chapter6無(wú)機(jī)材料的燒成和燒結(jié)

第六章無(wú)機(jī)非金屬材料燒成或燒結(jié)工藝主要內(nèi)容：無(wú)機(jī)材料顯微結(jié)構(gòu)的概念及其組成普通陶瓷的燒成及其結(jié)構(gòu)普通陶瓷燒成制度與燒成工藝硅酸鹽水泥的熟料及其煅燒工藝特種陶瓷的燒結(jié)及其方法6.1顯微結(jié)構(gòu)的概念及其組成一、顯微結(jié)構(gòu)的定義：在顯微鏡下觀察到的結(jié)構(gòu)。包括兩點(diǎn)：（1）所能分辨的尺度，如光學(xué)顯微鏡的最高分辨率200nm，電子顯微鏡的點(diǎn)分辨率可以達(dá)到0.3nm；（2）所能觀察到的內(nèi)容。完整定義：在各種光學(xué)和電子顯微鏡下分辨出的試樣中所含有相的種類及各相的數(shù)量、形狀、大小、分布取向和它們之間的關(guān)系。顯微結(jié)構(gòu)的尺度范圍：0.3nm-200nm，超微結(jié)構(gòu)與亞顯微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。6.1顯微結(jié)構(gòu)的概念及其組成二、顯微結(jié)構(gòu)的組成：

晶相、玻璃相、晶界、氣孔和缺陷等組成。陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：

相的數(shù)量、大小、形狀、邊界狀態(tài)和幾何分布。普通陶瓷：液相燒結(jié)，顯微結(jié)構(gòu)由晶相、玻璃相

和氣孔組成；6.1顯微結(jié)構(gòu)的概念及其組成晶相

無(wú)機(jī)非金屬材料的基本組成相。一般陶瓷是由各向異性的晶粒通過(guò)晶界或玻璃相聚合而成的多晶體。晶相的性能決定陶瓷的物理和化學(xué)性能。

自形晶體：好的生長(zhǎng)環(huán)境下自由生長(zhǎng)，晶體發(fā)育成完整的晶形。

半自形晶或他形晶：生長(zhǎng)環(huán)境較差或受到抑制，其晶形是完整或完全不完整。晶界：固體和固體相接觸的界面，分為晶界和相界。晶界角：兩晶粒晶軸方向的夾角。小角度晶界、大角度晶界、對(duì)稱晶界。晶界厚度：晶界面上晶格存在畸變的厚度或?qū)挾?，大致?-10nm。陶瓷與金屬的晶界有很大的不同，如厚度不同：金屬的晶界因畸變小，厚度小；陶瓷的晶界厚度大。材料厚度靜電勢(shì)雜質(zhì)濃度決定濃度因素偏離化學(xué)計(jì)量陶瓷較厚有高缺陷生成能有金屬較小無(wú)可低應(yīng)變能無(wú)陶瓷與金屬晶界的不同點(diǎn)Cobel提出晶界區(qū)有效寬度：陶瓷存在失配區(qū)與晶界兩側(cè)的空間電荷區(qū)，而金屬只有失配區(qū)。晶界特性：①晶界偏析與雜質(zhì)聚集（相偏析（相分離）與化學(xué)偏析）三個(gè)原因：彈性應(yīng)變能；靜電勢(shì)；固溶度。層狀偏析與粒狀偏析，晶界偏析大多是無(wú)益的，但也可用其

材料改性。如半導(dǎo)體的晶粒半導(dǎo)化；②晶界擴(kuò)散：晶界無(wú)序開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，有過(guò)量的自由體積；③晶界勢(shì)壘和空間電荷；④晶界是位錯(cuò)匯集和應(yīng)力集中的區(qū)域：⑤晶界區(qū)的物理性能與晶粒有很大的不同：晶界的熔融溫度比晶粒低，晶界內(nèi)部易包藏氣孔，晶界區(qū)的過(guò)量自由體積，該區(qū)原子密度疏松；晶界區(qū)可適應(yīng)大量局部的塑性流動(dòng)，散射周期波，故晶界區(qū)電導(dǎo)、熱導(dǎo)低。基于對(duì)晶界特性的認(rèn)識(shí)、控制與利用，先進(jìn)陶瓷領(lǐng)域出現(xiàn)了晶界工程這一研究方向。

所謂晶界工程即是通過(guò)改變晶界狀態(tài)，提高整個(gè)材料性能的研究領(lǐng)域。

晶界工程研究方向：（1）通過(guò)晶界相與晶粒相作用，使晶界消失；提高晶界玻璃

相的粘度；晶界晶化技術(shù)提高陶瓷高溫強(qiáng)度。-Si3N4-Al2O3-Y2O3系陶瓷：液相燒結(jié)完成后，-Si3N4-Si3N4（長(zhǎng)柱狀），生成晶相-Si3N4和-Si3N4-Y2O3兩晶相。原來(lái)玻璃相中的Al2O3和其它雜質(zhì)大部分被吸收進(jìn)兩種晶相形成固溶體，從而提高高溫強(qiáng)度。（3）利用晶界偏析制造高強(qiáng)度陶瓷

有效控制晶界偏析，形成合適的偏析層來(lái)細(xì)化晶粒，增大晶界面積，降低單位面積的晶界應(yīng)力；

增強(qiáng)晶粒間強(qiáng)度，阻止裂紋擴(kuò)展。（2）利用晶界偏析制造透明陶瓷（4）利用晶界擴(kuò)散制造晶界層陶瓷電容器BLC

分兩步：①通過(guò)配料加入半導(dǎo)體化劑，經(jīng)過(guò)粉體合成及加工、成形和燒成工藝，得到半導(dǎo)體化的BaTiO3

和SrTiO3為主晶相的半導(dǎo)體陶瓷；②在半導(dǎo)體表面涂覆MnO2、Bi2O3

、CuO、Sb2O3等金屬氧化物，再經(jīng)熱處理，氧化物沿著陶瓷晶界擴(kuò)散進(jìn)入陶瓷內(nèi)部的所有晶界上，使主晶相的晶粒間形成一層極薄的高絕緣介質(zhì)層。晶粒半導(dǎo)體化而晶界絕緣化結(jié)構(gòu)陶瓷，其介電常數(shù)大，可使同樣電容的電容器體積變小。（5）利用晶界勢(shì)壘制造敏感功能陶瓷

PTC熱敏陶瓷BaTiO3、ZnO壓敏陶瓷的特性均與其晶界勢(shì)壘效應(yīng)有關(guān)。在居里溫度附近，晶粒的自發(fā)極化和相變的相互作用，晶界勢(shì)壘急劇變化，導(dǎo)致材料的電阻在很小的溫度區(qū)間由半導(dǎo)變?yōu)榻^緣。其晶界勢(shì)壘的高低及變化可通過(guò)陶瓷的配方和制造工藝加以調(diào)節(jié)。玻璃相

