第十二章_陶瓷的燒成

1、第十二章第十二章 燒燒 成成 燒成燒成是指坯體在高溫下發(fā)生一系列物理化學(xué)反 應(yīng)，使坯體礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化， 外形尺寸固定，強(qiáng)度提高，最終獲得某種特定 使用性能陶瓷制品的過(guò)程。 6/1 12/2 掌握陶瓷坯體在燒成過(guò)程中各溫度段所經(jīng) 歷的主要物理、化學(xué)變化； 了解坯體在燒成過(guò)程中顯微結(jié)構(gòu)的變化與 釉層的形成； 燒成過(guò)程中常用的燒成設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)； 掌握燒成過(guò)程中常見(jiàn)缺陷產(chǎn)生的原因和預(yù) 防措施。 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 第一節(jié)第一節(jié) 燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化 低低溫溫階階段段 室室溫溫3 30 00 0 中中溫溫階階段段 3 30 00 09 95 50 0 高高溫溫階階段

2、段 9 95 50 0燒燒成成溫溫度度 冷卻 階 段 燒成 溫 度 室 溫 坯體 燒 成 過(guò) 程 燒結(jié)類型燒結(jié)類型物質(zhì)遷移機(jī)理物質(zhì)遷移機(jī)理驅(qū)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)能 氣相燒結(jié)蒸發(fā)凝聚蒸汽壓差 固態(tài)燒結(jié)擴(kuò)散自由能或化學(xué)位差 液相燒結(jié)粘滯流動(dòng)、擴(kuò)散毛細(xì)管壓力、表面張力 反應(yīng)液相燒結(jié)粘滯流動(dòng)、溶解沉淀 毛細(xì)管壓力、表面張力 一、低溫階段一、低溫階段 （室溫-300） 水分蒸發(fā)期，為繼續(xù)干燥階段 物理變化脫殘余水分；坯體少量收縮，氣孔率增大。 坯體含水量對(duì)坯體升溫的影響坯體含水量對(duì)坯體升溫的影響 1、水量過(guò)大，蒸發(fā)引起過(guò)大內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致坯體開(kāi)裂。 2、坯體表面凝水，導(dǎo)致局部膨脹，造成水跡和開(kāi)裂； 3、與SO2作用產(chǎn)生

3、在坯體表面產(chǎn)生白霜； 防范措施：防范措施： 水分含量3%, 嚴(yán)格控制升溫速度； 水分含量1%, 可以加速升溫；一般控制在2； 加強(qiáng)通風(fēng)，提高干燥速度；控制煙氣溫度，防止凝水； 二、中溫階段二、中溫階段（300-950） 分解氧化和晶型轉(zhuǎn)化期 1、結(jié)構(gòu)水的排除 2、碳酸鹽分解 3、碳素、有機(jī)質(zhì)和硫化物氧化 4、石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相的形成 O2H2SiOOAlO2H2SiOOAl 2232 600400 2232 2 950730 33 2 1050850 32 850500 3 COMgOCaOCaCOMgCO COCaOCaCOCOMgOMgCO 2322222 2 4SOO2Fe7O4F

4、eSSOFeSOFeS 2COO2C 三、高溫階段三、高溫階段（950-最高燒成溫度) 三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵，與二氧化硅反應(yīng)形成硅酸鐵。 FeO+SiO2=FeSiO3（1150） 硫酸鹽分解釋放二氧化硫在釉面?；芭懦?。 CaSO4+CO=CaSO3+CO2 ，CaSO3=CaO+SO2 轉(zhuǎn)變點(diǎn)低于釉料始熔溫度150, CO濃度3%5% ?；纱善冢黧w開(kāi)始燒結(jié)，釉層開(kāi)始熔化 1. 氧化保溫階段（氧化保溫階段（9501020 ） 促使中溫階段各反應(yīng)反應(yīng)完全，使窯內(nèi)溫度均勻； 2. 強(qiáng)還原階段（強(qiáng)還原階段（10201150 ） 3弱還原階段弱還原階段(1150-燒成溫度）燒成溫度） 防止燃燒不充

5、分造成殘?zhí)?，趨于中性氣?非晶態(tài)（玻璃相）增多，液相的表面張力使顆粒相互 拉近，坯體逐漸致密；熔解Al2O3+SiO2生成莫來(lái)石， 形成骨架，增加坯體強(qiáng)度。 高溫階段瓷坯的特點(diǎn)：高溫階段瓷坯的特點(diǎn)： 1）強(qiáng)度增大； 2）吸收率和孔隙率降低； 3）體積收縮； 4）光澤度增加。 避免升溫過(guò)快，控制還原氣氛的濃度，減小窯內(nèi)溫差 四、高溫保溫階段四、高溫保溫階段 n一般陶器：11501250，時(shí)間1小時(shí)； n精陶： 12201250，時(shí)間23小時(shí)； n日用瓷： 12801400，時(shí)間12小時(shí)； n釉面磚： 11501250，時(shí)間1分鐘； 1、促使物化反應(yīng)完全； 2、使坯體內(nèi)部的玻璃相，生成的新相和未熔

