陶瓷工艺学及答案

陶瓷⼯艺学及答案

1. 陶瓷原料按⼯艺特性可分为哪四类原料？

⼀般按原料的⼯艺特性分为：可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四⼤类。2. 传统陶瓷的三⼤类原料是什么？

答：粘⼟、⽯英、长⽯3. 指出粘⼟、粘⼟矿物、⾼岭⼟、⾼岭⽯的差异

答：黏⼟是⼀类岩⽯的总称，这有利于区分黏⼟、黏⼟矿物、⾼岭⼟、⾼岭⽯等这些名词的不同

黏⼟矿物：含⽔铝硅酸盐，组成黏⼟的主体，其种类和含量是决定黏⼟类别、⼯业性质的主要因素。⾼岭⼟主要由⾼岭⽯组成的黏⼟称为⾼岭⼟。4. 说明原⽣粘⼟和次⽣粘⼟的特点

答：原⽣粘⼟：⼀次粘⼟，母岩风化后在原地留下来的粘⼟，产⽣的可溶性盐被⽔带⾛，因此质地较纯，耐⽕度⾼，颗粒较粗，可塑性差；

次⽣粘⼟：⼆次粘⼟、沉积粘⼟，由河⽔或风⼒将风化产⽣的粘⼟迁移⾄低洼地带沉淀所成。颗粒较细，可塑性好，夹杂其它杂质，耐⽕度差。5. 粘⼟按耐⽕度可分为哪⼏类，各⾃特点是什么？P17

6. 粘⼟的化学组成主要是什么？主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶⽔（H2O）。

分别说明氧化铝、⼆氧化硅、氧化铁/⼆氧化钛、碱⾦属/碱⼟⾦

属氧化物、有机质对粘⼟烧结的影响

（1）SiO2 ：若以游离⽯英状态存在的SiO2多时，黏⼟可塑性降低，但是⼲燥后烧成收缩⼩。

（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，含量过⾼，颜⾊变深，还影响电绝缘性。

（4）CaO、MgO、K2O、Na2O：降低烧结温度，缩⼩烧结范围。（5）H2O、有机质：可提⾼可塑性，但收缩⼤。7. 粘⼟中根据矿物的性质和数量可以分为哪两类？哪些是有益杂质矿物，哪些是有害杂质？

根据性质和数量分为两⼤类：黏⼟矿物和杂质矿物

有益杂质：⽯英、长⽯

有害杂质：碳酸盐、硫酸盐、⾦红⽯、铁质矿物8. 指出碳酸盐、硫酸盐对陶瓷烧结的影响

碳酸盐主要是⽅解⽯、菱镁矿；硫酸盐主要是⽯膏、明矾⽯等。⼀般影响不⼤，但以较粗的颗粒存在时。往往使坯体烧成后吸收空⽓中的⽔分⽽局部爆裂。9. 粘⼟矿物主要有哪三类？各⾃结构上有什么特点？试⽤材料分析⼿段说明如何鉴别⾼岭⽯、蒙脱⽯等

粘⼟矿物。a．⾼岭⽯类:b．蒙脱⽯类:

c．伊利⽯类:杆状以及蠕⾍状。⼆次⾼岭⼟中粒⼦形状不规则，

边缘折断，尺⼨较⼩。为Al2O3·4SiO2·nH2O ⾼岭⽯属三斜晶系，常为细分散状的晶体，外形常呈六⽅鳞⽚状、粒状和蒙脱⽯晶体为单斜晶系，晶粒呈不规则细粒状或鳞⽚状，可塑性好。理论化学通式伊利⽯(Illite)类矿物是⽩云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2经强烈的化学风化作⽤⽽转变为蒙脱⽯或⾼岭⽯过程中的中间产物。10. ⾼岭⽯的理论化学式和结构特点主要矿物成分是⾼岭⽯和多⽔⾼岭⽯，理论化学通式是Al2O3·2SiO2·2H2O

⾼岭⽯为1:1型层状结构硅酸盐矿物，是由硅氧四⾯体层和铝氧⼋⾯体层通过共⽤的氧原⼦联系⽽成

的双层结构，从⽽构成⾼岭⽯晶体的基本结构单元层。11. 蒙脱⽯的理论化学通式？为什么膨润⼟容易膨胀？

蒙脱⽯晶体为单斜晶系，晶粒呈不规则细粒状或鳞⽚状，可塑性好。理论化学通式为Al2O3·4SiO2·nH2O

两个结构单元层之间以分⼦间⼒连结，结构较松散，在外⼒或极性⽔分⼦的作⽤下层间会产⽣相对运动⽽膨胀或剥离。⽔分⼦或其它有机分⼦可以进⼊层间，可膨胀20~30倍！具有强吸⽔膨胀性、⾼分散性、悬浮性、触变性、润滑性和吸附性等12. 粘⼟的⼯艺性能有哪⼏类？1. 可塑性2. 结合性3. 离⼦交换性4. 触变性5. 膨胀性6. 收缩7. 烧结性

