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1、关于常用陶瓷原料及特性现在学习的是第1页，共122页1、粘土类原料的定义、粘土类原料的定义 粘土是自然界中存在的松散的、膏状、多粘土是自然界中存在的松散的、膏状、多种微细矿物的混合体，其主要成份是含水的种微细矿物的混合体，其主要成份是含水的铝硅酸盐矿物。铝硅酸盐矿物。外观上，粘土有白、灰、黄、黑、红外观上，粘土有白、灰、黄、黑、红等各种颜色。在硬度上，有的粘土很柔等各种颜色。在硬度上，有的粘土很柔软，可在水中分散开来，有的粘土则具软，可在水中分散开来，有的粘土则具有较大的硬度，呈石块状。有较大的硬度，呈石块状。一、粘土类原料一、粘土类原料 现在学习的是第2页，共122页2、粘土的组成、粘土的组
2、成 粘土的化学组成粘土的化学组成 化学组成为化学组成为SiO2，Al2O3 和结晶水和结晶水 (x Al2O3y SiO2zH2O)。随着地质生成条件的不同，同时会含有少量随着地质生成条件的不同，同时会含有少量的碱土金属氧化物的碱土金属氧化物Fe2O3、TiO2等。等。现在学习的是第3页，共122页 粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性质，对陶瓷材料的性能和制备工艺有很大影响质，对陶瓷材料的性能和制备工艺有很大影响：粘结性粘结性 可塑性可塑性烧结性烧结性现在学习的是第4页，共122页 粘土中粘土中SiO2含量高，尤其是含有较多游含量高，尤其是含有较多游离
3、石英，将使粘土的可塑性降低。离石英，将使粘土的可塑性降低。但在干燥过程中的收缩会小，在超过但在干燥过程中的收缩会小，在超过1450时，石英为强的易熔物，与粘土物时，石英为强的易熔物，与粘土物质中的其他成份易生成低共熔物，降低耐质中的其他成份易生成低共熔物，降低耐火度，但在陶瓷坯体烧成过程中有利于陶火度，但在陶瓷坯体烧成过程中有利于陶瓷烧结。瓷烧结。i)石英石英(SiO2)现在学习的是第5页，共122页ii)Fe2O3、TiO2等等 nFe2O3、TiO2等是粘土类陶瓷原料中有等是粘土类陶瓷原料中有害的杂质成份，它们以各种矿物的形式害的杂质成份，它们以各种矿物的形式存在于粘土中。这些矿物杂质的存
4、在存在于粘土中。这些矿物杂质的存在,使使坯体在烧成时产生熔洞、鼓胀、斑点坯体在烧成时产生熔洞、鼓胀、斑点或其他缺陷，同时影响瓷体的电绝缘或其他缺陷，同时影响瓷体的电绝缘性，而且不同的杂质将使瓷体显示不性，而且不同的杂质将使瓷体显示不同的颜色，对日用陶瓷会产生斑点和同的颜色，对日用陶瓷会产生斑点和瓷体颜色的变化。瓷体颜色的变化。现在学习的是第6页，共122页iii)氧化铝氧化铝(Al2O3)粘土中粘土中Al2O3含量高，如在含量高，如在35%以上，以上，说明坯体难以烧结，同时也降低粘土的说明坯体难以烧结，同时也降低粘土的可塑性。可塑性。现在学习的是第7页，共122页v）碳酸盐及硫酸盐）碳酸盐及硫
5、酸盐 n方解石（方解石（CaCO3）、菱镁矿）、菱镁矿(MgCO3)，石膏石膏(CaSO42H2O)、明矾石、明矾石(K2SO4Al2(SO4)36H2O)及可溶性硫酸盐及可溶性硫酸盐K2SO4、Na2SO4等。等。n硫酸盐在氧化气氛中的分解温度较高，容硫酸盐在氧化气氛中的分解温度较高，容易引起坯泡。石膏还会和粘土溶化形成绿易引起坯泡。石膏还会和粘土溶化形成绿色玻璃质熔洞，这些都是对陶瓷材料性能色玻璃质熔洞，这些都是对陶瓷材料性能不利的成分。不利的成分。现在学习的是第8页，共122页2)粘土的矿物组成粘土的矿物组成 n粘土矿物为典型的层状硅酸盐结构，在自粘土矿物为典型的层状硅酸盐结构，在自然界
6、中，粘土类矿物很少以单矿物出现，然界中，粘土类矿物很少以单矿物出现，经常是由数种矿物共生而形成的多矿物组经常是由数种矿物共生而形成的多矿物组织。织。现在学习的是第9页，共122页常见的粘土类矿物有三大类：常见的粘土类矿物有三大类：即高岭石、微晶高岭石（或称蒙脱石）、即高岭石、微晶高岭石（或称蒙脱石）、水云母。水云母。现在学习的是第10页，共122页i)高岭石类高岭石类 n高岭是江西景德镇附近的一个地名，在高岭是江西景德镇附近的一个地名，在那里首先发现适合于制造陶瓷的粘土，那里首先发现适合于制造陶瓷的粘土，现在国际上都将这类粘土称之为高岭土现在国际上都将这类粘土称之为高岭土(Kaolinite)
