式中：Pn——泥团开始时承受的负荷，N；
P0 —— 经一定时间后，球体或锥体压入相同深度时承受的负荷，N。
在水分不变时，泥料触变性随时间的变化是不均匀的，粘度增加将由快而变慢。在一定含水量范围内，触变性出现最大值。 （5）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，称为干燥收缩。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，称为烧成收缩。成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称总收缩。
粘土收缩常以线收缩及体收缩来表示。体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6％～9％）。线收缩率可按下式计算：干燥线收缩以试样干燥至105～110℃时尺寸的变化来表示，计算式如下：
式中： L0 ——试样原始长度；
L干——试样干后长度； S干——试样干燥线收缩率。
烧成线收缩按下式计算：
式中： L干——试样干后长度；
L烧—一试样烧后长度； S烧——试样烧成线收缩率。
粘土原料性质不同，则其收缩亦不同，一般粘土总收缩率波动在5％～2O％之间。如收缩太大，在干燥、烧成时会产生有害应力致使产品变形开裂。研究粘土的收缩性质，是设计合理的产品造型、研究模型放大的依据。 （6）烧结性能
粘土是由多种矿物组成的物质，它无固定熔点，而是在一个较大的温度范围内逐渐软化。当粘土在煅烧过程中，温度超过800～900℃以上时，低共熔物出现，并填充在固体颗粒之间，由于其表面张力的作用，使固体颗粒进一步靠拢，引起体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高，这种开始急剧变化时的温度叫开始烧结温度，如图1-3所示。当温度继续升高时，收缩将不断增大，气孔率不断降低。当密度达到最大值时，称为完全烧结，此时的温度叫烧结温度。
从粘土试样完全烧结开始，温度继续上升，会出现一个体积密度及收缩较稳定的阶段。持续一段时间后，如再继续升温，试样中的液相不断增多，以至于不能维持试样原有形状而变形，此时因发生一系列化学变化，使试样内气孔率增大，出现了膨胀现象。出现此情况的最低温度就叫软化温度，如图l-3中的t3。通常将烧结温度到软化温度之间试样处于相对衡定的阶段的温度区间称作烧结范围，如图1-3中的t2-t3。粘土的烧结范围对无机非金属材料制品生产来说是一个十分重要的特性，它直接影响到配方、窑炉种类、烧成制度等的确定。
（7）耐火度
耐火度系粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性。
粘土的耐火度主要取决于粘土的化学成分，如粘土中Al2O3含量多则耐火度较高，含碱类氧化物多则耐火度较低。一般常用Al2O3／SiO2的比值来判断粘土耐火度的高低。比值大、耐火度高，烧成温度范围宽。反之，耐火度就低，烧成温度范围窄。
耐火度的测定是将欲测粘土制成高3Omm、下底边长为8mm、上顶边长为2mm的截头三角锥，干燥后，在电炉中以一定升温速度加热，当加热到锥顶端软化弯倒至底平面时的温度，即为该试样的耐火度。 4、高铝质矿物原料
这类原料主要是高铝矾土及硅线石族矿物。它们可用于制造高铝陶瓷、窑具和耐火材料。
（1）高铝矾土(bauxite)，又称铝土矿,由铝的氢氧化物—一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石三种矿物组成（化学沉积岩）。常含高岭石、绿泥石、赤铁矿、水云母、石英等杂质，并为呈胶状态的含水氧化铁、含水铝硅酸盐、蛋白石等矿物质所胶结。化学成分变化较大，一般含Al2O3 40-75%, SiO2 1-2%, Fe2O3 0-37%, TiO21-8.5%, H2O 8-8.5%。因胶结物质不同，铝土矿颜色变化较大，自淡灰白、灰褐到黑色，有时有红色斑点。隐晶质结构，豆状或块状构造，密度约2.5。吸水性小，有时有磁性，具粗糙感。铝土矿是提炼金属铝的重要矿石，优质铝土矿可作人工磨料、矾土水泥原料和耐火材料。