能8. 耐⽕度13. 粘⼟的颗粒⼤⼩对成型、烧结和制品性能有何影响

由于细颗粒的⽐表⾯积⼤，其表⾯能也⼤，因此当黏⼟中的细颗粒愈多时，其可塑性愈强，⼲燥收缩愈⼤，⼲后强度愈⾼，⽽且烧结温度低，烧成的⽓孔率亦⼩，从⽽有利于制品的⼒学强度、⽩度和半透明性的提⾼。14. 如何表征粘⼟的可塑性？怎么改变浆料的可塑性？

可塑性是指黏⼟粉碎后⽤适量的⽔调和、混练后捏成泥团，在⼀定外⼒的作⽤下可以任意改变其形状⽽不发⽣开裂，除去外⼒后，仍能保持受⼒时的形状的性能。15. 如何表征粘⼟的离⼦交换性能表征⽅法：交换容量，100g⼲黏⼟能够交换的离⼦量。

16. 粘⼟的触变性是指什么？产⽣的原理？举例说明在⽣产中如管道输送、注浆成型的应⽤。

黏⼟泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低⽽流动性增加，静置后⼜能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置⼀段时间后，在维持原有⽔分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复⽆数次。黏⼟的上述性质统称为触变性，也称为稠化性。

本质：黏⼟颗粒表⾯电荷与⽔形成的⽹络结构

含⽔率提⾼，温度升⾼，均能减弱⽹络结构，减⼩触变性

表征：稠化度，泥料的黏度变化之⽐或者剪切应变变化的百分数触变性过⼩，⽣坯强度不够，影响成型、脱模和修坯质量；触变

性太⼤，泥浆在管道运输困难，⽣坯容易变形17. ⾼岭⼟磨细会产⽣膨胀，蒙脱⽯吸⽔也发⽣膨胀，⼆者的差异？

答：⾼岭⽯为1:1型层状结构硅酸盐矿物，是由硅氧四⾯体层和铝氧⼋⾯体层通过共⽤的氧原⼦联系⽽成的双层结构，从⽽构成⾼岭⽯晶体的基本结构单元层。其晶体结构与⾼岭⽯的不同之处在于晶层间填充着按⼀定取向排列层间⽔分⼦，，因⽽沿c轴⽅向晶格常数增⼤，层间⽔能抵消⼤部分氢键结合⼒，使得晶层只靠微弱的分⼦键相连，使⽔分⼦进⼊层间形成层间⽔，使其膨胀蒙脱⽯是2：1层状结构，两层硅氧四⾯体夹⼀层铝氧⼋⾯体两个结构单元层之间以分⼦间⼒连结，结构较松散，在外⼒或极性⽔分⼦的作⽤下层间会产⽣相对运动⽽膨胀或剥离。⽔分⼦或其它有机分⼦可以进⼊层间，可膨胀20~30倍！具有强吸⽔膨胀性18. ⼀个长度100mm的⽣坯，⼲燥线收缩5%，烧成线收缩10%，体积收缩多少？

19. 对两种粘⼟，试判断哪种粘⼟的可塑性好，哪种粘⼟的耐⽕度⾼？

20. ⽯英的转变类型有哪两类？为什么在573℃β-⽯英向α-⽯英转变的体积变化只有0.82%，却对陶瓷的危

害很⼤？⽯英的晶型转化类型有两种：

（1）⾼温型的缓慢转化（横向）

（2）低温型的快速转化（纵向）

位移式转化：低温下发⽣，转化迅速，⼜是在⽆液相的⼲条件下进⾏的，因⽽破坏性强，危害很⼤。21. 什么叫耐⽕度？如何测量耐⽕度？易熔粘⼟、难熔粘⼟和耐⽕粘⼟怎么划分？

耐⽕度是耐⽕材料的重要技术指标之⼀，它表征材料⽆荷重时抵抗⾼温作⽤⽽不熔化的性能。衡量材料在⾼温下使⽤的温度。

黏⼟⽆熔点，随温度上升逐渐软化熔融，直⾄变成玻璃态。

测试⽅法：测温三⾓锥，⾸先根据制品的最⾼烧成温度，选择三个相邻锥号组成⼀组，即⼀个锥号相当于最⾼烧成温度，⼀个⾼于这个温度，⼀个低于这个温度。将这⼀组测温锥的下底嵌插在耐⽕泥制成的长⽅形底座上，嵌⼊深度约为其长度的10％左右。锥体直⾓棱线与底座平⾯成80度倾斜⾓。22. 简述粘⼟原料在陶瓷⽣产中的作⽤

