熱分析在建筑陶瓷材料的應用

1、熱分析在建筑陶瓷材料的應用熱分析在建筑陶瓷材料的應用摘 要 介紹了差熱分析、失重分析、熱膨脹分析、綜合熱分析等熱分析方法在陶瓷生產中的應用，包括原料分析、工藝過程和材料檢測。這些熱分析技術提供了測量陶瓷原料的組成及其在受熱和冷卻過程中特性評價的方法，為陶瓷材料燒成制度的制訂提供了依據，在材料性能測試方面也有廣泛的應用，是陶瓷材料領域中重要的分析測試方法。關鍵字：熱重分析 建筑陶瓷 差熱分析 缺陷0引言建筑陶瓷在我們的生活中起著不可或缺的作用，人們生產生活都離不開建筑陶瓷。建筑陶瓷是指房屋、道路、給排水和庭園等各種土木建筑工程用的陶瓷制品，是一種包括幾百種以上的陶瓷磚總稱，范圍廣，種類多。陶瓷面

2、磚是用作墻、地面等貼面的薄片或薄板狀陶瓷質裝修材料，也可用作爐灶、浴池、洗濯槽等貼面材料。有內墻面磚、外墻面磚、地面磚、陶瓷錦磚和陶瓷壁畫等。彩色瓷粒為散粒狀彩色瓷質顆粒，用合成樹脂乳液作粘合劑，形成彩砂涂料，涂敷于外墻面上，施工方便，不易退色。陶管則是用于民房、工業(yè)和農田建筑給水、排水系統(tǒng)的陶質管道，有施釉和不施釉兩種，采用承插方式連接。陶管具有較高的耐酸堿性，管內表面有光滑釉層，不會附生藻類而阻礙液體流通。建筑陶瓷的共同特點是強度高、防潮、防火、耐酸、耐堿、抗凍、不老化、不變質、不褪色、易清潔等，并具有豐富的藝術裝飾效果。在建筑陶瓷材料的研究過程中, 經常會遇到一些與熱量的吸收和釋放、質量

3、的增減以及幾何尺寸的伸縮等相關的化學或物理變化,如分解反應、相轉變、熔融、結晶和熱膨脹等。為了探索合理的制備工藝和深入了解材料的化學物理性質, 有必要對這些過程進行較為精細的研究, 熱分析法就是關于物質物理性質（能量、質量、尺寸等）依賴于溫度變化而進行測量的一項技術。而陶瓷材料的結構和性能主要取決于其熱歷史。在陶瓷材料的制備過程中，尤其是燒結(sintering)過程中，熱歷史是最關鍵的因素。所以，各種熱分析技術在陶瓷的生產、性能與結構的表征等領域有著重要應用。熱分析技術為材料的研究提供了一種動態(tài)的分析手段, 它簡明實用, 目的性強, 因此廣為研究人員使用。陶瓷研究人員可用熱分析儀器來解釋問題

4、，控制質量及研究開發(fā)。目前, 在陶瓷行業(yè)中應用較多的熱分析技術有差熱分析、失重分析、熱膨脹分析、熱應力分析、梯溫爐測試、高溫顯微鏡測試分析等。差熱分析（DTA）可以根據礦物在加熱過程中的物理化學現象做出相應準確的測定以供分析。差熱分析在陶瓷生產中的應用有陶瓷原料的定性和定量分析，差熱分析主要應用有對陶瓷原料的定性和定量分析，用于制定合理的工藝制度和利用差熱分析曲線的吸熱放熱特征鑒別陶瓷材料。失重分析法(TGA)就是在程序控制溫度下，測量物質的質量隨溫度變化的一種試驗技術。利用失重分析，我們可以研究物質熱變化過程中試樣的組成、熱穩(wěn)定性、熱分解溫度、熱分解增物及推知反應機理等內容。同時可以了解陶瓷

