聊城大學(xué)材料物理化學(xué)第四章2

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院第四章 表面與界面-ii2021-11-222第五節(jié)第五節(jié) 粘土水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)粘土水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)一、泥漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性一、泥漿的流動(dòng)性和穩(wěn)定性流動(dòng)性：流動(dòng)性：粘度粘度小小流動(dòng)性好流動(dòng)性好流動(dòng)度流動(dòng)度1/ n穩(wěn)定性穩(wěn)定性:長時(shí)間保持初始長時(shí)間保持初始流動(dòng)度流動(dòng)度n1.1.沉降穩(wěn)定性：沉降穩(wěn)定性：n重力重力分散相顆粒分散相顆粒下沉下沉速度小速度小穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好n2.2.聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性: :n分散相顆粒分散相顆粒自動(dòng)聚結(jié)變自動(dòng)聚結(jié)變大（降低分散度大（降低分散度聚結(jié)不聚結(jié)不穩(wěn)定穩(wěn)定2021-11-223n沉降穩(wěn)定性的影響因素：沉降穩(wěn)定性的影響因素：分散

2、相離子大小、分散介質(zhì)粘度及分散分散相離子大小、分散介質(zhì)粘度及分散相和分散介質(zhì)的密度差相和分散介質(zhì)的密度差n動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：膠體是動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：膠體是動(dòng)力穩(wěn)定體系動(dòng)力穩(wěn)定體系，具有具有較高的沉降穩(wěn)定性較高的沉降穩(wěn)定性。n因此，討論粘土的穩(wěn)定性，主要考慮其因此，討論粘土的穩(wěn)定性，主要考慮其聚結(jié)穩(wěn)定性聚結(jié)穩(wěn)定性n粘土水分散體系：粘土顆粒的分散與粘土水分散體系：粘土顆粒的分散與聚結(jié)相互轉(zhuǎn)化聚結(jié)相互轉(zhuǎn)化 泥漿性能發(fā)生變化泥漿性能發(fā)生變化本質(zhì)本質(zhì)2021-11-224n聚結(jié)穩(wěn)定性的影響因素：聚結(jié)穩(wěn)定性的影響因素：n1.雙電層斥力雙電層斥力n粘土顆粒聚結(jié)合并前，必然要移動(dòng)，隨粘粘土顆粒聚結(jié)合并前，必然要移

3、動(dòng)，隨粘土顆粒一起運(yùn)動(dòng)的僅為吸附層的陽離子土顆粒一起運(yùn)動(dòng)的僅為吸附層的陽離子。n電位表征了電位表征了實(shí)際負(fù)電荷的多少。實(shí)際負(fù)電荷的多少。n電位電位顆粒間顆粒間斥力斥力越大越大難以聚結(jié)難以聚結(jié)聚結(jié)穩(wěn)定性好聚結(jié)穩(wěn)定性好n2.2.吸附溶劑化層的穩(wěn)定作用吸附溶劑化層的穩(wěn)定作用n吸附吸附固液界面表面能固液界面表面能阻止聚結(jié)阻止聚結(jié)n水化膜水化膜粘度、彈性粘度、彈性妨礙膠粒聚結(jié)妨礙膠粒聚結(jié)（水分子定向排列）2021-11-225zetazeta電位的測(cè)量表征對(duì)粉體，電位的測(cè)量表征對(duì)粉體，膠體體系的評(píng)價(jià)有重要意義。膠體體系的評(píng)價(jià)有重要意義。=1.2mv=-24.8mv=-63.6mv超細(xì)超細(xì)tiotio2

4、2超細(xì)超細(xì)tiotio2 22021-11-2261、無機(jī)材料制備中對(duì)泥漿的要求（如注、無機(jī)材料制備中對(duì)泥漿的要求（如注漿成型工藝）漿成型工藝） 含水量低：孔隙少，收縮率小含水量低：孔隙少，收縮率小 流動(dòng)性好：減小粘度流動(dòng)性好：減小粘度 穩(wěn)定性高：穩(wěn)定性高： 電位高電位高2021-11-227 在實(shí)際的泥漿系統(tǒng)中，通過引在實(shí)際的泥漿系統(tǒng)中，通過引入減水劑入減水劑(堿性電解質(zhì)堿性電解質(zhì))，在降低水量，在降低水量的同時(shí)，提高系統(tǒng)的流動(dòng)性的同時(shí)，提高系統(tǒng)的流動(dòng)性(減小粘減小粘度度)和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性(提高動(dòng)電電位提高動(dòng)電電位)。2021-11-228高嶺土中加入naoh剪切力速度降1234x=0 x=

