电子陶瓷(电子材料)工艺原理课件

电子陶瓷（电子材料）工艺原理电子陶瓷（电子材料）工艺原理 电电子子陶陶瓷瓷工工艺艺原原理理现现为为电电子子科科学学与与技技术术专专业业本本科科生生必必修修的的一一门门专专业业技技术术课课，主主要要研研究究电电子子陶陶瓷瓷的的组组成成、结结构构及及制制备备工工艺艺与与其其功功能能之间的关系。之间的关系。注注意意分分清清电电子子陶陶瓷瓷与与传传统统陶陶瓷瓷在在概概念念上上的的区区别别。陶陶瓷瓷的的概概念念已已经经远远超过古老陶瓷的范畴。远远超过古老陶瓷的范畴。何何谓谓陶陶瓷瓷：采采用用原原料料粉粉碎碎浆浆料料（泥泥料料）制制备备坯坯体体成成型型高高温烧结，这一工艺制备过程所制备的产品，称为陶瓷。温烧结，这一工艺制备过程所制备的产品，称为陶瓷。电子陶瓷（电子材料）工艺原理1引引 言言 陶瓷材料陶瓷材料当代三大固体材料当代三大固体材料金属材料金属材料有机高分子材料有机高分子材料现代科学的三大支柱现代科学的三大支柱 材料材料能源能源信息信息1 1、新型陶瓷的概念、新型陶瓷的概念 日本日本精细陶瓷、精密陶瓷精细陶瓷、精密陶瓷美国美国高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷高级陶瓷、先进陶瓷、现代陶瓷英国英国技术陶瓷技术陶瓷我国我国工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷工业陶瓷、新型陶瓷，大多数国家统一称为新型陶瓷 引 言 陶瓷材料当代三大固体材料金属材料有机高分子材料现代2新型陶瓷的定义：新型陶瓷的定义：采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计，精确的化学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。理使之符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。2、新型陶瓷与传统陶瓷的区别、新型陶瓷与传统陶瓷的区别 区区 别别传统陶瓷传统陶瓷新型陶瓷新型陶瓷原材料原材料天然矿物原料天然矿物原料人工精制合成原料人工精制合成原料成成 型型可塑、注浆、挤压可塑、注浆、挤压干压、等静压、挤压、轧膜、干压、等静压、挤压、轧膜、流延、热压铸流延、热压铸烧烧 成成温度在温度在1350以下，燃料以煤、以下，燃料以煤、油、气为主。油、气为主。结构陶瓷需很高温度烧结结构陶瓷需很高温度烧结(1600)，功能陶瓷需精确，功能陶瓷需精确的控制温度，燃料以电为主。的控制温度，燃料以电为主。加加 工工一般不需加工一般不需加工切割、打孔、研磨、抛光等切割、打孔、研磨、抛光等性性 能能以外观效果为主以外观效果为主以内在性能为主：耐磨、耐以内在性能为主：耐磨、耐温、耐腐蚀、高强度及各种温、耐腐蚀、高强度及各种敏感性。敏感性。新型陶瓷的定义：区 别传统陶瓷新型陶瓷原材料天然矿物原料人33 3、新型陶瓷的分类、新型陶瓷的分类 用用 途途 日用、建筑、卫生装饰和艺术品日用、建筑、卫生装饰和艺术品 宇航、能源、冶金、化工、宇航、能源、冶金、化工、交通、电子、家电等行业交通、电子、家电等行业新型陶瓷新型陶瓷结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷氧化物系列氧化物系列电功能陶瓷电功能陶瓷非氧化物系列非氧化物系列磁功能陶瓷磁功能陶瓷光功能陶瓷光功能陶瓷生物及化学功能陶瓷生物及化学功能陶瓷3、新型陶瓷的分类 用 途 日用、建筑、卫生装饰和艺术品 44 4、新型陶瓷的特性与应用、新型陶瓷的特性与应用(1)(1)高度绝缘性和良好的导热性高度绝缘性和良好的导热性(2)(2)铁电性、压电性和热释电性铁电性、压电性和热释电性 (3)(3)半导性或敏感性半导性或敏感性 5 5、新型陶瓷的工艺技术现状、新型陶瓷的工艺技术现状粉体制备粉体制备 成型成型 烧结烧结 精加工精加工(1)(1)粉体制备粉体制备 (2)(2)成型成型 (3)(3)烧结烧结 (4)(4)精加工精加工 作作为为一一名名学学本本专专业业的的工工程程技技术术人人员员和和科科技技工工作作者者有有必必要要研研究究、探探索和解决以下重点课题：索和解决以下重点课题：(5)(5)工艺工艺结构结构性能设计的研究性能设计的研究(6)(6)开发标准化、系列化粉体的研究开发标准化、系列化粉体的研究 (7)(7)提高产品的重复性、可靠性与使用寿命的研究提高产品的重复性、可靠性与使用寿命的研究 4、新型陶瓷的特性与应用5(8)(8)加强新型陶瓷精密加工的研究加强新型陶瓷精密加工的研究 6 6、新型陶瓷展望、新型陶瓷展望 信信息息、能能源源、材材料料被被誉誉为为当当代代科科学学的的三三大大支支柱柱，新新型型陶陶瓷瓷作作为为一一种种新新材材料料，以以其其优优异异的的性性能能在在材材料料领领域域独独树树一一帜帜，在在未未来来社社会会中中将将越越益益发发挥挥显显著著作作用用 。展展望望未未来来，新新型型陶陶瓷瓷材材料料将将会会在在下下面面几几个个方方面面获获得进展和突破。得进展和突破。(1)(1)气相凝聚法制备超微（纳米）粉体气相凝聚法制备超微（纳米）粉体 (2)(2)用微波加热代替传统烧结用微波加热代替传统烧结(3)(3)陶瓷脆性的致命弱点将得到改变陶瓷脆性的致命弱点将得到改变 (4)(4)纳米材料的应用纳米材料的应用 (5)(5)智能陶瓷的发展智能陶瓷的发展 (6)(6)陶瓷的晶界工程设计陶瓷的晶界工程设计 功功能能陶陶瓷瓷材材料料是是一一种种多多晶晶材材料料。研研究究结结果果表表明明，晶晶界界对对材材料料性性能能的的影影响响极极大大。在在电电子子陶陶瓷瓷的的设设计计中中，我我们们常常常常利利用用晶晶界界特特性性。晶晶界界晶晶粒粒界界区区：它它包包含含晶晶粒粒表表层层部部分分、晶晶粒粒界界、析析出出相相和和气气孔孔等等的的边边界界区区域。域。(8)加强新型陶瓷精密加工的研究 6晶界工程设计：晶界工程设计：研研究究晶晶界界的的作作用用，晶晶界界的的组组成成及及它它对对材材料料性性能能的的影影响响，然然后后设设计计所所需需的的晶晶界界来来达达到到人人们们所所要要求求的的材材料料性性能能，进进而而制制备备出出符符合合实实用用要要求求的电子陶瓷产品。