5、燒成反應。熱膨脹分析(TDA)是測定材料尺寸隨溫度的變化關系。很多材料加熱或冷卻時的尺寸變化決定了這種材料的用途，加工的尺寸和形狀，與其它材料的匹配，以及為最佳工藝條件提供數據。這些工藝條件包括材質成份，可以加工的尺寸和形狀以及燒成制度。梯溫爐熱分析測試是一種簡便、快捷的測試方法，可以測試出各種溫度下（一般在陶瓷燒結溫度范圍）陶瓷的燒成情況，確定陶瓷材料的始熔點、半熔點、燒結點與熔化點。在陶瓷生產中，確定釉的燒成范圍，指導釉料配方的研制與開發(fā)工作。高溫顯微鏡與梯溫爐測試一樣可以測試出陶瓷材料的始熔點、半熔點、燒結點與熔化點，是一種比梯溫爐測試更詳細、更精確地熱分析手段。陶瓷材料領域的分析技術中

6、,熱分析方法也只是其中普遍使用的一種,其它的分析技術如電子能譜分析、X-射線衍射分析、透射及掃描電鏡分析等分析方法在陶瓷材料領域的應用也非常廣泛。合適的分析技術能夠成為科研工作者的有力工具, 也是制備高性能的陶瓷材料所必需的。圖1. 幾種較純陶瓷原料的差熱曲線（排版）1 陶瓷材料原料分析過程中的熱分析應用熱分析方法是原料分析中物性分析所運用的一種重要方法，用來分析原料礦物組成及化學組成。陶瓷原料分析是熱分析方法最早應用的領域之一。熱分析在原料分析中的應用主要有通過測定了解被測原料在加熱、冷卻過程中的物理化學反應, 從而確定其所屬類型及大體純度；檢查出被測原料中某些雜質, 有助于合理利用原料,

7、為選礦提供依據；反映出坯料加工過程中問題, 如組分、粒度變化, 及該坯料在加熱過程中物化反應和燒成過程中應注意哪幾個溫度范圍, 從而達到指導生產的目的。在原料分析中最常用的分析方法是熱重差熱分析方法。1.1原料組分及大體純度測定基于每種物質均有其固定的熱效應特征，如果某一物料中含有一些雜質, 這些雜質達一定含量時便可在熱效應曲線上表現出來。對于某一純物料來說, 在一定的實驗條件下都具有固定的熱峰峰形和熱峰溫度。圖1是幾種較純陶瓷原料在一定條件下測定的差熱曲線。當利用熱分析法來鑒定某一原料時, 可以根據實驗過程測出的峰形及其溫度, 與其有關的標準礦樣的熱效應曲線進行對比, 即可鑒定該原料中所含的

8、主要礦物。在一定條件下，還可根據熱效應曲線中的峰谷面積與產生這一效應的作用物質的質量之間的比例關系進行定量分析。例如：黏土礦物中水的存在形式有吸附水（層間水）、結晶水和結構水。在加熱過程中，各種水的溢出溫度不同，如結構水的溢出溫度最高，故呈不同特征的差熱曲線，從而可以區(qū)分粘土礦物。粘土原料的幾個工藝性能如可塑性、燒成溫度等取決于組成中的主要礦物類型和結構, 當我們利用熱分析法確定了某一粘土原料的主要礦物組成之后, 必須針對其特點, 在生產過程中采取適應的工藝措施。下面是一個運用熱分析對粘土的組份進行定量分析的例子。圖2. 兩種粘土的熱重分析曲線粘土1粘 土 2 隨著人們的生活水平和對環(huán)境要求的

9、不斷提高以及各地污水廠的逐步配套,城市污水廠污泥的產生量急劇增長,這已成為企業(yè)和國家的巨大負擔,污泥處理不當會造成二次污染。將污泥作為原料燒制水處理填料和建材用品的想法被越來越多的專家和學者所重視。下面是在利用污泥燒制陶粒過程中對原料兩種不同的污泥進行組成組分含量測定例子。根據圖2，在120以前粘土2和粘土1的質量損失分別為0.90%和3.25%,這主要是由于粘土吸附水的散失造成的。120600之間兩種粘土的質量損失分別為2.50%和6.60% ,這是由于毛細管水和結合水的散失造成的。在600以前兩種粘土主要是進行脫水反應。600以后兩種粘土的熱重量曲線有了明顯的不同:粘土2的熱重量曲線從70

