⽆机⾮⾦属材料总结（完整版）
第⼀章
1. 粘⼟的定义：是⼀种颜⾊多样，细分散的多种含⽔铝硅酸盐矿物的混合体。
粘⼟是⾃然界中硅酸盐岩⽯（主要是长⽯）经过长期风化作⽤⽽形成的⼀种疏松的或呈胶状致密的⼟状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 2. 粘⼟的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩⽯经风化，⽔解，热液蚀变等作⽤可变为粘⼟。⼀次粘⼟（原⽣粘⼟）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘⼟。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长⽯岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质⾼岭⼟的矿床，⼀般称为⼀次粘⼟）。
⼆次粘⼟（次⽣粘⼟）沉积型：风化了的粘⼟矿物借⾬⽔或风⼒的迁移作⽤搬离母岩后，在低洼地⽅沉积⽽成的矿床，成为⼆次粘⼟。
⼀次粘⼟与⼆次粘⼟的区别：
分类化学组成耐⽕度成型性
⼀次粘⼟较纯较⾼塑性低
⼆次粘⼟杂质含量⾼较低塑性⾼
3. ⾼岭⼟、蒙脱⼟的结构特点：车流量统计
⾼岭⼟晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四⾯体层和Al-(O,OH)⼋⾯体层通过共⽤氧原⼦联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合⼒较⼩，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。
蒙脱⼟（叶蜡⽯）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四⾯体，中间夹⼀个[AlO6]⼋⾯体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合⼒较⼩，⽔分⼦及其它极性分⼦易进⼊晶层中间形成层间⽔，层间⽔的数量是可变的。
引道结构图
4. 粘⼟的⼯艺特性：可塑性、结合性、离⼦交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘⼟—⽔系统形成泥团，在外⼒作⽤下泥团发⽣变形，形变过程中坯泥不开裂，
外⼒解除后，能维持形变，不因⾃重和振动再发⽣形变，这种现象称为可塑性。
表⽰⽅法：可塑性指数、可塑性指标
可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度⼤，渗⽔性强，便于压滤榨泥。
W1塑限：粘⼟或（坯料）由粉末状态进⼊塑性状态时的含⽔量。
W2液限：粘⼟或（坯料）由粉末状态进⼊流动状态时的含⽔量。
塑限反映粘⼟被⽔润湿后，形成⽔化膜，使粘⼟颗粒能相对滑动⽽出现可塑性的含⽔量。 塑限⾼，表明粘⼟颗粒的⽔化膜厚，⼯作⽔分⾼，但⼲燥收缩也⼤。
液限反映粘⼟颗粒与⽔分⼦亲和⼒的⼤⼩。W2上升表明颗粒很细，在⽔中分散度⼤，不易⼲燥，湿坯强度低。
可塑性指标：在⼯作⽔分下，粘⼟（或坯料）受外⼒作⽤最初出现裂纹时应⼒与应变的乘积，也可以以这时的相应含⽔率表⽰。
反应粘⼟的成型性能：应⼒⼤，应变⼩——挤坯成型；应⼒⼩，应变⼤——旋坯成型根据粘⼟可塑指数或可塑指标分类：
i.强塑性粘⼟：指数＞15或指标＞3.6
ii.中塑性粘⼟：指数7～15，指标2.5～3.6
iii.弱塑性粘⼟：指数l～7，指标<2.5氧化镁板
iv.⾮塑性粘⼟：指数<1。
2)结合性：粘⼟的结合性是指粘⼟能够结合⾮塑性原料⽽形成良好的可塑泥团，并且有⼀
定⼲燥强度的能⼒。
粘⼟的结合性由其结合瘠性料的结合⼒的⼤⼩来衡量，可塑性强的粘⼟其结合⼒也⼤。
实验室中粘⼟的结合⼒通常以能够形成可塑泥团时所加⼊标准⽯英砂的数量及⼲后抗折强度来反映。
3)离⼦交换性：粘⼟颗粒带电荷，能吸附其他异号离⼦，在⽔溶液中这种离⼦⼜可被其他
气胀式救生衣相同电荷的离⼦置换。交换发⽣在粘⼟粒⼦表⾯，不影响硅铝酸盐晶体结构。
原因：粘⼟颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，⽽出现负电荷。
表⽰⽅法：离⼦交换能⼒⽤交换容量来表⽰，100g粘⼟所吸附能够交换的阳离⼦或阴离⼦的量，单位：mol×10／g。
交换容量排序：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+
阴离⼦的取代能⼒：OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-
交换能⼒的影响因素：离⼦性质；粘⼟矿物的种类和有序度及分散度，有序度⾼则交换能⼒差；有机物质的含量和粘⼟矿物结晶程度，⼀些活性基因-OH，-COOH具有吸附阳离⼦的能⼒，结晶程度差，交换能⼒强。
*pH对离⼦交换的影响：
4)触变性：粘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能恢