的电子陶瓷产品。晶界工程设计：77 7、新型陶瓷的主要研究任务、新型陶瓷的主要研究任务(1)(1)研究现有陶瓷性能及改良途径；研究现有陶瓷性能及改良途径；(2)(2)发掘原有材料的新性能；发掘原有材料的新性能；(3)(3)探索和发展新材料及新应用；探索和发展新材料及新应用；(4)(4)研究制备材料的最佳工艺研究制备材料的最佳工艺(本课程的主要内容本课程的主要内容)；(5)(5)对烧结后制品的精加工技术进行研究。对烧结后制品的精加工技术进行研究。参考书目：参考书目：(1)(1)电子陶瓷工艺基础上海科技大学编电子陶瓷工艺基础上海科技大学编(2)(2)陶瓷工艺学华南工学院、南京化工学院、武汉建材学院合编陶瓷工艺学华南工学院、南京化工学院、武汉建材学院合编(3)(3)特种陶瓷工艺学李世普编特种陶瓷工艺学李世普编(4)(4)日用陶瓷工艺学李家驹主编日用陶瓷工艺学李家驹主编 7.1.7.1.正温度系数热敏电阻器（正温度系数热敏电阻器（PTCRPTCR）1.PTC1.PTC特性特性 室室温温时时呈呈现现低低电电阻阻率率，当当温温度度超超过过TcTc时时其其电电阻阻率率可可增增加加几几个个数数量量级。级。7、新型陶瓷的主要研究任务87.2.7.2.铁电存储器（铁电存储器（FRAMFRAM）这这是是目目前前国国内内外外研研究究的的热热门门课课题题。国国外外已已有有低低位位存存贮贮容容量量的的商商品品出售，它有望取代现有的半导体及磁芯存贮器。出售，它有望取代现有的半导体及磁芯存贮器。1.1.铁电材料的铁电性铁电材料的铁电性 2.PTC 2.PTC 热敏电阻器应用实例热敏电阻器应用实例 家家用用灭灭蚊蚊器器 现现在在人人人人几几乎乎都都用用它它，PTCRPTCR起起着着即即恒恒温温又又加加热热的的双重作用，就功能而言，它具有测温、控温和加热的三重作用。双重作用，就功能而言，它具有测温、控温和加热的三重作用。例例如如，锆锆钛钛酸酸铅铅铁铁电电材材料料Pb(ZrPb(ZrX XTiTi1X1X)O)O3 3简简称称PZTPZT具具有有自自发发极极化化，自自发发极极化化在在交交变变外外电电场场的的激激励励下下可可随随着着电电场场而而转转向向，表表现现出出电电滞滞回回线线。铁铁电电材材料料的的铁铁电电性性表表征征便便是是电电滞滞回回线线，一一种种材材料料是是否否具具有有铁铁电电性性就就看看它它是是否否具具有有电电滞滞回回线线，由由电电滞滞回回线线可可以以获获得得三三个个典典型型的的参参数数即即PrPr、EcEc和和PsPs(饱和自发极化饱和自发极化)。2.2.铁电存储器的特点铁电存储器的特点 速度快；速度快；抗辐射；抗辐射；非挥发性。非挥发性。3.3.铁电存储器工作原理铁电存储器工作原理 能够存贮信息的主体是铁电电容器。能够存贮信息的主体是铁电电容器。7.2.铁电存储器（FRAM）2.PTC 热敏电阻器应用9例如：例如：Z Zn nO O 压敏半导瓷压敏半导瓷 主晶相性能方面主晶相性能方面六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。制制备备工工艺艺方方面面ZnOZnO压压敏敏半半导导瓷瓷对对外外加加电电压压有有一一定定的的响响应应，追追其其机机理理主主要要是是晶晶界界的的效效应应，而而晶晶界界在在很很大大程程度度上上由由制制备备工工艺艺决决定定。例例如如生生烧烧使使晶晶粒粒过过小小，主主晶晶相相合合成成不不完完全全；过过烧烧产产生生二二次次晶晶长长使使个个别别晶晶粒粒粗粗大，它们均使大，它们均使ZnOZnO压敏半导瓷压敏性能变坏。压敏半导瓷压敏性能变坏。一般陶瓷工艺的主要流程：一般陶瓷工艺的主要流程：原料准备原料准备坯体成型坯体成型烧结烧结瓷件加工瓷件加工 本章目的：弄清原料准备步骤的物理、化学原理及整个工艺过程。本章目的：弄清原料准备步骤的物理、化学原理及整个工艺过程。电子陶瓷的优良特性主要决定于电子陶瓷的优良特性主要决定于2.2.制备工艺制备工艺1.1.晶相结构晶相结构第一章第一章 电子瓷瓷料制备原理电子瓷瓷料制备原理 例如：ZnO 压敏半导瓷电子陶瓷的优良特性主要决定于2.制备10化学试剂化学试剂(化工原料化工原料)：电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。工业纯（工业纯（IR）Industrial Reagent 98.0%化学纯（化学纯（CP）Chemical Purity 99.0%分析纯（分析纯（AR）Analytical Reagent 99.5%光谱纯（光谱纯（GR）Guarateend Reagent 99.9%电子级原料电子级原料 专用专用 电子瓷原料电子瓷原料人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）天然矿物原料（硬质原矿，软质原矿）第一节第一节 电子瓷原料电子瓷原料 一、原料分类一、原料分类 化学试剂(化工原料)：电子瓷原料人工合成、提纯原料（化学试11二、原料的评价（化学成份、结构、颗粒度、形貌）二、原料的评价（化学成份、结构、颗粒度、形貌）1 1、化学成份、化学成份 2 2、结构、结构 3 3、颗粒度、颗粒度 4 4、形貌、形貌 原料的评价：原料的评价：化学成份、结构、颗粒度、形貌四个方面。化学成份、结构、颗粒度、形貌四个方面。三、电子瓷原料的选择三、电子瓷原料的选择1 1、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；2 2、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。杂质杂质利利：能能对对影影响响产产品品的的不不利利因因素素进进行行克克制制，能能与与产产品品的的某某成成份份形形成成共共熔熔物物或或固固溶溶体体从从而而促促进进烧烧结结，降降低低烧烧结结温温度度，使使瓷瓷件件致密。致密。害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能。