（2）硅线石族原料，硅线石族原料指硅线石、红柱石和蓝晶石三种矿物，它们是同质多象变体。
硅线石(silimanite)，化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,含Fe2O3 可达2-3%。斜方晶系，常呈针状和柱状晶体，集合体呈放射状和纤维状，有时在其它矿物中呈毛发状包裹体存在。灰色、浅褐、浅绿等色。硬度7，密度3.23-3.25。熔点1850℃，是一种高温变质矿物。硅线石加热至1545℃变为富铝红柱石，再加热至1810℃时变为刚玉与玻璃，反应时产生的体积不明显。硅线石具有高的耐火度、不溶于氢氟酸和良好的机械性能等优良性质，因此可以用作高级耐火材料、特种陶瓷、炼制铝硅合金等。
蓝晶石(cyanite)，又名二硬石，化学组成Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,常含Fe、Cr等混合物。三方晶系，晶体呈扁平柱状，有时呈放射状集合体。常为兰色或青色。硬度随方向而异，平行于晶体延长方向硬度4.5，而垂直晶体延长方向为6.5-7，故有二硬石之称。密度3.56-3.68。蓝晶石在高温煅烧时，于1200℃开始分解生成莫来石和游离SiO2，伴随这种反应产生约15%的体积膨胀，所以需预先煅烧方能在耐火材料和陶瓷工业中应用。
红柱石(andalusite)，俗称菊花石。化学组成与蓝晶石相同，常含有Mn、Fe等杂质。斜方晶系，晶体呈柱状，集合体呈粒状或放射状。呈灰色、褐色或浅红色。硬度7-7.5，密度3.1-3.2。工业用矿石一般含75-85%的红柱石，少量叶腊石、云母、金红石褐刚玉等伴生矿物。高温煅烧红柱石时，于1900℃开始分解，生产莫来石和游离SiO2，分解时无明显的体积膨胀。红柱石具有高的耐火度及化学稳定性和良好的机械强度，可用作高铝质耐火材料、高技术陶瓷原料，色美透明者可作宝石。
第二节 石英类原料
二氧化硅在地壳中的丰度约为 60%。含二氧化硅的矿物种类很多，大部分以硅酸盐矿物形成岩石。无机非金属材料工业用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。 1、石英的种类
由于地质产状不同，石英呈现为多种状态，其中最纯的石英称为水晶。因水晶产量很少，除了制造石英玻璃外，一般无机非金属材料制品无法采用。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。 脉石英，由含二氧化硅的熔融岩浆充填于地壳表层的岩隙中经急冷凝固成致密结晶态的石英，这些呈脉状分布的火成岩就称为脉石英。含SiO2大于99％，杂质很少，外观呈白色，半透明，有油脂光泽，具有贝壳状断口，硬度高，是陶瓷釉料和优质玻璃的好原料。 砂岩，石英颗粒被胶结物结合而成的碎屑沉积岩。砂岩成分较复杂，根据胶结物质的不同可分为粘土质、石膏质、石灰质、云母质及硅质砂岩等。砂岩多呈白、黄、红等颜色，SiO2含量在90％～95％之间。
石英岩，硅质砂岩经地质变化石英颗粒又重新结晶的一种变质岩。又叫再结晶硅岩，含SiO2量一般在97％以上，外观多呈灰白色，有鲜明光泽，硬度高，断面致密。
石英砂，由花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，在水流冲击淘汰后自然聚积而成。可分为河砂、湖砂、山砂等数种，因其粒细，不用破碎，可大大简化工艺过程、降低成本。但因其杂质含量多，成分波动大，一般工厂采用时需进行控制。
