陶瓷工藝學(xué)第八章陶瓷的燒成

陶瓷工藝學(xué)第八章陶瓷的燒成演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日燒成（sintering）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(jī)械性能提高的致密化過(guò)程。

概述燒成是陶瓷制造工藝中最重要的工序之一。陶瓷燒成所需時(shí)間約占整個(gè)生產(chǎn)周期的1/3~1/4，所需費(fèi)用約占產(chǎn)品成本的40%左右。因此，正確的設(shè)計(jì)與選擇窯爐，科學(xué)地制定和執(zhí)行燒成制度并進(jìn)行嚴(yán)格的執(zhí)行裝燒操作規(guī)程，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低燃料消耗的必要保證。目前我國(guó)日用陶瓷工業(yè)廣泛采用隧道窯、輥道窯和推板窯，并保留少量的倒焰窯繼續(xù)用于生產(chǎn)?，F(xiàn)在是2頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化坯體的燒制是一個(gè)由量變到質(zhì)變物理變化和化學(xué)變化交錯(cuò)進(jìn)行的過(guò)程?？梢詫⑷沼锰沾傻臒蛇^(guò)程分為四個(gè)階段。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日坯體在這一階段主要任務(wù)是排除干燥后的殘余水。隨著水分的排出，固體顆粒緊密靠攏，伴隨著少量收縮。但這種收縮不能完全填補(bǔ)水分排除后所遺留的空隙?？刂婆黧w入窯水分是本階段快速升溫的關(guān)鍵。一般日用瓷坯體入窯水分控制在2%以下。因?yàn)闇囟雀哂?20℃時(shí)坯體內(nèi)部的水分發(fā)生強(qiáng)烈汽化。蒸汽壓力超過(guò)坯體的抗張強(qiáng)度極限時(shí)，造成制品開(kāi)裂，對(duì)于厚壁制品尤為突出。1、坯體水分蒸發(fā)期（室溫~300℃）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化本階段要加強(qiáng)通風(fēng)，目的是使被水氣飽和的煙氣得到及時(shí)排除，不致因其溫度繼續(xù)下降到露點(diǎn)而析出液態(tài)水，凝聚在制品表面造成“水跡”或開(kāi)裂等缺陷?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日在這一階段，坯體內(nèi)部發(fā)生較復(fù)雜的物理化學(xué)變化：粘土中的結(jié)構(gòu)水的排除；碳酸鹽分解；有機(jī)物、碳素和硫化物被氧化；石英晶型轉(zhuǎn)變。這些變化與坯體組成、升溫速度、窯爐氣氛等因素有關(guān)。2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300~950℃）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日粘土礦物因其類型、結(jié)晶完整程度和顆粒度的不同，排除結(jié)構(gòu)水的溫度也有所差別。高嶺土450-650℃珍珠陶土500-700℃蒙脫石500-750℃伊利石400-650℃葉蠟石600-750℃瓷石450-700℃粘土礦物排除結(jié)構(gòu)水也與升溫速度有關(guān)。隨著升溫速度的加快殘留結(jié)構(gòu)水的排除向高溫推移，甚至要到1000℃以上才能完成。一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300~950℃）（1）粘土結(jié)構(gòu)礦物水的排除現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日CaCO3→CaO+CO2↑850~1000℃

MgCO3→MgO+CO2↑500~850℃

4FeCO3→2Fe2O3+3CO2↑800~1000℃

MgCO3.CaCO3→CaO+MgO+CO2↑730~950℃

氧化反應(yīng)和反應(yīng)溫度如下：C有機(jī)物+O2→CO2↑350℃以上

C碳素+O2→CO2↑600℃

FeS2+O2→Fe+SO2↑350-450℃

4FeS+7O2→2Fe2O3+4SO2↑500-800℃

（2）碳酸鹽的分解（3）碳素、有機(jī)物和硫化物的氧化一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300~950℃）現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日石英在573℃的晶型轉(zhuǎn)變（β-石英→