原料中部分組分及其雜質(zhì)或添加物在燒成過(guò)程中形成的低熔點(diǎn)非晶態(tài)物質(zhì)，在高溫?zé)蓵r(shí)經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)有液相生成，在某種冷卻條件下可形成玻璃相。玻璃相與顯微結(jié)構(gòu)形成的關(guān)系：能將晶粒粘結(jié)在一起，填充在空隙中促進(jìn)燒結(jié)致密；高粘度玻璃抑制晶粒長(zhǎng)大、阻止多晶轉(zhuǎn)變和擴(kuò)大燒結(jié)范圍；有利于雜質(zhì)、添加物的重新分配，或促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行。氣孔陶瓷中的氣相是指存在于陶瓷孔隙中的氣體。通常存在于玻璃相或晶界中，也存在于晶粒中。開(kāi)氣孔與閉氣孔；多孔材料（粗孔0.1mm以上、介孔50nm-20m和微孔50nm以下）。三、無(wú)機(jī)非金屬材料顯微結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展及其任務(wù)1919、ABPeck在美國(guó)陶瓷會(huì)志上著文介紹顯微鏡來(lái)研究陶瓷；20世紀(jì)50年代，巖礦相顯微鏡問(wèn)世，顯微結(jié)構(gòu)研究有了大的發(fā)展；60年代，體視學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展；70年代后，掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、能譜及波譜微區(qū)分析儀；環(huán)境掃描電鏡、高分辨透射電鏡與電子衍射相結(jié)合，促進(jìn)顯微結(jié)構(gòu)分析的分辨尺度擴(kuò)大到亞顯微結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域；顯微結(jié)構(gòu)的研究任務(wù)：①根據(jù)無(wú)機(jī)材料在研究和生產(chǎn)過(guò)程中的原料、坯體、成品的顯微結(jié)構(gòu)，對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)的研究，了解其形成機(jī)理，以促進(jìn)工藝過(guò)程的合理化，改善的使用效果；②通過(guò)材料或制品中缺陷的檢驗(yàn)，從顯微結(jié)構(gòu)找出缺陷產(chǎn)生的原因，提出改善和預(yù)防措施；③對(duì)玻璃或其它熔體與耐火材料發(fā)生的反應(yīng)，通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)的研究，了解其中的侵蝕機(jī)理，設(shè)法改進(jìn)耐火材料，延長(zhǎng)窯爐的使用壽命；④從顯微結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)的基本觀點(diǎn)出發(fā)，研究設(shè)計(jì)新材料或中間制品，以求獲得理想的顯微結(jié)構(gòu)并具有預(yù)期優(yōu)良性能的材料和產(chǎn)品。6.2普通陶瓷的燒成及其結(jié)構(gòu)

一、普通陶瓷坯體燒成過(guò)程中的變化1、粘土礦物煅燒時(shí)的變化粘度礦物是坯體中Al2O3的主要來(lái)源，它賦予坯體一定的耐火性和成型性；粘土是含水層狀硅酸鹽，其在加熱過(guò)程中將先后發(fā)生脫水、形成新晶相的反應(yīng)。6.2普通陶瓷的燒成及其結(jié)構(gòu)

高嶺石：950-1050℃生成有缺陷的尖晶石相2Al2O33SiO2

，后轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和方石英，1200-1400℃，莫來(lái)石晶體發(fā)育長(zhǎng)大，方石英隨溫度升高而迅速增加，在1400℃以上時(shí)方石英部分溶解于雜質(zhì)所生成的熔體中；蒙脫石：100-300℃，吸熱反應(yīng)，放出層間水；500-850℃失去結(jié)構(gòu)水，1050℃后形成新晶相如莫來(lái)石、方石英，還可能出現(xiàn)頑火輝石、鈣長(zhǎng)石、堇青石等；伊利石：100-300℃，吸熱反應(yīng)，放出層間水；350-750℃失去結(jié)構(gòu)水，850℃后形成尖晶石；1100-1200℃出現(xiàn)莫來(lái)石、莫來(lái)石相長(zhǎng)大，可能出現(xiàn)剛玉。2、長(zhǎng)石煅燒時(shí)的變化：長(zhǎng)石的熔劑作用是由它與粘土礦物形成低共熔點(diǎn)熔體形成的，熔融后的長(zhǎng)石玻璃態(tài)物質(zhì)能溶解一部分粘土分解產(chǎn)物及部分石英，促進(jìn)成瓷反應(yīng)，液相中Al2O3和SiO2相互作用，促進(jìn)莫來(lái)石相形成和長(zhǎng)大。3、石英煅燒時(shí)的變化燒成開(kāi)始時(shí)在石英顆粒周?chē)纬扇畚g邊，當(dāng)熔體飽和了石英時(shí)，余下的石英會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅲ蝗羰⒔缑嫒芙庥谌垠w的速度小于轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞⒌乃俣?，則在石英顆粒周?chē)纬煞绞印?、莫來(lái)石的生成粘土在高溫下穩(wěn)定的結(jié)晶相—莫來(lái)石的數(shù)量、分布情況及晶體的大小對(duì)瓷胎的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性有很大的影響。粘土礦物基質(zhì)中生成的一次莫來(lái)石晶體細(xì)小，呈毛氈狀；長(zhǎng)石顆粒的殘骸內(nèi)生成的二次莫來(lái)石則因堿金屬離子的擴(kuò)散與液相的參與，莫來(lái)石晶體發(fā)育長(zhǎng)大織成網(wǎng)絡(luò)，使瓷胎具有一定強(qiáng)度。5、坯體在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化使坯體瓷化的過(guò)程稱為燒成。

主要的物理化學(xué)變化過(guò)程：

各種水的排出，物質(zhì)的氧化、分解、晶型轉(zhuǎn)變，

液相的形成，新晶相的形成與長(zhǎng)大，伴隨坯體顏色的變化，質(zhì)量減輕、體積縮小，氣孔率下降，機(jī)械性能增高。

大體分成四個(gè)階段：蒸發(fā)期：發(fā)生在低溫階段，坯體內(nèi)殘余水分的排除，坯體質(zhì)量開(kāi)始減少，體積發(fā)生微小的收縮；氧化分解和晶型轉(zhuǎn)化期：發(fā)生在中溫階段，主要是坯體內(nèi)結(jié)構(gòu)水的排除，有機(jī)物、無(wú)機(jī)物的氧化，碳酸鹽、硫酸鹽的分解，晶型轉(zhuǎn)變等反應(yīng)。坯體失重加速，體積收縮加劇，氣孔率增加；玻化成瓷期：坯體內(nèi)氧化分解反應(yīng)的繼續(xù)，液相形成及固相溶解，新結(jié)晶相的形成，結(jié)晶長(zhǎng)大。發(fā)生在高溫階段，失重收縮達(dá)到最大，硬度及強(qiáng)度增加；冷卻期：液相中結(jié)晶，液相的過(guò)冷凝固，晶型轉(zhuǎn)變。6.3普通陶瓷燒成制度

