陶瓷工藝原理章燒成與窯具

陶瓷工藝原理章燒成與窯具第一頁，共六十頁，2022年，8月28日要目

10.0三種燒成情況10.1燒成制度10.2快速燒成10.3裝缽裝窯10.4窯具

習(xí)題第二頁，共六十頁，2022年，8月28日10.0三種燒成情況(1)純坯燒（坯變）如陶器，玻化磚，特種陶瓷(2)坯素?zé)?釉燒（釉變?yōu)橹鳎┤缬悦娲u，(3)坯+釉一次燒(坯釉同時(shí)變）燒成制度需坯、釉同時(shí)考慮，但往往更多考慮坯體，因坯體是主體。第三頁，共六十頁，2022年，8月28日

陶瓷窯爐煙氣余熱回收-廈門...第四頁，共六十頁，2022年，8月28日第五頁，共六十頁，2022年，8月28日窯具第六頁，共六十頁，2022年，8月28日

第七頁，共六十頁，2022年，8月28日

第八頁，共六十頁，2022年，8月28日第九頁，共六十頁，2022年，8月28日第十頁，共六十頁，2022年，8月28日10.1.1燒成制度

定義：通過高溫處理，使坯體發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到固定外形并獲得所要求效果的工序。燒成過程是在稱為“窯爐”的專門熱工設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的制品在窯爐中進(jìn)行燒成時(shí)，為避免火焰直接接觸制品而造成窯內(nèi)污損，為承載、疊裝制品，需要一定形狀，性能的耐火材料來達(dá)到這個(gè)目的，通稱窯具。溫度制度：包括各階段的升溫速度、最高燒成溫度和保溫時(shí)間。氣氛制度：各階段所對(duì)應(yīng)的氣氛要求。（氧化、中性、還原）壓力制度：為了保證溫度、氣氛制度的實(shí)現(xiàn)，對(duì)窯內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)。10.1燒成制度第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日燒成工序是陶瓷生產(chǎn)過程中最重要的工序之一，制定科學(xué)合理的燒成制度，并準(zhǔn)確執(zhí)行是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。燒成溫度：為了達(dá)到產(chǎn)品的性能要求，應(yīng)該燒到的最高溫度。（P418）燒結(jié)溫度：材料加熱過程達(dá)到氣孔率最小、密度最大時(shí)的溫度。對(duì)于致密材料。如果不要求致密，則燒成溫度小于燒結(jié)溫度。陶器燒成制度

第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日燒成制度

一、燒成制度與產(chǎn)品性能的關(guān)系1、燒成溫度對(duì)產(chǎn)品性能的影響導(dǎo)熱系數(shù)、抗折強(qiáng)度、彈性模量、膨脹系數(shù)1）燒成溫度與產(chǎn)品的氣孔率有關(guān)（過燒膨脹）2）燒成溫度與產(chǎn)品的巖相組成有關(guān)2、保溫時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性能的影響3、升、降溫速度對(duì)產(chǎn)品性能的影響4、冷卻速度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日二、保溫時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性能的影響降低燒成溫度，延長保溫時(shí)間，有利。使各部分物理化學(xué)反應(yīng)均勻，對(duì)大型、異形，裝載過密的燒成三、升，降溫速度對(duì)產(chǎn)品性能的影響冷熱膨脹的影響，氣體的影響。四、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響（P422,）氧化還原焰，對(duì)燒結(jié)溫度，線收縮，過燒膨脹，顏色，透光度，釉面質(zhì)量。第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日四、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日20040060080010001200℃

粘土石英長石線膨脹ITETEDTA熱分析綜合圖譜10.1.2制定燒成制度的依據(jù)一、坯料組分在加熱過程中的性狀變化1）相圖（晶型轉(zhuǎn)變）和熱分析資料（差熱曲線DTA、失重曲

線TG、熱膨脹曲線TE、ITE）。是確定升、降溫速度的依據(jù)之一。第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日

ITEDTATE-石英脫OH碳素燃燒脫吸附水-石英熱塑性范圍脆性生坯脆性瓷器時(shí)間14001000600200利用熱分析綜合圖譜繪制理論燒成曲線低溫階段注意：100～150℃

脫吸附水升溫不能太快；500～600℃

脫OH、晶型轉(zhuǎn)變升、降溫不能太快；10.1.1燒成制度第十九頁，共六十頁，2022年，8月28日二、燒結(jié)曲線（氣孔率、燒成線收縮率、吸水率及密度變化曲線）和高溫物相分析（P418表10－5），是確定燒成溫度的主要依據(jù)。10.1.2制定燒成制度的依據(jù)1.燒結(jié)范圍寬、液相粘度大、量隨溫度變化小的坯料，燒成溫度可以確定在燒結(jié)范圍上限附近（T2）；2.燒結(jié)范圍窄、液相粘度小、量隨溫度變化大的坯料的坯料，燒成溫度只能定在燒結(jié)范圍下限附近（T1）第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日三、制品的大小和形狀

