塑性强。叶腊石及滑石呈片状，但水膜薄，可塑性不高。迪开石颗粒较粗石英不呈片状，且吸附水膜薄，可塑性低。粘土中所含矿物的可塑性：迪开石隧石伊利石绿脱石锂蒙脱石高岭石蒙脱石。。。。。可塑性：高岭土膨润土。。。。原因可由两者矿物结构差异说明蒙脱石：复网层结构。每个晶层的两端为硅氧四面体层，中间为AlO4(OH)2八面体层（也叫水铝石层）。晶层之间氧层与氧层的联系力很小（分子间作用力），水容易进入进入晶层之间，引起c轴膨胀。有良好的片状解理，且晶粒细小，易发生同晶取代，质地不纯，熔点较低，可塑性强。高岭石：单网层结构。每个晶层是由一层硅氧四面体和一层AlO2(OH)4八面体通过共用的氧原子联系在一起，相邻两层通过八面体的OH与四面体的氧以氢键相联。水分子不易，可塑性差。B）固相颗粒大小和形状颗粒越粗，呈现最大塑性时所需的水分越少，最大可塑性越低。粒径↓每个颗粒表面形成水膜需水分↑，颗粒堆积而成的毛细管半径↓，毛细管力↑，可塑性↑。C）吸附阳离子的种类粘土中阳离子交换的能力、阳离子的大小和半径，影响粘土胶团间的吸引力，从而影响粘土的可塑性。1）阳离子交换能力强则可塑性高，阴离子交换能力小，对可塑性影响小；2）阳离子价数高，泥团可塑性越大；对泥团可塑性影响大小：三价二价一价；3）同价阳离子，半径愈大，可塑性越大。粘土吸附不同阳离子时，其可塑性的强弱顺序为：H+Al3+Ba2+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+Li+吸附Li+的粘土塑性低。D）液相的数量和性质水分是泥团出现可塑性的必要条件，水分适当才能达到最大可塑性。屈服值：随含水量增加而减小。最大变形量：随含水量的增加而加大。可塑性表示：屈服值与最大变形量乘积。改变泥团含水量可改变一个流变特性，但同时会降低另一个特性。可塑成型时的最佳水分是可塑性最大时的含水量，亦称可塑水分。（3）可塑泥团的颗粒取向影响泥浆流变性能的因素1泥浆的浓度：泥浆浓度增大，要获得同一剪切速率所需的应力也增大。2固相颗粒大小：泥浆的颗粒分布范围和大小颗粒之比影响泥浆的粘度。颗粒分布范围广，最小与最大颗粒粒径之比必小，中间颗粒较多，空隙体积大，吸引水分进入，泥浆粘度增大。3电解质的加入：含电解质的泥浆都会出现触变滞后环，随着泥浆解凝程度的不同，泥浆的屈服值和滞后环的面积都会变化。4陈腐：新调制的泥浆和解凝程度不够的泥浆，流变性不稳定，在陈放过程中粘度和屈服值会逐渐加大，需一段时间才能稳定。5有机物质：粘土中常含天然有机物质（也叫腐殖质）。腐殖质会降低粘土泥浆的粘度，增加其流动性。6可溶性盐类：粘土中的可溶性盐（碱金属，碱土金属的氯化物，硫酸盐等）会提高泥浆的粘度。微量Ca2+和Mg2+取代被粘土颗粒吸附的Na+，可使ζ电位变小而导致粘度增大。泥浆中可溶性盐增多是，即使添加解凝剂，粘度也难以下降。注浆过程的物理化学变化（掌握）（1）物理脱水推动力：毛细管力，取决于毛细管半径和水的表面张力。毛细管越细，水的表面张力越大则脱水的推动力越大。阻力：模型内表面形成一层坯体后，水分必先通过坯层的毛细孔，然后再进入模型的毛细管中，脱水阻力来自模型和坯体两方面。注浆前期，模型阻力起主要作用，注浆后期，坯体厚度增加所产生的阻力起主导作用。坯体中塑性原料多，胶体粒径小的泥浆脱水阻力大。模型中形成的坯体密度大则阻力也大。石膏模型产生阻力的大小取决于毛细管的大小和分布，这又与制造模型时水和熟石膏的比例有关。（2）化学凝聚泥浆与石膏模接触时，会溶解一定数量的CaSO4，溶解的CaSO4和泥浆中Na-粘土和硅酸钠发生离子交换反应：Na-粘土+CaSO4+Na2SiO3→Ca-粘土+CaSiO3↓+Na2SO4此反应使靠近石膏表面的一层