一、日用陶瓷原料矿物学基础 二、中国古代陶瓷原料简介 第二章 陶瓷原料基础 一、日用陶瓷原料矿物学基础 二、中国古代陶瓷原料简介

1 原料研究在陶瓷烧制工艺中的作用 原料是烧造陶瓷的基础 陶瓷制品的 性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。 陶瓷制品的 性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。 陶瓷制品的主要性能由陶瓷胎的结构决定，而胎结构则由原料的种类和工艺决定。 原料的合理选择十分重要

陶瓷原料的基本构成 传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物或岩石，这些原料主要分布于地壳中。 地壳分为大陆性地壳和海洋性地壳。 矿物指的是自然化合物或自然元素，是地壳中经过各种物理化学作用形成的产物，具有均匀的化学组成，呈晶体存在。 岩石是矿物的结合体，是由多种矿物以一定规律组合而成。 地壳分为大陆性地壳和海洋性地壳。 大陆性地壳占地壳的1/3，位于地壳上层，组成以硅铝酸盐为主，又叫硅铝层。 海洋性地壳占地壳的2/3，由硅镁酸盐组成。 传统陶瓷材料主要来自大陆性地壳，化学组成为一种硅铝酸盐材料

硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)、钠(Na)、钾(K)及氧(O)等八种元素，占地壳总物质的97%以上。 造岩元素：硅、铝、镁、钙、钠、钾，这些元素在地壳中的存在形式主要为氧化物或者硅酸盐。 以上八种元素加上钛（Ti），锰（Mn）和磷（P）是陶瓷研究中经常涉及的元素。

地壳的基本化学组成

2 原料选择的基本要求 原料选择是古代窑厂选择窑址的最基本标准。 质量达标（不是越纯越好） 储量要大（原料来源稳定） 价格合理 性能稳定（对原料的最基本要求） 运输方便 原料选择是古代窑厂选择窑址的最基本标准。

2 陶瓷原料的分类 按照成品种类划分 按照制造地域划分 按照矿物组成划分

1 按照成品种类的分类 制陶原料 制瓷原料

陶瓷原料 制陶原料 胎料 釉料 彩料 制瓷原料 材料

当时的技术决定原料的划分 原料的选择又决定成品种类 早期窑炉温度低-选择易熔粘土 窑炉温度进步-选择瓷石或者高岭土。 易熔粘土烧成温度低-陶器。 瓷石或者高岭土烧成温度高-瓷器

2 按照地域划分 陶 北方：黄土 南方：红土 瓷 北方：高铝粘土 南方：瓷石

中国南北方大陆地球化学性质的差异 南北方在三叠纪（2.47-2.09亿年前）为两块分开的古大陆。 板块碰撞形成现代中国大陆的基本形状。秦岭-淮河一线（长江-黄河分水岭），将中国天然划分为南方北方。。 地质板块之间的差异导致南北方陶瓷原料之间的化学组成不同，由此亦可将陶瓷原料按照地区划分。 这种地质体差异是用化学手段判断陶瓷原料产地（窑口）的基本依据。

二叠纪时古大陆情况 三叠纪后古大陆情况， 中国大陆形成

北方：黄土，高铝粘土 南北方地球化学分界 南方：红土，瓷石

陶瓷制作原料选择原则决定的是就地取材为，因此形成了南北方原料选择不同的工艺传统。

3 根据矿物组成划分的原料种类 粘土类原料（中国古代陶器、北方瓷器制造的主要原料） 瓷石质原料（古代南方瓷器制造的主要原料） 石英类原料（古代陶瓷制造中主要用作羼和料） 长石类原料（现代陶瓷工业常用原料）

古陶瓷制胎三大主要原料 低铁粘土 瓷石质原料 易熔粘土

古陶瓷制釉的主要原料 高温釉 草木灰 石灰 釉灰 低温釉 铅的氧化物

第三节 中国古代陶瓷原料技术的发展 陶瓷原料发展的两个方面 原料技术的发展导致陶瓷技术的不断进步，新陶瓷品种的不断出现。 原料选择技术进步 特定陶土的选择 瓷石、高铝粘土的发现 淘洗技术的进步 原料技术的发展导致陶瓷技术的不断进步，新陶瓷品种的不断出现。

陶瓷材料的发展历程

第四节 陶瓷原料矿物组成简介 1 粘土 由富含长石等铝硅酸盐的岩石（长石、伟晶花岗岩、斑岩等）经过长期风化作用或热液蚀变作用形成的一种疏松或呈胶状致密的土状或致密块状的产物，为多种微细矿物和杂质的混合体。