7、，高岭石是高岭土中的主要矿，高岭石是高岭土中的主要矿物成份，化学式为物成份，化学式为Al2O32SiO22H2O，理论化学成分为理论化学成分为Al2O3 39.5%、SiO2 46.54%、H2O 13.96%。现在学习的是第11页，共122页n高岭石晶体呈白色，外形一般是六方鳞片高岭石晶体呈白色，外形一般是六方鳞片状、粒状、也有杆状的。一般高岭石颗粒状、粒状、也有杆状的。一般高岭石颗粒平均尺寸为平均尺寸为0.33微米，比重为微米，比重为2.412.63kg/cm3。加水后稍有吸水膨胀效应。加水后稍有吸水膨胀效应，在水中分散性不大，离子交换容量为，在水中分散性不大，离子交换容量为1015毫克当
8、量毫克当量/100克粘土。属于此类矿克粘土。属于此类矿物的还有多水高岭石、片状高岭石、珍珠物的还有多水高岭石、片状高岭石、珍珠陶土等。陶土等。现在学习的是第12页，共122页n高岭石矿物系由一层高岭石矿物系由一层SiO4四面体和一层四面体和一层AlO2(OH)4八面体组成，四面体的顶端八面体组成，四面体的顶端均指向均指向AlO2(OH)4八面体，并和八面体八面体，并和八面体共有共有O原子，以此进行连接，构成结构单原子，以此进行连接，构成结构单位层。这种结构单位层在位层。这种结构单位层在c轴方向一层层轴方向一层层重重叠排列，在重重叠排列，在a、b轴方向无限的展开，轴方向无限的展开，从而构成片状高
9、岭石晶体，单位层厚度为从而构成片状高岭石晶体，单位层厚度为7.25埃。埃。现在学习的是第13页，共122页高岭石矿物的结构高岭石矿物的结构 现在学习的是第14页，共122页 高岭石层间由高岭石层间由O和和OH重叠在一起，重叠在一起，层与层之间由氢键连接着。虽然氢键结层与层之间由氢键连接着。虽然氢键结合力较弱，但与蒙脱石类层间合力较弱，但与蒙脱石类层间O晶面的晶面的连接比起来，结合力要强一些，因此，高连接比起来，结合力要强一些，因此，高岭石和蒙脱石相比不易解理与粉碎。岭石和蒙脱石相比不易解理与粉碎。现在学习的是第15页，共122页ii)蒙脱石类蒙脱石类(微晶高岭石微晶高岭石)n蒙脱石是另一种常见
10、的粘土矿物。以蒙脱石是另一种常见的粘土矿物。以蒙脱石为主的粘土矿物也称之为膨润蒙脱石为主的粘土矿物也称之为膨润土。蒙脱石的理论化学通式为土。蒙脱石的理论化学通式为Al2O34SiO2nH2O（n通常大于通常大于2)，晶，晶体结构式为体结构式为Al4(Si8O20)(OH)4nH2O。现在学习的是第16页，共122页n蒙脱石最突出的特性是能吸收大量的水蒙脱石最突出的特性是能吸收大量的水，体积膨胀，这种特性称之为膨润性。，体积膨胀，这种特性称之为膨润性。蒙脱石的这种特性是由其层间结构所决蒙脱石的这种特性是由其层间结构所决定，定，n图图12为蒙脱石的结构示意图为蒙脱石的结构示意图现在学习的是第17页
11、，共122页现在学习的是第18页，共122页n蒙脱石结构中，每个晶层的两端都是硅蒙脱石结构中，每个晶层的两端都是硅氧四面体层，中间层夹着一个铝氧八面氧四面体层，中间层夹着一个铝氧八面体层，层之间氧层与氧层的结合力很小体层，层之间氧层与氧层的结合力很小，所以水或其他极性分子很容易进入晶，所以水或其他极性分子很容易进入晶层中间，引起沿层中间，引起沿c轴方向膨胀。此外蒙轴方向膨胀。此外蒙脱石易解理、碎裂成微小颗粒。脱石易解理、碎裂成微小颗粒。现在学习的是第19页，共122页n蒙脱石的阳离子交换能力很强，这是因蒙脱石的阳离子交换能力很强，这是因为晶格中四面体层的为晶格中四面体层的Si4+小部分被小部分