將陶瓷坯體加熱至高溫，發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，然后冷卻至室溫，坯體的礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，外形尺寸得以固定，強(qiáng)度得以提高，最終獲得某種特定使用性能的陶瓷制品，這一工藝過(guò)程稱為燒成。燒成是制瓷工藝中一道關(guān)鍵工序。掌握成瓷機(jī)理，制定合理的燒成制度，正確選擇窯爐是十分重要的。燒成制度包括：溫度制度、氣氛制度與壓力制度。

一般而言，原料的化學(xué)組成，礦物組成，粒度大小，混合的均勻性以及燒成條件對(duì)坯體的燒成變化有很大影響。下面以普通長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯為例來(lái)說(shuō)明坯體燒成各階段的變化。一、燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化1、低溫階段(室溫-300℃)---坯體水分蒸發(fā)期排除在干燥過(guò)程中沒(méi)有除掉的殘余水分。隨水分的排除，坯體的固體顆粒逐漸靠攏，坯體發(fā)生少量收縮，氣孔率增加。坯體水分含量影響安全升溫。正常燒成時(shí)入窯水分一般控制在2％。本階段操作要點(diǎn)：窯內(nèi)水氣含量高，故應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，以便提高干燥速度；煙氣溫度高于露點(diǎn)，防止坯體表面出現(xiàn)冷凝水，使制品局部膨脹，造成水跡或開(kāi)裂；此外，煙氣中的SO2氣體在有水存在的條件下與坯體中的鈣鹽作用，生成CaSO4析出物，可使瓷器釉面產(chǎn)生“白霜”。

坯體內(nèi)部發(fā)生較復(fù)雜的物理化學(xué)變化，瓷坯中所含有機(jī)物、碳酸鹽、硫酸鹽及鐵的化合物等發(fā)生氧化與分解、結(jié)構(gòu)水排除和晶型轉(zhuǎn)變。這些變化與窯內(nèi)溫度、氣氛和升溫速度等因素有關(guān)。（1）結(jié)構(gòu)水的排除2中溫階段(300-950℃)----氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期

粘土脫水后，晶體結(jié)構(gòu)被破壞，失去可塑性。

一般粘土礦物因其類型不同，結(jié)晶完整程度不同，顆粒度不同，脫去結(jié)構(gòu)水的溫度有所差別。高嶺土脫水：（2）碳酸鹽分解

陶瓷坯體中含有的碳酸鹽類物質(zhì)在1000℃分解，主要反應(yīng)：（3）碳素、硫化物及有機(jī)物的氧化

可塑性粘土及硬質(zhì)粘土往往含有碳素、硫化物及有機(jī)物，并帶入坯體中。同時(shí)低溫階段，坯體的氣孔率較高，煙氣中的CO被分解，析出的碳素被吸附在坯體中氣孔的表面。2CO2C+O2（4）石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相的形成3高溫階段（950℃-最高燒成溫度）?；纱善冢菬蛇^(guò)程中溫度最高的階段。坯體開(kāi)始燒結(jié)，釉層開(kāi)始熔化。由于我國(guó)南、北方原料含鐵、鈦不同，北方大多采用氧化焰燒成、南方大多采用還原焰燒成。“兩點(diǎn)一度”

由氧化保溫轉(zhuǎn)化為還原以及由強(qiáng)還原轉(zhuǎn)化為弱還原這兩個(gè)溫度點(diǎn)，還原氣氛的濃度，俗稱“兩點(diǎn)一度”。（1）氧化保溫階段

使坯體中的氧化分解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)水排除進(jìn)行完畢，并使窯內(nèi)溫度均勻，為還原操作奠定基礎(chǔ)。從氧化保溫到強(qiáng)還原的氣氛轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)十分重要，一般應(yīng)控制在釉面始熔前150℃左右，使氣體在釉面氣孔未被封閉前排出。保溫時(shí)間和長(zhǎng)短取決于窯爐的結(jié)構(gòu)與性能、燒成溫度的高低、坯體致密度與厚度。還原燒成分為三個(gè)階段：（2）強(qiáng)還原階段

要求氣氛中CO的濃度在3%－5%，基本無(wú)過(guò)剩氧的存在，空氣過(guò)剩系數(shù)為0.9左右，CO2在14%－17%。使硫酸鹽物質(zhì)在較低溫度下分解（氧化氣氛中分解溫度較高），使分解出的SO2在釉面?；芭懦觥?/p>

強(qiáng)還原的作用：主要在于使坯體中所含F(xiàn)e2O3還原成FeO，再與SiO2反應(yīng)生成淡藍(lán)色易熔的玻璃態(tài)物質(zhì)FeSiO3，改善制品的色澤，使制品呈白里泛青的玉色。（3）弱還原階段

窯內(nèi)空氣不足的情況下供給了較多的燃料造成的。

缺點(diǎn)：燃料的浪費(fèi)、制品“煙熏”。因此在強(qiáng)還原操作后應(yīng)切換成中性氣氛，但實(shí)際中難控制，為防止低價(jià)鐵的氧化使瓷器發(fā)黃，所以大多還是采用弱還原氣氛。氣氛控制：煙氣中CO的濃度在1.0%－2.5%，空氣過(guò)剩系數(shù)為0.95左右。（4）冷卻階段（燒成溫度~室溫）

此階段可分為急冷、緩冷和最終冷卻三個(gè)階段。

此時(shí)坯體內(nèi)液相還處于塑性狀態(tài)，可快冷而不開(kāi)裂。

快冷可縮短燒成周期，防止液相析晶和晶粒長(zhǎng)大。冷卻速度：150~300℃/h

850℃以下液相開(kāi)始凝固，初期凝固強(qiáng)度很低。573℃時(shí)石英晶型轉(zhuǎn)化。對(duì)于含堿和游離石英較多的坯體要注意。冷卻速度：40~70℃/h。最終冷卻階段：

400℃-最終冷卻溫度。一般可以快冷，降溫速度達(dá)100℃/h以上。緩冷階段：

850~400℃。急冷階段：最高燒成溫度~850℃。二、燒成設(shè)備1燒成設(shè)備的分類，見(jiàn)分類表。2間歇式窯

窯爐內(nèi)溫度按升溫、保溫、冷卻幾個(gè)階段循環(huán)，優(yōu)點(diǎn)在于窯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，適合小規(guī)模生產(chǎn)?？蛇m用于不同燒成制度的制品的燒成，并可根據(jù)制品的要求靈活地改變和控制氣氛。