硅藻土，由吸收溶解于水中的部分二氧化硅的微细硅藻类水生物死亡后演变而成的产物。其本质为含水的非晶质二氧化硅，杂含少许粘土，具有一定的可塑性，因其具有多孔性，常用于制造绝热材料、轻质材料及过滤体等。 隧石，含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层或岩石中的隐晶质SiO2，属沉积岩。呈层状、结核状、钟乳状、葡萄状等。以钟乳状、葡萄状产出者即为玉髓。多呈浅灰、深灰、白色，因其硬度高，可作球磨机内村及研磨介质等。 2、石英的性质
石英的外观因种类不同多呈乳白色、灰白色、半透明状，其断面具玻璃或脂肪光泽，莫氏硬度为7。密度波动于2.22～2.65。在常压下石英有七种结晶态和一个玻璃态，这些晶态在常压和在一定的温度条件下其结晶型态、结构会互相转化，并伴有体积会发生变化。一般说来，石英原料在温度升高时，其比重减少，结构松散，体积膨胀；当冷却时，其比重增大，体积收缩。表1-2列出了我国一些优质石英的化学组成。
第三节 长石类原料
长石是熔剂性原料。在陶瓷坯料、釉料和玻璃配合料中作为熔剂的基本组分。 1、长石的种类及一般性质
表1-2 石英的化学组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧失 99.48 0.36 0.10 - - - 0.03 山东泰安 痕迹 99.50 0.10 0.30 - - - - - 湖南长沙 99.53 0.19 0.04 - - - 广东潮安 痕迹 99.79 0.06 0.18 - - - 0.34 内蒙包头 痕迹 98.05 - 0.10 - - - - 山西闻喜 长石是地壳中分布极广的造岩矿物，约占地壳总重量的50%，广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石四种简单的长石组合而成。
钾长石 - K2O.Al2O3.6 SiO2，这种矿物有两种形态：正长石和微斜长石。具有很宽的熔融范围，在大约1200℃以不连惯的形式熔化，并转变成白榴石(K2O. Al2O3.4SiO2)和氧化硅。在1000℃正长石和石英结合形成低共熔物。加热到1200℃，钾长石熔融形成粘稠玻璃体。 钠长石Na2O.Al2O3.6SiO2，在自然界中以钠长石矿物存在，不同于呈现淡红色和黄色的正长石，钠长石呈白色。与钾长石相比较，能迅速烧结和熔融，并能大量溶解石英和粘土。钠长石的熔点为1100℃。条纹长石是钠长石和微斜长石的混合物，当微斜长石为主要成分时为条纹长石，如果钠长石占主导地位则为反条长石。两种形式的长石都有较低的熔融温度。
钙长石 CaO.Al2O3.2SiO2，自然界中存在钙长石矿物。钠长石和钙长石可以同晶型混合，它们的同晶混合物叫做斜长石。在斜长石中钙长石相对含量少于10％为钠长石；钙长石含量10～30％为钠钙长石；30～50％为中长石；50～70％为拉长石（富玄武岩）；70～90％为培长石。 钡长石 BaO.Al2O3.2SiO2，纯的钡长石在自然界中很稀少。在特种陶瓷和耐火材料行业多采用高纯高岭石或纯氧化铝、氧化硅与碳酸钡在高温下合成。
钡长石的电学性能很好，特别是介电损耗很低（室温下tgδ<2 ×104），而且温度对介电损耗影响很小。在300 ℃以下，它的tgδ值几乎与温度无关。 表1-3列出了四种纯长石的重要性质。但在实际上，由于长石矿物是多种长石的混溶物，且含云母、石英、角门石及铁的化合物等杂质，因此使其性质有所变化。就熔融性能而言，天然长石无一固定的熔点而只能在一个不太固定的温度范围内逐渐熔融，变为玻璃态物质。一般熔融温度范围为：钾长石1130-1450℃；钠长石1120-1250℃；钙长石1250-1550℃。