害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能。二、原料的评价（化学成份、结构、颗粒度、形貌）杂质利：能对影12 在在实实验验研研究究中中，对对功功能能陶陶瓷瓷（电电子子陶陶瓷瓷）主主晶晶相相原原料料一一般般采采用用化化学学纯纯（CP99%CP99%）或或电电子子级级粉粉料料，而而掺掺杂杂（也也称称小小料料）原原料料则则应应采采用用光光谱纯（谱纯（GR99.9%GR99.9%）。）。第二节第二节 原料的颗粒度与粉碎原料的颗粒度与粉碎一、电子瓷对粒度的要求一、电子瓷对粒度的要求 要求：愈细愈好，在要求：愈细愈好，在10m10m以下（称细粉）。以下（称细粉）。细粒的优点：细粒的优点：1 1、有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀，不、有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀，不 偏离配方（混合）。偏离配方（混合）。2 2、细粒有利于提高粉料的填充系数和造粒质量，从而提高坯体的成、细粒有利于提高粉料的填充系数和造粒质量，从而提高坯体的成 型密度（成型）。型密度（成型）。3 3、提高粉料活性，降低烧成温度（烧结）。、提高粉料活性，降低烧成温度（烧结）。在实验研究中，对功能陶瓷（电子陶瓷）主晶相原料一般采13二、原料的粉碎方法及原理二、原料的粉碎方法及原理粉碎粉碎(三个方面三个方面)：粉碎方法用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎粉碎方法用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎 圆滑。圆滑。粉碎原理机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换过程。粉碎原理机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换过程。粉碎要求效率高，避免混入杂质。粉碎要求效率高，避免混入杂质。1 1、粉粉碎碎在在短短期期内内达达到到预预定定的的细细度度或或说说达达到到某某一一细细度度所所消消耗耗的的能能量量少，时间短。少，时间短。2 2、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。二、原料的粉碎方法及原理14(一一)球磨工艺原理球磨工艺原理1 1、滚筒式球磨机基本结构、滚筒式球磨机基本结构2 2、滚筒式球磨机粉碎原理、滚筒式球磨机粉碎原理 滚筒式球磨机对粉料作的功：滚筒式球磨机对粉料作的功：（1 1）磨球自由落体撞击功。）磨球自由落体撞击功。（2 2）球）球球，球球，球内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。3 3、影响球磨效率的主要因素、影响球磨效率的主要因素1 1转转速速、2 2磨磨球球形形状状、3 3筒筒体体直直径径（D D）、4 4磨磨球球与与内内衬衬的的质质料料、5 5球磨时间、球磨时间、6 6料、球和水的配比。料、球和水的配比。1 1转速（角速度转速（角速度）工厂生产实践中总结出的经验公式为：工厂生产实践中总结出的经验公式为：D D（磨机内直径）（磨机内直径）1.25m1.25m（大型球磨机）则（大型球磨机）则 转转/分分2 2磨球形状磨球形状(一)球磨工艺原理2、滚筒式球磨机粉碎原理 滚筒式球磨机对153 3筒体直径筒体直径(D)(D)，常用滚筒式球磨机的直径范围一般在，常用滚筒式球磨机的直径范围一般在100cm100cm200cm200cm 之间。之间。4 4磨球与内衬的质料磨球与内衬的质料常用的研磨体材料：常用的研磨体材料：氧化铝（氧化铝（AlAl2 2O O3 3）、氧化锆（）、氧化锆（ZrOZrO2 2）、玛瑙（）、玛瑙（SiOSiO2 2）、氧化锆增韧）、氧化锆增韧氧化铝、钢球等材料。下表给出了某些瓷介质研磨体的性能。氧化铝、钢球等材料。下表给出了某些瓷介质研磨体的性能。材质材质 主要成份主要成份 密度密度(g/cm(g/cm3 3)莫氏硬度莫氏硬度 磨耗量磨耗量 氧化铝磨体氧化铝磨体 AlAl2 2O O3 3 87%87%96%96%3.43.43.65 3.65 9 9 氧化锆磨体氧化锆磨体 ZrOZrO2 2 95%95%5.955.95最恶劣条件最恶劣条件1/101/10万万 玛瑙磨体玛瑙磨体 SiOSiO2 2 2.32.37.57.5ZTAZTA磨体磨体 AlAl2 2O O3 3/ZrO/ZrO2 2=4/1=4/1 4.24.2最恶劣条件最恶劣条件1.5/101.5/10万万 3筒体直径(D)，常用滚筒式球磨机的直径范围一般在100c16筒体的选择：筒体的选择：小小规规模模生生产产或或实实验验研研究究塑塑料料瓶瓶或或罐罐，这这些些瓶瓶和和罐罐装装载载在在小小型型球球磨磨机机上上，一一台台小小型型球球磨磨机机可可装装载载数数个个至至数数十十个个瓶瓶和和罐罐。大大规规模模工工业业化化生生产产使使用用大大型型钢钢铁铁筒筒体体其其内内层层衬衬上上与与原原料料相相同同的的瓷瓷料料或或聚聚氨氨酯酯橡橡胶胶及塑料等有机物，以防引入钢铁杂质。及塑料等有机物，以防引入钢铁杂质。5 5球磨时间球磨时间 并非越长越好，一般为并非越长越好，一般为24244848小时，时间长杂质混入较多。小时，时间长杂质混入较多。筒体的选择：5球磨时间176 6料、球和水的配比料、球和水的配比 一般工厂的经验配比（北京七九八厂，二分厂的经验）：一般工厂的经验配比（北京七九八厂，二分厂的经验）：料料/球球/水水=1/1/=1/1/（0.60.61 1）体积比，粗略的说，料）体积比，粗略的说，料/球球/水水=1/1/1=1/1/1。4 4、球磨工艺优缺点、球磨工艺优缺点 优优设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。