黏⼟是陶瓷⽣产中的主要原料，它可赋予坯体可塑性和烧结性，从⽽保证了陶瓷制品的成型、烧结和较好的性能。1. 黏⼟的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。

2. 黏⼟使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。

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时的主体。

5. 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。

23. 简述⽯英在陶瓷⽣产中的作⽤。

1. ⽯英是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作⽤。提供⽣坯排⽔通道，降低坯体的⼲燥收缩，缩短⼲燥时间并防⽌坯体变形。

2. 在陶瓷烧成时，⽯英的加热膨胀可部分抵消陶瓷坯体的体积

收缩。在⾼温下⽯英能部分溶解于液相中，增加熔体的黏度。⽽未溶解的⽯英颗粒，则构成坯体的⾻架。3. 在瓷器中，⽯英对坯体的⼒学强度有着很⼤的影响。合理的⽯英颗粒能⼤⼤提⾼瓷器坯体的强度，也能使瓷坯的透光度和⽩度得到改善。4. ⽯英对陶瓷釉料的性能有很⼤影响。在釉料中，⽯英是⽣成玻璃质的主要组分。增加釉料中⽯英含量能提⾼釉的熔融温度与黏度，并减少釉的热膨胀系数。24. 简述长⽯在陶瓷⽣产中的作⽤

熔融后的长⽯熔体能熔解部分⾼岭⼟分解产物和⽯英颗粒。液相中Al2O3和SiO2相互作⽤，促进莫来⽯晶体的形成和长⼤，赋予了坯体的⼒学强度和化学稳定性。

长⽯熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。在釉料中长⽯是主要熔剂。

长⽯作为瘠性原料，在⽣坯中还可以缩短坯体⼲燥时间、减少坯体的⼲燥收缩利变形等。25. 长⽯的种类有⼏种，各⾃的理论化学式

26. 钾长⽯和钠长⽯各⾃的熔融特点

答：钾长⽯熔融温度不是太⾼，且熔融温度范围宽，⾼温下钾长⽯熔体的黏度⼤，且随着温度的增⾼其黏度降低较慢。

钠长⽯熔融温度范围窄，粘度随温度的升⾼下降较快，容易在烧制中引起产品变形。27. ⽇⽤陶瓷选⽤钾钠长⽯的要求。

答：Al2O3含量为15%~20%K2O与Na2O总量不⼩于12%，其中K2O与Na2O的质量⽐⼤于3，CaO与MgO总量不⼤于1.5%，Fe2O3含量在0.5%以下为宜。在选⽤时，应对长⽯的熔融温度、熔融温度范围及熔体的黏度做焙烧实验。陶瓷⽣产中适⽤的长⽯要求共熔融温度低于1230℃，熔融范围应不⼩于30~50℃28. 瓷⽯的组成和烧成特点

答：瓷⽯是⼀种由⽯英，绢云母组成，并含有若⼲⾼岭⽯，长⽯等的岩⽯状矿物集合体。

烧成特点：瓷⽯的可塑性不⾼，结合强度不⼤，但⼲燥速度快。⼀般玻璃化温度在1150~1350℃之间，玻化温度范围较宽。烧成时绢云母兼有黏⼟及长⽯的作⽤，能⽣成莫来⽯及玻璃相，其促进成瓷及烧结作⽤29. 叶腊⽯的理论化学式、晶体结构和烧成特点

答：叶蜡⽯属单斜晶系，化学通式为：A12O3·4SiO2·H2O，晶体结构式为：A12(Si4O10)(OH)2，理论化学组成为：A12O328.30％，SiO2 66.70％，H2O 5.00％。

烧成特点：收缩率⼩，膨胀系数⼩，与良好的热稳定性和⼩的吸湿膨胀，时候制造尺⼨准确或热稳定性能好的制品。30. 铝⼟矿根据成分可分为哪⼏类

答：沉积型：⼀⽔硬铝⽯(α-Al2O3.H2O)、⼀⽔软铝⽯(γ-Al2O3.H2O)，斜⽅晶型

风化型：三⽔铝⽯(Al2O3.H2O, Gibbsite )，单斜晶型31. 硅线⽯族矿物有哪⼏种，转变为莫来⽯的反应式？

答：包括硅线⽯、蓝晶⽯和红柱⽯。反应式：3(Al2O3.2SiO2) →3Al2O3.2SiO2+SiO232. 滑⽯的理论化学式和晶体结构，为什么滑⽯使⽤前需要预烧？

答：其化学式为3MgO·4SiO2·H2O，晶体结构式是Mg3[Si4O10](OH)2

由于滑⽯多是⽚状结构，破碎时易呈⽚状颗粒并较软，故不易粉碎。在陶瓷制品成型过程中极易趋于定向排列，导致⼲燥、烧