陶瓷工藝學(xué)31536釉料配方與計算,釉層形成過程,坯釉適應(yīng)性20101021課件

3.5釉層形成過程釉在加熱過程中，會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化，如脫水，有機物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等分解和固相反應(yīng)，原料自身熔化、相互熔解形成低共熔物以及坯釉之間在加熱過程中的反應(yīng)等。本節(jié)主要內(nèi)容：

一、釉料在加熱過程中的變化二、釉層冷卻時的變化三、釉層內(nèi)的氣泡

一、釉料在加熱過程中的變化不同釉料在加熱過程中的熱分析表明，其發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)有以下幾類：

①原料的分解；②化合與固相反應(yīng)；③燒結(jié)；④熔融。而這些變化往往又重疊交叉出現(xiàn)或重復(fù)出現(xiàn)。（一）原料的分解在575~900℃溫度范圍內(nèi)，碳酸鹽、硫酸鹽、純堿、菱鎂礦、白云石等分解形成氧化物，硝酸鹽分解放出氮氣和氧氣等。由于大量氣體的排出，這一階段應(yīng)緩慢升溫，充分地排除氣態(tài)產(chǎn)物以防止氣泡產(chǎn)生及釉面針孔、裂紋等缺陷形成。需要注意，雜質(zhì)的存在會降低化合物的分解溫度。例如純白云石的分解溫度為750~760℃，而含5%Na2CO3或K2CO3的白云石分解溫度則為630℃，而1%的NaCl會使白云石分解溫度降低100℃左右。（三）燒結(jié)

