陶瓷的主要生产原料
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第481页（5323字）
陶瓷生产使用的原料品种很多，制作陶瓷坯体的主要原料有：可塑性原料、瘠性原料和熔剂原料三大类。可塑性原料即黏土原料，它是陶瓷坯体的主体；瘠性原料可降低黏土的塑性，减少坯体的收缩，防止高温烧制时坯体变形，常用的瘠性原料有石英砂、熟料和瓷粉；熔剂原料可降低烧制温度，它在高温下熔融后呈玻璃熔体，可溶解部分石英颗粒及高岭土的分解产物，并可粘结其他结晶相，常用的熔剂原料有长石、滑石及钙、镁的碳酸盐等。
(一)可塑性原料
1．黏土的成分
黏土是由天然岩石经过长期风化而成，是多种微细矿物的混合体。黏土有白、灰、黄、黑、红等各种颜色，常见的黏土矿物有高岭石、蒙脱石、水云母等，其主要化学成分是层状结构的含水硅铝酸盐。另外，黏土中还含有石英、长石、铁矿物、碳酸盐、碱及有机物等多种杂质。
黏土中所含杂质的种类及含量大小，对黏土的性能影响较大。当含石英较多时，会降低黏土的可塑性；黏土中铁的氧化物和钛的氧化物含量，是影响烧结坯体颜色的主要因素；钙和镁的化合物会降低黏土的耐火性，缩小烧结的范围，过量时会出现起泡；含有机杂质比较多时，吸水性强的黏土可塑性较好，干燥后强度较高，但收缩性较大。
黏土中的有害物质为云母和铁的化合物。白云母能使陶瓷制品产生气泡、突起或熔洞；黑云母能使陶瓷制品产生圆形熔融结核，或产生大量黑色和棕色斑点。铁的化合物能使陶瓷制品产生气孔、熔洞、斑疤等缺陷。
2．黏土的种类
根据黏土中杂质的含量、耐火性及用途的不同，可将黏土分为高岭土、易熔黏土、难熔黏土和耐火黏土四种。
(1)高岭土
高岭土是烧制陶瓷最好的原料，其不含氧化铁等染色的杂质，是一种高纯度的黏土，熔烧后呈白色。这种黏土颗粒较粗、塑性较差、熔烧温度高，是烧制瓷器的主要原料，因此有“瓷土”之称。
(2)易熔黏土
易熔黏土中含有大量的细砂、尘土、有机物和铁矿物等杂质，熔烧后呈红色，是生产砖瓦及粗陶制品的主要原料，因此有“硅土”之称。
(3)难熔黏土
难熔黏土也称微晶高岭土，其杂质含量较少，相对比较纯净，熔烧后呈淡灰色、淡黄色或红色，是生产陶质制品的主要原料，因此有“陶土”之称。
(4)耐火黏土
耐火黏土含杂质较少，耐火温度高，一般可达1580℃，熔烧后呈淡黄至黄色，是生产耐火、耐酸陶瓷制品的主要原料，因此有“火泥”之称。
3．黏土的性质
黏土的性质在建筑装饰陶瓷领域仅指其工艺特性，主要包括可塑性、结合性、收缩性和烧结性三个方面。
(1)可塑性
可塑性是黏土制品所必须具备的一项关键性技术指标。可塑性是指黏土加适量水搅拌之后，在外力作用下能获得任意形状而不发生裂纹和破裂，以及在外力作用停止后，仍能保持该形状的特殊性能。利用黏土的这个特殊性能，可将其塑造成各种形状和尺寸的坯体，并且不发生裂纹破损。
影响黏土可塑性的因素很多，但主要取决于黏土组成的矿物成分及含量，颗粒形状、细度与级配，以及拌合加水量的多少等因素。
(2)结合性