12、被Al3+、P5+置换，八面体层中的置换，八面体层中的Al3+常被常被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等离子置换。等离子置换。这样使得晶格中电价不平衡，促使晶层之这样使得晶格中电价不平衡，促使晶层之间吸附阳离子，如间吸附阳离子，如Ca2+、Na+等。由于吸等。由于吸附离子，晶层之间的距离增加，更容易吸附离子，晶层之间的距离增加，更容易吸收水分子而膨胀。这些离子被置换时，又收水分子而膨胀。这些离子被置换时，又增强蒙脱石的阳离子交换能力。增强蒙脱石的阳离子交换能力。现在学习的是第20页，共122页iii)伊利石类伊利石类 n伊利石是常见的一种水云母类硅酸盐矿物伊利石是常见的一种水云母类硅酸盐矿
13、物，它的晶体结构式是，它的晶体结构式是K2(Al，Fe。Mg)4(Si,Al8O(OH)2nH2O，化学式为，化学式为(K2O3Al2O36SiO22H2O)nH2O。现在学习的是第21页，共122页3、粘土的工艺性质、粘土的工艺性质 n粘土的矿物组成、化学成份和晶体结粘土的矿物组成、化学成份和晶体结构决定了粘土的性质。构决定了粘土的性质。n粘土的可塑性粘土的可塑性n粘土的触变性粘土的触变性n粘土的结合性粘土的结合性n干燥收缩和烧成收缩干燥收缩和烧成收缩n吸附性吸附性n粘土的烧结性粘土的烧结性现在学习的是第22页，共122页1)粘土的可塑性粘土的可塑性 n粘土与适量的水混练以后形成泥团，粘土与
14、适量的水混练以后形成泥团，这种泥团在外力的作用下产生变形但这种泥团在外力的作用下产生变形但不开裂，当外力去掉以后，仍然能保不开裂，当外力去掉以后，仍然能保持其原有形状，粘土的这种性质称之持其原有形状，粘土的这种性质称之为粘土的可塑性，可塑性是陶瓷塑性为粘土的可塑性，可塑性是陶瓷塑性成型的基础。成型的基础。现在学习的是第23页，共122页影响粘土可塑性的因素影响粘土可塑性的因素 i)粘土的颗粒越细，比表面就越大，分散程度就越粘土的颗粒越细，比表面就越大，分散程度就越高，可塑性就越好。高，可塑性就越好。ii)粘土与水之间必须按照一定的数量比例配合，粘土与水之间必须按照一定的数量比例配合，才能产生好
15、的可塑性。水量不够，可塑性体现才能产生好的可塑性。水量不够，可塑性体现不出来或不完全，过多则变为泥浆又失去可塑不出来或不完全，过多则变为泥浆又失去可塑性。性。iii)粘土矿物中的无机杂质成份，将会降低粘土粘土矿物中的无机杂质成份，将会降低粘土的可塑性的可塑性，某些有机杂质反而会增加粘土的，某些有机杂质反而会增加粘土的可塑性。可塑性。现在学习的是第24页，共122页2)粘土的触变性粘土的触变性 n粘土泥浆或泥团受到振动或搅拌时，粘粘土泥浆或泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。复原状。n此外，泥料在放置一段时间后，在维持此外，泥料在放
16、置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象。这种性质统称为粘土的现象。这种性质统称为粘土的触变性触变性。现在学习的是第25页，共122页n在陶瓷生产中，希望泥料有一定触变在陶瓷生产中，希望泥料有一定触变性。但是，触变性过大，泥浆在管道性。但是，触变性过大，泥浆在管道中不利输送，注浆成型后易变形，坯中不利输送，注浆成型后易变形，坯料触变性过小时生坯强度不够，影响料触变性过小时生坯强度不够，影响脱模与修坯。脱模与修坯。现在学习的是第26页，共122页3)粘土的结合性粘土的结合性 n粘土塑性泥团干燥后，变得坚实，具有粘土塑性泥团干燥后，变得坚实，具有
17、一定的强度，能够维持粘土颗粒之间的一定的强度，能够维持粘土颗粒之间的相互结合而不分散，这就是粘土的结合相互结合而不分散，这就是粘土的结合性。性。现在学习的是第27页，共122页4)颗粒度颗粒度 n颗粒度是各种粘土矿物的主要特征之一。颗粒度是各种粘土矿物的主要特征之一。n一般，粘土矿物的颗粒平均尺寸在一般，粘土矿物的颗粒平均尺寸在15微米微米，大部分在，大部分在2微米以下，而这一部分直接影微米以下，而这一部分直接影响到粘土的可塑性，坯体的干燥收缩、孔隙响到粘土的可塑性，坯体的干燥收缩、孔隙度和强度，以及烧成收缩和烧结性等。因此度和强度，以及烧成收缩和烧结性等。因此颗粒尺寸对粘土的工艺性能有很大影