（1）倒焰窯

根據(jù)火焰在窯內(nèi)自窯頂向窯底流動(dòng)而命名的。

按窯體結(jié)構(gòu)形式分有圓窯和方窯兩種。燒成設(shè)備的分類

窯底固定而窯頂和窯墻做成一體，利用起重設(shè)備移動(dòng)或降落在窯底座上。底座上有吸火孔，下有支煙道和主煙道。沿窯周?chē)煌叨壬习惭b有高速等溫噴嘴。制品燒成并經(jīng)冷卻后，將“鐘罩”吊起，移至另一個(gè)已經(jīng)碼好坯體的窯底座上，進(jìn)行另一窯的燒成操作。鐘罩式窯的窯墻、窯頂可以單獨(dú)吊起，根據(jù)需要可靈活調(diào)節(jié)高度。同時(shí)，改善了裝出窯的勞動(dòng)條件，使窯爐周轉(zhuǎn)率提高。主要用來(lái)燒成各種特種陶瓷制品。（3）鐘罩式窯(罩式窯、頂帽窯)

（2）梭式窯（車(chē)底窯、往復(fù)窯、抽屜窯）

一種窯底活動(dòng)而窯墻窯頂固定不動(dòng)的倒焰窯。窯車(chē)上砌有吸火孔、支煙道、并和主煙道連接?；顒?dòng)的窯底車(chē)上碼裝制品后沿軌道推入窯體內(nèi)進(jìn)行燒成，燒成的制品經(jīng)冷卻至適當(dāng)溫度后隨窯車(chē)被拉出來(lái)。這種窯燒成制度可靈活調(diào)節(jié)，每個(gè)窯體可配備一個(gè)以上的活動(dòng)窯車(chē)，以提高窯的周轉(zhuǎn)率。窯內(nèi)溫差小，燃料消耗較低，裝出窯方便。3連續(xù)式窯（隧道窯、輥道窯）

連續(xù)式窯指陶瓷制品的裝、燒、冷和出窯等操作工序可連續(xù)不斷進(jìn)行的窯爐。其特點(diǎn)是窯內(nèi)分為預(yù)熱、燒成、冷卻等若干帶，各部位的溫度、氣氛均不隨時(shí)間而變化。坯體由窯的入口端進(jìn)入，在輸送裝置帶動(dòng)下，經(jīng)預(yù)熱、燒成，冷卻各帶完成全部燒成過(guò)程，然后由窯的出口端送出。（1）隧道窯

隧道窯是陶瓷窯爐中較先進(jìn)的窯型，種類較多，應(yīng)用廣泛。坯體裝在鋪有耐火材料的窯車(chē)上，在與高溫氣流逆向運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)預(yù)熱、燒成、冷卻三帶，完成一系列物理化學(xué)變化推出窯外。它與傳統(tǒng)倒焰窯相比有下列優(yōu)點(diǎn)：燒成帶位置固定且連續(xù)燒成，窯內(nèi)各部位溫度保持穩(wěn)定，窯體不必承受急冷急熱的沖擊，窯體使用壽命長(zhǎng)；氣流與制品逆向移動(dòng)，可利用煙氣和余熱來(lái)預(yù)熱制品；熱利用率高，單位產(chǎn)品燃料消耗少；連續(xù)作業(yè)，周期短，產(chǎn)量大，質(zhì)量高；改善了操作人員的勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）輥道窯(輥底窯、縫式窯)小截面的隧道窯，其窯底由數(shù)百根互相平行的輥?zhàn)咏M成輥道，在傳動(dòng)裝置帶動(dòng)下，所有輥均向相同方向旋轉(zhuǎn)，使放在其上的坯體由入口向出口移動(dòng)，經(jīng)過(guò)窯內(nèi)燒成陶瓷制品。輥?zhàn)討?yīng)具有足夠的高溫機(jī)械性能、抗氧化和耐熱性能，如剛玉質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、高鋁質(zhì)、碳化硅質(zhì)輥?zhàn)樱渲睆揭话銥?5-42mm，長(zhǎng)度一般為1.5-3.2mm。

輥道窯的特點(diǎn):升溫快，溫度分布均勻，溫差一般不超過(guò)5℃；能確保燒成制度，適合快速燒成，易于實(shí)現(xiàn)燒成工序機(jī)械化和

自動(dòng)化；不必用蓄熱量大的窯車(chē)，熱耗量大大降低，操作簡(jiǎn)單，有利于

提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本；占地面積小，投資少。但只適合于燒制扁平、小型制品。三、燒成制度

燒成是制瓷工藝中一道關(guān)鍵工序。掌握成瓷機(jī)理，制定合理的燒成制度，正確選擇窯爐是十分重要的。

燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。

合理的燒成制度是獲得理想的陶瓷產(chǎn)品的首要條件。1燒成制度的擬定（1）坯料在加熱過(guò)程中的物理化學(xué)變化；（2）坯體形狀、厚度和入窯水分；（3）窯爐結(jié)構(gòu)、燃料性質(zhì)、裝窯密度；

（4）所用的燒成方法

2燒成制度（1）溫度制度燒成溫度：陶瓷坯體燒成時(shí)獲得最優(yōu)性質(zhì)時(shí)的相應(yīng)溫度。它實(shí)際上是指一個(gè)溫度范圍，即燒成范圍。直接影響晶粒大小，液相數(shù)量及氣孔的形貌和數(shù)量，普通陶瓷的燒結(jié)為液相燒結(jié)，陶瓷礦物組成的形成和瓷體致密化需要物質(zhì)的遷移和液相出現(xiàn)，一般液相量在15%-35%，從而對(duì)應(yīng)一定的溫度。生燒：溫度低，液相量不足，不能實(shí)現(xiàn)完全致密化；過(guò)燒：液相量過(guò)多而變形。保溫時(shí)間：粒子的遷移與液相在毛細(xì)管力作用下的填充為動(dòng)力學(xué)過(guò)程，須在相應(yīng)條件下以一定時(shí)間為保證；高火保溫的目的是使窯內(nèi)溫度均勻，坯體燒結(jié)程度一致。保溫時(shí)間影響坯體的性能：

二次重結(jié)晶或晶粒過(guò)分長(zhǎng)大、坯體骨架削弱、制品變形。適宜的保溫時(shí)間取決于窯的結(jié)構(gòu)，坯體尺寸和燒成溫度。升降溫速度：

影響陶瓷坯體的密度和晶粒大小及相的分布；高的升溫速度可提高生產(chǎn)效率，但過(guò)快的升溫速度將會(huì)使其受熱不均產(chǎn)生裂紋。此外，分解產(chǎn)生或水蒸汽來(lái)不及釋放產(chǎn)生高的氣壓而使坯體開(kāi)裂。冷卻速度對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)在相的分布、晶相大小和晶體

的應(yīng)力狀態(tài)方面玻璃相多的致密坯體:在冷卻時(shí)，玻璃相由塑性態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，瓷坯結(jié)構(gòu)上有顯著的變化，引起較大的應(yīng)力。坯體應(yīng)采用高溫快冷和低溫緩冷的制度。含相變成分多的坯體：如SiO2、ZrO2在晶型轉(zhuǎn)變溫度附近冷卻速度不能太快。厚而大的坯件：冷卻不能太快，防止造成熱冷應(yīng)力不均而引起開(kāi)裂。