表1-3 长石的特性 种 矿 物 组 成 熔比重 摩尔重量 化学组成（理论）% 3类 点℃ g/cm g/mol SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO BaO - - 钾长K2O.Al2O3.6SiO2 1150 2.55 556.3 64.75 18.32 16.98 - 石 - 钠长Na2O.Al2O3.6SiO2 1100 2.62 524 68.82 19.56 - 11.82 - 石 - 20.4 - 钙长CaO.Al2O3.2SiO2 1550 2.76 518 43.16 36.70 - 石 32.00 27.12 - - - 40.88 钡长BaO.Al2O3.2SiO2 1715 3.37 石 我国长石资源丰富，分布很广，其化学组成和矿物组成也有很大差别。表1-4列出了我国几种优质长石的化学组成。
表1-4几种典型长石的化学组成 化学组成（%） SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失 名 称 65.52 18.59 0.40 0.58 - 11.80 2.49 0.21 海城长石 63.41 19.18 0.17 - 0.76 - 13.97 2.36 0.46 平江长石 65.66 18.38 0.17 - - 13.37 2.64 0.33 忻县长石 64.62 19.98 0.17 0.26 0.62 0.32 8.72 4.51 0.35 闻喜长石 陶瓷生产中使用的长石要求其熔化温度低于1230℃，Al2O3含量为15-20%，K2O +Na2O >13%，（其中Na2O<3%）Fe2O3<0.5%。玻璃行业对长石的要求为：Al2O3>16%，K2O +Na2O >12%，Fe2O3<0.3%。 2、其它长石类原料
伟晶花岗岩，其矿物成分主要是石英和正长石、斜长石以及少量的白云石等。其中石英成分波动较大，陶瓷工业中采用的伟晶花岗岩中石英含量一般在30％以下，长石含量在70 ％以上，杂质含量较少。
伟晶花岗岩中一般要求游离石英<30％, K2O/Na2O质量比不小于2，CaO不大2％，碱成分不小于8％，Fe2O3控制在0.5％以下，并希望其矿物组成不要波动太大。组成中Fe2O3为有害物，使用时应进行磁选。如含黑云母杂质时，应考虑筛选。
霞石正长岩，其矿物组成主要为长石类（正长石、微斜长石、钠长石）及霞石[(Na, K)AlSiO4]的固溶体。次要矿物有辉石、角闪石等。它的外观多呈浅灰绿色或浅红褐色，有脂肪光泽。
霞石正长岩在1060℃左右开始熔化，随碱含量的不同在115O～1200℃范围内完全熔融。由于霞石正长岩中Al2O3的含量较正长石高（一般在23%左右），不含或很少含游离石英，且高温下能溶解石英使熔液粘度提高，因而使坯体在烧成时不易变形，热稳定性好，机械强度较高。表l-5中列出了某些伟晶花岗岩和霞石正长岩的化学成分。
表l-5伟晶花岗岩和霞石正长岩的化学成分 化 学 组 成 （％） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 烧 失 四川南江霞石正长岩 40.00 28.40 0.25 4.50 0.30 4.55 15.50 5.60 69.89 15.08 2.50 2.07 0.66 4.29 4.73 0.54 伟 晶 花 岗 岩
第四节 钙质原料
一、碳酸钙 - CaCO3
碳酸钙在自然界中以两种形式存在，即方解石和文石(霰石)，文石属斜方晶系，晶体呈柱状、针状、钟乳状等，无色、白色或琥珀黄色。文石不稳定，常转变为方解石。方解石属三方晶系，晶型很复杂，常见者为菱面体接触双晶和聚片双晶，集合体多呈粗粒至细粒状、纤维状、叶片状和钟乳状。方解石为许多种岩石的集合，如石灰石、白垩、大理石、石灰凝岩、钟乳石和石笋等。碳酸钙 在825℃ 以上未经熔解即分解。
石灰石(limestone)，主要是由方解石组成的一种碳酸盐类沉积岩。矿物组成除方解石外，常含有白云石、菱镁矿、石英、粘土矿物等，多呈灰色，浅黄色和淡红色，完全纯的为白色。
钟乳石(stalactite)和石笋(stalagmite)是石灰石岩洞穴中沉积之方解石。