10、01100基本上沒有發(fā)生變化;淄博粘土從600900質量上升1.55%,9001100質量上升0.90 % ,這可能是由于粘土中低價態(tài)的鐵( FeO、Fe3O4)與空氣中的氧氣反應生成Fe2O3造成的。因此，可以得出，在粘土1中，鐵及其氧化物的含量比較多。1.2 檢測原料中的雜質如果某一物料中含有一些雜質, 這些雜質達一定含量時便可在熱效應曲線上表現出該種物質特有的熱效應。故此,在某些含有有機物的粘土作為原料, 進行的陶瓷生產中可采用熱分析法來檢定粘土和長石原料中是否含有游離石英；當粘土原料中的CaCO3含量達1%時, 也可以借此法檢出,此外, 在某些含有有機物的粘土原料,這些有機物所屬類型同

11、樣可以測定判別。圖3.幾種含雜質的長石、粘土的差熱曲線從圖3.1- 中可以看到，石英晶體在573有個小的吸熱峰，據分析，那是石英晶體的晶型轉變峰，我們可以通過分析粘土的熱分析曲線，來鑒定粘土是否含有石英砂。當檢定粘土原料中有無游離石英存在時, 由于石英的轉晶溫度（573）重疊于高嶺石的脫水效應范圍之內（圖3. 2-）, 故利用加熱過程的差熱曲線是無法察覺出來的, 只有將粘土試料進行預燒（至950） 以消除高嶺石的脫水效應, 而存在的游離石英則可通過其晶形（）型可逆轉變的特性在冷卻的或重新加熱的曲線上表現出來, 圖3中經淘洗過的某地高嶺土之差熱曲線2-便是一個實例。1.3檢測出坯料加工過程中的問

12、題通過熱分析知道坯料在加熱過程中物化反應及組分變化，可以得知燒成過程中應注意哪幾個溫度范圍, 從而達到指導生產的目的。下面是煤矸石為主一次低溫快燒琉璃瓦的工業(yè)生產中，利用Netzsch公司的STA一409C熱綜合分析儀對優(yōu)化后的坯體進行DSC分析測試的一個例子。測試條件為：空氣氣氛，參比物為Al2O3，溫度范圍251200，升溫速率5/min。在180左右，出現了強吸熱峰，說明此溫度區(qū)間有大量水分蒸發(fā)，坯料在此溫度區(qū)間排除干燥時未能排除的殘留水分，包括高嶺石與吉林黏土的結構吸附水與蒙脫石的層間吸附水。為了防止因大量水汽同時蒸發(fā)造成坯體開裂，此溫度區(qū)間升溫速度要較慢。500600范圍內出現吸熱峰

13、，因為石英在573發(fā)生了晶型轉變。600 附近放熱峰的出現是由于煤矸石內碳元素氧化反應引起的。接下來的弱吸熱峰的出現說明高嶺石發(fā)生了脫水反應生成偏高嶺石，反應式為。950 左右因滑石發(fā)生分解出現了吸熱峰?；纸鉃槠杷徜X( 頑火輝石) 和SiO2，反應式為：9801000出現放熱峰是脫水高嶺石轉變?yōu)榧饩隆?000左右出現了放熱峰和吸熱峰，主要是坯體內生成鈣長石與莫來石和硅灰石發(fā)生了晶型轉變。相關反應式如下1170后沒有再出現峰，這時候進行保溫處理使得反應進行得更加完全。2 用于確定燒成制度陶瓷材料的性能不僅與其化學組成有關，還與材料的顯微結構密切相關。燒成是將硅酸鹽制品在一定條件下進行