如何得到細(xì)晶的高密度陶瓷？（2）氣氛制度氣固相反應(yīng)的進(jìn)行，氣氛的性質(zhì)和氣氛的壓力對(duì)于反應(yīng)的完成和陶瓷的最終相組成影響極大，尤其對(duì)于氧化還原反應(yīng)時(shí)更為顯著。燒成氣氛控制：依據(jù)原料性能和制品要求而定坯體水分蒸發(fā)期（室溫-300）：低溫階段對(duì)氣氛無(wú)特殊要求；氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期：中溫階段氧化氣氛；?；纱善冢?50-最高溫度）：高溫階段陶器均用氧化氣氛，瓷器：含鐵少而有機(jī)物多的粘土原料坯體，氧化性氣氛；含鐵多而有機(jī)物少的粘土原料坯體，還原性氣氛

燒成氣氛是根據(jù)燃燒中的游離氧的含量和還原成分的含量確定的，氣氛的種類可根據(jù)煙氣分析的結(jié)果得出，常用空氣過(guò)剩系數(shù)表征。

它對(duì)含有較多鐵的氧化物、硫化物、硫酸鹽以及有機(jī)雜質(zhì)等陶瓷坯料影響很大。

同一瓷坯在不同氣氛中加熱，其燒成溫度、燒成收縮、過(guò)燒膨脹以及收縮速度、氣孔率均不相同，要根據(jù)坯料化學(xué)礦物組成及燒成過(guò)程各階段的物理化學(xué)變化規(guī)律，恰當(dāng)選擇氣氛。（2）氣氛制度普通氧化氣氛：游離氧含量4%－5%；

強(qiáng)氧化焰：游離氧含量8%－10%；中性焰：氧含量1%－1.5%；還原焰：氧含量0－1%，CO4%－8%氧化氣氛的作用與控制

水分排除階段和氧化分解階段，一般需要氧化氣氛。其作用：將沉積在坯體上的碳素和坯體中有機(jī)物及碳素?zé)M；將硫化鐵氧化。還原氣氛的作用與控制含F(xiàn)e2O3較高的原料，可避免在1250~1370℃時(shí)分解的氧

使坯體起泡。在還原氣氛中：

在低于分解溫度下，完成了還原反應(yīng)，避免了析氧起泡。FeO與SiO2等形成亞鐵酸鹽，呈淡青的色調(diào)，使瓷器具有

白如玉的特點(diǎn)。(3）壓力制度

壓力制度是指窯內(nèi)壓力與時(shí)間的關(guān)系。對(duì)間歇式窯來(lái)說(shuō)通常是規(guī)定不同溫度區(qū)間總煙道抽力的大??；對(duì)連續(xù)式窯來(lái)說(shuō)，由于幾何壓頭的影響，壓力曲線取測(cè)壓力孔的高度應(yīng)在同一水平線上。

壓力的正確分布，是實(shí)現(xiàn)合理的溫度制度和氣氛制度的重要保證。通常負(fù)壓有利于氧化氣氛的形成；正壓有利于還原氣氛的形成。隧道窯的壓力制度一般采用預(yù)熱帶負(fù)壓、燒成帶和冷卻帶正壓，零壓點(diǎn)在預(yù)熱帶末端的壓力制度。預(yù)熱帶負(fù)壓使排煙通暢，吸入少量的二次空氣，保證轉(zhuǎn)換氣幕前為氧化氣氛。負(fù)壓過(guò)大，窯頭吸入冷風(fēng)過(guò)多，增大窯內(nèi)上下溫度差。(4）燒成曲線根據(jù)溫度和氣氛隨燒成時(shí)間的改變來(lái)繪制的曲線。6.4硅酸鹽水泥的熟料及其煅燒工藝

硅酸鹽水泥由硅酸鈣為主要成分的熟料組成。而熟料是由生料經(jīng)高溫煅燒發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化而形成的。

6.4.1、生料制備

將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例（質(zhì)量比約為75：20：5）配合磨細(xì)，并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料。制備方法分干法和濕法。干法：將原料同時(shí)烘干與粉磨或先烘干后粉磨成生料粉，而后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料的方法。水分＜1%濕法：將原料加水分磨成生料后喂入濕法回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟料的生產(chǎn)方法。水分：32－40%

煅燒1Kg熟料需要1.55Kg生料6.4.2、熟料的煅燒煅燒設(shè)備：立窯和回轉(zhuǎn)窯

1、在燒成帶，C2S＋CaO→C3S的熱效應(yīng)基本上等于零，只有在生成液相時(shí)需要少量的熔融凈熱。但是，為使游離氧化鈣吸收得比較完全，并使熟料礦物晶體發(fā)育良好，獲得高質(zhì)量的熟料，必須使物料保持一定的高溫和足夠的停留時(shí)間。2、在分解帶內(nèi)，碳酸鈣分解需要吸收大量的熱量，但窯內(nèi)傳熱速度很低，而物料在分解帶內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度又很快，停留時(shí)間又較短，這是影響回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料煅燒的主要矛盾之一。在分解帶內(nèi)加擋料圈就是為緩和這一矛盾所采取的措施之一。3、降低理論熱耗，減少?gòu)U氣帶走的熱損失和筒體表面的散熱損失，降低料漿水分或改濕法為干法等是降低熟料熱耗，提高窯的熱效率的主要途徑。4、窯的傳熱能力受其傳熱面積和傳熱系數(shù)的限制，如提高氣流溫度，以增加傳熱速度，雖然可以增加窯的產(chǎn)量，但相應(yīng)提高了廢氣溫度，使熟料單位熱耗反而增加。對(duì)一定規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，在一定條件下，存在一個(gè)熱工上經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)量范圍。一、物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒的特點(diǎn)：

5、回轉(zhuǎn)窯的預(yù)燒(生料預(yù)熱和分解)能力和燒結(jié)(熟料燒成)能力之間存在著矛盾，而且這一矛盾隨著窯規(guī)格的增大而愈加突出。

理論分析和實(shí)際生產(chǎn)的統(tǒng)計(jì)資料表明，窯的發(fā)熱能力與窯直徑的三次方成正比，而傳熱能力基本上與窯直徑的2～2.5次方成正比，因此，窯的規(guī)格愈大，窯的單位容積產(chǎn)量愈低。為增加窯的傳熱能力，必須增加窯系統(tǒng)的傳熱面積，或者改變物料與氣流之間的傳熱方式，預(yù)分解爐是解決這一矛盾的有效措施。二、回轉(zhuǎn)窯的煅燒體系

窯體傾斜放置，冷端高，熱端低，斜度約為3%－5%。生料由圓筒的高端（窯尾）加入，因此，回轉(zhuǎn)窯是一運(yùn)輸設(shè)備，同時(shí)它又是一個(gè)煅燒設(shè)備和熱交換設(shè)備。所用燃料：煤、液體燃料、氣體燃料。燃料在窯頭燃燒，如燃煤的高溫火焰可達(dá)1650-1700℃。

