陶瓷工艺学12石英，长石，其他矿物原料

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1、一、石英原料的种类和性质（一）石英原料的种类自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石英。其中最纯的石英晶体称为水晶。水晶的产量很少，且在工业上有更重要的用途，陶瓷工业一般不予使用。由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。第三节石英类原料在陶瓷工业中常用的石英类原料有以下几种：①脉石英：是由二氧化硅的熔融岩浆填充岩隙并在地壳的较浅部分经急冷凝固形成的致密状结晶态石英（有的可凝固为玻璃态石英），是火成岩。其SiO2含量可高达99%，是生产日用细瓷的良好原料。②砂岩：石英颗粒被胶结物结合而成的一种碎屑沉积岩。根据胶结物质的不同，可分为：石灰

2、质砂岩、粘土质砂岩、石膏质砂岩、硅质砂岩等。在陶瓷工业中仅硅质砂岩有使用价值。砂岩中SiO2的含量为90%~95%。③石英岩：是一种变质岩。是由硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶的岩石。SiO2含量一般在97%以上，其中品质好的石英岩可作细瓷原料。④石英砂：是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流冲击淘汰后自然聚集而成。含杂质较多，成分波动也大，生产使用时，其使用量须进行控制。⑤燧石：属沉积岩。其硬度高，可作研磨材料，球磨机内衬等。⑥硅藻土：溶解在水里的一部分二氧化硅被微细的硅藻类水生物吸取沉积演变而成。硅藻土具有很多孔隙，是制造绝热材料、轻质砖、过滤体等多孔陶

3、瓷的重要原料。石英水晶－结晶良好的石英水晶－结晶良好的石英（二）石英原料的性质外观有的呈乳白色，有的呈灰白半透明状态，表面具有玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度为7。相对密度因晶型而不同，变动于2.22~2.65。石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们是α-石英、β-石英；α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英；α-方石英、β-方石英。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

4、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。二、石英的晶型转化石英是由[SiO4]四面体互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。由于[SiO4]四面体之间的连接在不同的条件与温度下呈现不同的连接方式，石英可呈现出各种晶型，其晶型与晶型间的转变温度如图所示。石英在自然界中大部分为β-石英的形态稳定存在，只有很少部分以鳞石英或方石英的介稳状态存在。石英的晶型转变图石英晶型转化的特点：1）高温型的缓慢转化（横向转化）：转化由表面开始逐步向内部进行，转化后发生结构变化，因此转化进程缓慢，体积变化大，并需要较高的温度和较长的时间，转化不可逆

5、。2）低温型的快速转化（纵向转化）：转化迅速，达到转化温度后，晶体表里瞬间同时发生转化，转化后结构不发生特殊变化，体积变化不大，转化可逆。石英晶型转化的体积变化晶型转化温度(℃)体积膨胀(%)β石英→α石英5730.82α石英→α鳞石英87016.0α鳞石英→α方石英14704.7α方石英→熔融石英17130.1α鳞石英→β鳞石英1630.2β鳞石英→γ鳞石英1170.2β方石英→α方石英1502.8石英晶型转化结果引起一系列物理变化，如体积、相对密度等，其中对陶瓷生产影响较大的是体积变化。石英晶型转化过程中的体积变化可由相对密度的变化计算出其转化的体积效应。

6、属缓慢转化的体积效应值大，例如在α-石英向α–鳞石英的转化中，体积膨胀达到16%。而属快速转化的体积变化则很小，如573℃时，β–石英的体积膨胀仅0.82%。单纯从数值上看，缓慢转化似乎会出现严重问题，但实际上由于：1）它们的转化速度非常缓慢，2）转化时转化时间也很长，3）液相的缓冲作用，因此使得体积的膨胀进行缓慢，抵消了固体膨胀应力所造成的破坏作用，对生产过程的危害反而不大。在低温下的快速转化，虽然体积膨胀很小，但因其转化迅速，又是在无液相出现的所谓干条件下进行转化，因此破坏性强，危害性大，很容易使陶瓷制品产生变形和开裂的后果。三、石英在陶瓷生产中的作用石英

7、是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它在陶瓷生产中的作用不仅表现在坯体成形，而且在烧成时都有重要的影响。①在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。②在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。③在瓷器中，合理的石英颗粒能提高瓷器坯体的强度。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。④在釉料中，二氧化硅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

8、粘度，并减少釉的热膨胀系数。同时它是赋