5、0.002molx=0.02 molx=0.2 mol2021-11-229電解質(zhì)加入量粘度高嶺土中加入naoh泥漿稀釋曲線2021-11-2210 系統(tǒng)粘度隨電解質(zhì)的加入量增加系統(tǒng)粘度隨電解質(zhì)的加入量增加而出現(xiàn)一個(gè)極小值。而出現(xiàn)一個(gè)極小值。 加入電解質(zhì)，粘土在介質(zhì)中分散加入電解質(zhì)，粘土在介質(zhì)中分散泥漿稀釋（膠溶）。泥漿稀釋（膠溶）。 過多電解質(zhì)，粘土粒子聚集變粘過多電解質(zhì)，粘土粒子聚集變粘泥漿增稠泥漿增稠 （絮凝）。（絮凝）。2021-11-22112、電解質(zhì)對(duì)粘度的影響、電解質(zhì)對(duì)粘度的影響 粘土為層狀結(jié)構(gòu)，片狀粘土顆粒在粘土為層狀結(jié)構(gòu)，片狀粘土顆粒在介質(zhì)中由于板面、邊面所帶的電荷不介質(zhì)中由

6、于板面、邊面所帶的電荷不同必然表現(xiàn)出不同的結(jié)合方式。同必然表現(xiàn)出不同的結(jié)合方式。在泥漿中其結(jié)合形式可分為：在泥漿中其結(jié)合形式可分為：2021-11-2212邊面結(jié)合：邊面結(jié)合： 靜電引力靜電引力高粘度高粘度邊邊結(jié)合：邊邊結(jié)合：靜電引力靜電引力高粘度高粘度面面結(jié)合：面面結(jié)合： 無吸引狀態(tài)無吸引狀態(tài)低粘度低粘度2021-11-2213泥漿膠溶的條件：泥漿膠溶的條件：流變學(xué)觀點(diǎn)：只有流變學(xué)觀點(diǎn)：只有面面結(jié)合面面結(jié)合可以降可以降低粘度；欲使泥漿在低粘度；欲使泥漿在相同含水量相同含水量下粘度下粘度降低，則需拆開泥漿內(nèi)部的降低，則需拆開泥漿內(nèi)部的邊面邊面、邊邊邊邊結(jié)合結(jié)合 因此，需要具備的條件為因此，需要

7、具備的條件為 :2021-11-2214(1)、堿性介質(zhì)：、堿性介質(zhì)：只有在堿性條件下只有在堿性條件下棱邊棱邊、板面板面均均帶帶負(fù)電荷負(fù)電荷，保證不發(fā)生結(jié)合，保證不發(fā)生結(jié)合 。酸性條件下，棱邊帶正電荷，易酸性條件下，棱邊帶正電荷，易與帶負(fù)電荷的板面形成結(jié)合；弱堿與帶負(fù)電荷的板面形成結(jié)合；弱堿性和中性條件下，棱邊局部帶正電性和中性條件下，棱邊局部帶正電荷，易形成邊面結(jié)合與邊邊結(jié)荷，易形成邊面結(jié)合與邊邊結(jié)合。（尤其是合。（尤其是高嶺石高嶺石）2021-11-2215(2)、堿金屬離子存在以交換原吸附離子：、堿金屬離子存在以交換原吸附離子： 欲分散，需使粒子間有足夠的排斥力欲分散，需使粒子間有足夠的

8、排斥力及溶劑化膜及溶劑化膜 其中其中f為排斥力；為排斥力；為動(dòng)電電位；為動(dòng)電電位；1/k為擴(kuò)為擴(kuò)散層厚度散層厚度 kf/2eiter：2021-11-2216堿金屬離子作用的兩個(gè)方面：堿金屬離子作用的兩個(gè)方面： a、對(duì)、對(duì)電位的影響：電位的影響：mm2m3，自然界：自然界：ca土、土、mg土等為主土等為主 所以堿金屬離子須置換粘土中所以堿金屬離子須置換粘土中ca2、 mg2電位增加（離子價(jià)效應(yīng)）電位增加（離子價(jià)效應(yīng)） b、隨、隨m增加，增加，1/k下降，下降，電位下降。電位下降。（陽離子加入壓縮雙電層作用）（陽離子加入壓縮雙電層作用） 2021-11-2217 因此，因此，m正好完全置換正好完

9、全置換m2時(shí)最佳；時(shí)最佳； 粘土充分膠溶，粘度最低；粘土充分膠溶，粘度最低； 高高電位及厚擴(kuò)散層的電位及厚擴(kuò)散層的na黏土具備黏土具備了膠溶穩(wěn)定的條件。了膠溶穩(wěn)定的條件。(3)、陰離子作用：、陰離子作用： 陰離子與原粘土上陽離子形成穩(wěn)定絡(luò)合陰離子與原粘土上陽離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物或不溶物，則堿金屬離子的交換反應(yīng)更物或不溶物，則堿金屬離子的交換反應(yīng)更趨完全趨完全 。 完全交換的途徑：完全交換的途徑：增加增加m濃度，但易絮凝；濃度，但易絮凝；選擇適合的陰離子選擇適合的陰離子 。2021-11-2219 聚合陰離子在膠溶過程中的特殊作用聚合陰離子在膠溶過程中的特殊作用： 硅酸鹽、磷酸鹽硅酸鹽、磷酸鹽及有

