陶瓷工藝學第8章-燒成課件

陶瓷工藝學第8章-燒成課件本章要點：掌握陶瓷坯體在燒成過程中各溫度段所經(jīng)歷的主要物理、化學變化；了解坯體在燒成過程中顯微結(jié)構(gòu)的變化與釉層的形成；燒成過程中常用的窯具及裝窯控制；掌握燒成過程中常見缺陷產(chǎn)生的原因和防止方法；了解一次燒成與二次燒成、低溫快速燒成技術(shù)。本章要點：燒成對陶瓷坯體按一定規(guī)律加熱至高溫，經(jīng)過一系列物理化學反應，然后再冷卻至室溫，坯體的礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，外形尺寸固定，強度提高，最終成為人們預期的、具有某種特定使用性能的陶瓷制品的過程。燒結(jié)是一種利用熱能使粉末坯體致密化的技術(shù)。其具體的定義是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。燒成8.1、一次燒成與二次燒成一次燒成：又稱本燒，是指經(jīng)成型、干燥或施釉后的生坯，在燒成窯內(nèi)一次燒成陶瓷產(chǎn)品的工藝路線。二次燒成：是指經(jīng)過成型、干燥的生坯先在素燒窯內(nèi)進行素燒——第一次燒成，然后經(jīng)檢選、施釉等工序后再進入釉燒窯內(nèi)進行釉燒——第二次燒成8.1、一次燒成與二次燒成一次燒成：又稱本燒，是指經(jīng)成型、干

一次燒成的特點干生坯直接上釉，入窯燒成，工藝流程簡化。勞動強度下降，操作人員減少，勞動生產(chǎn)率提高。由于減少了素燒窯、素檢及其附屬設(shè)施，占地面積小，基建投資減少，燒成設(shè)備投資及占地可減少1/3~2/3。節(jié)約能源。因為只需燒成一次，燃料消耗和電耗下降。我國生產(chǎn)的瓷器，除青瓷和薄胎瓷外，一般采用一次燒成工藝。但在國外，瓷器絕大多數(shù)是二次燒成。一次燒成的特點干生坯直接上釉，入窯燒成，工藝流程簡化。我二次燒成的特點

有利于提高釉面光澤度和白度。容易上釉，且釉面質(zhì)量好。經(jīng)素燒后坯體機械強度進一步提高，能適應施釉、印花等工序的機械化，降低半成品的破損率。釉燒時收縮較小，有利于防止產(chǎn)品變形。提高了釉燒的合格品，減少原料損失。二次燒成的特點有利于提高釉面光澤度和白度。8.2、坯體在燒成過程中的物理化學變化一、低溫階段（室溫~300℃）作用：是排除坯體內(nèi)的殘余水分。結(jié)果：粘土質(zhì)坯體表現(xiàn)為氣孔率增加、強度提高；非可塑性原料制成的坯體則表現(xiàn)為疏松多孔、強度降低。特點：坯體內(nèi)基本不發(fā)生化學變化，故對氣氛性質(zhì)無特殊要求。8.2、坯體在燒成過程中的物理化學變化一、低溫階段（室溫~3二、中溫階段（300~950℃）中溫階段又稱分解與氧化階段，是陶瓷燒成過程的關(guān)鍵階段之一。1、氧化反應

a.碳素和有機物的氧化坯釉原料一般含有不同程度有機物和碳素。反應應在釉面熔融、氣孔封閉前結(jié)束，否則易產(chǎn)生煙熏、起泡等缺陷。

b.鐵的硫化物氧化

FeS2是一種十分有害的物質(zhì)，應在此階段把它全部氧化成Fe2O3。二、中溫階段（300~950℃）2、分解反應

a.結(jié)構(gòu)水的分解、排除坯料中各種粘土原料和其它含水礦物，在此階段進行結(jié)構(gòu)水的排除，升溫速度對脫除結(jié)構(gòu)水有直接影響，快速升溫時，結(jié)構(gòu)水的溫度移向高溫，而且比較集中。

b.碳酸鹽的分解陶瓷坯體中含碳酸鹽類物質(zhì)，其分解溫度一般＜1050℃。

c.硫酸鹽的分解陶瓷坯體中的硫酸鹽，分解溫度一般在650℃左右。2、分解反應3、石英的多晶轉(zhuǎn)化和少量液相的生成

石英在配方中一般用量較多，本階段將發(fā)生多晶轉(zhuǎn)化。573℃，β-石英轉(zhuǎn)化為a-石英，伴隨體積膨脹0.82％；

900℃附近，長石與石英，長石與分解后的粘土顆粒，在接觸位置處有共熔體的液滴生成。

本階段發(fā)生的物理變化：隨著結(jié)構(gòu)水和分解氣體的排除，坯體質(zhì)量急速減少，密度減小，氣孔增加。

根據(jù)配方中粘土、石英含量多少發(fā)生不同程度的體積變化。后期由于少量熔體的膠結(jié)作用，使坯體強度相應提高。3、石英的多晶轉(zhuǎn)化和少量液相的生成三、高溫階段（950℃~燒成溫度）高溫階段是燒成過程中溫度最高的階段。以還原焰燒成為例說明三個階段物化變化（兩點一度）：

1、氧化保溫階段目的：使坯體內(nèi)氧化分解反應在釉層封閉以前進行徹底。

從氧化保溫到強還原的氣氛轉(zhuǎn)換溫度十分重要，一般控制在釉面熔融前150℃左右，約1000~1100℃

。

2、強還原階段要求：CO為3%~6%，無過剩氧存在，空氣過剩系數(shù)α＝0.9

作用：使坯體中Fe2O3還原成FeO；使硫酸鹽分解放出SO2。三、高溫階段（950℃~燒成溫度）3、弱還原階段要求：CO為1.5%~2.5%，空氣過剩系數(shù)α＝0.95

