K2O-Al2O3SiO2相图是材料领域另一类重要相图，如图8.99所示。该相图对长石质陶瓷（如普通日用瓷、卫生瓷及电瓷等）有着特别重要的意义。这些陶瓷大都以黏土、石英和长石为原料，其中长石起着助熔剂的作用。但由于K2O在高温下易挥发，故相图仅表示出了K2O质量分数在50%以下的部分。

1.相图简介

本系统有5个二元化合物、4个三元化合物（表8.2）。4个三元化合物的组成中，K2O和Al2O3的质量分数之比是相等的，故它们在SiO2与KAlO2的连线上。该相图中，对长石质陶瓷有着重要意义的是钾长石（KAlSi3O8）组成点右上部分。图8.100为这部分的放大图。

表8.2　K2O-Al2O3-SiO2相图中的化合物及其性质

2.陶瓷配料及其组织

图8.100中，E点是低共熔点（共晶点985℃），相平衡关系为L—→Trd+A3S2+K-Fsp。莫来石（mullite）是普通瓷器的主要晶相，它主要来自黏土（如高岭土）。高岭土脱水后成为烧高岭或偏高岭Al2O3·2SiO2·2H2O—→Al2O3·2SiO2+2H2O。继续升高温度，烧高岭会形成莫来石（3Al2O3·2SiO2）。为了便于配料，图8.100中也表示出了烧高岭的组成点。但烧高岭的组成点并不是相图所固有的，它只是一个附加的辅助点，仅用于表示配料中的一种原料。这样，图中就有两类三角形：△QMe主要用于配料，因此称为配料三角形；而△QMB主要用于分析产物组成，故称为产物三角形。

图8.99　K2O-Al2-O3SiO2投影状态相图（图中QZ为石英quartz，Crs为方石英cristobalite，Trd为鳞石英tridymite，K-Fsp为钾长石，h-KAlSiO4和Or-KAlSiO4分别为KAlSiO4的六方相和正交相，Cor为刚玉corundum，Lct为白榴石leucolite）（引自刘玉芹，2011）(www.daowen.com)

在△QMe中，我们作一条平行于QM的线条am。根据等质量分数规则，该线上的所有配料点，其烧高岭的质量分数是相等的。在产物三角形△QMB中，am线上的配料点所获得的产物中，莫来石的质量分数（或摩尔分数）是相同的。以上这两类相同意味着产品中莫来石的质量分数取决于配料中黏土的质量分数，即黏土质量分数大的配料，其产物中的莫来石也多。a 配料点在石英-莫来石这条边上。从配料上说，它是由石英和烧高岭配成的，没有钾长石。

该配料的产物只有莫来石和石英。am线上，ad之间的配料点有钾长石的参与。从a到d钾长石的质量分数增加，但烧高岭的质量分数未变，因此，石英的质量分数有所减少。以b点为例，升温时在E点出现液相。这些高温液相在降温过程中往往来不及结晶而形成玻璃相。液相形成的玻璃相使瓷器具有一定的半透明性。与此同时，固相组成点在c点。而c点在石英-莫来石构成的边上。综上所述，该配料的产物组织为石英、莫来石和玻璃相，其中不含长石。

图8.100　配料三角形和产物三角形

dg间的配料。从d到g，配方中长石的质量分数在增加（因为在配料三角形中，g点靠近eM线，石英的质量分数在减少，而烧高岭的质量分数不变，故长石的质量分数在增加）。从产物三角形来看，液相的质量分数在增加（根据杠杆规则，液相质量分数从ed/Ee到gB/EB）。由此可见配方中的长石多，则产物中的液相也多。该配料的产物组织仍为石英、莫来石和玻璃相。因此，ag段配料的产物组织以石英、莫来石和玻璃相为主。g点在EB线上，产物中的晶相只有莫来石，故g配料点的产物组织主要是莫来石和玻璃相。

配料点在gm段。升温到出现液相时，固相组成点在钾长石-莫来石线上，石英首先被熔完。该段的配料点，其产物组织为长石、莫来石及玻璃相。

通常普通陶瓷的烧成温度在1250～1450℃，而且在烧成时，系统需要有一定的液相，以促进烧结。但过多的液相会使坯体变形。由于低共熔点E处的等温线较密（图8.99），即该处液相面较陡，故液相量随

温度的变化不敏感。因此，工艺上易掌握（实际窑炉中的温度是在一定范围内波动的）。而且，E点靠近SiO2顶点，熔体中SiO2的量大，液相黏度大，因而坯体不易变形。

综上所述，根据瓷器的品种、原料的不同，通常硬质瓷的配方点选择在△QMe中Eh线附近。