18、响。颗粒尺寸对粘土的工艺性能有很大影响。现在学习的是第28页，共122页5)吸附性吸附性 n由于粘土颗粒具有很大的表面积与表面由于粘土颗粒具有很大的表面积与表面能，所以许多粘土都是良好的吸附剂。能，所以许多粘土都是良好的吸附剂。粘土能从溶液中吸附酸与碱，也可以使粘土能从溶液中吸附酸与碱，也可以使有色物质溶液脱色，漂白粘土是油脂工有色物质溶液脱色，漂白粘土是油脂工业中良好的漂白剂。业中良好的漂白剂。现在学习的是第29页，共122页6)干燥收缩和烧成收缩干燥收缩和烧成收缩 n塑性泥料干燥后，因其水分蒸发，孔隙减少，颗塑性泥料干燥后，因其水分蒸发，孔隙减少，颗粒之间的距离缩短而产生体积收缩，称之为干
19、燥粒之间的距离缩短而产生体积收缩，称之为干燥收缩，烧结后，由于粘土颗粒中产生液相填充在收缩，烧结后，由于粘土颗粒中产生液相填充在孔隙中，以及某些结晶物质生成，又使体积进一孔隙中，以及某些结晶物质生成，又使体积进一步收缩，称之为烧成收缩，两种收缩构成粘土的步收缩，称之为烧成收缩，两种收缩构成粘土的总收缩。总收缩。n 现在学习的是第30页，共122页7)粘土的烧结性粘土的烧结性 n粘土的烧结性是粘土的重要特性之一粘土的烧结性是粘土的重要特性之一，它决定着粘土在陶瓷生产中的适用，它决定着粘土在陶瓷生产中的适用性，作为选择烧成温度，确定烧成范性，作为选择烧成温度，确定烧成范围的主要参考性能指标。围的主
20、要参考性能指标。世界陶瓷最大生产国，占50份额。2007年有9830家企业，总产值2342亿元。我国工业的快速发展，有些地方黏土资源已面临短缺。现在学习的是第31页，共122页二、石英类原料二、石英类原料 n石英是重要的陶瓷原料之一。石英是一石英是重要的陶瓷原料之一。石英是一种结晶状的种结晶状的SiO2矿物，存在的形态很矿物，存在的形态很多，以原生状态存在的有水晶、脉石多，以原生状态存在的有水晶、脉石英、玛瑙，以次生状态存在的有砂岩英、玛瑙，以次生状态存在的有砂岩、粉砂、蛋白石、燧石等，以变质状、粉砂、蛋白石、燧石等，以变质状态存在的有石英岩和碧玉等。态存在的有石英岩和碧玉等。现在学习的是第3
21、2页，共122页1、石英原料的性质、石英原料的性质 1)化学性质化学性质 石英的化学成份随其所含的杂质而异石英的化学成份随其所含的杂质而异。脉石英和石英岩中。脉石英和石英岩中SiO2的含量很高的含量很高（约（约9799），而石英砂中），而石英砂中SiO2含含量较低。量较低。现在学习的是第33页，共122页2)比重比重 n石英原料的比重随其晶型的不同而变石英原料的比重随其晶型的不同而变化，化，n石英为石英为 2.65，n方石英为方石英为 2.33，n鳞石英为鳞石英为2.33。现在学习的是第34页，共122页2、石英的晶型及其转化、石英的晶型及其转化 n石英是由石英是由SiO4-4互相以顶点连接而
22、成的互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。连接后在三维空间三维空间架状结构。连接后在三维空间扩展，由于它们以共价键连接，连接之扩展，由于它们以共价键连接，连接之后又很紧密，因而空隙很小，其它离子后又很紧密，因而空隙很小，其它离子不易侵入网穴中，则使晶体纯净，硬度不易侵入网穴中，则使晶体纯净，硬度与强度高，熔融温度也高。与强度高，熔融温度也高。现在学习的是第35页，共122页按照按照SiO4-4的连接方式，石英有三的连接方式，石英有三种存在形态种存在形态8种变体；种变体；石英石英 870以下以下 鳞石英鳞石英 1170以下以下方石英方石英 1713以下以下 现在学习的是第36页，共122页石英晶