缺缺点点研研磨磨体体在在有有限限高高度度泻泻落落或或抛抛落落，产产生生撞撞击击力力和和磨磨剥剥力力，作作用用强强度度较较弱弱；筒筒体体转转速速受受临临界界转转速速限限制制，即即碾碾磨磨能能力力也也受受到到限限制制；不不起粉碎作用的惰性区较广，间歇作业。起粉碎作用的惰性区较广，间歇作业。5 5、各种球磨机的粉碎程度、各种球磨机的粉碎程度粗磨粗磨 50 5010m10m 细磨细磨 10 102m 2m 超细磨超细磨 2m 内部离子能量内部离子能量表面能：表面离子高于体内离子所具有的那部分能量。表面能：表面离子高于体内离子所具有的那部分能量。例例如如，将将一一块块晶晶体体分分为为两两半半，必必须须作作功功WW，同同时时晶晶体体增增加加了了两两个表面，这两个表面的面积设为个表面，这两个表面的面积设为AA，第三节 颗粒表面能与粉料的活化24由于由于WW是为增加表面能而支付的，于是有：是为增加表面能而支付的，于是有：表表面面能能(比比表表面面能能)，WW增增加加AA面面积积外外力力作作的的功功，AA外力作功所增加的表面积。外力作功所增加的表面积。比比表表面面能能、表表面面能能、表表面面自自由由能能、表表面面张张力力的的概概念念具具有有一一致致性性。在在自自然然界界中中，不不论论是是液液体体还还是是固固体体，表表面面的的总总能能量量总总是是趋趋于于降降低低，介介稳稳状状态态向向稳稳定定状状态态过过渡渡。一一定定重重量量的的固固体体，粉粉碎碎得得越越细细，总总的的表表面面积积A A越越大大，体体系系之之总总表表面面能能 W W=A=A越越大大。这这样样的的系系统统能能量量较较高高，系系统统不不稳稳定定，只只要要条条件件许许可可，如如外外力力作作用用，将将自自发发地地趋趋向向于于使使小小晶晶粒粒长长成成粗粗晶粒，从而降低表面自由能。晶粒，从而降低表面自由能。比表面能比表面能看成看成就是就是表面张力表面张力由于W是为增加表面能而支付的，于是有：比表面能看成就是表面25三、比表面与等效粒径三、比表面与等效粒径1 1、比表面、比表面 比比表表面面有有二二种种表表达达方方式式，它它们们是是体体积积和和重重量量比比表表面面。数数学学表表达达式式分别为：分别为：(体积比表面体积比表面)()(重量比表面重量比表面)其中其中A A粉料的总表面积，粉料的总表面积，V V粉料的总体积，粉料的总体积，粉料的比重。粉料的比重。2 2、比表面与粒度的关系、比表面与粒度的关系 粉粉料料体体积积一一定定则则颗颗粒粒越越小小比比表表面面越越大大。设设粉粉粒粒粒粒形形为为立立方方体体，各各边边长长为为1cm1cm，表表面面积积为为6cm6cm2 2，体体积积为为1cm1cm3 3。当当边边长长减减少少到到原原长长的的十十分分之之一一，即即1010-1-1cmcm时时，粉粉粒粒数数便便增增加加到到10103 3个个。总总面面积积增增加加到到610cm610cm2 2，（0.10.10.10.1）6106103 3=610cm610cm2 2，即即增增加加十十倍倍，相相应应比比表表面面也也增增加加到到610cm610cm-1-1，增加了十倍。，增加了十倍。三、比表面与等效粒径26 由由书书P12P12中中的的表表1-21-2可可知知，立立方方体体的的边边长长每每减减少少一一个个数数量量级级，则则比比表面增加一个数量级。表面增加一个数量级。推论：推论：粉粉料料体体系系粒粒度度每每降降低低一一个个数数量量级级，则则粉粉料料体体系系比比表表面面就就增增加加一一个个数量级。数量级。3 3、等效粒径与比表面之间的关系、等效粒径与比表面之间的关系 电电子子材材料料工工艺艺中中常常用用到到等等效效粒粒径径或或者者说说平平均均直直径径的的概概念念，我我们们常常说说的的某某一一粉粉体体系系统统的的粒粒径径一一般般指指平平均均值值。为为了了定定义义这这个个平平均均值值，设设粉粉粒为球形，粒为球形，r r为球半径，为球半径，d d为球直径，则球面积为球直径，则球面积A=4rA=4r2 2=d=d2 2。球体积球体积 重量比表面重量比表面 体积比表面体积比表面 由书P12中的表1-2可知，立方体的边长每减少一个数27为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系式：式：或者说或者说 实际粉粒并非圆球状故用平均实际粉粒并非圆球状故用平均直径直径 代替代替d d。四、固体中质点的活性与位置的关系四、固体中质点的活性与位置的关系质点的活性：固体中某一质点，挣脱原有结构给予它束缚力的质点的活性：固体中某一质点，挣脱原有结构给予它束缚力的 可能性。可能性。注意：粉料的活性指整个粉体系统而言，质点的活性则对单个注意：粉料的活性指整个粉体系统而言，质点的活性则对单个 粒子而言。粒子而言。1 1、内离子、内离子 2 2、内角离子、内角离子 3 3、内棱离子、内棱离子 4 4、表面离子、表面离子 5 5、外棱离子、外棱离子 6 6、外角离子、外角离子 为粉料的比重，这样近似求得粉料的等效粒径与比表面的关系28固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有：固体中处于不同位置上的离子所受束缚力有：内离子内离子 内角离子内角离子 内棱离子内棱离子 表面离子表面离子 外棱离子外棱离子 外角离子外角离子固体中质点的活性正相反：固体中质点的活性正相反：内离子内离子 内角离子内角离子 内棱离子内棱离子 表面离子表面离子 外棱离子外棱离子 0 g0：则：则 g0 g0g0说明分布是正偏的（说明分布是正偏的（D D过大），过大），g0gC=0C=0基基的的有有机机物物，若若采采用用了了含含上上述述基基的的有有机机物物为为溶溶剂剂则则可可不不再再加加之之。其其目目的的是是使使各各种种金金属属离离子子均均匀匀、稳稳定定地地分分布布在在溶溶胶胶中中而而不不致致于于分分层、沉淀、偏析或生成不必要的化合物。层、沉淀、偏析或生成不必要的化合物。凝胶形成凝胶形成 焦化焦化(低温煅烧低温煅烧)低温脱水低温脱水（1 1）自然放置一段时间）自然放置一段时间（2 2）在真空、低压下让其挥发，并且适当加热）在真空、低压下让其挥发，并且适当加热 缩聚脱水 低温脱水（1）自然放置一段时间（2）在真空、低53(四四)固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点烧结法：烧结法：(1)(1)煅煅烧烧温温度度高高。