6、融石英 可以進(jìn)一步分散和反應(yīng)，改善微區(qū)結(jié)構(gòu)，保證固 相物質(zhì)與液相能夠均勻分布； 3、促進(jìn)莫來(lái)石晶體生長(zhǎng)，增強(qiáng)坯體強(qiáng)度； 4、減小窯內(nèi)溫差。 五、冷卻階段五、冷卻階段 400室溫; 可以快冷，含有大量 方石英的坯體應(yīng)緩冷,速率可大于 100/h; 急冷急冷 緩冷緩冷 終冷終冷 燒成溫度850；降低成本，防 止析晶和低價(jià)鐵再氧化，提高坯體 強(qiáng)度，速率為150300/h; 850400；注意石英相變，冷卻 速率不宜過(guò)大, 速率為4070/h; 第二節(jié)第二節(jié) 燒成設(shè)備燒成設(shè)備 燃料燃料 火焰與制火焰與制 品的位置品的位置 燒成作用燒成作用燒成過(guò)程燒成過(guò)程 固體燃料窯 液體燃料窯 氣體燃料窯 電為能源窯

7、 明焰窯 隔焰窯 半隔焰窯 素?zé)G 釉燒窯 烤花窯 間歇式窯 連續(xù)式窯 一、倒焰窯（老式間歇式窯爐）一、倒焰窯（老式間歇式窯爐） 特點(diǎn)：特點(diǎn)：生產(chǎn)方式靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫差小，但周期長(zhǎng)， 勞動(dòng)強(qiáng)度大，熱效率低，適合多種制品的燒制 。 二、梭式窯和鐘罩窯（現(xiàn)代間歇式窯爐）二、梭式窯和鐘罩窯（現(xiàn)代間歇式窯爐） 1）間歇式窯生產(chǎn)制度靈活，窯可靠近生產(chǎn)制品 的地點(diǎn)砌筑安裝，縮短運(yùn)輸線路。 2）設(shè)備投資低。 3）燃料消耗比與普通間歇窯低，動(dòng)力消耗少， 費(fèi)用低，砌筑安裝更加方便。 4）可以通過(guò)光電控制機(jī)構(gòu)對(duì)溫度和窯內(nèi)氣氛進(jìn) 行調(diào)節(jié)，大大減少上釉產(chǎn)品的燒成缺陷。 5）降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境。 新型的間歇式

8、窯具有下列優(yōu)點(diǎn)：新型的間歇式窯具有下列優(yōu)點(diǎn)： 三、隧道式窯（連續(xù)式窯爐）三、隧道式窯（連續(xù)式窯爐） 隧道窯的優(yōu)點(diǎn)：隧道窯的優(yōu)點(diǎn)： 1生產(chǎn)連續(xù)化，周期短，產(chǎn)量大，質(zhì)量高； 2利用逆流原理工作，熱利用率高，燃料消耗低； 3改善勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度； 4窯體使用壽命長(zhǎng)，一般57年才修理一次。 不足之處：不足之處： 1、隧道窯建造所需材料和設(shè)備較多，一次投資較大。 2、燒成制度不宜隨意變動(dòng)，一般只適用大批量生產(chǎn)和對(duì) 燒成制度要求基本相同的制品靈活性輕差。 3、隧道窯設(shè)備維修和管理工作量較大。 四、輥道式窯四、輥道式窯 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 升溫快，溫度分布均勻， 上下溫差小于5； 易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化 不

9、用蓄熱量大的窯車， 熱量消耗小，操作簡(jiǎn)單。 適于扁平，小型制品 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 不適合燒制高大的制品， 最高溫度為1300，不適 合燒制高溫制品。 第三節(jié)第三節(jié) 燒成制度燒成制度 溫度制度 壓壓力力制制度度氣氣氛氛制制度度 燒成制度 一、燒成制度的擬訂一、燒成制度的擬訂 目的：最佳熱工制度，達(dá)到高產(chǎn)低耗 坯料在加熱過(guò)程中的性狀變化坯料在加熱過(guò)程中的性狀變化 坯體形狀，厚度和入窯水分坯體形狀，厚度和入窯水分 薄壁小件-快燒；厚壁大件-緩燒 窯爐結(jié)構(gòu)，燃料性質(zhì)，裝窯密度窯爐結(jié)構(gòu)，燃料性質(zhì)，裝窯密度 是實(shí)現(xiàn)燒成制度的重要因素。 燒成方法燒成方法 同一種坯體采用不同的燒成方法時(shí)， 要求的燒成制度各不相同