23、型转化中的体积变化石英晶型转化中的体积变化现在学习的是第37页，共122页n预先煅烧块状石英，然后急速冷却，使组预先煅烧块状石英，然后急速冷却，使组织破坏，利于石英的破碎。织破坏，利于石英的破碎。n在制品烧成和冷却时，在处于晶型转化在制品烧成和冷却时，在处于晶型转化的温度阶段，应适当控制升温与冷却速的温度阶段，应适当控制升温与冷却速度，防止制品的开裂。度，防止制品的开裂。现在学习的是第38页，共122页3、石英在坯、釉中的作用、石英在坯、釉中的作用 n石英在陶瓷制备中起着骨架作用石英在陶瓷制备中起着骨架作用,防止坯体防止坯体软化变形。软化变形。n石英熔化在釉层中，同样起着网络骨架作石英熔化在釉
24、层中，同样起着网络骨架作用，能改善釉面性能，提高陶瓷的机械强用，能改善釉面性能，提高陶瓷的机械强度，电瓷的绝缘性能及陶瓷的化学稳定性度，电瓷的绝缘性能及陶瓷的化学稳定性，抗腐蚀性等。，抗腐蚀性等。现在学习的是第39页，共122页三长石类原料三长石类原料 n长石是陶瓷生产中的主要溶剂性原料。在烧成过程中长石是陶瓷生产中的主要溶剂性原料。在烧成过程中，长石熔融（，长石熔融（8%mol(C+t),(c+t+m),(t+m)ZrO2部分稳定氧部分稳定氧化锆（化锆（partially Stabilized Zirconia,PSZ）Y2O3 质量分数质量分数 512.5%亚稳亚稳t-ZrO2四方氧化锆多
25、晶体（四方氧化锆多晶体（Tetragonal Zirconia Polycrystals,TZP)Y2O3 23%mol稳定剂的种类和数量稳定剂的种类和数量现在学习的是第64页，共122页应力状态应力状态现在学习的是第65页，共122页3)超纯、超细超纯、超细ZrO2粉的制备粉的制备 工业用的工业用的ZrO2是从天然锆英石矿物中分是从天然锆英石矿物中分离出来的，所以粉料的粒度较大，纯度也不高离出来的，所以粉料的粒度较大，纯度也不高，一般用在锆质耐火材料上。，一般用在锆质耐火材料上。氯氧化锆直接高温煅烧氯氧化锆直接高温煅烧-氧化锆氧化锆 在精细陶瓷中一般采用超细氧化锆粉，在精细陶瓷中一般采用超细
26、氧化锆粉，目前主要采用中和共沉淀法，加入稳定剂目前主要采用中和共沉淀法，加入稳定剂。现在学习的是第66页，共122页现在学习的是第67页，共122页溶液过滤共沉淀压滤清洗煅烧现在学习的是第68页，共122页喷雾干燥现在学习的是第69页，共122页广东华旺 300350元/公斤东方锆业江西微亿（泛美亚）河北鹏达焦作市维钠精细陶瓷有限公司日本 TOSOH 8001000元/公斤 国内氧化锆陶瓷粉体生产现状国内氧化锆陶瓷粉体生产现状市场价格：市场价格：150元元/公斤公斤工业氧化锆：工业氧化锆：50元元/公斤公斤成型性能、成型性能、烧结温度、烧结温度、强度和密度强度和密度现在学习的是第70页，共12
27、2页Zirconia Back Plate DFM RevisedRaw Material MixingMaterial Preparation in Tape FormCut to Size/ShapeDebinding&Sintering No 1Sintering No 2Black ColoringHigh Temp Vacuum Furnace Cnc Machining of Openings&EdgesRough GrindingLapping/PolishLaser EngravingInspection/Packing现在学习的是第71页，共122页Zirconia Back
28、 Plate DFM Revised Japanese Powder(DKKK)&CCTC Datasheet and Characteristics Comparison项目项目 Item单位单位 Unit检测方法检测方法 Inspection MethodDKKK DataCCTC Data粉体的成份 Compositions of the powderY2O3%荧光X射线 fluorescence X-ray 5.655.55Al2O3%荧光X射线 fluorescence X-ray 0.250.24Fe2O3%ICP分析 ICP analysis0.0060.007Na2O%ICP分