反反应应物物以以固固态态颗颗粒粒状状结结合合，要要形形成成相相互互固固溶溶体体，则则遇遇到到传传质质距距离离远远，接接触触面面积积小小，所所需需激激活活能能高高的的困困难难，故故所所要要求求的的烧烧结反应温度也较高。结反应温度也较高。(2)(2)颗粒较粗，煅烧对象是非均匀混合态。颗粒较粗，煅烧对象是非均匀混合态。(3)(3)有杂质混入。用机械方法碾碎和混均粉料，混入杂质的机会较大有杂质混入。用机械方法碾碎和混均粉料，混入杂质的机会较大。(4)(4)工工艺艺流流程程环环节节较较多多，设设备备较较大大、复复杂杂化化。有有粉粉碎碎、预预烧烧、再再粉粉碎碎工工序。序。(5)(5)生产周期较短，制粉产量大，各种产品均适用。生产周期较短，制粉产量大，各种产品均适用。溶液法：溶液法：(1)(1)煅煅烧烧温温度度低低。溶溶液液法法反反应应过过程程以以离离子子状状态态进进行行，生生成成的的沉沉淀淀物物干干燥燥后稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。后稍加温度的激活就容易分解成比表面很大的粉料体系。(2)(2)颗粒细，煅烧对象是均相中获得的极其分散、极其均匀的混合态。颗粒细，煅烧对象是均相中获得的极其分散、极其均匀的混合态。(3)(3)基本上无杂质混入。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。基本上无杂质混入。没有了粉碎混合工序，减少了混杂。(4)(4)流程紧凑，设备简单。流程紧凑，设备简单。(5)(5)生产周期长，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。生产周期长，制粉量少，粉料损失严重且适用范围有限。(四)固相烧结反应法、溶液合成反应法制粉优缺点54二、粉料的塑化和造粒二、粉料的塑化和造粒 (一一)陶瓷粉料的塑化陶瓷粉料的塑化1 1、塑化原因、塑化原因 陶陶瓷瓷是是一一种种具具有有高高硬硬度度、脆脆性性、无无延延伸伸性性的的材材料料，难难以以加加工工，因因此此在在烧烧结结前前要要制制成成所所需需的的形形状状坯坯体体。而而坯坯体体的的成成型型则则要要求求粉粉料料具具有有可塑性，因此必须对无塑性粉料进行塑化。可塑性，因此必须对无塑性粉料进行塑化。2 2、塑化途径、塑化途径 加入增塑剂加入增塑剂能粘连瓷料，使瓷料具有可塑性。能粘连瓷料，使瓷料具有可塑性。3 3、无机增塑剂及其塑化、无机增塑剂及其塑化(1)(1)粘土化学成份及结构粘土化学成份及结构(2)(2)粘粘土土含含水水硅硅酸酸铝铝XAlXAl2 2O O3 3YSYSi iO O2 2ZHZH2 2O O或或称称水水合合铝铝硅硅酸酸盐盐。晶晶体体结结构构以以S Si iO O4 4四四面面体体为为骨骨架架，S Si iO O4 4四四面面体体彼彼此此以以O O2-2-作作为为顶顶点点相相互互接接连连，并位于同一平面。并位于同一平面。增塑剂增塑剂无机增塑剂无机增塑剂粘土类粘土类有机增塑剂有机增塑剂有机高分子材料有机高分子材料二、粉料的塑化和造粒 增塑剂无机增塑剂粘土类有机增塑剂有55(2)(2)塑性来源塑性来源 塑性来源塑性来源粘土的高度亲水作用粘土的高度亲水作用 根根据据水水化化膜膜的的厚厚薄薄，粘粘土土粒粒子子通通过过水水化化膜膜相相互互靠靠近近，相相互互吸吸引引而而产生粘聚力。具体作用可用下面的式子表示。产生粘聚力。具体作用可用下面的式子表示。(2)塑性来源 56(3)(3)粘土的塑化作用粘土的塑化作用 在在含含有有大大量量瘠瘠性性粉粉料料中中加加入入百百分分之之十十几几的的粘粘土土可可使使瘠瘠性性粉粉料料具具有有相当好的可塑性。相当好的可塑性。若若在在瘠瘠性性粉粉料料中中加加入入少少量量粘粘土土，把把粘粘土土胶胶粒粒中中介介于于瘠瘠性性粉粉料料之之间间，它它能能将将瘠瘠性性粉粉粒粒牢牢固固粘粘附附，即即使使含含有有少少量量的的憎憎水水粉粉粒粒，亦亦能能很很好好地地分分别包围且裹夹于其中，整个泥料体系仍具有足够的可塑性。别包围且裹夹于其中，整个泥料体系仍具有足够的可塑性。瘠性粉料瘠性粉料亲水性亲水性其表面有明显极性，易于为水所润湿其表面有明显极性，易于为水所润湿。憎水性憎水性其表面没有明显极性，不能被水所润湿。其表面没有明显极性，不能被水所润湿。(3)粘土的塑化作用瘠性粉料亲水性其表面有明显极性，易于57(4)(4)粘土的憎塑范围粘土的憎塑范围成份全为瘠性憎水粉料，不适宜采用粘土作为增塑剂。成份全为瘠性憎水粉料，不适宜采用粘土作为增塑剂。对于瘠性亲水粉料则可用少量粘土作为增塑性。对于瘠性亲水粉料则可用少量粘土作为增塑性。高要求电子陶瓷，如压电、铁电、半导、电光瓷不允许使用粘土。高要求电子陶瓷，如压电、铁电、半导、电光瓷不允许使用粘土。(5)(5)粘土增塑剂的优缺点粘土增塑剂的优缺点 天天然然原原料料，价价低低，增增塑塑性性能能好好。杂杂质质含含量量较较多多，高高温温烧烧结结后后杂杂质质一般会残留于玻璃相中，使产品耐压性能下降，介电损耗增加。一般会残留于玻璃相中，使产品耐压性能下降，介电损耗增加。4 4、有机增塑剂（粘合剂）、有机增塑剂（粘合剂）通通常常将将有有机机增增塑塑剂剂称称之之为为粘粘合合剂剂或或粘粘结结剂剂，作作为为瓷瓷料料粘粘合合剂剂的的有有机物质有许多。不同的成型方法，不同的原料往往采用不同的粘合剂。机物质有许多。不同的成型方法，不同的原料往往采用不同的粘合剂。(1)(1)干压成型用主要粘合剂干压成型用主要粘合剂 石蜡、聚乙烯醇溶液、亚硫酸纸浆废液、高频清漆石蜡、聚乙烯醇溶液、亚硫酸纸浆废液、高频清漆(酚醛漆酚醛漆)。(2)(2)挤压成型用主要粘合剂挤压成型用主要粘合剂 糊精、羟甲基纤维素和甲基纤维素水溶液、桐油。糊精、羟甲基纤维素和甲基纤维素水溶液、桐油。(3)(3)热压铸成型用粘合剂热压铸成型用粘合剂 热热压压铸铸成成型型常常用用石石蜡蜡作作为为有有机机粘粘合合剂剂，并并以以油油酸酸、蜂蜂蜡蜡、硬硬脂脂酸酸、软脂酸、植物油等表面活性物质进行改性。