10.1.2制定燒成制度的依據(jù)升溫速度快時(shí)，坯體的斷面形成溫度梯度、坯體在膨脹或收縮過程中

均產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，導(dǎo)致坯體的變形（塑性狀態(tài)）和開裂（彈性狀態(tài)）。坯體越厚、形狀越復(fù)雜越容易變形或開裂，升溫速度不能太快。第二十一頁，共六十頁，2022年，8月28日四、釉燒方法

10.1.2制定燒成制度的依據(jù)1、釉料的熔化溫度與坯料的氧化分解溫度相適應(yīng)，中火保溫防止針孔、橘釉、黑心、鼓泡等缺陷。預(yù)熱帶與燒成帶前部2、高火保溫結(jié)束，冷卻初期依據(jù)釉料要求確定冷卻速度光澤釉——快速冷卻結(jié)晶釉——結(jié)晶溫度保溫處理3、二次燒成

高溫素?zé)蜏赜詿河詿龝r(shí)可以不考慮坯體的脫結(jié)構(gòu)水及氧化分解排氣，素?zé)龝r(shí)不考慮釉的作用。低溫素?zé)邷赜詿河詿龝r(shí)可以不考慮坯體的脫結(jié)構(gòu)水，素?zé)龝r(shí)不考慮釉的作用。二次燒成其它優(yōu)點(diǎn)：1）減少缺陷，提高合格率，避免浪費(fèi)。2）坯體強(qiáng)度提高，有利于施釉、裝飾3）工序的機(jī)械化。第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日五、根據(jù)坯料中氧化鈦和氧化鐵的含量確定氣氛制度

10.1.2制定燒成制度的依據(jù)低鐵高鈦坯料（北方）常用氧化氣氛燒成；高鐵低鈦坯料（南方）常用還原氣氛燒成。六、窯爐結(jié)構(gòu)、容量、燃料和裝窯密度窯爐結(jié)構(gòu)——窯內(nèi)溫度的均勻性，升溫速度，燒成溫度。燃料種類——裝燒方法，升溫速度，燒成溫度。容量和裝窯密度——窯內(nèi)溫度的均勻性，升溫速度。第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日溫度制度的控制流體燃料：調(diào)節(jié)燃料和助燃空氣的流量。固體燃料：每次添加量、間隔時(shí)間、燃料在燃燒室的分布調(diào)節(jié)窯內(nèi)壓力制度（煙道抽力）氣氛制度的控制流體燃料：調(diào)節(jié)助燃空氣過剩系數(shù)0.9、0.95、1.0、1.1固體燃料：每次添加量、間隔時(shí)間以及燃燒程度。調(diào)節(jié)窯內(nèi)壓力制度（煙道抽力）。窯內(nèi)正壓有利于還原氣氛的形成，負(fù)壓有利于氧化氣氛的形成。壓力制度的控制1）煙道（總煙道、支煙道）抽力。2）氣體的進(jìn)入量和排除量的調(diào)節(jié)10.1.3燒成制度的控制第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日坯釉一次燒成過程中坯和釉的物化變化(1)坯體水分蒸發(fā)期（0-300℃)坯體入窯時(shí)，含水2%左右，主要為吸附水，氣孔率25~40%。應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，避免凝水，造成“水跡”和“開裂”。，斷面大窯爐，稀碼快燒。（2）氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期(300~950℃)結(jié)構(gòu)水排出，碳酸鹽分解，有機(jī)物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型轉(zhuǎn)化。

這些變化與氧化溫度、升溫速率、氣氛有關(guān)。如升溫過快，則分解與氧化的溫度相應(yīng)提高。氧化焰第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日反應(yīng)式舉例Al2O32SiO22H2O---Al2O32SiO2+2H2O400-525℃CaCO3----CaO+CO2(500-1000℃)MgCO3----MgO+CO2(500-700℃)2CO-----2C+O2(積炭）C+O2----CO2;(600--1000℃)FeS2+O2---FeS+SO2(350-450℃)4FeS+7O2----2Fe2O3+4SO2（500-800℃)

-石英-------石英（573℃)第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日(3)玻化成瓷期（950---燒成溫度℃）坯出現(xiàn)液相，釉開始熔融。

a.氧化保溫（950--1020℃）

除積炭，免煙熏和發(fā)泡

b.強(qiáng)還原階段（1020~1150℃)