4.1 粘土的分类 粘土共有四种分类方法 成因 可塑性 耐火度 矿物类型

4.1.1 按照成因分类 一次粘土 二次粘土 风化残积型，深层岩浆岩在原产地风化后残留在原地形成的优质矿床。（原生高岭） 4.1.1 按照成因分类 一次粘土 风化残积型，深层岩浆岩在原产地风化后残留在原地形成的优质矿床。（原生高岭） 热液蚀变型，热液（岩浆喷发降温结晶后的热水）作用于母岩形成的。（蒙脱石类） 二次粘土 由于雨水或风力的搬运作用，将风化后的粘土矿物在低洼地方沉积形成的粘土矿床。（沉积高岭）

两类粘土的特点 化学组成 耐火度 成型性 代表类型 一次粘土 纯度高 高 塑性低 南方原生高岭 二次粘土 杂质含量高 低 塑性高 北方沉积高岭土

4.1.2 按照可塑性和耐火度的粘土分类 可塑性： 耐火度分： 高可塑粘土，膨润土等； 低可塑粘土，高岭土等。 耐火粘土（融化温度>1580℃）， 难溶粘土（1350－1580℃），高岭土； 易熔粘土（<1350℃），普通陶土。

4.1.3 粘土的主要化学组成 粘土的化学组成在一定程度上反映其耐火度、矿物组成、颜色、工艺性能等工艺性质。 粘土主要有以下的一些氧化物组成。 SiO2:含量高时，可塑性低，体积收缩小。 Al2O3:含量高时，耐火度高，难于烧结。 K2O 、Na2O:含量高时，烧结温度变低。 Fe2O3、 TiO2:给坯体周色，含量增加，颜色加深。 CaO、MgO:降低粘土的耐火度，缩小烧结范围。

4.2 粘土的主要矿物类型 高岭石类 蒙脱石类 伊利石类

4.2.1 高岭石类 理论化学组成：Al2O3·2SiO2·2H2O，其中Al2O3 ：39.53%，SiO2：46.51%，H2O：13.96%。 高岭土：主要由高岭石组成的较纯净的粘土，首次发现于江西景德镇东部高岭村山头。（制瓷用高岭土含高岭石60－65%，伊利石25－30%，杂质5－10%）

（1）南北方高岭土的主要差别 南方高岭土多属一次粘土（原生高岭），北方高岭土多属二次粘土（沉积高岭）。 沉积高岭颗粒度较细，且由较多的腐殖质和有机质，可塑性好于原生高岭。 因此尽管南北方都产高岭土，但中国古代，北方制瓷多使用高岭土，而南方则以瓷土为主。

（2）高岭石族类的主要矿物 高岭石族类矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石。其中多水高岭石又叫埃络石，是高岭土的另一种主要矿物组分。

4.2.2 蒙脱石类 理论化学组成：Al2O3·SiO2·nH2O，其中n通常大于2。 蒙脱石为主要成分的粘土称为膨润土。由于蒙脱石能吸收大量的水，体积膨胀，膨润土吸水后体积可膨胀20－30倍。

2.2.3 伊利石类（水云母类） 由白云母经强烈的化学风化作用转变形成的介于蒙脱石或高岭石之间的中间产物。 白云母的化学组成: K2O·3Al2O3·6SiO2·nH2O，风化过程将K+部分过滤掉，而由（H3O）+取代，形成了伊利石。

(2)绢云母 绢云母是伊利石类矿物。是热液或变质作用下形成的细小鳞片状白云母，晶体结构及成分和白云母相似，部分K+被(H3O)+ 所取代，因此钾含量通常低于白云母。 绢云母是南方制瓷主要原料瓷石的主要组分，瓷石的另一主要组分是石英。

(3)瓷石 瓷石的主要矿物组成是绢云母和石英。其中的绢云母兼有高岭土的塑性和长石的熔剂特征，因此使用瓷石可直接制瓷，无需单独加入石英和长石。

南北方瓷器胎质的主要差异：南方使用瓷石制瓷，北方则使用高岭土或者高铝粘土制瓷，因此北方瓷胎的铝含量普遍高于南方。

5 石英类原料 石英——分子式，SiO2，自然界中最纯的石英晶体统称为水晶；在地壳中的丰度为60%；是最常见的矿物：泥、沙石等多数是都硅酸盐矿物。

5.1 石英的种类和性质 5.1.1 含SiO2的矿物种类： 脉石英 石英砂 砂岩 石英岩 燧石 硅藻土

(1)脉石英 致密结晶态，火成岩。 外观特点：纯白，半透明呈油脂光泽，断口呈贝壳状。 SiO2>99%，是生产日用细瓷、釉料的良好原料。

（2）石英岩 硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。 SiO2 ＞ 97％。 加热晶型转变困难。 用于制作一般陶瓷，质量好的可做细瓷。

