陶瓷工艺学 9 显微结构与性质-09.10.ppt

第9章显微结构与性质第一节陶瓷胎体显微结构
显微结构是指在不同类型显微镜下观察到的材料的组织结构。显微结构的大小从数纳米到0.1mm，最小的结构尺度大于晶胞尺寸（若是研究的结构小于晶胞尺寸则称之为微观结构）。
陶瓷胎体的显微结构是在各类显微镜下分辨陶瓷材料中含有晶相的种类、数量、形状、大小、发育程度及其几何分布。
陶瓷材料的显微结构由不同的晶相、玻璃相、气孔等构成。一般情况下普通陶瓷的显微结构由下列几个组分构成：玻璃相（按体积计）为40~65%，莫来石晶体为10%~30%，残留石英（含方石英）为10%~25%，以及少量的气孔。晶相是决定陶瓷基本性能的主导物相，其种类、发育状态、完整程度、存在方式、晶体取向、晶体缺陷等均对陶瓷性能产生影响。
玻璃相是陶瓷坯体中的低熔组成物，其粘度、数量、分布方式等也对陶瓷材料的性能产生影响。
气孔（气相）是陶瓷材料中不可避免出现的，它的存在方式、数量、分布状态也对陶瓷材料性能产生影响。显微结构中各物相的作用：
1、莫来石
瓷胎中的莫来石分别由粘土形成和从玻璃相中析出。粘土团粒中形成的莫来石有两类，即发育得较差的鳞片状莫来石和发育得较好、排列整齐的人字形莫来石；玻璃相中析出的莫来石为细针状，交织成网，通常称之为莫来石鸟巢。
莫来石构成瓷胎中玻璃相的骨架，骨架的强度可以明显改变玻璃相基质的强度。通常希望瓷胎中莫来石晶相的晶粒大小均匀或有较多的网状莫来石。2、玻璃相
一般情况下，瓷坯中的玻璃相有以下三种组成，即：环绕在石英颗粒周围的熔有石英的高硅玻璃相；中间生长有交织成网的莫来石晶体的长石玻璃相；填充在粘土残骸间的玻璃相。
玻璃相的高温粘度决定着瓷坯抵御高温变形的能力。钾长石玻璃相的高温粘度较钠长石的高温粘度大，抵抗高温变形的能力优于钠长石；玻璃相中熔解的石英数量愈多，则玻璃相的高温粘度愈大，瓷坯愈不易变形。

冷却后，玻璃相的力学强度对瓷坯的力学强度起主要作用，玻璃相中的网络结构愈完整，则瓷坯的强度愈高。反之，则强度愈低。
玻璃相的量对陶瓷坯体的致密性有重要的作用，玻璃相多且粘度适中，则坯体的致密性好，反之，致密性差。
3、石英
瓷坯中的石英晶体有两种类型：残留石英与方石英。残留石英是石英原料在烧成过程中与其它组分反应形成低共熔点熔体以及高温下熔解于熔体残留下来的。方石英的形成有两种形式，一是从石英颗粒周围富硅玻璃相中析出的齿状二次方石英；另一是石英和非晶质SiO2在干环境中转变成的方石英。
一般情况下，瓷坯中的残留石英的量会多于方石英的量，因石英的热膨胀系数与玻璃体的热膨胀系数相差较大，冷却时会在瓷坯中形成应力，对瓷坯的强度造成影响。合理的石英颗粒能大大提高瓷坯的强度，同时石英能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
4、气孔

气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置对瓷坯的强度、透光度、致密度、介电性能、热传导性能、吸湿膨胀性能等都有较为明显的作用。

通常希望瓷坯中的气孔量尽可能地少。陶瓷内在物理化学性质：
吸水率、透气性、渗透性、抗冻性、吸湿膨胀性、光学性能（光泽度、半透明性与白度）、热学性能（热膨胀性、导热性与热稳定性）、力学性能（机械强度与表面硬度）、电学性能（电导性、介电系数、介质损耗与介电强度）、化学稳定性（抗酸性与抗碱性）等等。一、光泽度
二、半透明性
三、透光色调
四、白度
五、机械强度
六、表面硬度
七、热稳定性
八、吸湿膨胀性一、光泽度
表面光泽是陶瓷制品表面的一种特征。不同用途陶瓷对表面光泽要求不同。日用陶瓷，艺术陶瓷与卫生陶瓷等通常要求表面有比较好的光泽，以提高陶瓷外观质量与有利于清洗。而室内外装饰陶瓷就不宜表面光泽太强，甚至要求无光泽。
无釉陶瓷制品表面都比较粗糙，没有足够好的光泽，故通常所谓陶瓷表面光泽都是指带釉陶瓷的表面光泽。
釉面光泽度的测定一般是采用光电光泽度计进行，用硒光电池测量照射在釉表面镜面反射方向的反光量，并规定折射率nb=1.567的黑色玻璃的反光量为100%，将被测釉面的反光能力与黑玻璃的反光能力相比较，得到釉面的光泽度，用百分比表示。
提高釉的光泽度的方法有：
①提高釉的始熔温度；
②适当提高表面张力；
③加废瓷粉；
④增加熔剂量。二、半透明性

高级日用细瓷要求具有一定的半透明性。瓷胎半透明性用半透明度来表示，一般使用光电透明度仪来测定半透明度。
影响瓷胎半透明性的因素：坯料着色氧化物的种类与数量、瓷胎相组成、玻璃相化学成分、晶体大小、瓷胎厚度等。
提高透光度的途径：
1、增加玻璃相：增加坯料配方中的熔剂性原料与石英含量，相对减少粘土含量；提高烧成温度；延长保温时间；采用还原焰操作，加大高温熔体的表面张力等。
2、减少气孔：选择杂质少的原料；塑性料加强陈腐与真空练泥；注浆料应通过陈放，慢速搅拌或真空脱气减少浆料气体；适当提高烧成温度；对石英进行细粉碎