1、懸浮預(yù)熱窯

將生料粉與從回轉(zhuǎn)窯窯尾排出的煙氣混合，并使生料懸浮在熱煙氣中進(jìn)行熱交換，從根本上改變了氣流和生料粉間的傳熱方式，極大地提高了傳熱面積和傳熱系數(shù)。兩種類型：旋風(fēng)預(yù)熱器、立筒預(yù)熱器。

70年代發(fā)展起來(lái)的一種能顯著提高水泥回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的煅燒新技術(shù)。它在懸浮預(yù)熱器窯和回轉(zhuǎn)窯之間增設(shè)一個(gè)分解爐，把大量吸熱的分解反應(yīng)從窯內(nèi)傳熱速率較低的區(qū)域移到單獨(dú)燃燒的分解爐中進(jìn)行。在分解爐中，生料顆粒分散呈分散懸浮或沸騰狀態(tài)，以最小的溫差，在燃料無(wú)焰燃燒的同時(shí)，進(jìn)行高速傳熱過(guò)程，使生料迅速完成分解反應(yīng)。

目前，最大預(yù)分解窯的日產(chǎn)量已達(dá)到10000t熟料。2、預(yù)分解窯預(yù)分解窯系統(tǒng)3、熟料冷卻機(jī)(clinkercooler)回收熟料的熱量；縮短冷卻時(shí)間，提高熟料質(zhì)量，改善易磨性。主要有單筒冷卻機(jī)、多筒冷卻機(jī)、篦式冷卻機(jī)三類。三、煅燒過(guò)程中的物理和化學(xué)變化普通回轉(zhuǎn)窯為例來(lái)說(shuō)明窯內(nèi)不同區(qū)域熟料的煅燒過(guò)程。1干燥和脫水干燥帶：自由水的蒸發(fā)，溫度約為150℃預(yù)熱帶：粘土等礦物分解脫去結(jié)晶水，溫度約150－750℃

石灰石顆粒分解過(guò)程

2碳酸鹽分解

碳酸鹽分解帶碳酸鈣是生料的主要部分。石灰石分解所吸收的熱量占干法生產(chǎn)的熱耗一半以上。包含傳熱、傳質(zhì)過(guò)程以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。3固相反應(yīng)~800℃：CA、CF、C2S開(kāi)始形成；800~900℃：C12A7開(kāi)始形成；石灰與粘土組分間由顆粒間的相互擴(kuò)散進(jìn)行固相反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程如下：900~1100℃：C2AS形成又分解，C3A、C4AF開(kāi)始形成；1100~1200℃：C3A、C4AF大量形成，C2S含量達(dá)最大值4熟料燒結(jié)

1250℃下時(shí)出現(xiàn)液相。在液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)，物料由疏松狀轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸三鈣，即

隨著溫度升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，液相量增加，硅酸二鈣和氧化鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣不斷生成，且小晶體逐漸發(fā)育長(zhǎng)大，最終形成發(fā)育良好的硅酸三鈣晶體，完成熟料的煅燒過(guò)程。熟料燒結(jié)過(guò)程的影響因素最低共熔溫度。礦化劑存在，與鎂、堿、硫作用，最低共熔溫度為1250-1280℃。液相量：燒成階段為20-30%，液相量增加，有利于C3S形成，但過(guò)多會(huì)給操作困難。液相粘度、表面張力低粘度與張力，均利于熟料顆粒潤(rùn)濕，促進(jìn)C3S形成。增加Fe2O3加入量，粘度降低。氧化鈣溶解熟料液相的速率反應(yīng)物存在的狀態(tài)：晶粒大小、晶體缺陷數(shù)量5熟料冷卻冷卻過(guò)程中發(fā)生-C2S-C2S相變（熟料粉化）和阿利特在1250℃下分解成C2S和CaO，極大地影響熟料質(zhì)量。為提高水泥的使用性能和工藝性能，盡可能采用快速冷卻,使C2S和C3S呈介穩(wěn)態(tài)，。四、礦化劑及微量元素對(duì)熟料煅燒和質(zhì)量的影響1、礦化劑指能加速結(jié)晶化合物的形成，使水泥生料易燒，提高熟料的質(zhì)量的少量外加物。主要是螢石礦化劑和螢石－石膏復(fù)合礦化劑。

如能促進(jìn)碳酸鹽的分解，加速堿性長(zhǎng)石、云母的分解過(guò)程；加速堿的氧化物的揮發(fā)；促進(jìn)結(jié)晶氧化硅鍵的斷裂，降低液相出現(xiàn)溫度和液相的粘度，并形成過(guò)渡相，使C3S的生成溫度降低從而有利于C3S的生成。

2微量元素主要指來(lái)自原料和少量來(lái)自煤灰的堿、硫、氧化鎂、氧化

鈦和其他微量元素。少量氧化鎂能降低燒成溫度、增加液相量，但過(guò)多會(huì)影響

水泥的安定性。6.5特種陶瓷的燒結(jié)及其方法

1、燒結(jié)現(xiàn)象粉狀成型體的燒結(jié)過(guò)程示意圖：坯體中部分顆粒間為點(diǎn)接觸，其它則相互分開(kāi)，孔隙較多。(a)－(b)：燒結(jié)促進(jìn)顆粒的鍵合和重排，粒子相互靠攏，氣孔的總體積迅速減少，顆粒間仍以點(diǎn)接觸為主，總表面積并沒(méi)有縮小，如圖(b)所示。(b)－(c)：出現(xiàn)明顯的傳質(zhì)過(guò)程。顆粒間由點(diǎn)接觸逐漸擴(kuò)大為面接觸，固氣表面積相應(yīng)減少，但孔隙仍然是連通的，(c)－(d)：傳質(zhì)過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，粒界進(jìn)一步發(fā)育擴(kuò)大，氣孔則逐漸縮小和變形，最終轉(zhuǎn)變成孤立的閉氣孔。粒界開(kāi)始移動(dòng)，粒子長(zhǎng)大，氣孔逐漸遷移到粒界而消失，燒結(jié)體致密度增高，如圖(d)所示燒結(jié)溫度與熔點(diǎn)的關(guān)系：金屬粉末：0.3-0.4Tm，無(wú)機(jī)鹽：0.57Tm，硅酸鹽：0.8-0.9Tm2、固相燒結(jié)過(guò)程及其機(jī)理1）固相燒結(jié)的三個(gè)階段燒結(jié)中期十四面體模型燒結(jié)初期：顆粒的重排和燒結(jié)頸的形成；燒結(jié)中期：燒結(jié)頸的長(zhǎng)大階段，主要表現(xiàn)為氣孔形狀的改變；燒結(jié)末期：主要表現(xiàn)為氣孔尺寸的減小和晶粒長(zhǎng)大。氣孔封閉氣孔形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐尾⒉粩嗫s小體積。部分小氣孔消失和合并。氣孔中含有不溶于固相的氣體，收縮時(shí)內(nèi)部氣壓升高導(dǎo)致收縮停止，形成閉氣孔。2）固相燒結(jié)機(jī)理