白垩(chalk)，主要由显微粒状石灰质岩，由海生物如贝壳、有孔虫等生物的遗骸及颗粒细小(0.01-0.0005mm)的方解石组成的一种生物化学沉积岩。
大理石(marble)，是一种粒状，致密变质岩，石灰石的同质异形体，质纯。大理石的碳酸钙含量接近99～99.5％。 二、氟化钙(CaF2 fluorite)
氟化钙为立方晶体，无色，不溶于水。自然界中，它以萤石的形式存在。氟化钙具有很强的熔剂作用而又具有一定的乳浊作用，常用于陶瓷和搪瓷釉料中。但是，氟化钙具有一定毒性，使用时应慎重。 三、白云石
白云石是碳酸钙和碳酸镁的固溶体。化学通式为CaCO3·MgCO3，其中CaCO330.4%, MgO 21.9%, CO2 47.7%,常含Fe, Mn等杂质。白云石属三方晶系，单体为菱面体，集合体为粒状、致密块状。一般为灰白色，有时为浅红、浅黄、褐、浅绿等色。具有玻璃光泽，硬度为3.5～4.0，比密度为2.8～2.9，性脆，遇稀盐酸微微起泡。白云石的分解温度为730～1000℃之间，750℃左右白云石分解为游离氧化镁与碳酸钙，95O℃左右碳酸钙分解。 四、硅灰石
硅灰石是偏硅酸钙矿物，化学式为CaO·SiO2，属三斜晶系。其理论化学组成为
SiO251.7%, CaO 48.3%。硅灰石有两种形态，一种低温型（即β-硅灰石和副硅灰石），一种高温型（即α-硅灰石，又称假硅灰石）。天然硅灰石都是β型，合成硅灰石都是α型，其转变温度约为1120℃。
天然硅灰石通常蕴藏在变质石灰岩中,在火成岩的富钙片岩中也可见到。天然硅灰石由于常与透辉石(CaO·MgO·2SiO2)、石榴石、绿廉石、方解石、石英等共存，故常含有Al2O3、Fe2O3 、、MgO、MnO及K2O、Na2O等。
硅灰石单晶呈板状或片状，集合体呈片状、纤维状、块状或柱状等。颜色通常为白色、灰白色和暗褐色，具玻璃光泽。硬度4.5～5，比密度2.8～2.9，熔点1540℃。
硅灰石本身不含有机物质、吸附水及结晶水，它的干燥收缩和烧成收缩都小，平均收缩一般在0.5%以下，因此可减少坯体烧后的弯曲变形。硅灰石的热膨胀系数较小，β-硅灰
-6
石的膨胀系数为 6.5×10/℃（室温～800℃），因此易与釉结合，产品热稳定性好，便于快速烧成。硅灰石可用于制造釉面砖、墙地砖、日用陶瓷、低损耗无线电陶瓷、卫生陶瓷、窑具及火花塞瓷等。 五、透辉石
透辉石是偏硅酸钙镁，化学式为CaMg[Si2O6]，理论化学组成为:CaO 25.9%、MgO 18.5%、SiO2 55.6%。它与硅灰石一样都属于链状结构硅酸盐矿物。透辉石属单斜晶系，晶体呈短柱状，集合体呈粒状、柱状、放射状；多呈浅绿、浅灰，有的为灰白、无色、条痕白或带绿，当钙铁辉石含量较高时颜色较深；玻璃光泽，硬度6～7，比密度3.3。透辉石无晶型转变，纯透辉石熔融温度为1391℃。
透辉石是在陶瓷生产中的应用与硅灰石相似，因不含有机物和结构水，膨胀系数为6.5×10-6/℃(250～800℃)，其收缩小，可用作低温快烧陶瓷坯体的原料。 六、磷灰石
磷灰石是天然磷酸钙矿物，其化学式为Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)，按成分中附加阴离子的不同，常见的有氟磷灰石Ca5[PO4]3F和氯磷灰石Ca5[PO4]3Cl，另外还有羟磷灰石Ca5[PO4]3OH和碳酸磷灰石Ca5[PO4]3(CO3)等，通常以氟磷灰石居多。
磷灰石系六方晶系，呈六方柱状或粒状集合体，柱面具有纵条纹，解理不完全。外观多呈白、绿、黄褐、浅蓝、紫等色。具有玻璃光泽，亦有土状光泽，性脆，硬度为5，比密度为3.18～3.21。 七、石膏
石膏其化学式为CaSO4.H2O，因含二个结晶水，故亦称为二水石膏或生石膏，也称天然石膏。其理论化学组成为CaO 32.6%、SiO2 46.5%、H2O 20.9%。属单斜晶系，晶体呈