29、析 ICP analysis0.0070.006SiO2%ICP分析 ICP analysis0.0070.008粉体的物理特性 The Physical Charecteristics of the powderIg.Loss%1000，1h（含水）（with H2O）0.730.51H2O%110，1h0.30.32比表面积 BETm2/g比表面积检测仪 BET analyzer13.213.5微晶尺寸 Crystallite sizenmTEM检测 TEM inspection2725粒子尺寸（D50）Particle size(D50)mMS2000激光粒度仪 MS2000 Laser
30、 particle size analyzer0.480.46烧结体的物理性能 The physical charecteristics of the sintered body密度 sintered densityg/cm3排水法 Displacement method of water6.05 6.08 吸水率 water absorption%煮沸法 boiling method00抗弯曲强度 bending strength Mpa万能力学试验机 Universal mechanical testing machine11001095表面维氏硬度Surface vicker-hardn
31、essHV维氏硬度检测仪 Vicker Hardness Tester1250-13201220-1300现在学习的是第72页，共122页3氧化钛氧化钛(TiO2)氧化钛是生产、制备陶瓷电容器的主要原料氧化钛是生产、制备陶瓷电容器的主要原料,也是合成一系列铁电和非铁电钛酸盐的主要也是合成一系列铁电和非铁电钛酸盐的主要原料。原料。每年约每年约400万吨的产量，已成为世界无机化万吨的产量，已成为世界无机化工产品中三种最大销售值商品之一，仅次于工产品中三种最大销售值商品之一，仅次于合成氨和磷酸，名列第三位合成氨和磷酸，名列第三位。现在学习的是第73页，共122页1)氧化钛的性质氧化钛的性质 n氧化钛
32、是一种细分散的白色代黄粉末，有多氧化钛是一种细分散的白色代黄粉末，有多种变体，常见的有三种即锐钛矿、板钛矿、种变体，常见的有三种即锐钛矿、板钛矿、金红石。金红石。n由于氧化钛反射全部的可见光波长，所以有由于氧化钛反射全部的可见光波长，所以有高度的白色，因此氧化钛又称之为钛白粉。高度的白色，因此氧化钛又称之为钛白粉。被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤和橡胶等工业墨、化纤和橡胶等工业.现在学习的是第74页，共122页TiO2的三种形态中，以金红石性能最好，的三种形态中，以金
33、红石性能最好，特别是它的介电常数很大。特别是它的介电常数很大。锐钛矿、板钛矿锐钛矿、板钛矿TiO2分别在分别在915和和650转化为金红石，并伴有体积收缩转化为金红石，并伴有体积收缩。因此，在使用因此，在使用TiO2前都要在前都要在11001300煅烧煅烧TiO2，以保正所有的，以保正所有的TiO2都转化为金红石型结构。都转化为金红石型结构。现在学习的是第75页，共122页金红石的煅烧制度对电性能影响很大。金红石的煅烧制度对电性能影响很大。n在煅烧或烧成金红石瓷和其它含钛瓷时在煅烧或烧成金红石瓷和其它含钛瓷时，气氛或杂质的影响，可使部分氧化钛，气氛或杂质的影响，可使部分氧化钛失氧：失氧：现在学
34、习的是第76页，共122页a)在还原气氛或弱还原气氛在还原气氛或弱还原气氛 现在学习的是第77页，共122页b)烧成时的高温分解烧成时的高温分解 nTiO2 TiO2-x+1/2xO2现在学习的是第78页，共122页c)原料中所含的杂质原料中所含的杂质 n原料中所含的杂质原料中所含的杂质Mg、Al、Si、Fe等，等，大部分能与大部分能与Ti4+起置换反应，进入晶格起置换反应，进入晶格内，影响到内，影响到TiO2的性能。的性能。现在学习的是第79页，共122页2)TiO2的制备的制备 金红石在自然界中很少见。金红石在自然界中很少见。人工提取氧化钛的方法有很多种，人工提取氧化钛的方法有很多种，但工
