陶瓷原料中石英的作用

石英，地质学专业术语，一般指低温石英(α-石英)，是石英族矿物中分布最广的一个矿物。广义的石英还包括高温石英(β-石英)、柯石英等。主要成分是SiO2，无色透明，常含有少量杂质成分，而变为半透明或不透明的晶体，质地坚硬。石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物。

石英石在常温下是一种稳定的矿物，不溶于水和硫酸、盐酸、硝酸中。硬度7，比重约2.65，熔点1713℃。光泽呈玻璃状，有时呈脂肪状。质地纯粹者为无色;含杂质者有红、黄、蓝、黑、褐、紫、绿色;透明至不透明，性脆。断口呈壳状或参差状。晶体呈六方柱状，柱面具横纹。有左晶和右晶的区别。双晶很普遍。石英是非可塑性原料，其与粘土在高温中生成的莫来石晶体赋予瓷器较高的机械强度和化学稳定性，并能增加坯体的半透明性，是配制白釉的良好原料。

一、石英在瓷坯中的作用

(1)石英原料属于瘠性原料，它对陶瓷坯体在常温下加热中都有重要的影响。在烧成前，石英在坯料中对泥料的可塑性起调剂作用，并能在干燥时降低收缩，缩短干燥时间和防止坯体变形(包括变形及沉塌)。

(2)石英在烧成升温过程中，出现晶型转变，体积膨胀，可以抵消坯体的部分收缩。由于石英晶型转变会引起体积变化，因此在加热和冷却过程中应细心控制降温和升温速度，避免制品出现开裂。

(3)在烧成时，由于石英的加热膨胀适当地抵销了坯料烧成收缩;而且当玻璃相大量出现时，石英又成为陶瓷器的骨架，可以防止坯体在烧成时发生弯曲变形等缺陷。

(4)高温中化学亲和力甚强，能与其它多种氧化物化合，高温中液相粘度甚高，增加坯体结合能力。

(5)增加坯体的机械强度和透明度。

二、石英在瓷釉中的作用

(1)石英在釉内，被较多的易熔物CaO、Na2O，K2O，MgO熔融生成透明状石英玻璃，使釉面光亮，提高了釉面光泽度。

(2)石英在釉中的热膨胀系数小，耐热性能好。

(3)石英软化温度高，高温下液相粘度大。

(4)石英能增加釉面的机械强度，提高釉面硬度，使瓷晶耐磨，而化学稳定性也好，不受酸的侵蚀影响。

(5)能使釉面透明光亮。

在釉面砖生产中，坯体中的石英用量一般为10-20%，在一次烧成釉面砖的坯体中的用量少些，一般为10-15%，在釉熔块中的用量为20-40%。白色坯体对于石英的纯度要求较高，而有色坯体则可用纯度较低的石英。在一次烧成墙地砖的坯体中往往不直接加入石英，而是通过用黏土来引入SiO2。

三、石英在烧成过程中的晶型转变

(1)石英晶型的低温快速转化：转化温度低，晶体表里同时转化，转化速度快，转化方向可逆性，转化前后坯体的体积变化不大，对坯体加热过程引起开裂的影响较大：

A、β-石英可逆转化为α-石英，转化温度为573℃，体积膨胀0.82%;

B、γ-鳞石英可逆转化为β-鳞石英，转化温度为117℃，体积膨胀0.20%;

C、β-鳞石英可逆转化为α-鳞石英，转化温度为163℃，体积膨胀0. 20%;

D、β-方石英可逆转化为α-方石英，转化温度为180-270℃，体积膨胀2.80%;

(2)石英晶型高温缓慢转化：转化温度较高，由表面向内部转化，转化进程缓慢。转化时伴有较大的体积变化，由于转化缓慢以及相液的缓冲作用，因此对坯体加热过程引起的开裂影响不大：

A、α-石英可逆转化为α-鳞石英，转化温度为870℃，体积膨胀16%;

B、α-鳞石英可逆转化为α-方石英，转化温度为1470℃，体积膨胀4.7%;

C、α-石英可逆转化为熔融态石英，转化温度为1713℃，体积膨胀0.1%;

晶型转变时的体积膨胀能形成张应力，并且体积膨胀越多，产生的张应力就越大。这种应力往往是陶瓷制品在烧成过程中产生开裂的原因之一。因而，在拟定陶瓷产品烧成周期时，往往在石英晶型转变的温度范围内采用慢速升温，尤其在体积膨胀比较大的晶型砖边温度范围内更要注意，以免产品发生过大的体积变化以致开裂。

制品烧成后冷却过程中，由于坯体残留的石英颗粒的晶型转变，在低温阶段要慢冷，否则也易导致制品炸裂，对于厚的制品及高SiO2含量配方的制品更应注意。