10、機(jī)陰離子在及有機(jī)陰離子在水介質(zhì)中發(fā)生聚合，易牢固地吸附在棱水介質(zhì)中發(fā)生聚合，易牢固地吸附在棱邊上，棱邊帶正電時(shí)起中和作用，棱邊邊上，棱邊帶正電時(shí)起中和作用，棱邊帶負(fù)電時(shí)以物理吸附增加負(fù)電荷。結(jié)果帶負(fù)電時(shí)以物理吸附增加負(fù)電荷。結(jié)果使凈負(fù)電荷增加，增加粒子間排斥力，使凈負(fù)電荷增加，增加粒子間排斥力，使其充分分散使其充分分散 。2021-11-2220n比如：硅酸鹽工業(yè)中有機(jī)無機(jī)復(fù)比如：硅酸鹽工業(yè)中有機(jī)無機(jī)復(fù)合物被廣泛作為膠溶劑：合物被廣泛作為膠溶劑：n如：木質(zhì)素璜酸鈉，聚丙烯酸酯，如：木質(zhì)素璜酸鈉，聚丙烯酸酯，芳香醛璜酸鹽等芳香醛璜酸鹽等2021-11-2221二、泥漿的觸變性二、泥漿的觸變性1、

11、觸變性、觸變性 膠體系統(tǒng)當(dāng)攪拌或振蕩時(shí)，內(nèi)部膠體系統(tǒng)當(dāng)攪拌或振蕩時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)能暫時(shí)被破壞，但靜止后能夠再恢結(jié)構(gòu)能暫時(shí)被破壞，但靜止后能夠再恢復(fù)原來結(jié)構(gòu)，這種性質(zhì)稱為觸變性復(fù)原來結(jié)構(gòu)，這種性質(zhì)稱為觸變性 。2021-11-2222 泥漿的狀態(tài)可以分為：稀釋流泥漿的狀態(tài)可以分為：稀釋流動(dòng)態(tài)、稠化凝聚態(tài)以及介于二者之動(dòng)態(tài)、稠化凝聚態(tài)以及介于二者之間的間的中間觸變態(tài)中間觸變態(tài) 。泥漿靜泥漿靜止：凝固止：凝固擾動(dòng)：擾動(dòng)：流動(dòng)流動(dòng)靜止：重靜止：重新凝固新凝固* 為觸變態(tài)：似是而非為觸變態(tài)：似是而非 2021-11-2223 凝固態(tài)凝固態(tài)流動(dòng)態(tài)向流動(dòng)態(tài)向凝固態(tài)凝固態(tài)的轉(zhuǎn)變是的轉(zhuǎn)變是逐漸逐漸進(jìn)行的，進(jìn)行的，非

12、突躍性非突躍性的變的變化，并伴隨著粘度的變化化，并伴隨著粘度的變化 。觸變是介于分散和凝絮之間的中間狀態(tài)觸變是介于分散和凝絮之間的中間狀態(tài)2021-11-2224n2、觸變產(chǎn)生的原因觸變產(chǎn)生的原因hoffmanhoffman模型模型n hoffmanhoffman模型又稱為模型又稱為“紙牌結(jié)構(gòu)紙牌結(jié)構(gòu)”或或“卡片結(jié)構(gòu)卡片結(jié)構(gòu)” 2021-11-2225na、泥漿膠溶泥漿膠溶：粘土顆粒的活性邊：粘土顆粒的活性邊面正電荷被中和而使顆粒間相互排面正電荷被中和而使顆粒間相互排斥而分散。斥而分散。面面結(jié)合面面結(jié)合n b、不完全膠溶不完全膠溶：少量正電荷未被：少量正電荷未被中和，棱邊負(fù)電荷不足以排斥板面中

13、和，棱邊負(fù)電荷不足以排斥板面負(fù)電荷而聚集。負(fù)電荷而聚集。結(jié)果：形成局部邊面、邊邊結(jié)合結(jié)果：形成局部邊面、邊邊結(jié)合2021-11-2226高嶺石觸變結(jié)構(gòu)示意圖高嶺石觸變結(jié)構(gòu)示意圖疏松網(wǎng)架結(jié)構(gòu)疏松網(wǎng)架結(jié)構(gòu)六角片狀粒子三維網(wǎng)絡(luò)架狀空隙包裹大量自由水局部邊邊（面）結(jié)合2021-11-2227nhoffman模型模型：n 不完全膠溶的體系中，局部邊不完全膠溶的體系中，局部邊- -面面/ /邊邊- -邊聚合邊聚合組成三維網(wǎng)絡(luò)，包裹大量自由水的結(jié)構(gòu)，使得體組成三維網(wǎng)絡(luò)，包裹大量自由水的結(jié)構(gòu)，使得體系變得粘稠系變得粘稠( (高粘度高粘度) )；n邊面斥力邊面斥力稍加稍加剪切力即可破壞三維網(wǎng)剪切力即可破壞三維網(wǎng)