10、。 二、溫度制度二、溫度制度溫度與時(shí)間的關(guān)系 升溫速度升溫速度 燒成溫度燒成溫度 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 冷卻速度冷卻速度 升溫速度升溫速度 取決于熱應(yīng)力與抵抗熱應(yīng)力的能力 燒成溫度燒成溫度 升溫速度升溫速度 陶瓷坯體燒成時(shí)獲得最優(yōu)性質(zhì)時(shí)的 相應(yīng)溫度，即燒成時(shí)的止火溫度， 實(shí)際上是一個(gè)允許的溫度范圍，稱 為燒成范圍 升溫速度升溫速度 燒成溫度燒成溫度 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 冷卻速度冷卻速度 燒成溫度燒成溫度 燒成溫度 （） 相 組 成 （%） 氣孔體積 （%） 玻璃相 莫來(lái)石 石 英 12103619423 1270382337213504822291 長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯不同溫度下的相

11、組成長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯不同溫度下的相組成 燒成溫度的確定，主要應(yīng)取決于配方 組成、坯料細(xì)度和產(chǎn)品的性能要求， 同時(shí)還與燒成時(shí)間相互制約。 升溫速度升溫速度 燒成溫度燒成溫度 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 冷卻速度冷卻速度 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 在燒成溫度或稍低于此溫度的某一溫度下保 持一定的時(shí)間，一方面使物理化學(xué)變化更趨 完全，另一方面保證組織結(jié)構(gòu)均勻一致。 冷卻速度冷卻速度 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 取決于坯體的應(yīng)力狀況 玻璃相多高溫快冷，低溫緩冷 晶形轉(zhuǎn)變多轉(zhuǎn)變溫度附近緩冷 厚大坯體緩冷防開(kāi)裂 隧道窯煅燒日用瓷的溫度曲線 實(shí)線窯頂溫度曲線； 虛線設(shè)計(jì)溫度曲線； 車面溫度曲線； 車下溫度曲線 三、氣氛制度三、氣氛制度 強(qiáng)氧

12、化氣氛： O2810%, a=1.62.5 氧化氣氛： O2=25%, a=1.21.5 中性氣氛： O2=15%, CO12，a=0.991.05 弱還原氣氛： O21%, CO1.52.5， a=0.95 強(qiáng)還原氣氛： O21%, CO37， a=0.90 由煙氣中游離氧和還原成分的含量確定 ) N 0.5COO 3.761/(1a 2 2 空氣過(guò)剩系數(shù) 氣氛對(duì)陶瓷坯體過(guò)燒膨脹的影響氣氛對(duì)陶瓷坯體過(guò)燒膨脹的影響 氣氛對(duì)坯體的燒結(jié)溫度和收縮的影響氣氛對(duì)坯體的燒結(jié)溫度和收縮的影響 氣氛對(duì)坯的顏色和透光性及釉層質(zhì)量的影響氣氛對(duì)坯的顏色和透光性及釉層質(zhì)量的影響 a. 影響Fe,Ti的價(jià)數(shù)，氧化氣氛

13、下析出膠態(tài) Fe2O3使坯體顯黃色；還原氣氛下FeO形成 玻璃相坯體呈淡青色； 還原氣氛下，TiO2Ti2O3顯藍(lán)或紫色； b. 在還原氣氛下SiO2和CO分別還原為Si和C， 使制品表面產(chǎn)生黑斑。 氣氛對(duì)升溫和窯內(nèi)溫差的影響氣氛對(duì)升溫和窯內(nèi)溫差的影響 氧化焰溫差大；還原焰溫差??； 三、壓力制度三、壓力制度壓力與溫度的關(guān)系壓力與溫度的關(guān)系 負(fù)壓有利于氧化氣氛 正壓有利于還原氣氛 隧道窯燒成曲線隧道窯燒成曲線 第四節(jié)第四節(jié) 燒成缺陷燒成缺陷 開(kāi) 裂 開(kāi) 裂 1.1.入窯前已裂：入窯前已裂： n成型設(shè)計(jì)不合理；干燥速度過(guò)快；裝窯不 當(dāng)。 2.2.燒后坯釉同時(shí)裂開(kāi)：燒后坯釉同時(shí)裂開(kāi)： n入窯含水量過(guò)

14、大，升溫快，水分排出過(guò)急， 開(kāi)裂范圍大，裂口規(guī)則，斷面粗糙但不鋒 利，色黃； n高溫階段升溫過(guò)快，坯體收縮過(guò)大，裂口 平整，范圍小，不鋒利，白色泛黃； n冷卻階段降溫過(guò)快，裂紋細(xì)長(zhǎng)，裂口斷面 光滑，鋒利，色白； 變 形 原料：原料：塑性粘土多；擠泥顆粒定向排列， 溶劑過(guò)多； 成型：成型：成型應(yīng)力；坯體密度不均；脫模 外力致應(yīng)力； 燒成：燒成：裝窯不當(dāng)；燒成溫度過(guò)高，窯內(nèi) 溫差大，受熱不均 坯泡坯泡：氧化泡似小米粒，斷面呈灰黑色； 還原泡比氧化泡大，斷面發(fā)黃； 釉泡釉泡：較小，位于釉層表面，位于邊緣或 棱角處又稱水邊泡，坯體或釉料 可溶鹽過(guò)多造成。 起 泡 棕眼 桔釉 由釉料熔化坯體氣體釋放不盡造成微 細(xì)針孔，釉泡破裂后不能填平釉面