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制备陶瓷坯釉料的技术及黏土知识简介

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:③易熔黏土:耐火度在1350℃以下,含大量杂质。按黏土组成矿物分类陶瓷工业所用的黏土中主要有:高岭石类、蒙脱石类、伊利石类和水铝英石。①高岭石类高岭石是黏土中最常见的黏土矿物,主要由高岭石组成的较纯净的黏土称为高岭土。影响黏土可塑性的主要因素有:黏土颗粒的分散度、黏土颗粒的形状、水的用量等。

制备陶瓷坯釉料的技术及黏土知识简介

三大原料中使用最广泛的一种原料,也是日用陶瓷的主要原料之一。例如:细瓷配料中黏土类原料的用量可达40%-60%,陶器和炻瓷中用量还可增加。

1.黏土的概念

黏土是多种微细的矿物的混合体,其矿物的粒径多数小于2μm,主要是由黏土矿物和其他矿物组成的并具有一定特性的土状岩石。黏土矿物主要是一些含水铝硅酸盐矿物,其晶体结构是由[SiO4]四面体和铝氧八面体相互以顶点相连接起来的层状结构。这在很大程度上决定了黏土的各种性能。黏土除了具有可塑性之外,通常还有较高的耐火度,良好的吸水性,膨胀性和吸附性。

2.黏土的分类

黏土是由富含长石铝硅酸盐矿物的岩石经过长期地质年代的风化作用或热液蚀变作用形成的。长石类岩石会发生一系列的水化和去硅作用,最后才形成黏土矿物。黏土的种类繁多,为了便于研究,从它的成因、产出状况、工艺性能及主要矿物组成进行分类。

(1)按成因分类

①原生黏土:是目岩风化崩解后在原地残留下来的黏土。地质纯、耐火度高、可塑性差,颗粒不均匀。

②次生黏土:有风化生成的黏土,在外力的作用下搬至盆地或湖泊水流缓和的地方沉积下来而形成的黏土层。颗粒很细、可塑性好、夹带有机物和其他杂质。

(2)按可塑性高低分类

①高可塑性:又称软质黏土,分散度大,多呈疏松状,板状或页状。(如:黏性土、膨润土

②低可塑性:又称硬质黏土,分散度小,所呈致密块状,石状。(如:碱石、瓷石)

(3)按耐火度分类

①耐火黏土:耐火度在1580℃以上,是较纯的黏土,含杂质较少。

②难熔黏土:耐火度在1350℃~1580℃,含易熔杂质10%~15%。可为炻器、陶器等原料。

③易熔黏土:耐火度在1350℃以下,含大量杂质。

(4)按黏土组成矿物分类

陶瓷工业所用的黏土中主要有:高岭石类、蒙脱石类、伊利石类和水铝英石。

3.黏土的组成

黏土的组成可以从三个方面来分析:矿物组成、化学组成、颗粒组成。后两种组成的分析方法简便,易于进行,矿物组成的分析较难,但有利于对黏土的研究。

(1)矿物组成

黏土的矿物组成可以通过两种方法获得:一种是用示性分析法测定出黏土的主要矿物;另一种是根据化学组成或根据显微镜检验的结果计算出矿物组成。黏土矿物主要有高岭石类、蒙脱石类、伊利石类和水铝英石。

①高岭石类

高岭石是黏土中最常见的黏土矿物,主要由高岭石组成的较纯净的黏土称为高岭土。它的主要矿物成分是高岭石、多水高岭石。含量越多,耐火度越高,烧后越洁白,而强度,热稳定性,化学稳定性越好,但分散度小,可塑性性较差。高岭石的结晶属于双层结构硅酸岩矿物,由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共用氧原子连接在一起的。

②蒙脱石类

是一种很常见的黏土矿物。以蒙脱石为主要矿物的黏土为膨润土,最早发现在法国的蒙脱利龙地区。它的晶粒呈不规则细状,颗粒较小,一般小于0.5微米,相对密度为2.0~2.5g/cm3。它的主要特性是能够吸收大量水分,体积膨胀。(如:膨润土吸水后体积可膨胀20~30倍)它具有强的吸水性是因为它晶胞具有三层结构的硅酸盐矿物,每个晶层由两层硅氧四面体中间夹层铝氧八面体,而且晶格内的离子交换发生在铝氧八面体中,因此晶层间吸附的阳离子,不仅使晶层之间的距离增加,更易吸水而膨胀,而且这些被吸附的阳离子易于被置换,使蒙脱石具有较强的阳离子交换能力。

③伊利石类

它也被称为水云母。其组成成分与白云母相似,是白云母经强烈的化学风化作用转为蒙脱石或高岭石的中间产物。伊利石的晶体呈厚度不等的鳞片状,硬度1~2,相对密度2.6~2.9g/cm3。伊利石类矿物的基本结构虽与蒙脱石相似,但因其无膨润性,其结晶比蒙脱石粗,故可塑性低,而干燥收缩较小,软化温度比高岭石低。

④水铝英石

是一种非晶质的含水硅酸盐。在自然界中并不常见,往往少量的包括杂其他黏土中,在水中能形成胶凝层,包围在其他黏土颗粒上,从而提高黏土的可塑性。

(2)化学组成

黏土原料是由多种矿物组成的,随着各种黏土原料所含的矿物组成不同其化学组成的变化很大。化学分析的方法比较简便,分析的数据在生产上有着重要的指导意义:

①作为鉴定黏土矿物组成的参数;

②估计黏土的耐火度;

③推断黏土煅烧后的呈色;

④估计黏土的成形性能;