14、絡(luò)，釋放自由水，體系變得稀釋而恢復(fù)流絡(luò)，釋放自由水，體系變得稀釋而恢復(fù)流動(dòng)性；動(dòng)性；n邊面引力邊面引力靜止后，重新生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靜止后，重新生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在變化中，動(dòng)力學(xué)因素在變化中，動(dòng)力學(xué)因素結(jié)構(gòu)重建結(jié)構(gòu)重建需要一定、需要一定、時(shí)間過程。時(shí)間過程。 2021-11-2228n3 3、觸變影響因素、觸變影響因素n a、泥漿含水量：、泥漿含水量：n 水多水多膠粒間遠(yuǎn)膠粒間遠(yuǎn)邊面引力小邊面引力小膠膠粒定向性弱粒定向性弱不易形成觸變結(jié)構(gòu)不易形成觸變結(jié)構(gòu) ；n 反之，在膠溶泥漿的含水范圍內(nèi)，反之，在膠溶泥漿的含水范圍內(nèi)，泥漿越稠，粒子相互接觸，越易形成觸泥漿越稠，粒子相互接觸，越易形成觸變結(jié)構(gòu)。變結(jié)構(gòu)。

15、2021-11-2229nb、粘土礦物組成：、粘土礦物組成：n 礦物結(jié)構(gòu)遇水膨脹，水的滲入有礦物結(jié)構(gòu)遇水膨脹，水的滲入有兩種方式：兩種方式：n水滲入顆粒間（高嶺石、伊犁石）水滲入顆粒間（高嶺石、伊犁石）n水滲入單位晶格間。水滲入單位晶格間。n蒙脫石等具有兩種形式的水化膨脹，蒙脫石等具有兩種形式的水化膨脹，遇應(yīng)力破壞時(shí)釋放的水多，靜止時(shí)遇應(yīng)力破壞時(shí)釋放的水多，靜止時(shí)“消耗消耗”的水亦多，觸變明顯。的水亦多，觸變明顯。 2021-11-2230nc、粘土膠粒大小及形狀：、粘土膠粒大小及形狀：n粘土膠粒細(xì)小粘土膠粒細(xì)小活性邊面多活性邊面多易形易形成觸變結(jié)構(gòu)；成觸變結(jié)構(gòu)；n 粘土膠粒形狀不規(guī)則粘土膠粒

16、形狀不規(guī)則形成卡片結(jié)形成卡片結(jié)構(gòu)時(shí)需要的顆粒數(shù)少構(gòu)時(shí)需要的顆粒數(shù)少易形成觸變易形成觸變結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 2021-11-2231nd d、電解質(zhì)種類及數(shù)量：、電解質(zhì)種類及數(shù)量：n 觸變效應(yīng)與觸變效應(yīng)與吸附的陽離子吸附的陽離子及及吸附離子的吸附離子的水化水化有關(guān)。有關(guān)。n吸附陽離子吸附陽離子電價(jià)低、半徑小電價(jià)低、半徑小粘土的結(jié)合粘土的結(jié)合水多水多觸變性下降觸變性下降 臨界臨界zeta電位電位粘土膠粒-電位電位略高于高于聚沉聚沉穩(wěn)定穩(wěn)定觸變性觸變性（靜止：邊面靜止：邊面吸引，卡片吸引，卡片結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)）2021-11-2232ne、溫度：、溫度：n 溫度溫度熱運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)（布朗運(yùn)布朗運(yùn)動(dòng)動(dòng)）顆粒間聯(lián)系顆

17、粒間聯(lián)系觸變觸變性性 2021-11-2233三、粘土的可塑性三、粘土的可塑性1.1.粘土的可塑性是對(duì)泥團(tuán)系統(tǒng)而言：粘土的可塑性是對(duì)泥團(tuán)系統(tǒng)而言：粘土水粘土水( (一定比例一定比例) ) 泥團(tuán)泥團(tuán) 可塑性可塑性剪切力某屈服值剪切力某屈服值任意塑型任意塑型應(yīng)力消除應(yīng)力消除形狀保持形狀保持產(chǎn)生可塑性的原因:l 一般來說，干的泥料只有彈性，顆粒間表面力使一般來說，干的泥料只有彈性，顆粒間表面力使泥料聚在一起，由于這種力的作用范圍很小，稍泥料聚在一起，由于這種力的作用范圍很小，稍有外力即可使泥料開裂。有外力即可使泥料開裂。l要使泥料能塑成一定形狀而不開裂，則必須提高要使泥料能塑成一定形狀而不開裂，則必