（3）石英砂 花岗岩、伟晶岩风化的产物，可简化工艺。 杂质多，成分变化波动较大。 河床砂用于墙地砖，大缸大生产，可减小其变形。 平潭海砂：大量用于玻璃工业生产。 东山海砂：是我国水泥行业的标准砂。

5.1.2 石英原料的性质 外观：视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。 硬度：莫氏硬度为7。 密度：晶型不同密度不同，变动范围2.22—2.65。 化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。 熔融温度范围：1400C—1770C，由SiO2的形态和杂质含量决定。

5.2 石英类原料在陶瓷生产中的作用 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。

6.熔剂性材料 长石类材料 碳酸盐类材料 磷酸盐类材料 含氧化铅类材料

6.1 长石类原料 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。 长石在陶瓷生产中主要作为熔剂原料使用。 小于1400C烧成温度范围内，某一原料本身产生熔体，或与其它原料共熔形成熔体，由于熔体的产生使产品在低温下烧成,具有这一特性的原料叫熔剂性原料。

6.1.1长石的化学组成及性质 钾长石：K2O•Al2O3•6SiO2，1150±20℃分解，全部熔融，范围 宽，高温粘度大。 钠长石：Na2O•Al2O3•6SiO2，1120 ℃开始熔融，液相稳定，粘度低，易变形。 钙长石：CaO•Al2O3•2SiO2，熔点高达1550 ℃，熔融范围宽，熔体不透明， 粘度小，机械强度大。 钡长石：BaO•Al2O3•2SiO2，熔点高达1715 ℃，熔融范围不宽，可人工合成， 电学性能好 。 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。 自然界中少有单一化学组成的长石，通常是两种或多种长石混熔形成的共熔体。

6.1.2 陶瓷原料中常用的长石种类 钾钠长石:1.透长石（含50 %钠长石）；正长石 （含30%钠长石）；微斜长石（含20% 钠长石）。 钠钙长石：钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。将钠钙长石中两种长石含量都低于90%的 统称为斜长石。 钾钙长石：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；在实际应用时，钾长石中可引入少量钙长石，可降低钾长石的熔融温度（1150C 1050 C ），所以调整配方时，钾长石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度，尤其对于釉，利于釉的熔化和铺展。

斜长石 钾长石

6.1.3 长石在陶瓷生产中的作用 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。

6.2 碳酸盐原料 我国古代瓷釉的主要助熔剂（石灰石，草木灰），主要化学组成CaCO3。 结构：三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状，板状。 反应方程： CaCO3 →CaO+CO2↑

6.2石灰石在陶瓷生产中的作用 烧成前，瘠性料骨架作用，缩短生坯干燥时间，减少干燥收缩 分解后，熔剂作用。在坯料中，与粘土和石英在较低温度下反应，缩短烧成时间，提高透明度，使坯釉结合紧密。 釉料中，强助熔，同时提高釉的折射率，从而使光泽度提高，改善透光性。使用不当易乳浊（析晶），单独使用时，在用油或煤做燃料时易引起阴黄，烟熏。

6.3 磷酸盐类原料 骨灰瓷的主要原料： Ca3（PO4）2，主要来源脊椎动物骨骼经一定温度煅烧后得到的骨灰。骨灰的主要成分是羟基磷灰石： Ca3（PO4）2·OH。 骨灰的主要作用：本身难熔，但加入一定量（2－20%）到粘土中可起到强助熔剂的作用。 目前没有太多证据表明我国古代生产了骨灰瓷。

6.4 PbO类原料 自然界：铅丹，红丹，化学式为Ｐb3Ｏ4。 ２Ｐb3Ｏ4 →６ＰbＯ+Ｏ2↑ 黄丹，密佗僧：ＰbＯ。 铅白（碱式碳酸铅）：Pb2CO3（OH）2

6.5 氧化铅原料的作用 低温釉料，釉上彩的熔剂，压电陶瓷的原料 釉料熔剂：是传统釉料的助熔剂，增加高温流动性，扩大釉熔融范围，提高釉面光泽，改善釉面的弹性和热稳定性。 色料：促进发色。

5 辅助原料（色釉、彩的原料） 主要是各种金属离子（铜、铁、钴等）的氧化物，作用是釉、彩的着色剂，另外还有一些原料是釉的乳浊剂。