35、业上常用的还是硫酸水解法和氯化但工业上常用的还是硫酸水解法和氯化法。法。现在学习的是第80页，共122页硫酸法硫酸法将含钛的矿石中加入硫酸，再水解将含钛的矿石中加入硫酸，再水解FeOTiO2+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2OTiOSO4+nH2O=TiO2nH2O+H2SO4 nTiO2nH2O=TiO2+nH2O现在学习的是第81页，共122页现在学习的是第82页，共122页 氯化法是于氯化法是于1959年由美国杜邦公司首先实现工业年由美国杜邦公司首先实现工业化的。该法是将天然金红石或高钛渣粉料与焦炭化的。该法是将天然金红石或高钛渣粉料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化，生成四
36、氯化钛，或石油焦混合后进行高温氯化，生成四氯化钛，再经高温氧化生成二氧化钛，最后经过滤、水洗再经高温氧化生成二氧化钛，最后经过滤、水洗、干燥和粉碎而得到钛白粉产品。、干燥和粉碎而得到钛白粉产品。现在学习的是第83页，共122页90年代以前，硫酸法一直占据钛白粉工业的主导地位年代以前，硫酸法一直占据钛白粉工业的主导地位，1992年后，转为氯化法占主导地位。目前世界上新建或改年后，转为氯化法占主导地位。目前世界上新建或改扩建钛白粉厂多以氯化法为主，杜邦公司全部采用氯化法。氯扩建钛白粉厂多以氯化法为主，杜邦公司全部采用氯化法。氯化法钛白粉生产在技术上有一定难度，基本由少数几个大公司化法钛白粉生产在技
37、术上有一定难度，基本由少数几个大公司所垄断。所垄断。现在学习的是第84页，共122页4.碳化物陶瓷原料碳化物陶瓷原料（carbide ceramic powder)n碳化物通式：碳化物通式：MexCy (Me:金属元素金属元素)熔点都非常高，许多碳化物的熔点都在熔点都非常高，许多碳化物的熔点都在3000以上，是一类非常耐高温的材料。以上，是一类非常耐高温的材料。碳化物的硬度高，特别是碳化物的硬度高，特别是B4C，仅次于金刚石，仅次于金刚石和立方氮化硼。和立方氮化硼。n在高温下，所有碳化物都会被氧化。在高温下，所有碳化物都会被氧化。n都具有较小的电阻率和较高的导热率。都具有较小的电阻率和较高的导
38、热率。现在学习的是第85页，共122页常用碳化物原料常用碳化物原料（SiC、TiC、B4C）碳化硅（碳化硅（SiC），），高温强度高、抗氧化性能好、高温强度高、抗氧化性能好、抗腐蚀性能好、导热系数高、抗腐蚀性能好、导热系数高、热膨胀系数小和抗热震性好等一系列优点。热膨胀系数小和抗热震性好等一系列优点。现在学习的是第86页，共122页i)SiC的晶型的晶型 SiC有多种变体，主要有两种晶型：有多种变体，主要有两种晶型：SiC，属六方晶系，是高温稳定型。，属六方晶系，是高温稳定型。SiC，属等轴晶系，是低温型。，属等轴晶系，是低温型。SiC SiC 2100左右，速度很慢，左右，速度很慢，2400
39、转变迅速。转变迅速。现在学习的是第87页，共122页ii)SiC粉的合成粉的合成 工业上常用的工业上常用的SiC合成方法合成方法:用碳还原二氧化硅，即将石英砂（用碳还原二氧化硅，即将石英砂（SiO2）加焦炭直接通电还原，反应温度通常在加焦炭直接通电还原，反应温度通常在1900以上；以上；SiO2+3C SiC+2CO产量很大，价格低产量很大，价格低30005000元元/吨吨现在学习的是第88页，共122页b)碳化钛碳化钛 TiC1)性质性质TiC-面心立方晶体结构面心立方晶体结构密度：密度：4.9-3.93 g/cm3硬度：硬度：910（莫氏硬度（莫氏硬度良好的化学稳定性良好的化学稳定性现在学