燒結(jié)是指將粉末狀態(tài)的物質(zhì)經(jīng)過加熱轉(zhuǎn)化為具有一定強度的凝集塊狀物質(zhì)的過程。燒結(jié)過程受諸多因素的影響。（四）熔融釉熔融出現(xiàn)液相有兩方面原因：一是自熔，即指釉料中長石、碳酸鹽、硝酸鹽、氧化鉛及熔塊等易熔物的融化；其次是共熔，是指釉料中幾種物質(zhì)形成各種低共熔物。例如碳酸鹽與長石、石英；鉛丹與石英、粘土；硼砂、硼酸與石英及碳酸鹽等。事實上，釉層不可能完全均勻，在釉中仍然存留著殘留石英或方石英以及未熔的乳濁劑和著色劑顆粒，同時還有少量的氣體存在。隨著溫度升高，釉層中最初出現(xiàn)的液相使粉料由固相反應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)化為有液相參與的反應(yīng)，并不斷地熔解釉料成分，最終使液相量急劇增加，絕大部分成分變成熔體。而溫度的繼續(xù)升高，使液態(tài)充分流動，對流作用使釉的組成逐漸均勻化。影響熔融和均化的因素：①釉料內(nèi)部的高溫排氣。在高溫下，釉料內(nèi)氣泡的排出會在釉熔體中起攪拌作用。溫度愈高，釉粘度下降愈大，攪拌作用愈強，從而使釉層均化較好。②原料的狀態(tài)。原料顆粒愈細，混合的愈均勻，愈能降低熔化溫度，大大縮短熔化時間，增強均勻程度。③釉燒時間和溫度。釉燒時間長，溫度高，會使釉熔化和均化更充分。三、釉層內(nèi)的氣泡釉層內(nèi)普遍存在氣泡，即使是表面平滑、光澤良好的釉層，利用顯微鏡等手段也總是能見到斷面上存在著氣泡。釉中氣泡主要是由N2、水汽、CO、O2、SO2、H2等氣體所組成。釉層產(chǎn)生氣泡的原因很多，歸納起來，有如下幾個方面：1、由于坯釉本身反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡①坯體中存在著很多氣孔，可以分為兩類：開口氣孔和閉口氣孔。在溫度升高時，開口氣孔體積膨脹并進入釉層而排出。另外，隨溫度升高，釉層熔融將坯體濕潤，由于釉對坯體的熔解作用可以打開原來已封閉的閉口氣孔，也會使其通過釉層排出而形成針孔、凹坑等缺陷。對于沒有排出的氣孔，則留在釉層中形成氣泡。②坯釉中含有CO32-、SO42-、NO3-、Pb3O4等，在高溫下分解而排出氣體，產(chǎn)生氣泡。③熔塊中溶入的水分在高溫下逸出，形成氣泡。④Fe2O3在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)生產(chǎn)FeO和O2，O2在釉層中形成氣泡或通過釉層產(chǎn)生缺陷。2、由于碳素形成氣泡包括兩方面的原因：一方面，燒成氣氛中的CO氣體容易被方石英所吸附，而且CO在高溫下裂解產(chǎn)生CO2和C，CO2氣體在釉層形成氣泡。另一方面，裂解的C沉積在釉表面，在高溫下氧化而形成CO2引起釉層出現(xiàn)氣泡。釉中氣泡的存在，會給釉面性能帶來很大影響。1）在外觀品質(zhì)上，氣泡的存在使釉面透光度降低，同時針孔、凹坑及不平整等缺陷增加，使外觀品質(zhì)下降。釉中氣泡的大小也會對釉的外觀產(chǎn)生很大影響，其影響見表3-32。2）釉中氣泡還會影響釉面的理化性能，會降低釉面耐磨性、耐酸耐腐蝕能力及力學(xué)強度等。三、中間層的形式中間層的形成：坯與釉在燒成過程中，由于坯與釉中的個別氧化物彼此互相擴散，釉從坯里富集了SiO2、Al2O3，而坯從釉內(nèi)取得了堿性氧化物及堿土氧化物，結(jié)果在坯釉中間形成了中間層。中間層的形成受下列條件影響：1）坯體的性質(zhì)和狀態(tài)，如多孔或少孔的，素坯或生坯。2）燒成溫度的高低與燒成時間的長短。3）釉料是用制成的熔塊，還是用生料。4）釉成分中是否含有強熔劑。5）釉層的厚度。6）熔體釉的粘度和表面張力。7）坯釉組成的相互擴散作用。中間層的厚度一般為10~50um，深入釉層中1/20~1/4。中間層的結(jié)構(gòu)在很大程度上由制品的燒成溫度、保溫時間及窯內(nèi)氣氛性質(zhì)所決定。中間層的組成：根據(jù)坯和釉組成不同，中間層可含有莫來石、硅灰石、鈣長石、磷石英和方石英，以及呈氣泡狀的氣相。（一）膨脹系數(shù)對坯釉適應(yīng)性的影響1、α釉>α坯如圖3-15（P206）所示，當(dāng)α釉>α坯時，在坯釉冷卻過程中，釉層的收縮大于坯體的收縮，坯體受到釉層的壓縮應(yīng)力；而釉卻受到拉伸應(yīng)力(張應(yīng)力)，當(dāng)張應(yīng)力超過了釉層的抗張強度時，就出現(xiàn)導(dǎo)致釉層斷裂的網(wǎng)狀裂紋（一般稱為發(fā)裂、龜裂）。膨脹系數(shù)相差愈大，龜裂程度就愈大。2、α釉<α坯如圖3-16（P207）所示，當(dāng)α釉<α坯時，在冷卻過程中，釉的收縮小于坯體收縮，則釉受到坯體的壓縮作用，在釉層中產(chǎn)生可能引起釉層剝落的壓應(yīng)力，這樣處于壓應(yīng)力的釉可以抵消一部分由于熱應(yīng)力或機械應(yīng)力而加于制品上的張應(yīng)力，從而可提高制品的機械強度和熱穩(wěn)定性。一般釉的耐壓強度較抗張強度大得多，要在相當(dāng)大的壓應(yīng)力下才出現(xiàn)剝脫現(xiàn)象。3、坯釉的膨脹系數(shù)相等或非常接近（α釉=α坯）當(dāng)α釉=α坯時，在冷卻過程中，釉中既不會出現(xiàn)張應(yīng)力也不會出現(xiàn)壓應(yīng)力，釉層和坯體結(jié)合完美，但這只是最理想的狀態(tài)，坯和釉的膨脹系數(shù)不可能完全一致。因此，在實際配制釉的時候，應(yīng)配制出釉的膨脹系數(shù)略小于坯的膨脹系數(shù)的釉料，使釉中產(chǎn)生不大的壓應(yīng)力，可以在提高釉的熱穩(wěn)性及力學(xué)強度的情況下而不出現(xiàn)裂紋。提高燒成溫度，延長保溫時間，使釉中組分Na2O、B2O3、PbO揮發(fā)，坯料中Al2O3通過中間層向釉中遷移，從而降低釉的膨脹系數(shù)，使釉層造成壓應(yīng)力，提高了坯釉結(jié)合強度。也可通過快速冷卻方法在釉的表面形成壓應(yīng)力以避免產(chǎn)生發(fā)裂。影響中間層發(fā)育的主要因素①坯釉組成對中間層發(fā)育的影響。若坯釉化學(xué)組成相差愈大，則反應(yīng)得愈激烈，中間層形成速度快，而且厚、發(fā)育較好。②燒成制度對中間層發(fā)育的影響。燒成溫度愈高，燒成時間愈長，則釉的熔解作用愈大，釉中組分的擴散作用愈強，則坯釉反應(yīng)愈充分，中間層發(fā)育良好，則坯釉結(jié)合性變好。③釉料的細度和厚度。釉料愈細則愈適于坯釉反應(yīng)，擴散作用加強，中間層發(fā)育良好。釉層薄，熔化后釉組分變化大，中間層相對厚度增加，發(fā)育較好。

（三）釉的彈性、抗張強度對坯釉適應(yīng)性的影響一般來說，具有較低彈性模量的釉，其彈性形變能力大，彈性好，抵抗坯釉應(yīng)力或外界機械張力及熱應(yīng)力的能力強，對坯釉適應(yīng)有利。釉的抗張強度也是影響釉面開裂和釉產(chǎn)品強度的重要因素。釉的抗張強度大，也可抵消部分坯釉應(yīng)力，對坯釉結(jié)合也非常有益。實踐證明，如果釉的彈性模量低，抗張強度高，即使坯和釉的膨脹系數(shù)相差較大，釉層也不一定開裂。當(dāng)釉的抗張強度小而彈性模量又較高時，稍受應(yīng)力就可能使釉層開裂。（四）釉層厚度對坯釉適應(yīng)性的影響一般薄的釉層對坯釉適應(yīng)有利，原因有以下兩方面：①薄釉層在煅燒時組分的改變比厚釉層相對變動大，釉的膨脹系數(shù)變化得