软脂酸、植物油等表面活性物质进行改性。(4)粘土的憎塑范围58(4)(4)轧膜成型用主要粘合剂轧膜成型用主要粘合剂 聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)(PVA)、聚醋酸乙烯酯。、聚醋酸乙烯酯。(5)(5)流延成型用主要粘合剂流延成型用主要粘合剂 主要分为四类，即粘结剂、增塑剂、溶剂和润湿剂。主要分为四类，即粘结剂、增塑剂、溶剂和润湿剂。粘结剂粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)(PVB)。增塑剂增塑剂用用PVAPVA时可用甘油、磷酸、乙二醇等作增塑剂；用时可用甘油、磷酸、乙二醇等作增塑剂；用PVBPVB时时 可选用邻苯二甲酸二丁脂，癸二酸二丁脂作为增塑剂。可选用邻苯二甲酸二丁脂，癸二酸二丁脂作为增塑剂。溶剂溶剂水溶性溶剂有水和乙醇；非水溶性的溶剂有甲醇、乙醇、水溶性溶剂有水和乙醇；非水溶性的溶剂有甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和环乙酮。丙醇、丁醇和环乙酮。润湿剂润湿剂海洋鱼油、蓖麻油和海洋鱼油、蓖麻油和1717碳第二烃基磺酸纳等。碳第二烃基磺酸纳等。(6)(6)注浆成型用主要粘合剂注浆成型用主要粘合剂 羟甲基纤维素、阿拉伯树胶粉。羟甲基纤维素、阿拉伯树胶粉。5 5、配制方法、配制方法 各各种种不不同同的的有有机机增增塑塑剂剂均均有有各各自自不不同同的的配配制制方方法法，配配制制这这些些增增塑塑剂时都要有一定的条件和操作顺序。剂时都要有一定的条件和操作顺序。(4)轧膜成型用主要粘合剂 59注意事项：注意事项：聚聚乙乙烯烯醇醇是是一一种种极极性性高高分分子子物物质质，分分子子本本身身之之间间有有相相当当大大的的吸吸引引力力故故常常温温下下不不易易在在水水中中溶溶解解，只只有有当当温温度度超超过过7070时时借借助助于于热热激激活活作作用用才才能能有有比比较较好好的的溶溶解解度度，但但温温度度超超100100聚聚乙乙烯烯醇醇则则开开始始脱脱水水并并转转化化为为环环状状或或支支链链状状结结构构，使使其其溶溶解解度度、可可塑塑性性及及粘粘合合能能力力均均逐逐步步降降低低，颜色变深。颜色变深。6 6、有机增塑剂增塑机理、有机增塑剂增塑机理 以聚乙烯醇为例说明以聚乙烯醇为例说明(见书见书P34P34图图1-23)1-23)。分子结构：分子结构：聚合度聚合度n=1400n=140017001700机机理理分分子子链链中中含含有有强强极极性性羟羟基基（OHOH），它它与与水水极极性性分分子子产产生生很很强强的吸引力，呈酸性。的吸引力，呈酸性。注意事项：607 7、润滑剂及其作用、润滑剂及其作用 润润滑滑剂剂有有机机低低分分子子物物（油油脂脂类类），例例如如：甘甘油油等等。常常用用润润滑滑剂剂有有甘甘油油（丙丙三三醇醇）、乙乙二二醇醇、硬硬脂脂酸酸、软软脂脂酸酸、油油酸酸、变变压压器器油油、植植物油及动物油（例如，鱼油）等。物油及动物油（例如，鱼油）等。8 8、使用有机粘合剂注意事项、使用有机粘合剂注意事项(1)(1)防止还原作用防止还原作用 有有机机粘粘合合剂剂是是碳碳、氢氢、氧氧的的高高分分子子化化合合物物，在在较较高高温温度度之之下下有有可可能能生生成成COCO、COCO2 2、H H2 2O(O(气气)和和C C。COCO是是一一种种强强还还原原剂剂，对对含含钛钛（T Ti i4+4+）等等陶陶瓷瓷原原料料如如TiOTiO2 2、BaTiOBaTiO3 3、(Pb(Pb1-x1-xZrZrx x)TiO)TiO3 3等等均均有有还还原原作作用用。例例如如COCO还还原原气氛使气氛使TiOTiO2 2等含钛陶瓷原料被还原有下列反应：等含钛陶瓷原料被还原有下列反应：TiOTiO2 2+2CO=Ti+2CO+2CO=Ti+2CO2 2 (2)(2)用量适当用量适当 用用量量过过多多干干压压成成型型时时粘粘模模具具；用用量量过过少少干干压压成成型型时时坯坯体体开开裂裂分层。一般添加量为总重量的分层。一般添加量为总重量的3%3%10%10%。(3)(3)控制挥发温度控制挥发温度 7、润滑剂及其作用 61(二二)陶瓷粉料的造粒陶瓷粉料的造粒1 1、什么叫造粒、什么叫造粒 造造粒粒是是在在原原料料细细粉粉中中加加入入一一定定量量的的塑塑化化剂剂，制制成成粒粒度度较较粗粗，具具有有一一定定假假颗颗粒粒粒粒度度级级配配、流流动动性性好好的的团团粒粒，以以利利于于电电子子陶陶瓷瓷坯坯料料的的压压制制成型。成型。2 2、为什么要造粒、为什么要造粒造粒造粒有利于压制成型有利于压制成型 造造粒粒结结果果是是将将许许多多细细粉粉粒粒混混合合成成一一颗颗相相对对较较大大、较较粗粗、较较圆圆的的粗粗颗粒，形成所谓的假颗粒粒度，以增加流动性。颗粒，形成所谓的假颗粒粒度，以增加流动性。3 3、造粒要求、造粒要求 粉粉体体密密度度：愈愈大大愈愈好好。它它除除了了和和增增塑塑剂剂的的性性质质和和用用量量有有关关外外，还还与造粒压强和造粒次数有关。与造粒压强和造粒次数有关。粉体形状：球状。流动性好，工艺较简单。粉体形状：球状。流动性好，工艺较简单。粒度配合：理论计算等径球最小密堆积空隙也有粒度配合：理论计算等径球最小密堆积空隙也有26%26%。(二)陶瓷粉料的造粒624 4、造粒工艺、造粒工艺 (1)(1)手工造粒法手工造粒法(2)(2)加压造粒法加压造粒法(3)(3)喷雾干燥造粒法喷雾干燥造粒法 此此方方法法适适用用于于现现代代化化大大规规模模连连续续生生产产，效效率率高高，但但设设备备投投资资大大。(4)(4)冻结干燥法冻结干燥法 一一般般在在实实验验室室条条件件下下制制备备电电子子陶陶瓷瓷使使用用加加压压造造粒粒（手手工工造造粒粒）法法其基本工艺流程如下：其基本工艺流程如下：粉粉料料拌拌入入粘粘合合剂剂混混合合均均匀匀过过筛筛在在压压力力机机上上用用圆圆钢钢模模具具压压实实破碎破碎过筛过筛球形颗粒。球形颗粒。