使坯體內(nèi)的Fe2O3及CaSO4在釉封層之前得到充分還原與分解：

Fe2O3+CO----2FeO+CO2;(1100℃)2Fe2O3+CO----4FeO+CO2;(1100℃)

CaSO4+CO----CaO+SO2+CO2;(800℃)第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日否則，釉層封層后，還原氣氛不易滲透

到坯體內(nèi)部，致使坯體還原不足，釉層吸煙（C粒）發(fā)灰。若Fe2O3未被完全還原，瓷器斷面呈淡黃色，且粗糙。當(dāng)坯體得充分還原時(shí)，斷面致密，發(fā)淡青色，有明顯貝殼狀。因FeO易與SiO2生成易熔的玻璃狀物質(zhì)，促進(jìn)坯體燒結(jié)。FeO（黑色）+SiO2----FeSiO3(青色）這階段要平穩(wěn)升溫，控制O20-1%,CO214-17%;CO2-4%;此階段釉層基本?；?，封閉了瓷胎表面，坯體瓷化。第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28日c.弱還原階段（1150-燒成溫度℃）

防止鐵被重新氧化。為使窯內(nèi)溫度均勻，瓷臺(tái)內(nèi)部物化變化充分，在燒成溫度下保溫是必要的。高火保溫：消除溫差，組織結(jié)構(gòu)均一，相同理化性能。

d.冷卻期：※初期快冷（以形成玻璃質(zhì)）※750-550℃慢冷（玻璃相由塑性態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，結(jié)構(gòu)上有顯著變化，引起較大應(yīng)力，故冷卻要慢）※500℃以下，可自然冷第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日（二）壓力制度燒嘴，風(fēng)機(jī)，閘板調(diào)節(jié)壓力預(yù)熱帶負(fù)壓，燒成帶正壓。零壓兩個(gè)帶之間。冷卻帶正壓。第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日10.2快速燒成的意義快速燒成是一個(gè)相對(duì)的概念。減少能耗，增加產(chǎn)量P433表1、節(jié)約能源（燃料）

燒成能耗占總成本20～30％第三十一頁，共六十頁，2022年，8月28日第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日2、充分利用原料資源隨著低溫快速燒成的實(shí)現(xiàn)，大量的耐火度較低的原料可以大量應(yīng)用于陶瓷生產(chǎn)。如硅灰石、透輝石、霞石正長巖、含鋰礦物以及一些尾礦等原料3、提高窯爐與窯具的使用壽命燒成溫度降低對(duì)窯爐及耐火材料的要求降低；隔焰窯、明焰窯的使用大幅度減少了窯具的用量10.2快速燒成的意義第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日10.2快速燒成的意義4、縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率傳統(tǒng)燒成方法燒成周期大多幾十小時(shí)；快速燒成可以縮短至幾十分鐘。5、低溫快速燒成有利于某些色釉的顯色，提高某些瓷坯的強(qiáng)度局限性：大件、較厚的產(chǎn)品，性能要求特殊的產(chǎn)品不適合第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日10.2實(shí)現(xiàn)快速燒成的工藝措施1、坯釉能適合快速燒成的要求1）體積隨溫度變化?。ㄊ湛s、熱膨脹系數(shù)）；2）導(dǎo)熱性好，晶型轉(zhuǎn)變少，物理化學(xué)反應(yīng)速度快、排氣少；3）釉的始熔溫度較高，高溫粘度小且隨溫度變化大。2、減少入窯坯水分，提高入窯坯體溫度3、控制坯體形狀、大小和厚度4、窯爐溫差小保溫好5、窯具耐火度較高、熱穩(wěn)定性好第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)窯爐使用不潔燃料，為防止產(chǎn)品污損，裝窯時(shí)需將產(chǎn)品裝入封閉的窯具中燒成，叫匣缽。裝缽裝缽的目的1、隔離不潔凈火焰與制品，防止煙氣中的灰分、碳粒污染釉面；2、使強(qiáng)度較低，大小形狀不同的制品能夠有規(guī)則地疊裝，同時(shí)合理利用窯位；3、制品之間保持一定距離，防止釉面熔化后互相粘結(jié)。裝缽方法座裝、扣裝、立裝、吊裝、疊裝和套裝。根據(jù)坯體的大小、形狀以及對(duì)釉面的不同要求，采用不同的裝缽方法。P437圖10.3裝缽裝窯第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日