复原来状态。反之，相同泥浆放置⼀段时间后，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，上述现象可重复⽆数次，统称为触变性。
产⽣原因：由于粘⼟⽚状颗粒的活性边⾯上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边－边或边－⾯结合，使粘⼟颗粒之间常组成封闭的⽹络状结构。这时，泥料中的⼤量的⾃由⽔被分隔和封闭在
⽹络的空隙中，使整个粘⼟－⽔系统好像⽔分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的⽹络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切⼒的作⽤或振动时，⽹络即被破坏，⼜呈流动状态。
泥浆的厚化系数：触变厚化现象可以⽤泥浆粘度变化之⽐或剪切应⼒变化的百分数来表⽰。
例：厚化系数＝τ30min／τ30s
τ30min——100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间
τ30s——100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间
可塑泥团的厚化系数：静置⼀段时间后，球体或锥体压⼊泥团达⼀定深度时剪切强度增加的百分数。
例：厚化系数＝（P n -P0）／P0×100％
P0——泥团开始承受的负荷g
P n——泥团静置⼀定时间后，球体或圆锥体压⼒相同深度时，泥团承受的负荷g
泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢慢减⼩。
5)收缩：
⼲燥收缩：粘⼟泥料在⼲燥时颗粒间的⽔分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩。
烧成收缩：当粘⼟泥料煅烧时，由于发⽣⼀系列物理化学变化，粘⼟泥料再度收缩。
总收缩：成型试样经⼲燥、煅烧后的尺⼨总变化。
体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6%～9%）。电动液控闸阀
⼀道计算题：已知某瓷料的⼲燥收缩为2％，烧成收缩为15％，假设其径向和轴向收缩⼀致，则烧制直径为12，厚度为5的圆柱型瓷柱，模腔尺⼨为多少？控制厚度为多⾼？答：注意：此处没有标记单位，即默认为mm ，计算题注意有效数字的保留
⾸先⼲燥收缩为粘⼟泥料在⼲燥时颗粒间的⽔分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩，分为线收缩和体收缩。烧成收缩在⼲燥收缩之后，是当粘⼟泥料煅烧时，由于发⽣⼀系列物理化学变化，粘⼟泥料再度收缩，同样分为体收缩和线收缩。这⾥我们要计算线收缩。 S
⼲为⼲燥线收缩，S 烧为烧成线收缩，式中 L 0为试样原始长度； L ⼲为试样⼲后长度；L ⼲为试样⼲后长度；L 烧为试样烧后长度。
题中给出的是体收缩，我们要转化为线收缩，然后再依次计算。
除此之外，还有公式：
体积收缩率：S V ＝（ V 0－ V 1）／
V 0×100%
V 0——试样成型后的原始体积
V 1——试样⼲燥后或烧成后的体积⼲燥线收缩与烧成线收缩之间的关系：
6)
烧结性：
烧结状态：体积密度最⾼、⽓孔率最低的状态
烧成状态：材料达到预期理化性能的状态
T1：开始烧结温度。开始出现液相，⽓孔率明显下降，收缩急剧增加。 T2：烧结温度，液相达到⼀定的数量，收缩达最⼤，⽓孔率降到最低。
T3：软化温度，随温度升⾼，液相继续增加，开始变形，⽓孔率、收缩率反常。
T2-T3为烧结范围
耐⽕度：表征粘⼟原料抵抗⾼温作⽤不致融化的性能指标。
表⽰⽅法：三⾓锥法——将⼀定细度的粘⼟原料（< 0.2mm ）制成⼀个等边截头三⾓锥（上底2mm ，
下底8mm ，⾼30mm ，截⾯正三⾓形）⼲燥后，在⼀定升温制度下，测出三⾓锥的顶端软化下弯⾄锥底平⾯时的温度）。
5. ⽯英的多晶转变及特点：
％⼲
烧⼲－烧100?=
L L L S
常压下有七种结晶态和⼀种玻璃态，在⼀定条件下相互转化
多晶转变的特点：
⾼温型的迟缓转化（横向转化或⼀级转化）：由表⾯向内部逐步进⾏，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较⾼的活化能；转变速度慢；体积变化较⼤，所以需较⾼温度及较长时间。
低温型的迅速转变（纵向转变或⼆级转变）：由表及⾥瞬间同时转化，体积变化⼩，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的⾓度稍做变动为位移型转变），易进⾏，且转化可逆。
体积效应：⼀级转变的体积变化⼤，但由于其转化速度慢，体积效应⼩，且在⾼温下有液相存在，对坯体影响不⼤。⼆级转变的体积变化⼩，但转化速度快，瞬间完成，体积效应⼤，⽆液相，对坯体影响⼤，必须严格控制。 陶瓷⽣产实际转化情况：升温快（快速烧成），⽆论是否有矿化剂，都经过半⽅⽯英这⼀过渡状态。
（有矿化剂存在时，最终有鳞⽯英形成；⽆矿化剂时，最终形成⽅⽯英。矿化剂：RO，R2O；矿化剂来源：熔剂性原料。在普通陶瓷⽣产过程中，⽯英的转化主要是⼆级转化，⽽不是⼀级转化。实际⽣产中，由于烧成温度的限制（⼀般在1300℃），最终⽯英以半⽅⽯英存在，即所说的⽅⽯英。）⾃然界中⽯英⼤部分以b—⽯英存在，很少以鳞⽯英或⽅⽯英的介稳状态存在。吊车梁安装