14、熱處理，使之發(fā)生一系列物理化學變化，形成預期的礦物組成和顯微結構，從而達到固定外形并獲得所要求性能的工序。燒成時發(fā)生脫水、分解、化合等物理和化學變化，使制品具有充分機械強度和其他需要性能。擬定燒成制度的重要依據之一就是坯料在加熱過程中的性狀變化，具體可利用的有相圖、熱分析數據、高溫相分析、燒成曲線(氣孔率、燒成線收縮、吸水率及密度變化曲線)等技術資料。如根據坯料系統(tǒng)有關的相圖，可初步估計坯體燒結溫度的高低和燒結范圍的寬窄。因材料坯料的實際組成情況與相圖往往有出入，坯料的熱分析曲線對于擬定燒成制度就相對重要。而且，目前用熱分析方法來研究相圖問題也是熱分析的重要應用之一。燒成是陶瓷生產成本最高的工

15、序, 它也是最后的工序。如果燒成出現問題, 前面所有的工作便前功盡棄, 造成的損失就會很大且無法彌補。顧名思義, 不難理解, 熱分析技術最適合研究燒成過程, 這是它在陶瓷材料開發(fā)和生產中應用的一個主要方向。2.1 熱分析技術應用于指導燒成過程熱分析在燒成過程中,陶瓷材料會發(fā)生一系列變化,了解和控制這些變化將有助于改進燒成制度和進行合理的產品配方設計,在燒成過程中,陶瓷材料所發(fā)生的變化主要表現在以下幾個方面。（1） 失水。例如,游離水的蒸發(fā)、高嶺石在500失去結晶水。（2） 分解。例如, 有機物的燒失、碳酸鈣在950分解放出。（3） 氧化。例如, 粘土中有機物的氧化。（4） 相變。例如, 石英的

16、相變。（5） 熔融。例如, 玻璃相的形成。（6） 晶格破壞和重構。例如, 莫來石的生成。這些變化通常都伴隨著放熱或吸熱以及重量或體積的變化, 從而成為DTA、TG和DIL分析的基礎。圖4.坯體的熱膨脹曲線圖5.產品熱分析圖譜通過對陶瓷材料采用上述的一種或幾種熱分析方法,可以確定燒成時升溫、降溫速度,避免陶瓷釉面針孔和氣泡的出現,防止產品在燒成過程中因升溫、降溫速度不當出現開裂可以確定陶瓷產品燒成最高溫度,防止生燒或過燒可以確定釉料的燒成范圍,從而指導燒成工作。下面是一個根據相關熱分析指導燒成的例子。以燒滑石為主要原料，鎂鋁硅系統(tǒng)在瓷質磚上的應用需要解決產品燒結范圍窄及生坯強度差等問題。坯體的熱

17、膨脹儀測試曲線見圖4。由圖4可知：坯由熱膨脹儀測試曲線可求出最佳燒成溫度：坯體在1211.1-3263.8之間有一個較為平緩的收縮過程，超過這個溫度收縮將急劇增加，說明只要燒成溫度控制得擋，放緩升溫速度，產品燒成溫度范圍的問題可以順利解決。通過熱重分析測試在檢測產品冷卻過程中是否發(fā)生晶型轉變：由圖5可知，在514和985處各出現了放熱峰，但峰值較小，表明晶型轉變不嚴重，不會造成產品后期老化，即說明該產品適合棍道窯快速冷卻工藝。2.2 運用熱分析技術分析產品開裂的原因普通陶瓷的坯體通常會含有石英相, 由于石英相變時的體積變化較大, 若石英含量過多, 易造成坯體開裂, 特別是在冷卻階段。圖6.瓷質

18、磚生坯的熱膨脹曲線一般來說, 墻地磚生產廠家的技術人員在配料時會監(jiān)控陶瓷坯體中化學成分的變化, 但由化學成分分析中所測定的含量并非完全是石英相含量。在陶瓷坯體中, 只有當燒成后游離石英相的含量過大時, 才有可能出現磚坯在冷卻階段發(fā)生開裂, 通過差熱分析可以測定磚坯中游離石英相的大致含量, 從而可以由差熱分析曲線分析磚坯開裂是否因磚坯中含有過多的游離石英相而引起。圖6、圖7分別是某廠生產正常時和開裂多時磚坯的熱膨脹曲線和物理熱膨脹系數曲線, 后者也稱真熱膨脹系數, 它能給出每一溫度時刻試樣尺寸的變化程度, 更靈敏地反映一些細小的變化和差異。從圖7、圖8的對比中可知,600附近那個峰顯然是石英相變