40、习的是第89页，共122页2制备方法制备方法工业上利用工业上利用TiO2与与C反应反应2TiO2+CTi2O3+COTi2O3+C 2TiO+COTiO+2C TiC+CO现在学习的是第90页，共122页c)碳化硼碳化硼n性质性质 B4C:六方晶系六方晶系显微硬度：显微硬度：50000MPa 金刚石：金刚石：80000100000MPa高高B含量：核材料含量：核材料抗氧化能力差抗氧化能力差现在学习的是第91页，共122页2)制备方法制备方法 碳热法碳热法2B2O3+7C B4C+6CO现在学习的是第92页，共122页5.氮化物陶瓷原料氮化物陶瓷原料(nitride ceramic powder
41、）常用氮化物原料常用氮化物原料 作为陶瓷材料用的氮化物主要有作为陶瓷材料用的氮化物主要有Si3N4、BN、TiN、AlN等。等。现在学习的是第93页，共122页(1).氮化硅氮化硅Si3N4 i)Si3N4的晶体结构及性质的晶体结构及性质 Si3N4有两种晶体结构，有两种晶体结构，Si3N4和和 Si3N4，两者都属于六方晶系。两者都属于六方晶系。现在学习的是第94页，共122页 Si3N4在在14001600转化成转化成 Si3N4，Si3N4显微硬度为显微硬度为32.65 24.5GPa,Si3N4显微硬度为显微硬度为1610GPa现在学习的是第95页，共122页ii)Si3N4粉的制备粉
42、的制备一般采用一般采用硅粉直接氮化硅粉直接氮化碳热还原法；碳热还原法；现在学习的是第96页，共122页a)硅粉直接氮化法硅粉直接氮化法将有一定细度的硅粉，置于氮化炉中，将有一定细度的硅粉，置于氮化炉中，通氮气通氮气 加热到一定温度，即可得到加热到一定温度，即可得到Si3N4粉；粉；精细陶瓷用氮化硅粉体性能要求：精细陶瓷用氮化硅粉体性能要求：-Si3N4含量含量 92%含氧量含氧量 2%游离硅含量游离硅含量 800抗氧化能力差，易吸潮，水解抗氧化能力差，易吸潮，水解 现在学习的是第111页，共122页ii)AlN粉末的制备粉末的制备 a)铝与氮铝与氮(氨氨)直接反应直接反应 2Al+N2 2Al
43、N 反应在反应在580600,放热反应，放热反应，Al熔点熔点660 现在学习的是第112页，共122页b)碳热还原法（赛尔皮克法）碳热还原法（赛尔皮克法）Al2O3+3C+N2 2AlN+3CO 原料便宜，方法简单，工业和实验室常原料便宜，方法简单，工业和实验室常用用现在学习的是第113页，共122页c)铝的卤化物铝的卤化物(AlCl3,AlBr3等等)和氨的反和氨的反应应 AlCl3+NH3 AlN+3HCl d)铝粉和有机氮化合物反应铝粉和有机氮化合物反应 现在学习的是第114页，共122页6.电子陶瓷原料电子陶瓷原料 大部分电子陶瓷原料是多组分的；大部分电子陶瓷原料是多组分的；BaTi
44、O3、CaTiO3、PbTiO3、CaZrO3、Pb(Zr、Ti)O3及及BaOAl2O32SiO2等等这些原料天然不存在，需人工合成这些原料天然不存在，需人工合成现在学习的是第115页，共122页常见电子陶瓷原料的合成常见电子陶瓷原料的合成 a)钛酸钡钛酸钡(BaTiO3)合成合成BaTiO3常见的方法是：常见的方法是：BaCO3+TiO2 BaTiO3 现在学习的是第116页，共122页现在学习的是第117页，共122页研究结果表明：研究结果表明：a)反应先在反应先在BaCO3-TiO2颗粒的界面生成颗粒的界面生成BaTiO3b)BaTiO3进一步扩散到进一步扩散到BaCO3颗粒的内部，颗
45、粒的内部，与与BaCO3生成生成2BaOTiO2,直到直到BaCO3用用光。光。c)TiO2与与2BaOTiO2反应生成反应生成BaTiO3现在学习的是第118页，共122页现在学习的是第119页，共122页反应在反应在1200，几小时就能完成。，几小时就能完成。一般一般1250，12小时小时 温度过低反应不完全，残留温度过低反应不完全，残留2BaOTiO2，不，不利利温度过高，粉料易结块，活性降低温度过高，粉料易结块，活性降低 合成气氛为氧化气氛，防止合成气氛为氧化气氛，防止TiO2的还原的还原 现在学习的是第120页，共122页现在学习的是第121页，共122页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第122页，共122页