α-⽅⽯英中两个硅氧四⾯体之间有⼀对称中⼼；
α-鳞⽯英中两个硅氧四⾯体之间有⼀对称⾯，两者之间的硅氧键夹⾓180o；
β-⽯英的键⾓是150o，键拉直时，与α-⽅⽯英结构相同。
6. 长⽯的混熔特性：⼏种基本类型的长⽯，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体。1)钾长⽯和钠长⽯常以固熔体存在。钾长⽯和钠长⽯⾼温互溶，低温分离；据含量不同，
晶体折射不同；钾钠长⽯的固熔体，钠长⽯含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹。
2)钠长⽯和钙长⽯⾼温下任意⽐互溶，低温下也不分离。
3)钾长⽯和钙长⽯的固溶性差，⼩于10%，在任何温度下⼏乎不互溶。调整配⽅时，钾长
⽯中加⼊少量钙长⽯，利于降低烧成温度。
4)钾长⽯和钡长⽯可形成不同⽐例的固溶体。
7. 粘⼟、长⽯和⽯英在陶瓷⽣产中的作⽤：
⼀句话总结：粘⼟起可塑调节的作⽤；长⽯在烧成中起助熔作⽤；⽯英构成坯体⾻架。
具体：
粘⼟：赋予泥坯的可塑性；使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；在坯料中结合其它瘠性原料，使具有⼀定⼲坯强度及最⼤堆积密度；是瓷坯中Al2O3的主要来源，也是烧成时⽣成莫来⽯晶体的主要来源。
⽯英：烧成前，⽯英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是⽣坯⽔分排出的通道，降低坯体的⼲燥收缩，增加⽣坯的渗⽔性，缩短⼲燥时间，防⽌坯体变形；利于施釉。烧成时，⽯英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；⾼温时⽯英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的⽯英颗粒构成坯体的⾻架，防⽌坯体软化变形。可提⾼坯体的机械强度，透光度，⽩度。釉料中，SiO2是玻璃质的主要成分，提⾼釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提⾼釉料的熔融温度与粘度。
长⽯：在⾼温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱⾦属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。熔融后的长⽯熔体能溶解部分⾼岭⼟分解产物和⽯英颗粒；液相中Al2O3和SiO2互相作⽤，促进莫来⽯的形成和长⼤，提⾼瓷体的机械强度和化学稳定性。长⽯熔体能填充坯体孔隙，减少⽓孔率，增⼤致密度，提⾼坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。作为瘠性原料，提⾼坯体渗⽔性，提⾼⼲燥速度，减少坯体的⼲燥收缩和变形。在釉料中做熔剂，形成玻璃相。
8. 关于是否需要预烧：⽯英需要预烧，有利于粉碎。粘⼟，长⽯不需预烧。氧化钛，氧化铝要预烧。氧化镁当以菱镁矿作原料时不⽤预烧，以碱式碳酸镁作原料时要预烧。
9. 简述粘⼟的化学组成和矿物组成？评价粘⼟⼯艺性能的指标有哪些？
答：化学组成——粘⼟是⼀种含⽔铝硅酸盐的混合物，组成为平均值，⼀般粘⼟的化学组成指九项全分析数据：
SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O，I.L.（烧失）。
矿物组成——⾼岭⽯（多⽔⾼岭⽯）；蒙脱⽯（叶腊⽯）；伊利⽯（⽔云母）。
评价粘⼟⼯艺性能的指标：可塑性指数与可塑性指标，结合⼒（上⾯有详细的指标），交换
容量，厚化系数，线收缩率，体积收缩率，⽓孔率，吸⽔率，体积密度，耐⽕度。
10. 长⽯在陶瓷⼯业⽣产中有何作⽤？钾长⽯和钠长⽯的熔融特性有何不同？
答：作⽤上⾯有。
钾长⽯和钠长⽯熔融特性的区别：钾长⽯的熔化温度范围为1130-1450℃，钠长⽯的熔化温度范围是1120-1250℃，钾长⽯的较宽。⾼温下钾长⽯熔液的粘度较⼤，⽽且随温度增⼤熔液粘度缓慢降低。天然的钠长⽯熔化温度较低，熔化时没有新的晶相产⽣，液相组成与未熔长⽯的组成相同，形成的液相粘度较低。
11. 常压下⼆氧化硅有哪些结晶态？⽯英在陶瓷⽣产中的作⽤是什么？
答：有7种结晶态，⼀种玻璃态，分别是α-⽯英、β-⽯英、α-磷⽯英、β-磷⽯英、γ-磷⽯英、α-⽅⽯英、β-⽅⽯英以及⽯英玻璃。⽯英的作⽤是构成坯体的⾻架。
12. 氧化铝有哪些结晶型态？简述氧化铝原料的制备⼯艺。
答：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。氧化铝原料的制备⼯艺：⾼压溶出；溶出矿浆稀释和⾚泥分离洗涤；晶种分解；氢氧化铝分离、洗涤、焙烧；分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化。
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