19、所致的, 峰高度對應于石英的含量?？梢钥闯? 開裂坯體的石英含量高。找到原因后, 問題就不難解決了。圖8.生產正常時的磚坯熱膨脹曲線及物理熱膨脹系數曲線圖7.開裂多時的磚坯熱膨脹曲線及物理熱膨脹系數曲線2.3 氣氛對燒成的影響及其熱分析應用陶瓷產品的燒成氣氛是指在燒制的過程中，窯爐內的燃燒產物中所含的游離氧與還原成分的百分比。一般將燒成氣氛分為氧化氣氛和還原氣氛兩種。在實際生產中，采用何種氣氛制度來燒制陶瓷產品，要根據產品配方中原料的組成以及燒制過程中各階段的物化反映情況來確定。當原料中所含有機物和碳較少，且粘性低、吸附性弱、含鐵量較高時，適合于還原氣氛燒成；反之，則適合于氧化氣氛燒成。陶瓷產

20、品在燒成過程中發(fā)生的水分的蒸發(fā)，鹽類的分解，有機物、碳和硫化物的氧化，晶型的轉變，晶相的形成等一系列的物理化學反應的速度，除了受溫度影響之外，氣氛對其也有很大的影響，如果控制不當，就會使陶瓷產品產生各種缺陷，下面介紹最常見的幾種缺陷。陶瓷產品的黑心是指在坯體的燒成過程中，有機物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和鐵質的還原物，致使坯體中間呈黑色或者灰色、黃色等現象。黑心缺陷的存在會影響陶瓷產品的強度、吸水率、色澤等性能指標。陶瓷產品在燒成過程的低溫階段，除了發(fā)生氧化反應外，還伴隨著碳酸鹽的分解，反應的速度和完全程度都受到氣氛的影響，氧化氣氛足夠時，反應會快且進行得更完全；反之，反應速度變緩

21、且不完全。當燒成過程進入高溫階段后，坯體出現液相，反應所產生的氣體無法自由排出坯體外，于是便出現針孔、氣泡等缺陷。陶瓷產品的色差是指單件產品的各部位或單件（批）產品之間的呈色深淺不一的顯現。在陶瓷坯體和釉料的原料中，總會或多或少地引入一些鐵、鈦化合物，在燒結過程中圖9.空氣與氮氣的熱膨脹曲線燒成氣氛的不同會影響到鐵、鈦存在的價數，不同價數的鐵、鈦會有不同的呈色，當燒成氣氛不穩(wěn)定時，坯體的呈色相應改變，從而形成產品的色差。燒成氣氛的控制受到窯爐結構和設備配置的限制，比如風機風量的大小，風管直徑的大小，排煙口、抽熱口、抽濕口位置的設置等，都會影響到燒成氣氛的控制。但是，最關鍵的還是穩(wěn)定壓力制度和合

22、理操作燃燒器。下面是一個用熱分析來處理氣氛對燒成影響的例子。圖10.空氣中的DTA/TGA曲線圖11.氮氣中的DTA/TGA曲線某陶瓷公司生產含有3.5%左右結合劑的不同尺寸形狀的干壓成形氧化鋁小部件（2.54-10.16cm），在隧道窯中以24小時為周期進行燒成，由于發(fā)生絲狀裂紋而導致40%的廢品率。為了考察結合劑的燃燒效應，該公司分別在空氣和氮氣中對加結合劑的氧化鋁樣品用DTA/TGA 綜合熱分析儀及熱膨脹儀（TDA） 進行分析。圖九的TDA曲線,圖10、圖11的TDA/TGA 曲線，表明了燒成過程中有空氣與否的顯著區(qū)別。圖10和圖11的TGA 曲線表明在空氣和氮氣中的失重是一樣的，但從圖