4、造粒工艺 63二、电子结构瓷（装置瓷）瓷料制备二、电子结构瓷（装置瓷）瓷料制备 （一）粘土类原料（一）粘土类原料 粘粘土土矿矿物物主主要要是是一一些些含含水水铝铝硅硅酸酸盐盐，其其晶晶体体结结构构是是由由SiOSiO4 4 四四面面体体组组成成的的(Si(Si2 2O O5 5)n n层层和和一一层层由由铝铝氧氧八八面面体体组组成成的的AlO(OH)AlO(OH)2 2层层相相互互以以顶顶角角联联接接起起来来的的层层状状结结构构，这这种种结结构构在在很很大大程程度度上上决决定定了了粘粘土土矿矿物物的的主主要要性能。性能。1 1、粘土的种类、粘土的种类 （1 1）高岭石类）高岭石类 高岭石的化学分子式为：高岭石的化学分子式为：AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 高岭石质量百分比为：高岭石质量百分比为：39.53%Al39.53%Al2 2O O3 3、46.51%SiO46.51%SiO2 2、13.96%H13.96%H2 2O O 高岭石晶体结构式为：高岭石晶体结构式为：AlAl4 4(Si(Si4 4O O1010)(OH)(OH)8 8（2 2）蒙脱石类）蒙脱石类 蒙脱石的理论化学通式为：蒙脱石的理论化学通式为：AlAl2 2O O3 34SiO4SiO2 2nHnH2 2O O（n2n2）蒙脱石晶体结构式为：蒙脱石晶体结构式为：AlAl4 4(Si(Si8 8O O2020)(OH)(OH)4 4nHnH2 2O O（3 3）伊利石类）伊利石类 白云母的化学通式为：白云母的化学通式为：K K2 2O3AlO3Al2 2O O3 36SiO6SiO2 22H2H2 2O O 水水云云母母的的化化学学通通式式：(H(H3 3O)O)2 2O3AlO3Al2 2O O3 36SiO6SiO2 22H2H2 2O3AlO3Al2 2O O3 36SiO6SiO2 25H5H2 2O O 伊利石晶体结构式为：伊利石晶体结构式为：K K2 2(Al,Fe,Mg)(Al,Fe,Mg)4 4(Si,Al)(Si,Al)3 3O O2020(OH)(OH)4 4nHnH2 2O O 二、电子结构瓷（装置瓷）瓷料制备 64（4 4）水铝英石）水铝英石 它它的的组组成成变变动动无无常常，SiOSiO2 2/Al/Al2 2O O3 3在在0.40.48 8之之间间变变化化。水水铝铝英英石石在在自自然界并不常见。然界并不常见。2 2、粘土的性质、粘土的性质 粘粘土土是是陶陶瓷瓷工工业业的的主主要要原原料料，粘粘土土的的性性质质对对陶陶瓷瓷的的生生产产有有很很大大的的影影响响，因因此此掌掌握握粘粘土土的的性性质质，尤尤其其是是工工艺艺性性质质，是是陶陶瓷瓷生生产产得得以以稳稳定定的基本条件。的基本条件。（1 1）可塑性）可塑性 在在外外力力的的作作用用下下产产生生形形变变，但但不不开开裂裂，当当外外力力去去掉掉后后，仍仍能能保保持持其形状不变，粘土的这种性质称为可塑性。其形状不变，粘土的这种性质称为可塑性。粘粘土土可可塑塑性性的的大大小小主主要要决决定定于于固固相相与与液液相相的的性性质质和和数数量量。粘粘土土的的可塑性能根据可塑指数或可塑指标可分为：可塑性能根据可塑指数或可塑指标可分为：强塑性粘土强塑性粘土 指数指数15 15 指标指标3.63.6 中塑性粘土中塑性粘土 指数指数7 715 15 指标指标2.52.53.63.6 弱塑性粘土弱塑性粘土 指数指数1 17 7 指标指标2.52.5 非塑性粘土非塑性粘土 指数指数11 （4）水铝英石 65提高坯料可塑性的措施有：提高坯料可塑性的措施有：将粘土进行淘洗，除去夹杂的非可塑性物料，或进行长期风化。将粘土进行淘洗，除去夹杂的非可塑性物料，或进行长期风化。将润湿的粘土或坯料进行长期陈腐。将润湿的粘土或坯料进行长期陈腐。将泥料进行真空处理，并多次练泥。将泥料进行真空处理，并多次练泥。掺入少量的强可塑性粘土。掺入少量的强可塑性粘土。必要时加入少量强胶体物质，如糊精、羧甲基纤维素等。必要时加入少量强胶体物质，如糊精、羧甲基纤维素等。降低坯料的可塑性措施有：降低坯料的可塑性措施有：加入非可塑性原料，如石英、瘠性粘土、熟瓷粉等。加入非可塑性原料，如石英、瘠性粘土、熟瓷粉等。将部分粘土预先煅烧。将部分粘土预先煅烧。（2 2）结合性）结合性 粘粘土土的的结结合合性性主主要要表表现现为为能能粘粘结结其其它它瘠瘠性性物物料料的的结结合合力力的的大大小小，粘土的这种结合力在很大程度上由粘土矿物的结构决定。粘土的这种结合力在很大程度上由粘土矿物的结构决定。（3 3）离子交换性）离子交换性 粘粘土土颗颗粒粒由由于于其其表表面面层层的的断断键键和和晶晶格格内内部部的的离离子子被被置置换换，粘粘土土表表面面总总是是带带有有电电荷荷，同同时时又又吸吸附附一一些些反反离离子子。在在水水溶溶液液中中，这这种种吸吸附附的的离离子子又又可可被被其其它它相相同同电电荷荷的的离离子子所所置置换换，这这种种离离子子交交换换反反应应发发生生在在粘粘土的表面部分，而不影响硅铝酸盐晶体结构。土的表面部分，而不影响硅铝酸盐晶体结构。提高坯料可塑性的措施有：66（4 4）触变性）触变性 粘粘土土泥泥浆浆或或可可塑塑泥泥团团受受到到振振动动或或搅搅拌拌时时，粘粘度度会会降降低低而而流流动动性性增增加加，静静止止后后又又逐逐步步恢恢复复原原状状。此此外外泥泥料料放放置置一一段段时时间间后后，在在维维持持原原有有的水份情况下也会出现变稠和固化现象。这种性质统称为触变性。的水份情况下也会出现变稠和固化现象。这种性质统称为触变性。3 3、粘土的加热变化、粘土的加热变化 粘粘土土在在加加热热时时发发生生一一系系列列的的化化学学变变化化，与与此此同同时时也也发发生生一一系系列列的的物物理理变变化化，如如体体积积膨膨胀胀与与收收缩缩、气气孔孔率率降降低低与与增增高高，失失去去部部分分质质量量，吸吸热热与与放放热热等等。粘粘土土在在加加热热过过程程中中的的变变化化包包括括二二个个阶阶段段，脱脱水水阶阶段段与与脱水后产物的继续转化阶段。脱水后产物的继续转化阶段。（1 1）脱水阶段）脱水阶段 例如，高岭土例如，高岭土AlAl2 2O O3 32S2Si iO O2 22H2H2 2O O加热，其脱水过程如下：加热，其脱水过程如下：100100110 110 大气吸附水与自由水的排放。