18、須提高顆粒間作用力，同時(shí)在產(chǎn)生變形后能夠形成新的顆粒間作用力，同時(shí)在產(chǎn)生變形后能夠形成新的接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)，l基于這種認(rèn)識(shí)，有過種種關(guān)于泥料塑性的產(chǎn)生機(jī)基于這種認(rèn)識(shí)，有過種種關(guān)于泥料塑性的產(chǎn)生機(jī)理。理。(1) 固體鍵理論n可塑性是由于粘土可塑性是由于粘土水界面鍵力作用的結(jié)果。水界面鍵力作用的結(jié)果。n粘土和水結(jié)合時(shí)，第一層水分子是牢固結(jié)合的，它不粘土和水結(jié)合時(shí)，第一層水分子是牢固結(jié)合的，它不僅通過氫鍵與粘土粒子表面結(jié)合，同時(shí)也彼此聯(lián)結(jié)成僅通過氫鍵與粘土粒子表面結(jié)合，同時(shí)也彼此聯(lián)結(jié)成六角網(wǎng)層。六角網(wǎng)層。n隨著水量增加，這種結(jié)合力減弱，開始形成較不規(guī)則隨著水量增加，這種結(jié)合力減弱，開始形成較不規(guī)則排列

19、的松結(jié)合水層。它起著潤滑劑作用，雖然氫鍵結(jié)排列的松結(jié)合水層。它起著潤滑劑作用，雖然氫鍵結(jié)合力依然起作用，但泥料開始產(chǎn)生流動(dòng)性。合力依然起作用，但泥料開始產(chǎn)生流動(dòng)性。n當(dāng)水量繼續(xù)增加，即出現(xiàn)自由水，泥料向流動(dòng)狀態(tài)過當(dāng)水量繼續(xù)增加，即出現(xiàn)自由水，泥料向流動(dòng)狀態(tài)過渡。渡。n因此對(duì)應(yīng)于可塑狀態(tài)，泥料應(yīng)有一個(gè)最適宜的因此對(duì)應(yīng)于可塑狀態(tài)，泥料應(yīng)有一個(gè)最適宜的含水量，這時(shí)它處于松結(jié)合水和自由水間的過含水量，這時(shí)它處于松結(jié)合水和自由水間的過渡狀態(tài)。渡狀態(tài)。(2). 緊薄膜理論n在水存在時(shí)，顆粒間隙的毛細(xì)管作用對(duì)粘土粒子結(jié)合的影在水存在時(shí)，顆粒間隙的毛細(xì)管作用對(duì)粘土粒子結(jié)合的影響。響。n認(rèn)為在塑性泥料的粒子間存

20、在兩種力，一是粒子間的吸引認(rèn)為在塑性泥料的粒子間存在兩種力，一是粒子間的吸引力；另一種是帶電膠體微粒間的斥力。力；另一種是帶電膠體微粒間的斥力。n由于在塑性泥粒中顆粒間形成半徑很小的毛細(xì)管（縫隙），由于在塑性泥粒中顆粒間形成半徑很小的毛細(xì)管（縫隙），當(dāng)水膜僅僅填滿粒子間這些細(xì)小毛細(xì)管時(shí)，毛細(xì)管力大于當(dāng)水膜僅僅填滿粒子間這些細(xì)小毛細(xì)管時(shí)，毛細(xì)管力大于粒子間的斥力，顆粒間形成一層張緊的水膜，泥粒達(dá)到最粒子間的斥力，顆粒間形成一層張緊的水膜，泥粒達(dá)到最大塑性。大塑性。n當(dāng)水量多時(shí)，水膜的張力松弛下來，粒子間吸引力減弱。當(dāng)水量多時(shí)，水膜的張力松弛下來，粒子間吸引力減弱。水量少時(shí)，不足以形成水膜，塑性也

21、被破壞。水量少時(shí)，不足以形成水膜，塑性也被破壞。(3). 膠團(tuán)與介質(zhì)，膠團(tuán)與膠團(tuán)之間的靜電引力n可塑性是基于帶電粘土膠團(tuán)與介質(zhì)中離子之間的可塑性是基于帶電粘土膠團(tuán)與介質(zhì)中離子之間的靜電引力和膠團(tuán)間的靜電斥力作用的結(jié)果。靜電引力和膠團(tuán)間的靜電斥力作用的結(jié)果。n由于粘土膠團(tuán)的吸附層和擴(kuò)散層厚度是隨交換性由于粘土膠團(tuán)的吸附層和擴(kuò)散層厚度是隨交換性陽離子的種類而變化的。陽離子的種類而變化的。n當(dāng)兩個(gè)顆粒逐漸接近到吸附層以內(nèi)，斥力開始明當(dāng)兩個(gè)顆粒逐漸接近到吸附層以內(nèi)，斥力開始明顯表現(xiàn)出來，但隨著距離拉大，斥力迅速降低。顯表現(xiàn)出來，但隨著距離拉大，斥力迅速降低。當(dāng)引力占優(yōu)勢(shì)，它吸引其它粘土粒子包圍自己而當(dāng)