23、9、圖10中可以看出，在空氣中350-500期間，由于結合劑燃燒導致的放熱反應很劇烈，使得樣品溫度超過爐溫，并因結合劑燃燒留下的氣孔空間被燒結助劑和氧化鋁的共熔物所填充，產生巨大收縮。這樣一方面制品溫度急劇上升，另一方面又急劇收縮，致使制品容易產生裂紋；從圖9、圖11中可以看出，在氮氣中350-600期間，樣品是吸熱反應，表明結合劑是分解而非氧化反應，此吸熱反應強度遠低于空氣中的放熱反應的強度，TDA 曲線表明樣品在氮氣中沒有產生巨大收縮，所以樣品在氮氣中，整個升溫過程比較平穩(wěn)，沒有急劇升溫和收縮現象，不會產生裂紋缺陷。解決方法：根據熱分析結果，確認在結合劑燃燒區(qū)要盡量減少窯爐氣氛中的氧含量，

24、以便更好地控制結合劑的燃燒反應，使結合劑產生分解反應。燒成試驗表明，將氧含量降至5%以下時結合劑燃燒反應弱，制品基本上不出現裂紋。具體實現措施是：在隧道窯300至600區(qū)間進行遮擋，不讓外界空氣流入和減少助燃空氣量。圖14.坯釉膨脹系數不相適應示意圖2.4 運用熱分析分析釉面龜裂及氣泡內墻釉面磚的面釉和坯體的膨脹系數是影響其結合性好壞和衡量其適應性的關鍵因素，若釉的膨脹系數大于坯體，冷卻時，釉的收縮大于坯體，使坯體承受壓應力，而釉中出現拉應力，此時釉層出現裂紋；若釉的膨脹系數小于坯體，冷卻時釉層承受壓應力而坯體承受拉應力，若超過坯釉結合強度及釉的允許的壓應力時，釉層出現剝落，圖14 表示了坯釉

25、膨脹系數不相適應的兩種情況。一般情況下，釉抗壓應力的能力大于抗拉應力能力的10倍以上，因此一般要求坯體的膨脹系數略大于釉的膨脹系數，使釉層處于微壓狀態(tài)，對釉面磚而言，坯釉二者的膨脹系數應逐步減少，一般情況下其體積膨脹系數之差在以下范圍：Aa=坯釉=（14）×10-6/圖12.正常陶瓷釉面熱應力圖圖13.出現龜裂陶瓷釉面熱應力圖式中：Aa坯釉膨脹系數之差坯坯體膨脹系數釉釉的膨脹系數釉面是普通陶瓷的一個重要特征。在釉面磚、餐具和衛(wèi)生潔具等釉面陶瓷的生產中,釉層的熱膨脹系數應略低于坯體的,使釉層處于壓應力狀態(tài),避免釉面裂紋的產生,不過需要注意的是,這種裂紋的產生出現在產品燒成后,即通常所說

26、的后期龜裂,所以應分別測量燒成后釉和坯的試樣,而不是生坯和生釉的。另外,可以通過測試其坯釉之間釉所受的應力為拉應力還是壓應力來調整坯料、釉料配方,使釉面處于受一適當壓應力作用, 提高抗裂性能及機械強度。圖12、圖13很清楚的表示出陶瓷釉面龜裂時與正常狀態(tài)下的熱應力受力情況。圖15.坯體燒失量-溫度曲線如果坯體中含有碳酸鹽、硫酸鹽和硫化物等成分, 在加熱過程中它們就會分解, 放出氣體。這些成分, 有些是在配方中有意引入的, 有些則是粘土等原料中的雜質。在燒成過程中, 如果釉面熔融后氣體尚未排放完, 就會使釉面形成氣泡。因此需要調節(jié)坯體和釉料的組成使它們適配, 熱分析可以提供相應的信息。產生氣體的

27、過程分別有：坯釉料中游離水和結晶水的脫出，其溫度一般在500700 以前；坯料及釉料中有機雜質和有機添加物(如碳、甲基纖維素等)的氧化，其反應一般在700左右發(fā)生；坯釉成分在高溫分解，如碳酸鹽、硫酸鹽、鐵化臺物以及坯體中可熔性鹽類的分解，其反應溫度為8001000左右。在實際生產中表現為：產品在燒成時其燒失量在室溫至600之前快速遞增，在600至880前緩慢增大，880以后燒失量趨于穩(wěn)定，表明這些反應基本完成。圖15是某廠彩釉墻地磚坯料在不同溫度下的燒失量。上述反應一般都要求在釉料開始熔融前盡快完成，如果升溫速度不合理，使得反應沒有充分的時間進行，產生滯后效應，則是產生針孔和釉泡的主要原因。3

