摘 要

当今我国国内优质的粘土资源面临枯竭，与之同时，红坯陶瓷砖的生产原料却储量丰富。但是国内陶瓷行业对于红坯陶瓷砖存在严重的歧视，“白坯砖是瓷，红坯砖是陶”^[1]等观念还是影响着大多数人。随着科技的进步与陶瓷行业自身的发展，国外早就开始进行红坯陶瓷的使用与推广，国内也应该摆正态度跟上世界的步伐。本课题从铁化合物对陶瓷膨胀系数的影响入手，讨论陶瓷原料中铁化合物的种类及含量是否会对坯体收缩率造成影响，以确定红坯陶瓷内墙砖生产的可能性。

本课题主要对不同的铁化合物以及铁含量的陶瓷素坯进行热膨胀系数的测定与XRD衍射分析，然后基于试验结果分析不同的铁化合物以及铁含量对坯体膨胀系数的影响，并通过XRD物相分析结果讨论烧成过程中铁化合物的变化情况。

研究结果表明：1、不论原料中含有哪种铁化合物，其在氧气充足的情况下通过烧结后均会以Fe₂O₃存在于陶瓷素坯中；2、原料中的铁化合物与铁含量对烧成素坯的热膨胀系数的影响较小；3、红坯陶瓷可以满足陶瓷内墙砖对收缩率的要求。

关键词：红坯内墙砖；铁化合物；热膨胀系数

Abstract

Nowadays, China's domestic high-quality clay resources are depleted, and at the same time, there are lots of raw materials for the production of red ceramics in our country. But the red ceramics in domestic ceramic industry are being seriously discriminated. The idea like “Grey brick is porcelain, red brick pottery is blank” still affects the majority of people. But with the development of science and technology in ceramic industry, the use and popularization of red ceramics have been carried out in foreign countries for a long time. So, the domestic ceramic industry should correct the attitude to red ceramics to keep up with others. This subject mainly discuss that whether the content and kinds of iron compounds are related to the shrinkage of red ceramics by the result of the tests of the coefficient of thermal expansion of ceramics with different iron compounds, to make sure that red ceramics can meet production standards.

In this paper, the test of the coefficient of thermal expansion and XRD diffraction analysis of different iron compounds and iron content of ceramic are made. Then we can find out the relationship between the kind of iron compounds and iron content of red ceramics and the ceramics’ coefficient of thermal expansion. We can discuss the change of iron compounds while sintering through the XRD diffraction analysis’ results.

The results of this study show that: 1. No matter what kind of iron compound contained in the raw material, only the Fe₂O₃ can be found in the ceramic after sintering when the oxygen is sufficient; 2. The kinds of iron compounds and iron content in the raw material have little effect on the coefficient of thermal expansion of ceramics; 3. Red ceramics can meet the requirements of shrinkage rate of interior wall tile.