22、引力占優(yōu)勢(shì)，它吸引其它粘土粒子包圍自己而呈可塑性。呈可塑性。n當(dāng)斥力大于引力，可塑性較差。因此可以通過陽當(dāng)斥力大于引力，可塑性較差。因此可以通過陽離子交換來調(diào)節(jié)粘土可塑性。離子交換來調(diào)節(jié)粘土可塑性。2021-11-22392、粘土中顆粒間作用力、粘土中顆粒間作用力 粘土中顆粒間粘土中顆粒間吸引力吸引力：范圍為：范圍為20埃左右埃左右 引力斥力1.范德華力范德華力2.局部邊面的靜電引力局部邊面的靜電引力3.毛細(xì)管力毛細(xì)管力。 其中毛細(xì)管力為最主要的作用力其中毛細(xì)管力為最主要的作用力2021-11-2240 粘土中顆粒間粘土中顆粒間斥力斥力：范圍為：范圍為200埃埃左右左右 n粘土表面帶電荷n靜電

23、斥力靜電斥力clayclay同性相斥同性相斥2021-11-2241顆粒間力的平衡：顆粒間力的平衡： 吸引力和排斥力均隨顆粒間距離而吸引力和排斥力均隨顆粒間距離而變化。在某一適當(dāng)距離，兩力達(dá)到平衡。變化。在某一適當(dāng)距離，兩力達(dá)到平衡。受外力作用時(shí)，合力線向上移動(dòng)，顆粒受外力作用時(shí)，合力線向上移動(dòng)，顆粒間距離改變。間距離改變。2021-11-2242外力去除后，在吸引力作用下顆粒外力去除后，在吸引力作用下顆粒間距離恢復(fù)原狀間距離恢復(fù)原狀(對(duì)應(yīng)于彈性變形對(duì)應(yīng)于彈性變形)f彈性變形彈性變形2021-11-2243外力較大：顆粒間發(fā)生相對(duì)位移外力較大：顆粒間發(fā)生相對(duì)位移 在在新位置上重新形成吸引力新位

24、置上重新形成吸引力外力去除外力去除顆粒在新位置形成平衡顆粒在新位置形成平衡(塑性變形塑性變形)塑性變形塑性變形f2021-11-2244外力很大外力很大顆粒間距離超出吸引力范顆粒間距離超出吸引力范圍圍只有排斥力作用只有排斥力作用:泥團(tuán)斷裂泥團(tuán)斷裂f泥團(tuán)斷裂泥團(tuán)斷裂2021-11-2245水膜厚水膜厚吸引力吸引力排斥力排斥力吸力為主吸力為主可塑可塑含水量含水量2021-11-2246顆粒間：引力斥力含水量大含水量大含水量低含水量低不含水，不含水，干泥料干泥料顆粒間距遠(yuǎn)顆粒間距遠(yuǎn)顆粒接近顆粒接近20埃埃20埃埃:泥漿狀態(tài)泥漿狀態(tài):塑性體塑性體:彈性體、彈性體、易斷裂易斷裂僅范氏力僅范氏力斥力為主斥

25、力為主引力增大引力增大2021-11-2247由于泥團(tuán)中吸引力主要來自由于泥團(tuán)中吸引力主要來自毛細(xì)管毛細(xì)管力力，顆粒間的水膜起到關(guān)鍵的作用。，顆粒間的水膜起到關(guān)鍵的作用。連續(xù)水膜能否維持是決定其塑性的主連續(xù)水膜能否維持是決定其塑性的主要因素要因素 。2021-11-2248所以：水量適當(dāng)水量適當(dāng)毛細(xì)管內(nèi)：水膜保持連續(xù)性 合力：吸力為主顆粒間距顆粒間距適當(dāng)適當(dāng)可塑性水量太小毛細(xì)管力水量太大水膜太厚顆粒間距合力：斥力或無吸引力水膜中斷2021-11-22493 3、影響泥團(tuán)可塑性的因素、影響泥團(tuán)可塑性的因素(1)(1)、礦物組成：、礦物組成： 礦物組成不同礦物組成不同比表面積懸殊比表面積懸殊 毛細(xì)

26、管力相差很大毛細(xì)管力相差很大可塑性不同可塑性不同 蒙脫土蒙脫土 球土球土 耐火粘土耐火粘土 瓷土瓷土 2021-11-2250(2)(2)、電解質(zhì)（吸附或交換陽離子）：、電解質(zhì)（吸附或交換陽離子）： 由于吸附離子直接影響顆粒間水膜厚度由于吸附離子直接影響顆粒間水膜厚度 及吸引力，因而對(duì)可塑性影響很大。及吸引力，因而對(duì)可塑性影響很大。 吸引力大吸引力大克服吸引力位移所需力大克服吸引力位移所需力大屈服點(diǎn)高屈服點(diǎn)高塑性強(qiáng)弱次序同：陽離子交換順序塑性強(qiáng)弱次序同：陽離子交換順序 此外、提高陽離子交換容量也會(huì)改善可塑性2021-11-2251(3)、顆粒細(xì)度及形狀：、顆粒細(xì)度及形狀： 顆粒細(xì)顆粒細(xì)比表面積