流動(dòng)傳質(zhì)：指在表面張力作用下通過(guò)變形、流動(dòng)引起的物質(zhì)遷移。屬于這類機(jī)理的有粘性流動(dòng)和塑性流動(dòng)。塑性流動(dòng)：若表面張力足以使晶體產(chǎn)生位錯(cuò)，這時(shí)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)整排原子的運(yùn)動(dòng)或晶面的滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)傳遞，這種過(guò)程稱塑性流動(dòng)。塑性流動(dòng)只有當(dāng)作用力超過(guò)固體屈服點(diǎn)時(shí)才能產(chǎn)生。粘性流動(dòng)：存在著某種外力場(chǎng)如表面張力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)(或空位)就會(huì)優(yōu)先沿此表面張力作用的方向移動(dòng)并呈現(xiàn)相應(yīng)的物質(zhì)流，其遷移量與表面張力大小成比例，并服從粘性流動(dòng)的關(guān)系。擴(kuò)散傳質(zhì)：是指質(zhì)點(diǎn)(或空位)借助于濃度梯度推動(dòng)而遷移的傳質(zhì)過(guò)程。燒結(jié)初期由于粘附作用使粒子間的接觸界面逐漸擴(kuò)大并形成具有負(fù)曲率的接觸區(qū)，即所謂頸部。物質(zhì)遷移機(jī)制：

粘性流動(dòng)、塑性流動(dòng)、蒸發(fā)凝聚、體擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散六種。

實(shí)際物質(zhì)的傳遞是多機(jī)制起作用，其燒結(jié)動(dòng)力學(xué)方程通式x:燒結(jié)頸尺寸，a:

顆粒半徑，t:時(shí)間，F(xiàn)(T)：溫度的函數(shù)，m>n>03、液相燒結(jié)（Liquidphasesintering)在燒結(jié)時(shí)有液相出現(xiàn)的燒結(jié)過(guò)程稱為液相燒結(jié)。LPS的優(yōu)點(diǎn)：能在更低的溫度下燒結(jié)固相燒結(jié)難以燒結(jié)的固體粉末；能夠可控地制備具有目標(biāo)微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)化性能的陶瓷復(fù)合材料。

液相燒結(jié)的條件：在燒結(jié)溫度有液相出現(xiàn)；固相可以很好地被液相浸潤(rùn)；固相必須在液相中有一定的溶解度；液相低粘度，固相成分的擴(kuò)散系數(shù)大LPS的三個(gè)階段：顆粒重排階段溶解－淀析階段晶粒生長(zhǎng)階段顆粒重排階段：在燒結(jié)初期，最小的固相顆粒溶解，而使大量顆粒重新排列。該階段的動(dòng)力學(xué)取決于溶解動(dòng)力學(xué)。Kingery得出此階段的線收縮率為：

溶解－淀析階段：溶解相與淀析相之間有可觀的濃度梯度。Kingery提出的動(dòng)力學(xué)模型式中，k1、k2為所研究材料系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)；為顆粒間液膜的厚度；D為被溶解物質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)；c0固體物質(zhì)在液相中的溶解度，LV為液膜的表面張力；V0為被溶解物質(zhì)的摩爾體積。溶解-沉淀階段的兩晶粒接觸晶粒生長(zhǎng)階段:Ostwald生長(zhǎng)，即液相與淀析相的化學(xué)平衡建立后所發(fā)生的晶粒生長(zhǎng)階段。過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力為界面自由能的下降。

晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)可以表示為

4、燒結(jié)過(guò)程晶粒長(zhǎng)大與再結(jié)晶初次再結(jié)晶：是指從塑性變形的、具有應(yīng)變的基質(zhì)中生長(zhǎng)出新的無(wú)應(yīng)變晶粒的成核和長(zhǎng)大過(guò)程。晶粒長(zhǎng)大：在燒結(jié)的中后期，細(xì)小晶粒逐漸長(zhǎng)大，平均晶粒尺寸增大。晶粒長(zhǎng)大不是小晶粒相互粘結(jié)，而是晶界移動(dòng)的結(jié)果。此過(guò)程并不依賴于初次再結(jié)晶過(guò)程。其推動(dòng)力G是晶界過(guò)剩的自由能。晶界運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)與能量式中：為表面能；V為分子體積；r1、r2分別為兩晶粒表面的曲率半徑?？疾於S多晶體界面的移動(dòng)情況晶界彎曲，大于六邊形的晶粒邊界內(nèi)凹；凹面界面能小于凸面，凹面的界面向凸面曲率中心移動(dòng)，多于六邊的晶粒長(zhǎng)大，小于六邊的晶粒消失，結(jié)果平均晶粒大。理論上長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)后多晶體變成單晶，事實(shí)上第二相雜質(zhì)如氣孔對(duì)晶粒長(zhǎng)大具有阻礙作用。燒結(jié)后期晶粒長(zhǎng)大示意圖二次再結(jié)晶：晶粒異常生長(zhǎng)或晶粒不連續(xù)生長(zhǎng)。是指少數(shù)巨大晶體在細(xì)晶消耗時(shí)成核-長(zhǎng)大過(guò)程。二次再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大是與燒結(jié)中、后期傳質(zhì)過(guò)程并行的高溫動(dòng)力學(xué)過(guò)程。影響晶粒生長(zhǎng)的因素①夾雜物的影響多晶材料的燒結(jié)中氣孔一直存在，晶界上存在的雜質(zhì)、氣孔對(duì)晶界的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生牽制作用，從而對(duì)晶粒的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。氣孔隨晶界移動(dòng)而聚集在三叉晶界擴(kuò)大晶界通過(guò)氣孔的示意圖氣孔在燒結(jié)過(guò)程中能否排除，除了與晶界移動(dòng)速率有關(guān)外，還與氣孔內(nèi)壓力的大小有關(guān)。②晶界上液相的影響

少量液相使晶界上形成兩個(gè)新的固—液界面，從而界面移動(dòng)的推動(dòng)力降低，擴(kuò)散距離增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒長(zhǎng)大的作用。③晶粒生長(zhǎng)極限尺寸

在晶粒正常生長(zhǎng)過(guò)程中，由于夾雜物對(duì)晶界移動(dòng)的牽制而使晶粒大小不能超過(guò)某一極限尺寸。式中，d是第二相質(zhì)點(diǎn)的直徑，V是第二相質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)。影響二次再結(jié)晶的因素晶粒晶界數(shù)、起始物料顆粒的大小、燒結(jié)溫度、燒結(jié)速度、坯體密度的均勻性等。5特種陶瓷的燒結(jié)方法1）常規(guī)燒結(jié)2）真空燒結(jié)和氣氛保護(hù)燒結(jié)3）反應(yīng)燒結(jié)4）氣氛壓力燒結(jié)5）熱壓燒結(jié)6）熱等靜壓燒結(jié)7）放電等離子燒結(jié)8）其他燒結(jié)方法1）常規(guī)燒結(jié)