28、 綜合熱分析工業(yè)應用實例圖16.粉煤灰X衍射礦物分析圖圖17.粉煤灰差熱分析曲線隨著國內建筑裝飾陶瓷市場的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)配方所需的優(yōu)質原材料愈來愈少，且價格不斷攀升，供應緊張，導致產品成本偏高，致使需要利用工業(yè)生產中產生的廢棄物粉煤灰以降低產品生產成本。粉煤灰通常呈灰白到黑色，密度為192.4gm，其化學成分主要為SiO2, Al2O3。我國大多數粉煤灰的成分(質量)為：SiO2 4060，Al2O31540，Mgo0,52,5，Fe2O3 310，Cao 25，灼減量120，它們可以作為陶瓷原料用來生產建筑陶瓷。X射線衍射礦物分析(見16)表明粉煤灰礦物組成以玻璃相為主(占7O8O%)，并含

29、有少量的結晶礦物莫來石和石英，粉煤灰的差熱分析(見圖17)表明粉煤灰尚有未燃盡的炭，粉煤灰在5008OO之間有一放熱峰，這是因為炭燃燒放熱的緣故。粉煤灰是經高溫燒制而成的多組分混合物。從其化學成分來看，它與傳統(tǒng)的弱塑性粘土很相近，但從其礦物組成來看，由于粉煤灰含有大量的玻璃相，致使粉煤灰陶瓷坯體在高溫下因玻璃相熔融產生大量熔體而造成坯體收縮大，易變形，且坯體強度低。另一方面粉煤灰中炭及其他鹽類的氧化分解速度慢，并伴有大量氣體產生，致使坯體升溫速度緩慢，否則坯體易開裂并伴有黑心。同時坯體在高溫下的莫來石化反應也使坯體的升溫速度不易過快，由此產生的坯體燒成周期延長，使粉煤灰地磚與輥道窯快速燒成不相

30、適宜，且產品因收縮大易變形，成品率下降。根據粉煤灰的特點，為了在輥道窯中能實現快速燒成，采用二次燒成工藝進行生產。其素燒溫度為l100，素燒周期為40min；釉燒溫度為l080 ，釉燒周期為30min，從而防止黑心等其他缺陷的產生。生產中素燒和釉燒合格率均在9O%以上。4 展望基于熱分析方法的研究對象只能限定在熱處理條件下能產生熱效應的一些物理化學變化, 對于無熱效應形成的某些變化則受到限制, 而陶瓷坯體中礦物組成的鑒定也只能依靠顯微鏡分析法和X射線分析法了。因此, 熱分析法僅是研究陶瓷原料和坯料的熱變化特性之一個重要方法, 而不是陶瓷研究的唯一方法。為了更好地認識并掌握陶瓷生產這個客觀事物,

31、必須是幾個研究方法的配合使用, 相輔而成。我們可以在熱分析過程結合其他的測試技術，利用計算機進行整合處理，從而的出一個完成的立體的“三維”熱處理模型。從建筑陶瓷原料的定性定量分析，雜質的鑒定，確定燒成制度到解決燒成期間出現的問題，都離不開熱分析。熱分析技術已經變成從陶瓷產品的研究發(fā)展到質量控制、過程控制和質量分析，并且是一個成熱的標志。目前, 利用陶瓷坯體的熱分析結果, 分析研究燒成過程中坯體內部物理化學反應的熱效應及有關變化, 根據傳熱學原理, 建立一個包含熱效應和有關變化的陶瓷坯體傳熱數學模型的研究正在興起, 它可以為陶瓷燒成過程計算機模擬提供更完整更接近實際的數學模型, 在此基礎上可進一步研究在燒成過程中坯體內部物化反應、制品尺寸和燒成條件等各種因素對