從強還原氣氛轉(zhuǎn)換到弱還原氣氛溫度約1250℃。

此階段，液相增加，顆粒排列緊密，顆粒間距縮小，坯體逐漸致密。

4、高溫階段物理變化

a)

強度提高；

b)氣孔率下降到最小值，吸水率下降；

c)體積收縮，密度增大；

d)色澤改變。3、弱還原階段4、高溫階段物理變化四、高溫保溫階段作用：使坯體內(nèi)部物化反應進行更加完全，促使坯體的組織結(jié)構(gòu)趨于均一，減小窯爐各處的溫差。止火溫度：即燒成溫度，有一個波動范圍。五、冷卻階段

急冷階段：最高燒成溫度(高火保溫結(jié)束)~850℃。

結(jié)果：提高機械強度、光澤度和白度，一般150~300℃/h

緩冷階段：850℃~400℃。緩慢冷卻，一般40~70℃/h

最終冷卻階段：400℃~室溫。可快冷，一般100℃/h以上。四、高溫保溫階段作用：使坯體內(nèi)部物化反應進行更加完全，促使坯8.3、燒成窯爐一、燒成窯爐的分類根據(jù)燃料分為煤燒窯、油燒窯、氣燒窯。根據(jù)制品與火焰是否接觸可以分為明焰窯、隔焰窯和半隔焰窯三種根據(jù)燒成的作用可以分為素燒窯、釉燒窯和烤花窯。根據(jù)燒成過程的連續(xù)與否可以分為：間歇式窯、連續(xù)式窯。8.3、燒成窯爐一、燒成窯爐的分類二、間歇式窯

倒焰窯

特點：生產(chǎn)分批間歇進行，窯爐安裝、燒、冷、出四個階段順序循環(huán)。生產(chǎn)方式靈活，由于火焰自上而下加熱制品，故水平溫度均勻；但倒焰窯熱利用較差，燃料消耗高，勞動強度大。這種窯適合燒成批量不大，大件或特殊制品。

二、間歇式窯倒焰窯 特點：生產(chǎn)分批間歇進行，窯爐安裝、燒三．連續(xù)式窯隧道窯

特點：窯內(nèi)分為預熱、燒成、冷卻等若干帶，各部位的溫度、氣氛均不隨時間而變化。三．連續(xù)式窯隧特點：窯內(nèi)分為預熱、燒成、冷卻等若干帶，各部輥道窯輥8.4、燒成制度燒成制度：溫度制度、氣氛制度、壓力制度。一、溫度制度包括最高燒成溫度、升溫速度、保溫時間、冷卻速度等內(nèi)容。

表示方法：

列表法：便于分析問題，但生產(chǎn)上不便操作。

溫度曲線法：直觀醒目，方便使用。8.4、燒成制度燒成制度：溫度制度、氣氛制度、壓力制度。一、二、氣氛制度

強氧化階段：過剩O2：4%~5%

強還原階段：CO：3%~6%

弱還原階段：CO：1.5%~2.5%氣氛制度：是燒成過程中對氣氛氧化還原性質(zhì)的具體要求，通常是規(guī)定不同范圍O2及CO的濃度，或同時給出空氣過剩系數(shù)。二、氣氛制度強氧化階段：過剩O2：4%~5%氣氛制度：是三、壓力制度

零壓位：在預熱帶和燒成帶之間，燒成帶保持微正壓。后移：還原不足；前移：氧化不足。

預熱帶最大負壓：－40~-10MPa，過大說明窯阻力大，易造成漏風擴大窯內(nèi)上下溫差。

窯頭微正壓：減少窯外冷空氣進入。

冷卻帶壓力：一般處于正壓，大約15Pa。通?？刂频膮?shù)：三、壓力制度零壓位：在預熱帶和燒成帶之間，燒成帶保持微正壓四、燒成制度擬定制定燒成制度的依據(jù)：擬定燒成制度的關(guān)鍵問題是探索在具體燒成設(shè)備條件下適于某種產(chǎn)品燒成的最佳熱工制度。（1）以坯釉化學組成及其在燒成過程中物理化學變化為依據(jù)。（2）以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。（3）以窯爐結(jié)構(gòu)、類型、燃料種類以及裝窯方式和裝窯疏密為依據(jù)。（4）以相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗為依據(jù)。四、燒成制度擬定制定燒成制度的依據(jù)：擬定燒成制度的關(guān)鍵問題是8.5、燒成缺陷及原因分析一、變形

制品在燒后出現(xiàn)扭曲、歪斜、翹角等不規(guī)則形態(tài)稱變形。

產(chǎn)生原因：原料方面；成型方面；燒成方面。二、起泡

破口的為開口泡，未破的為閉口泡。

原因：氧化泡；還原泡；過燒泡；水邊泡8.5、燒成缺陷及原因分析一、變形三、棕眼和桔釉

產(chǎn)生原因：釉面熔化后仍有大量氣體排出；生釉面有微裂，高溫時不能彌合；釉料始熔溫度過低，部分熔釉被多孔坯體吸收；釉料熔化不透。四、色黃、火刺、黑斑、煙熏五、釉裂與剝釉六、釉縷與缺釉七、開裂三、棕眼和桔釉

本章介紹陶瓷坯體從預熱、燒成到冷卻過程中的物理、化學變化；