第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日

第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日

陶瓷匣缽500x349

第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日10.3裝缽裝窯倒煙窯裝窯、隧道窯裝窯、無匣裝窯：大斷面隧道窯，及梭式窯。墻地磚、衛(wèi)生潔具。電瓷（普通陶瓷范疇）第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日

...斥著濃厚的古陶第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日10.3裝缽裝窯裝窯要求1、根據(jù)窯內(nèi)溫差情況，確定各部位的裝窯密度或產(chǎn)品種類。高火位密裝，低火位稀裝；色釉產(chǎn)品根據(jù)顏料耐火情況裝。2、窯具之間、窯具與窯體之間產(chǎn)品之間保持一定的距離，保證煙氣合理流動(dòng)，傳熱均勻。窯具與窯底、窯車面之間有墊砂（墊餅、墊泥、涂層）防止粘結(jié)。3、疊裝牢固平穩(wěn)，保證在高溫下或受到震動(dòng)等作用下能夠安全運(yùn)行。4、在保證安全和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，減輕窯具質(zhì)量，減少窯具用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日窯具種類：包括匣缽、棚板、支柱、各種耐火墊、托板、輥棒和窯車材料等。P442表10－11現(xiàn)代窯爐的重要標(biāo)志之一，就是大幅度減少了窯具的用量，采用多種高級(jí)耐火材料窯具，滿足快速燒成的需要。節(jié)省3/4能源P442表10－12，提高使用次數(shù)。10.4窯具第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日第四十六頁，共六十頁，2022年，8月28日第四十七頁，共六十頁，2022年，8月28日10.4窯具的性能要求1、足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：

常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度2、良好的抗熱震性能（急冷急熱性）

破壞機(jī)理：裂紋不斷擴(kuò)展；

熱膨脹系數(shù)小——產(chǎn)生應(yīng)力小——不易破壞

熟料和基質(zhì)的大小，相互關(guān)系；相對(duì)量的多少影響較大。產(chǎn)生應(yīng)力第四十八頁，共六十頁，2022年，8月28日10.4窯具的性能要求3、重復(fù)使用時(shí)窯具的體積穩(wěn)定性（不可逆變化）

二次莫來石化引起體積膨脹碳化硅的氧化引起體積膨脹熔融石英的析晶引起體積膨脹4、導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱性，有利于窯具壽命提高，降低燃料消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量。第四十九頁，共六十頁，2022年，8月28日10.4窯具的材質(zhì)及破壞分析窯具的材質(zhì)：1）硅鋁質(zhì)（粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)）粘土質(zhì)使用溫度1300℃以下高鋁質(zhì)使用溫度1400℃以下2）硅鋁鎂質(zhì)（莫來石—堇青石質(zhì)；堇青石—莫來石質(zhì)）莫來石—堇青石質(zhì)高鋁熟料+堇青石結(jié)合劑堇青石—莫來石質(zhì)堇青石熟料+粘土質(zhì)結(jié)合劑堇青石高溫下分解，此類窯具的使用溫度＜1300℃第五十頁，共六十頁，2022年，8月28日10.4窯具的材質(zhì)及破壞分析3）碳化硅質(zhì)（粘土結(jié)合、氧化鋁結(jié)合、氮化硅結(jié)合、再結(jié)晶）碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小，使用溫度高，可達(dá)1400℃以上500℃時(shí)λ=15.12W/m·K；α=5.57-5.59×10-6/℃。隨著結(jié)合方式的優(yōu)化各種性能進(jìn)一步提高。4）熔融石英質(zhì)含SiO299.5%時(shí)α=0.54×10-6/℃,而且高溫粘度大，高溫荷重軟化溫度也比硅鋁質(zhì)及硅鋁鎂質(zhì)窯具高，抗熱震性好，使用溫度可達(dá)1380℃。使用過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?，膨脹破壞。第五十一頁，共六十頁?022年，8月28日10.4窯具的材質(zhì)及破壞分析3）碳化硅質(zhì)（粘土結(jié)合、氧化鋁結(jié)合、氮化硅結(jié)合、再結(jié)晶）碳化硅導(dǎo)熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小，使用溫度高，可達(dá)1400℃以上500℃時(shí)λ=15.12W/m·K；α=5.57-5.59×10-6/℃。隨著結(jié)合方式的優(yōu)化各種性能進(jìn)一步提高。4）熔融石英質(zhì)含SiO299.5%時(shí)α=0.54×10-6/℃,而且高溫粘度大，高溫荷重軟化溫度也比硅鋁質(zhì)及硅鋁鎂質(zhì)窯具高，抗熱震性好，使用溫度可達(dá)1380℃。使用過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅲ?/p>