黏土与可塑性相似的性质是其结合性。黏土的结合性是指黏土可以与非可塑性原料结合成为成型的泥团，在干燥后有一定的强度，这种性能称为黏土的结合性。黏土的可塑性与结合性密切相关，黏土的可塑性越强，其结合性也越高。
黏土之所以具有结合性，是因为黏土的颗粒很细，所以有很大的比表面积，加水调和后会发生较为复杂的物理、化学作用，使黏土颗粒成为带电质点，能与极性水分子相吸附，从而形成具有结合性的胶体系统。
(3)收缩性
塑制成型的黏土坯体在干燥和熔烧的过程中，产生体积收缩的性能称为黏土的收缩性。黏土在干燥过程中的体积收缩称为干缩，是由于黏土在干燥过程中水分蒸发，微小的黏土粒子相互靠拢而产生的体积收缩，黏土的干缩值通常为3%～12%。
黏土在熔烧过程中的体积收缩称为烧缩，是由于在熔烧的过程中，黏土中的化合水被排除，易熔物质填充于未熔颗粒空隙间，使黏土体积进一步缩小所致，黏土的烧缩值一般为1%～2%。
(4)烧结性
黏土坯体在熔烧的过程中，也将发生一系列的物理化学反应。随着熔烧温度的不断提高，黏土中含的游离水不断蒸发，从而使其孔隙率增大；当温度升高到一定值时，黏土中的某些易熔矿物熔化形成液相熔融物，流入黏土不熔的颗粒孔隙中而粘结，这时黏土的坯体孔隙率下降，强度逐渐提高，这一过程称为黏土的烧结。
黏土的烧结程度随着焙烧温度的升高而增加，温度越高形成的熔融物越多，制品的强度越高，密实度越大，吸水率越小。当焙烧温度高至某一值时，使黏土中未熔化颗粒间的空隙基本上被熔融物充满时，即达到完全烧结，这时的温度称为烧结极限温度。黏土从开始烧结至烧结极限温度，称为黏土的烧结范围，烧结范围越宽，熔烧的制品则不易变形，并可获得烧结程度高、密实性好的陶瓷制品。
(二)瘠性原料
瘠性原料主要包括石英、熟料和废砖粉。
石英是自然界中分布很广的一种矿物，其主要成分为SiO2。可以作为瘠性原料的石英有：脉石英、石英岩、石英砂岩和硅砂四种。石英在煅烧的过程中会发生多次晶型转变，其体积会发生很大的变化，因此在生产工艺上必须加以控制。一般来说，当温度升高时，SiO2的密度会变小，结构变松散，体积产生膨胀；当温度降低时，其密度会增大，体积产生收缩。
晶型转化时的体积变化能形成相当大的应力，这种应力往往是陶瓷制品产生开裂的主要原因。在陶瓷加工原料内加入适量的熟料和废砖粉，其目的就是为了减少坯体的收缩和烧成收缩。因此，在陶瓷产品烧成制度的规范中，往往要求石英晶型转化的温度范围内采用慢速升温，以避免产生过大的体积变化以致开裂。
(三)熔剂原料
陶瓷制品的熔剂原料，主要有长石和硅灰石两种。
1．长石
长石是陶瓷制品中最常用的熔剂，也是釉料的主要原料。釉面砖坯体中一般均掺入少量的长石。长石的种类分为四种：钾长石(K2O·Al2O3·6SiO2)、钠长石(Na2O·Al2O3·6SiO2)、钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2)和钾微长石[(K、Na)2O·Al2O3·6SiO2]。
长石与石英一样都是瘠性原料，能够缩短陶瓷坯体的干燥时间，还能够减少坯体干燥时的收缩和变形。同时，长石也是一种熔剂原料，其主要作用是降低陶瓷坯体的烧成温度。在高温下长石会熔化为长石玻璃，填充于坯体颗粒间的空隙，粘结颗粒使坯体致密，并有助于改善坯体的力学性能。