常規(guī)燒結(jié)：常規(guī)加熱方式，無(wú)特殊氣氛，在傳統(tǒng)電爐中進(jìn)行的燒結(jié)方法。純陶瓷通常很難燒結(jié)，在性能允許下加入燒結(jié)助劑，以期形成部分低熔點(diǎn)的固溶體、玻璃相或其他液相，促進(jìn)顆粒的重排和粘性流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在較低溫度下的燒結(jié)致密化。常規(guī)燒結(jié)是最經(jīng)濟(jì)、方便、可靠的燒結(jié)方法，適用于對(duì)性能要求不高的陶瓷材料制品。

氧化鋁燒結(jié)：TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2、MgO；Si3N4：MgO、Y2O3、Y2O3-Al2O3、ZrO2、碳化物、硅化物等作燒結(jié)助劑。2）真空燒結(jié)和氣氛保護(hù)燒結(jié)

根據(jù)燒結(jié)過(guò)程中的氣氛可分成：大氣燒結(jié)、真空燒結(jié)和氣氛保護(hù)燒結(jié)。對(duì)于在空氣中難燒結(jié)的材料，可在真空中進(jìn)行燒結(jié)，不存在氣氛對(duì)材料性能的不良影響，有利于材料的排氣。3）反應(yīng)燒結(jié)

反應(yīng)燒結(jié)（reactionsintering）

利用固-液，固-氣等化學(xué)反應(yīng)，在合成陶瓷粉末時(shí)實(shí)現(xiàn)致密化。不同于傳統(tǒng)的固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。物理融合：體積收縮，燒結(jié)溫度高；化學(xué)融合：體積可能保持不變，燒結(jié)溫度低。實(shí)例：反應(yīng)燒結(jié)SiC、Si3N4反應(yīng)燒結(jié)的特點(diǎn)：反應(yīng)燒結(jié)時(shí)，質(zhì)量增加，普通燒結(jié)過(guò)程也可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但質(zhì)量不增加；燒結(jié)坯體不收縮、尺寸不變，因此能制造性狀復(fù)雜、尺寸精確的制品。普通燒結(jié)坯體會(huì)發(fā)生體積的收縮；普通燒結(jié)過(guò)程的物質(zhì)遷移發(fā)生在顆粒之間，而反應(yīng)燒結(jié)的遷移過(guò)程發(fā)生在長(zhǎng)距離范圍，反應(yīng)速度取決于傳質(zhì)和傳熱過(guò)程；液相反應(yīng)燒結(jié)工藝在形式上同粉末冶金中的溶浸法，但熔浸法中的液固相不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不發(fā)生相互溶解或只有輕微的溶解；要把兩個(gè)零件焊接在一起，如Si3N4零件，只需將其連接在一起進(jìn)行氮化即可，工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，適合大批量生產(chǎn)；燒結(jié)密度低，力學(xué)性能不高。4）氣氛壓力燒結(jié)

氣氛壓力燒結(jié)采用專門(mén)的氣氛壓力燒結(jié)爐，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)施加一定壓力的氣氛，以滿足特殊的燒結(jié)要求。Si3N4氣氛壓力燒結(jié)：在高的燒結(jié)溫度Si3N4有易升華分解特性，故采用高壓氮?dú)夥铡?/p>

燒結(jié)工藝：燒結(jié)前期真空，利于坯體水分排除及脫膠；后期氮?dú)夥毡Ｗo(hù)，抑制其分解，利于的窯爐內(nèi)溫度均勻。抑制其分解可采用埋粉：Si3N4粉+BN+MgO半導(dǎo)體陶瓷的燒結(jié)：氧分壓的控制5)熱壓燒結(jié)(Hotpressing)熱壓燒結(jié)：難燒結(jié)粉末或生坯在模具內(nèi)邊加壓邊升溫的方法。單向或雙向施壓完成。熱壓機(jī)包括：加熱爐、加壓裝置、模具、測(cè)溫測(cè)壓設(shè)備。模具材料：石墨、剛玉。熱壓燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力：Pe:外加壓力；Pi:內(nèi)部氣孔壓力致密化過(guò)程：微流動(dòng)階段：在熱壓初期，顆粒間發(fā)生相對(duì)滑移、破碎和塑性變形，類似常壓燒結(jié)的顆粒重排，此階段的致密化速度最大。

線收縮L/Ltn(n=0.17~0.58)塑性流動(dòng)階段：與常壓燒結(jié)的閉孔收縮階段相類似，以塑性流動(dòng)為主，致密化速度減慢；致密化方程：為密度p為孔隙度，,k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，d0原始晶粒尺寸，Dv體擴(kuò)散系數(shù)，原子體積，P為外壓。1961柯瓦爾欽科提出氣孔分散在非粘性介質(zhì)中的模型，從流變學(xué)理論推導(dǎo)了熱壓方程式，并根據(jù)納巴羅-赫侖的蠕變理論，考慮晶粒尺寸與晶界的影響，得到積分得擴(kuò)散階段：趨近終點(diǎn)密度，以擴(kuò)散控制的蠕變?yōu)橹饕獧C(jī)理。

科布爾認(rèn)為硬質(zhì)粉末熱壓后期為受擴(kuò)散控制的蠕變過(guò)程。致密化方程：p=p0(1+bt)-kp,p0：原始孔隙率。熱壓燒結(jié)的缺點(diǎn)：形狀的限制大型化的問(wèn)題批量性模具效率低、能耗大，模具與樣品間反應(yīng)熱壓制品表面粗糙，精度低熱壓燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)燒結(jié)性：壓力提高了粉末的燒結(jié)性；低溫?zé)Y(jié)：外加壓力使得在較低的溫度可以獲得高密度的燒結(jié)體，有利于抑制晶粒長(zhǎng)大；顆粒排列的方向性，可以獲得各向異性的顯微組織和性能；高純度：不加或少加燒結(jié)助劑；組分的控制：燒結(jié)是在模具中進(jìn)行，造成一準(zhǔn)封閉的條件，可防止普通燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)的成分揮發(fā)或分解，從而控制材料組成的變化；形狀的精密性：在一定的模具內(nèi)裝入定量的粉末進(jìn)行燒結(jié)，可以精確控制得到零件的尺寸。6）熱等靜壓燒結(jié)

(Hotisostaticpressing)

熱等靜壓燒結(jié)是將裝入包套的粉末壓坯或粉料放入高壓容器中，在高溫和均衡壓力下燒結(jié)的方法。熱等靜壓設(shè)備：高壓缸、熱等靜壓爐、氣體加壓