大气吸附水与自由水的排放。110110400 400 其它矿物杂质带入水的排出。其它矿物杂质带入水的排出。400400450 450 结构水开始缓慢排出结构水开始缓慢排出(2(2个个OHOH变成一个变成一个H H2 2OO，留下一个，留下一个O)O)450450550 550 结构水快速排出。结构水快速排出。550550800 800 脱水缓慢下来，脱水缓慢下来，800800脱水近于停滞。脱水近于停滞。8008001000 1000 残余水排出完毕。残余水排出完毕。（4）触变性 67 粘粘土土脱脱水水后后均均变变为为脱脱水水产产物物，高高岭岭石石类类粘粘土土脱脱水水后后生生成成偏偏高高岭岭石石反应式如下：反应式如下：Al Al2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O AlO Al2 2O O3 32S2Si iO O2 2（2 2）脱水产物继续转化阶段）脱水产物继续转化阶段 温温度度升升高高，偏偏高高岭岭石石由由925925开开始始转转化化为为尖尖晶晶石石型型新新结结构构物物，其其反反应如下：应如下：2Al 2Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2 2Al 2Al2 2O O3 33SiO3SiO2 2（Al-SiAl-Si尖晶石）尖晶石）+SiO+SiO2 2 继续加热就会转化为热力学稳定的莫来石而分离出方石英：继续加热就会转化为热力学稳定的莫来石而分离出方石英：3(2Al3(2Al2 2O O3 33SiO3SiO2 2)2(3Al2(3Al2 2O O3 32 2 SiOSiO2 2)()(莫莫来来石石)+5SiO)+5SiO2 2(方方石石英英)各各种种粘粘土土矿矿物物在在高高温温下下都都能能生生成成莫莫来来石石晶晶体体，莫莫来来石石是是一一种种针针状状或细柱状晶体，化学组成在：或细柱状晶体，化学组成在：(3Al (3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2)与与(2Al(2Al2 2O O3 33SiO3SiO2 2)之间，一般写为之间，一般写为3Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2。理论组成为：理论组成为：71.8%Al71.8%Al2 2O O3 3、28.2%SiO28.2%SiO2 2，熔融温度，熔融温度18101810。伴伴随随着着加加热热中中粘粘土土物物质质所所发发生生的的化化学学变变化化，也也发发生生了了相相应应物物理理性性质的变化。其变化为：质的变化。其变化为：气孔率从气孔率从900900开始陆续下降，至开始陆续下降，至12001200以后下降速度最为剧烈。以后下降速度最为剧烈。粘土脱水后均变为脱水产物，高岭石类粘土脱水后生成偏高68 失失去去部部分分质质量量现现象象，主主要要发发生生在在脱脱水水阶阶段段，脱脱水水阶阶段段后后仍仍有有残残留留 结构水的排放而失去微小质量。结构水的排放而失去微小质量。密密度度在在900900以以前前稍稍有有降降低低，在在90090010001000的的温温度度范范围围内内其其密密度度大大大增加，收缩异常显著。大增加，收缩异常显著。由由于于粘粘土土的的不不同同，起起始始收收缩缩温温度度也也不不同同，可可在在500500900900之之间间，在在90090010001000以以前前收收缩缩较较缓缓慢慢至至90090010001000以以上上时时收收缩缩急急剧剧增增加加，到到达粘土的烧结温度时收缩才终止。达粘土的烧结温度时收缩才终止。温温度度超超出出烧烧结结温温度度范范围围，将将重重新新出出现现气气孔孔增增加加，坯坯体体膨膨胀胀现现象象，乃乃至整个坯体熔融。至整个坯体熔融。（二）石英类原料（二）石英类原料1 1、石英原料的种类、石英原料的种类 自自然然界界的的二二氧氧化化硅硅结结晶晶矿矿物物可可以以统统称称为为石石英英。石石英英由由于于经经历历的的地地质质产产状状不不同同，呈呈现现多多种种状状态态，并并有有不不同同的的纯纯度度，其其中中最最纯纯的的石石英英晶晶体体统统称称为为水水晶晶，水水晶晶的的产产量量很很少少，它它在在工工业业上上有有重重要要的的用用途途。陶陶瓷瓷工工业业中常用的石英原料和材料有下列几种：中常用的石英原料和材料有下列几种：（1 1）脉石英）脉石英 含二氧化硅的熔融岩浆充填岩隙并在地壳的较浅部分经急冷凝固含二氧化硅的熔融岩浆充填岩隙并在地壳的较浅部分经急冷凝固 失去部分质量现象，主要发生在脱水阶段，脱水阶段后仍有残留69成成为为致致密密状状结结晶晶态态石石英英，并并呈呈矿矿脉脉状状产产生生。脉脉石石英英外外观观纯纯白白色色，半半透透明明呈呈油油脂脂光光泽泽，断断口口呈呈贝贝壳壳状状，其其SiOSiO2 2含含量量可可高高达达99%99%，是是良良好好的的装装置置瓷原料。瓷原料。（2 2）砂岩）砂岩 石石英英颗颗粒粒被被胶胶状状物物结结合合而而成成的的一一种种屑屑沉沉积积岩岩。在在陶陶瓷瓷工工业业中中仅仅硅硅质质砂砂岩岩有有使使用用价价值值，硅硅质质砂砂岩岩有有白白、黄黄、红红等等色色，其其中中SiOSiO2 2含含量量909095%95%。（3 3）石英岩）石英岩 它它是是一一种种变变质质岩岩，系系硅硅质质砂砂岩岩经经变变质质作作用用使使石石英英颗颗粒粒结结晶晶在在岩岩石石上。上。SiOSiO2 2含量一般在含量一般在77%77%以上。以上。（4 4）石英砂）石英砂 花岗岩、伟晶岩等风化成细粒再由水流冲洗淘汰自然聚积而成。花岗岩、伟晶岩等风化成细粒再由水流冲洗淘汰自然聚积而成。（5 5）燧石）燧石 含含SiOSiO2 2的的溶溶液液经经化化学学沉沉积积在在岩岩石石夹夹层层中中或或岩岩石石中中的的隐隐晶晶质质SiOSiO2 2，属属沉沉积积岩岩。色色浅浅灰灰、深深灰灰或或白白色色，硬硬度度高高，可可作作为为研研磨磨材材料料和和球球磨磨机机内内衬等。衬等。成为致密状结晶态石英，并呈矿脉状产生。脉石英外观纯白色，半透70（6 6）硅藻土）硅藻