⑤推断黏土在煅烧过程中膨胀或气泡的可能性;

⑥据化学分析的数据可以粗略的计算该黏土矿物组成的示性分析。(www.xing528.com)

(3)颗粒组成

颗粒组成包括两部分:黏土矿物的颗粒和非可可塑性的夹杂物。颗粒的大小不同在工艺性能上也能表现出很大的不同。由于分散度越大,干燥后强度越强,并且在烧成时也易于烧结,烧后的气孔率越低,有利于成品的力学强度,白度和半透明度的提高。但也不是越细越好,有一定的级比。

4.黏土的工艺性能

(1)可塑性

可塑性是黏土与适量的水混练后形成泥团,在外力的作用下产生变形但不开裂,当外力去除以后仍保持其形状不变的这种性质。

影响黏土可塑性的主要因素有:黏土颗粒的分散度、黏土颗粒的形状、水的用量等。陶瓷生产中为了获得成形性能良好的坯料,除了选择适宜的黏土外还可调节,坯料的可塑性以满足生产上对可塑性的要求。

将黏土原料进行淘洗、将润湿的黏土长期陈腐、将泥料进行真空处理,并多次练泥、掺用少量的强可塑性黏土、加入少量的胶体物质都可提高黏土的可塑性;加入非可塑性原料、将部分黏土进行煅烧可降低黏土的可塑性。

(2)结合性

结合性是黏土能黏结一定细度的瘠性原料形成可塑泥团,并有一定干燥强度的性能。在我们的生产中常用的测定方法是由黏土制作的生坯的抗折强度来间接测定黏土的结合力。

(3)触变性

触变性是指泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,黏度会降低而流动性增加。静置后又逐渐恢复原状的这种性质。在生产中一般希望泥料有一定的触变性,但泥料触变性过小会使成坯后生坯的强度不够,影响脱模与修坯的品质;而触变性过大的泥料在管道输送过程中会带来不便,成形后成坯也易变形。黏土的触变性主要取决于黏土的矿物组成、黏度的大小与形状、水分含量、使用电解质种类与用量以及泥料的温度等。泥料的触变性已厚化度来表示。它是指泥浆放置30min和30s后其相对黏度之比。即:厚化度=t30min/t30s.

(4)干燥收缩与烧成收缩

干燥收缩是指黏土泥料干燥时,因水分蒸发颗粒之间的距离缩小而产生体积收缩。烧成收缩是指烧成时,由于产生液相填充于空隙中,并生成了某些结晶物质,又使体积进一步收缩。

(5)黏土的烧结性

黏土是多矿物组成的物质,它没有固定的熔点,而是在相当大的温度范围内逐渐软化。当黏土在煅烧过程中,温度超过900℃以上时,低共熔物开始出现,低共熔物液相填充在未熔颗粒之间的空隙中。由于表面张力作用,将未熔颗粒进一步靠近,使体积急剧收缩,气孔率下降,密度提高,这时的温度为开始烧结温度。随着温暖度继续升高,黏土的气孔率不断降低,收缩不断增大。当其密度达到最大状态时为完全烧结温度。黏土的烧结属于液相烧结,影响因素很多,最主要的为化学组成与矿物组成。从化学组成来看,碱性成分多,游离石英少的黏土易于烧结,烧结温度也低;从矿物组成来看,膨润土、伊利石类黏土比高岭土易于烧结,烧结后的吸水率也较低。

(6)耐火度

耐火度是黏土在高温下加热,当温度达到黏土软化温度后,继续升温,黏土逐渐软化熔融,直至全部熔融变为玻璃态物质,为了表征材料在高温下,虽已发生软化而没有全部熔融,在使用中所能承受的最高温度。黏土的耐火度取决于化学组成。黏土的主要组成为Al2O3,Al2O3含量高其耐火度就高,通常可根据黏土原料中的Al2O3/SiO2比值来判断耐火度,比值越大耐火度就越高,烧结范围也越宽。同样也可以根据黏土的化学分析来计算:

①公式一:T=360+[WA-WMO]/0.228

上式使用于Al2O3质量分数为20%~50%的黏土

② 公式二:T=1534+5.5WA-30(8.3WF+2WMO) /WA

上式使用于Al2O3质量分数为15%~50%的黏土

5.黏土的加热变化

黏土的加热过程中的变化包括两个阶段:脱水阶段和脱水后产物继续转化阶段。

(1)脱水阶段

黏土干燥后,继续加热首先出现的反应是脱水,其中最主要的是结构水的排出。黏土中的结构水大部分在450℃~650℃时排出,但在比这低的温度下,也有少量的水被除去,在更高的温度下残余的结构水可继续排出。

(2)脱水后产物继续转化阶段

温度继续升高,黏土脱水后的产物可继续转化。如:偏高岭石由925℃开始转化为[AlO6]和[SiO2]构成的尖晶石型的新结构,同时发生强烈的放热效应。伴随着加热中黏土物质所发生的化学变化,相应的也发生物理变化。

6.黏土在陶瓷生产中的作用

黏土之所以作为陶瓷制品的主要原料,是由于它赋予泥料具有可塑性和结合性。这也可以说人们在发现和发明陶瓷制品过程中,充分利用了黏土的这一点特性。它在生产中的作用总的概括:

(1)黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础。

(2)黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性和稳定性。

(3)黏土一般呈细分散颗粒,同时具有结合性。

(4)黏土是陶瓷坯体烧结是的主体。黏土中的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。

黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源,莫来石晶体赋予瓷器以良好的力学强度、介电性能、热稳定性和化学稳定性。

表1-3 我国部分黏土的化学成分(%)

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