陶瓷工艺学.doc

定义：传统陶瓷: 以无机矿物岩石为原料,经过人工加工和高温处理,历经一系列物理化学变化后而得到的质地坚硬的制品,包括日用陶瓷、耐火材料、水泥、玻璃等. 新型陶瓷：定义一：以氧化物Al2O3、ZrO2、TiO2等人工原料或合成原料为坯料,按传统陶瓷生产工艺而制得的陶瓷,也称特种陶瓷,包括纯氧化物陶瓷、电子陶瓷、工程陶瓷等。 定义二：采用高度精选和合成的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。 第一章 原料及原料的合成 天然原料：天然岩矿、共生或混入不同杂质的矿物，化学组成不纯，用于普通陶瓷制品。 传统陶瓷原料大致分三类：粘土类原料、瘠性原料、熔剂。 化工原料：将天然原料通过化学或物理方法进行加工提纯，使化学组成得以富集，以达到一定性能和纯度要求的原料，用于配制色坯、色釉、制品的表面装饰及特种陶瓷。 §1.1 氧化物类原料 1、石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性物质接触时能起反应而生成可溶性的硅酸盐。高温下，石英易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。 石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的含量。 石英在陶瓷生产中的应用 （1） 起瘠性作用，石英颗粒多呈角尖棱状，提供了水分排出的通道，缩短干燥时间，减少干燥收缩。（2） 石英在高温下的多晶转变产生的体积膨胀可抵消由于粘土矿物的脱水收缩。 （3） 高温下部分熔于液相中，形成玻璃相，提高了玻璃体粘度，减少制品变形，可与Al2O3反应形成莫来石，成分瓷胎的骨架。过多的石英在冷却时会由于晶形转变带来较大的体积效应，降低热稳定性。（4） 石英是釉料的主要成分，增加石英含量，可提高釉料的熔融温度和高温粘度，增加釉的耐磨性、硬度、机械强度、化学稳定性。 2、 ZrO2的性质： 自然界中，游离ZrO2只有单斜锆石，产量少，杂质多，工业中都是化工原料，是由锆英石提炼而得。较纯ZrO2粉呈黄色或灰色，高纯的呈白色，但常含有二氧化铪（HfO2），二者性质相似，不易分离，它们对材料的电性能影响也相似。 在以ZrO2为原料做氧化物陶瓷时，加入适量氧化物（Y2O3、CaO、MgO、CeO等）作为稳定剂，在高温下和ZrO2形成立方型固熔体，使其在一定温度范围内维持固有结构，形成稳定或部分稳定ZrO2。ZrO2中Zr4+位于O2-简单立方体的体心位置，配位数是8，但Zr4+只占O2-简单立方体的一半位置，且稳定ZrO2中有一定的氧空位，导致晶胞中有很大空隙，利于O2-移动。——高温发热体、测氧的敏感元件等。 3、二氧化钛：具有高折射率，较强的色散性，对各种波长可见光呈漫反射而显白色，故TiO2是一种白色颜料。TiO2是一种变价氧化物，在高温（大于1500℃ ）还原条件下，长期在高温高湿直流电场下使用或有杂质存在情况下，TiO2会失去部分氧生成低价氧化物。 晶型：TiO2天然矿物有金红石、板钛矿和锐钛矿三种晶型, 金红石最常见,也最稳定,其他两种都可转变成金红石。 锐钛矿在无熔剂情况下，915℃不可逆转变成金红石，在水、熔剂存在情况下，转变温度＜400℃;板钛矿只存在于天然矿石中，约在800-1040℃不可逆地转变为金红石。 工业用钛铁矿制得的TiO2，如何控制TiO2晶形FeTiO3制得的TiO(OH)2胶体煅烧至800-1000℃，即转变为金红石，在还原气氛中煅烧时转变更快，或加入价数小于4的杂质离子（Mg2+、Al3+、Ca2+、Co2+）同样促进向金红石的转化。 应用：（1）制电容器、半导体陶瓷；（2）普通陶瓷生产中，作坯料的着色剂； （3）是一种良好的低温乳浊剂，常与ZrO2、CaO配合使用，可制得较好的乳浊釉。 4、氧化铝的主要晶型：α- Al2O3（刚玉）自然界中存在的唯一晶型，如天然刚玉等矿物，单元晶胞是一个尖的菱面体，结构紧密，活性低，高温稳定，在一定温度下，另两种晶型都能不可逆地转变为α- Al2O 特点：熔点高，硬度大，耐化学腐蚀，优良的介电性能。 γ- Al2O3：是Al2O3的一种低温型态，属尖晶型立方结构，结构松散，堆积密度小，即颗粒为多孔状球体，空隙大，可用它来制造多孔特殊用途的材料，成分中常有一定量金属氧化物。高温下950-1500℃转变为α- Al2O3，完全程度取决于Al2O3纯度、制备条件和颗粒大小，为加速转化常加入氟化物（NH4F、CaF2、AlF3）或硼酸作矿化剂，加入量约为0.3-3%，以降低温度，提高Al2O3纯度。β- Al2O3：是一种含Al2O3很高的多铝酸盐矿物，不稳定，加热时，它会分解出金属氧化物和α- Al2O3 。 5、常用铅氧化物有：Pb3O4(铅丹、红丹)、PbO(黄丹或密佗僧)和PbO2PbO2在290-320℃即分解为Pb3