27、大比表面積大毛細(xì)管半徑小毛細(xì)管半徑小成型水分成型水分高高塑性增強(qiáng)；塑性增強(qiáng)； 對(duì)不同形狀顆粒（板狀、短柱狀）對(duì)不同形狀顆粒（板狀、短柱狀） 比表面積大比表面積大毛細(xì)管力大毛細(xì)管力大塑性增高塑性增高 。如片狀顆粒因具有定向沉積特性，可以在較大范圍滑動(dòng)而不致相互失去聯(lián)結(jié)，因而比粒狀顆粒常有較高可塑性。2021-11-2252(4)(4)、含水量影響含水量影響： 粘土只有在含水量為一定范圍內(nèi)粘土只有在含水量為一定范圍內(nèi)才表現(xiàn)出可塑性，水多則顆粒間距離才表現(xiàn)出可塑性，水多則顆粒間距離遠(yuǎn)，吸引力?。凰賱t水膜不連續(xù)，遠(yuǎn)，吸引力??；水少則水膜不連續(xù)，易斷裂。易斷裂。表現(xiàn)出塑性好的則其含水量較高表現(xiàn)出塑性好

28、的則其含水量較高 2021-11-2253(5)、介質(zhì)表面張力介質(zhì)表面張力： 表面張力大表面張力大吸引力大吸引力大塑性好：塑性好： 工作性能工作性能(屈服值屈服值最大變形最大變形)13.3105水表面張力大最好的液體介質(zhì)水膜2021-11-2254(6)(6)、其它：、其它： 添加劑、有機(jī)質(zhì)、顆粒方向性、添加劑、有機(jī)質(zhì)、顆粒方向性、處理工藝等也都有一定影響處理工藝等也都有一定影響2021-11-2255總結(jié)：總結(jié)： 可塑性是粘土泥團(tuán)的非常重要的可塑性是粘土泥團(tuán)的非常重要的工藝性能，對(duì)于坯體的成型均勻有著工藝性能，對(duì)于坯體的成型均勻有著非常重要的意義，而決定泥團(tuán)可塑性非常重要的意義，而決定泥團(tuán)可

29、塑性的重要因素是的重要因素是顆粒間連續(xù)水膜的存在顆粒間連續(xù)水膜的存在與否與否 。2021-11-2256第七節(jié)瘠性料的懸浮與塑化第七節(jié)瘠性料的懸浮與塑化在陶瓷原料中，粘土的加工性能好，但在陶瓷原料中，粘土的加工性能好，但天然原料的成分波動(dòng)大，不利于成分的準(zhǔn)天然原料的成分波動(dòng)大，不利于成分的準(zhǔn)確控制。確控制。 化工原料純度高、雜質(zhì)少，能準(zhǔn)確控制化工原料純度高、雜質(zhì)少，能準(zhǔn)確控制坯料成分從而調(diào)整提陶瓷的機(jī)、電、熱、坯料成分從而調(diào)整提陶瓷的機(jī)、電、熱、光等性能光等性能 2021-11-2257n化工原料中有許多都屬于瘠性料?；ぴ现杏性S多都屬于瘠性料。n因而，使用瘠性料瘠性料（氧化物及其他化學(xué)試劑

30、）來制備材料是提高材料性能的必由之路2021-11-2258瘠性料瘠性料是指原料顆粒水化能力差是指原料顆粒水化能力差（親水性差）、缺少吸附水膜，其泥（親水性差）、缺少吸附水膜，其泥漿系統(tǒng)分散性和穩(wěn)定性差、泥團(tuán)系統(tǒng)漿系統(tǒng)分散性和穩(wěn)定性差、泥團(tuán)系統(tǒng)可塑性差的原料。如可塑性差的原料。如alal2 2o o3 3粉末、粉末、zrozro2 2粉末等粉末等 因此，解決因此，解決瘠性料的懸浮和塑化是獲瘠性料的懸浮和塑化是獲得具有優(yōu)異性能材料的重要方面。得具有優(yōu)異性能材料的重要方面。 2021-11-2259瘠性料的懸浮是對(duì)泥漿系統(tǒng)而言，瘠性料的懸浮是對(duì)泥漿系統(tǒng)而言，即形成穩(wěn)定的分散體系即形成穩(wěn)定的分散體系

31、 瘠性料的塑化是對(duì)泥團(tuán)系統(tǒng)而言，瘠性料的塑化是對(duì)泥團(tuán)系統(tǒng)而言，即提高泥團(tuán)的可塑性即提高泥團(tuán)的可塑性2021-11-2260一、瘠性料的懸浮一、瘠性料的懸浮瘠性料懸浮的途徑：瘠性料懸浮的途徑：(1)、控制料漿的、控制料漿的ph值值(調(diào)調(diào)ph法法)(2)、通過有機(jī)表面活性物的吸附、通過有機(jī)表面活性物的吸附(表表 面活化法面活化法) 2021-11-22611、調(diào)、調(diào)ph法法適用范圍：兩性物質(zhì)粉料。該類物料在酸性適用范圍：兩性物質(zhì)粉料。該類物料在酸性及堿性下能膠溶，中性時(shí)絮凝及堿性下能膠溶，中性時(shí)絮凝. (酸性溶液中酸性溶液中) ohmmohhmomoh中性中性(堿性溶液中堿性溶液中)2021-11