2．硅灰石
硅灰石是一种硅酸钙类矿物，它的化学通式为CaO·SiO2。硅灰石作为陶瓷墙地砖的坯料，除可以降低烧成温度外，还具有减少收缩、容易压制成型、热稳定性好、烧成时间短、吸水膨胀率小等特点。
(四)釉料
在一般情况下，烧结的陶瓷坯体表面都较粗糙无光，这不仅影响其装饰效果和力学性能，而且也容易玷污和吸湿，所以常在坯体的表面施以连续玻璃质层——釉。
1．釉的作用
陶瓷坯体表面施釉经过高温焙烧后，釉与坯体表面之间会发生相互反应，在坯体表面形成一层玻璃质，它具有玻璃般的光泽和透明度，从而使坯体表面变得平整、光亮、不吸水、不透气，提高了制品的艺术性和机械强度。同时对釉层下的图案画面具有透视和保护作用，并有防止彩釉中有毒元素溶出的作用，还可以掩盖坯体的不良颜色和某些缺陷，从而可以扩大陶瓷制品的应用范围。
2．釉的种类及特性
(1)按坯体种类不同分类
根据坯体的组成材料不同，陶瓷制品分为陶器、瓷器和炻器，相应的釉可分为瓷器釉、陶器釉和炻器釉。
(2)按烧制温度不同分类
根据陶瓷制品烧制温度不同，釉可分为易熔釉(1100℃以下)、中温釉(1100～1250℃)和高温釉(1250℃以上)。
(3)按制备方法不同分类
按制备方法不同分类，釉可分为生料釉、熔块釉。
(4)按外表特征不同分类
按釉的外表特征不同，釉可分为透明釉、乳浊釉、有色釉、光亮釉、无光釉、结晶釉、砂金釉、碎纹釉、珠光釉、花釉等。
(5)按化学成分不同分类
按化学成分不同分类，是最常用的一种分类方法，釉可分为长石釉、滑石釉、混合釉、色釉和食盐釉等。
1)长石釉。长石釉由石英、长石、石灰石、高岭土、黏土及废瓷粉等配制而成。长石釉烧结温度较高，属于高温透明釉，是瓷器、炻质陶瓷及硬质精陶广为使用的一种釉层原料，其主要特点是：硬度大、光泽强、透明好、有柔和感、烧结温度范围宽等。
2)滑石釉。滑石釉是在长石釉的基础上加入适量滑石粉配制而成。此种釉的主要优点是：白度较高，透明性好，不易产生裂纹、烟熏现象；其缺点是：附着力比长石釉差，烧结后的光亮度较低。
3)混合釉。混合釉是在长石－石英－高岭土中加入适量滑石、白云石、方解石、氧化锌等多种助熔剂而组成的釉料，并根据各种熔剂的特性进行配制而成。现代釉料都是趋于这种混合釉，因为这种混合釉可以充分利用各种熔剂和各种釉料的优点，最大限度地克服釉料的缺点，以获得比较满意的使用性能。
4)色釉。色釉是在釉料中加入着色氧化物或某些盐类化合物配制而成。色釉按烧结温度不同，可分为高温色釉(高于1250℃)和低温色釉(低于1250℃)两种。陶制品通常采用低温色釉，而炻器和瓷器则采用高温色釉。色釉具有一定的装饰效果，造价比较低廉，操作比较方便，可以遮盖住不美观的坯体，广泛应用于陶瓷工艺制品中。
5)食盐釉。食盐釉不是在陶瓷生坯上直接施釉，而是当陶瓷制品焙烧到一定温度时，把食盐投入到正在燃烧的窑中，在高温及水蒸气的作用下，食盐分解氧化钠和氯化氢，以气态均匀地分布于窑内，这两种物质与坯体表面的黏土及二氧化硅作用，在坯体表面形成一种玻璃质的釉层。这种釉面具有坚固不脱落、不开裂、耐酸性强等特点。