Key Words: Red ceramics; Iron compound; the coefficient of thermal expansion

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 红坯陶瓷概述 1

1.1.1 红坯陶瓷的特点 1

1.1.2 红土原料的优点 1

1.1.3 国内红坯陶瓷的现状与分析 2

1.1.4 国外红坯陶瓷砖发展概况 3

1.2 粘土中的含铁矿物 4

1.2.1 黄铁矿（FeS₂） 4

1.2.2 赤铁矿（Fe₂O₃） 4

1.2.3 钛铁矿（FeTiO₃） 4

1.2.4 磁铁矿（Fe₃O₄） 4

1.2.5 菱铁矿（FeCO₃） 5

1.3 陶瓷膨胀系数的研究 5

1.3.1 热膨胀系数定义 5

1.3.2 固体材料热膨胀机理 6

1.3.3 陶瓷热膨胀系数影响因素 7

1.4 研究目的及研究内容 8

1.4.1 研究目的 8

1.4.2 研究内容 9

第二章 实验原料和研究方法 10

2.1 实验原料及其性质 10

2.1.1 粘土 10

2.1.2 石英砂 11

2.1.3 碳酸钙 11

2.1.4 铁化合物 12

2.2 实验设备及仪器 12

2.3 实验原理及主要步骤 13

2.3.1 实验步骤 13

2.2.2 热膨胀系数的测试 14

2.2.3 物相分析 14

第三章 实验结果与分析 15

3.1 实验方案设计与原料选择 15

3.2 热膨胀测试结果分析 16

3.2.1 热膨胀曲线分析 16

3.3.2 热膨胀系数实验结果分析 17

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第一章 绪论

铁化合物在我国陶瓷产业中一向被认为是对陶瓷着色有严重影响的有害物质予以除去，同时由含铁原料制备出的红坯陶瓷在国内陶瓷产业中长期被视作低端产品或残次品，普遍被商家和用户拒绝接受。而随着当代中国经济的快速发展，国内对陶瓷产品的需求日益增大，随之整个陶瓷行业产能急剧扩张。整个陶瓷行业对原材料的巨大需求与行业内部对红坯陶瓷与白坯陶瓷的差别对待导致目前我国质量上乘的粘土原料日趋紧张^[2]。而红色粘土资源长期以来被国内的陶瓷行业忽视, 以全球的视野来观察陶瓷行业，我们会发现世界建筑陶瓷生产强国，就比如说意大利跟西班牙国内大部分陶瓷厂家都是使用本地的红土原料生产釉面砖同时还拥有着大量世界著名的红坯陶瓷品牌，他们的墙地砖在全球市场上都是一流价位，卖到我国的价钱甚至超过我国的白坯陶瓷砖。南美的巴西和墨西哥，亚洲的泰国等国的施釉陶瓷墙地砖也有很多是使用的红坯原料^[3]。

同时由于我国当前普遍将陶瓷原料中混含的铁化合物看做影响陶瓷本身呈色的有害成分加以除去，这就在原来并不便宜的原料价格上增加了更多的资金消耗。我们从保护资源和节能减排的方面，与陶瓷行业市场可持续发展的方面考虑，红坯陶瓷的应用与发展意义重大,而为了在国内生产陶瓷砖我们需要证明含铁陶瓷的性能符合陶瓷的生产标准，本文就从铁化合物对陶瓷坯体膨胀系数的影响来证实含铁陶瓷是否满足陶瓷内墙砖收缩率的要求。

1.1 红坯陶瓷概述

1.1.1 红坯陶瓷的特点

红坯陶瓷的红色粘土原料中含有的铁氧化物和钛氧化物的量决定了坯体的颜色。当原料中的铁氧化物与钛氧化物含量较高的时候，在高温锻烧阶段由于化学反应作用会使坯体在煅烧之后表现出很深的颜色，一般为红色。但是在陶瓷墙地砖的实际生产当中，在釉层与坯体中间会涂抹一层白度比较高的底釉来遮盖坯体的红色，使坯体的红色不容易渗透到釉面，这样可以让墙地砖有面层的色彩变得更加丰富的同时不造成陶瓷砖质量的变化。陶瓷砖的烧结程度才是影响陶瓷砖坯体质量的重要因素^[2]。在红坯陶瓷砖的煅烧过程中各种原料进行了比较复杂的物理化学反应形成稳定的物相结构。这种红坯砖的吸水率比较小，抗冻性与机械强度较高同时吸湿膨胀较小。跟同档次的白坯砖在机械性能上相比较，红坯陶瓷砖的性能更加优异。

1.1.2 红土原料的优点

目前，在陶瓷砖制造方面使用红土原料具有其自身的特点和优势。虽然我国国内部分消费者对红坯陶瓷还是存在着一定的偏见，但是结合目前我国陶瓷原料的具体情况来看，红土原料存在很多优点，包括：易破碎、原料分布广、储量大、价格便宜、烧成温度低等，下面介绍几个利于生产的主要优点。