32、-2262n如：電子陶瓷生產(chǎn)中常用原料：如：電子陶瓷生產(chǎn)中常用原料：nal2o3，beo，zro2等等n無塑性無塑性n必須處理方能制成穩(wěn)定懸浮漿料，滿足必須處理方能制成穩(wěn)定懸浮漿料，滿足成型性要求成型性要求2021-11-2263例：例：al2o3的懸浮的懸浮 al2o3是剛玉瓷的主要原料。通是剛玉瓷的主要原料。通過調(diào)節(jié)過調(diào)節(jié)ph（014范圍），其范圍），其-電位電位出現(xiàn)兩次極值出現(xiàn)兩次極值對(duì)應(yīng)于粘度達(dá)到最低對(duì)應(yīng)于粘度達(dá)到最低膠溶效果最好。膠溶效果最好。 2021-11-2264zeta電位極值粘度zeta電位ph value粘度最小粘度最小膠溶效果最好2021-11-2265理由：理由：(1

33、)(1)、酸性條件下：、酸性條件下： 水溶性的三氯化鋁在溶液中發(fā)生水解產(chǎn)生水溶性的三氯化鋁在溶液中發(fā)生水解產(chǎn)生oh，逐級(jí)離解：，逐級(jí)離解： clalclalcl23clalclalcl22ohalclhcloal233232021-11-2266n由于由于結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)相似，alal2 2o o3 3膠粒優(yōu)先吸附膠粒優(yōu)先吸附alcl2及及alcl2 而帶正電荷，然后吸而帶正電荷，然后吸附附ohoh形成膠團(tuán)形成膠團(tuán)al2o3+-+-膠團(tuán)2021-11-2267a、 當(dāng)當(dāng)phhclcl進(jìn)入吸附層取進(jìn)入吸附層取代代ohcl水化能力強(qiáng)，水化能力強(qiáng)， 水化膜厚水化膜厚進(jìn)入吸附層離子個(gè)數(shù)進(jìn)入吸附層離子個(gè)數(shù)、

34、留在擴(kuò)散層個(gè)數(shù)留在擴(kuò)散層個(gè)數(shù) 膠粒正電荷膠粒正電荷和水化膜和水化膜(擴(kuò)散層）厚度擴(kuò)散層）厚度-電位電位粘度粘度膠溶膠溶 2021-11-2268cl-cl-oh-取代，水化膜厚吸附層離子個(gè)數(shù)擴(kuò)散層離子個(gè)數(shù)al2o3+-+-膠粒正電荷擴(kuò)散層電位電位，膠溶，膠溶al2o3膠團(tuán)2021-11-2269nb、當(dāng)介質(zhì)、當(dāng)介質(zhì)phcl濃度濃度cl大大量進(jìn)入吸附層量進(jìn)入吸附層正電荷及擴(kuò)散層正電荷及擴(kuò)散層-電位電位易絮凝易絮凝al2o3+-+-cl大量進(jìn)入吸附層2021-11-2270(2)、堿性介質(zhì)中：、堿性介質(zhì)中： al2o3優(yōu)先吸附優(yōu)先吸附alo2而帶負(fù)電荷，而帶負(fù)電荷，然后吸附然后吸附na ohnaa

35、looalnaoh22322021-11-2271al2o3+-+-結(jié)構(gòu)相似 吸附alo2-na+類似的，ph-電位電位 ph-電位電位2021-11-2272zeta電位極值粘度zeta電位ph value粘度最小粘度最小膠溶效果最好2021-11-2273因此：因此：根據(jù)此原理來調(diào)節(jié)根據(jù)此原理來調(diào)節(jié)al2o3料料漿漿ph值，使之懸浮值，使之懸浮/絮凝絮凝 2021-11-22742、有機(jī)物及表面活性物的吸附：、有機(jī)物及表面活性物的吸附：a、有機(jī)物作用原理：、有機(jī)物作用原理： 有機(jī)物在體系中的雙重作用：有機(jī)物在體系中的雙重作用： 少量時(shí)引起絮凝；少量時(shí)引起絮凝； 大量時(shí)引起膠溶大量時(shí)引起膠溶 2021-11-2275 如如阿拉伯樹脂大分子阿拉伯樹脂大分子相對(duì)于相對(duì)于al2o3很長很長(視為線性分子視為線性分子)，量少時(shí)，量少時(shí)al2o3包包裹樹脂，眾多的裹樹脂，眾多的al2o3粘附在樹脂上使粘附在樹脂上使其變重而聚沉其變重而聚沉. 2021-11-2276