α石英），伴有0.82%的體膨脹。在K2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)中，在920℃就會(huì)出現(xiàn)少量液相，它的形成可起到黏結(jié)顆粒的作用，使坯體的機(jī)械強(qiáng)度增加。一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300~950℃）（4）石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相的形成現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日坯體在氧化分解期的氧化反應(yīng)實(shí)際上是不完全的，由于水氣及其他氣體的急劇排除，在坯體周圍有一層氣膜，妨礙氧氣繼續(xù)向坯體內(nèi)部滲透，從而使坯體氣孔中的沉碳難以燒盡。800℃以前水分排除3/4，1000℃以上才能排除。3、玻化成瓷期（950℃~燒成溫度）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化（1）在1020℃前繼續(xù)氧化分解反應(yīng)，排除殘留結(jié)構(gòu)水現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日此階段的燒成氣氛對(duì)坯體的化學(xué)反應(yīng)影響極大。在氧化氣氛中，硫酸鹽與高價(jià)鐵的分解往往推遲到1300℃以后進(jìn)行。具體情況如下：3、?；纱善冢?50℃~燒成溫度）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化（2）硫酸鹽的分解和氧化鐵的還原與分解MgSO4→MgO+SO3↑900℃以上CaSO4→CaO+SO3↑1250-1370℃

Na2SO4→Na2O+SO3↑1200-1370℃Fe2O3→FeO+O2↑1250-1370℃還原焰下1080～1100℃

Fe2O3+CO

→FeO+CO2↑1000～1100℃還原焰現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日長(zhǎng)石—石英—高嶺土三組分瓷，隨著溫度的升高，高嶺石在925℃左右經(jīng)過(guò)放熱反應(yīng)，生成鋁硅尖晶石開(kāi)始轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石（3Al2O3?2SiO2），非晶態(tài)二氧化硅轉(zhuǎn)化為方石英。3、?；纱善冢?50℃~燒成溫度）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化（3）形成大量液相和莫來(lái)石晶相現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日長(zhǎng)石約在1170℃開(kāi)始分解，析出白榴石并生成液相。在高嶺土和長(zhǎng)石組成的二組分混合物中，約在1000℃莫來(lái)石開(kāi)始形成。首先是在高嶺土的殘骸上，由于比較活潑的鉀、鈉離子的侵入形成少量溶質(zhì)而促使莫來(lái)石的生成。另一方面，由于K2O與Na2O含量降低，長(zhǎng)石熔體組成向莫來(lái)石區(qū)析出方向變化，導(dǎo)致長(zhǎng)石熔體中形成細(xì)小的針狀莫來(lái)石。這兩種莫來(lái)石有明顯的區(qū)別，由高嶺石分解物形成的粒狀或鱗片狀莫來(lái)石成為一次莫來(lái)石；由長(zhǎng)石熔體形成的針狀莫來(lái)石稱為二次莫來(lái)石。3、玻化成瓷期（950℃~燒成溫度）一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化（3）形成大量液相和莫來(lái)石晶相現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日在1200℃以后，隨著溫度的升高，石英的溶解度迅速增大。石英含量降低，從而熔體的成分不斷變化。這種高硅質(zhì)熔體將細(xì)小針狀莫來(lái)石溶解，高溫時(shí)粒狀和片狀莫來(lái)石也受到強(qiáng)烈的侵蝕。若鐵含量較高，堿性氧化物與則低價(jià)鐵、石英等將形成更多的低共熔物，使坯體中液相量大為增加。（4）石英溶解、莫來(lái)石重結(jié)晶和坯體燒結(jié)瓷坯冷卻前后的變化圖1.石英2.液相（玻璃相）3.二次莫來(lái)石4.粘土殘骸及一次莫來(lái)石一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日一方面促使晶體發(fā)生重結(jié)晶。由于細(xì)晶溶解度大于粗晶，因而小晶體溶解后就向大晶粒上沉積，導(dǎo)致大晶粒尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)大。另一方面液相起著致密化的作用。由于表面張力的拉緊作用，使它能填充顆粒間隙，促使固體顆粒相互靠攏。最終使莫來(lái)石、殘余石英與瓷坯中的其他組分彼此合成整體，組成致密的具有較高機(jī)械強(qiáng)度的瓷坯。大量液相對(duì)坯體的成瓷作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日冷卻初期，即由燒成溫度冷卻至800℃，這是冷卻過(guò)程的重要階段。采取快冷的方法冷卻過(guò)慢主要變化：黏度不斷增大，細(xì)晶減少粗晶增多，結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致機(jī)械性能下降;釉層細(xì)晶失透；低價(jià)鐵重新氧化。4、冷卻階段一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日冷卻后期400℃-室溫。針對(duì)陶和瓷采取不同降溫措施一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化冷卻中期，由800-400℃，這是冷卻的最危險(xiǎn)的階段。主要變化，由塑性變?yōu)楣虘B(tài)。殘余石英的晶型轉(zhuǎn)變（573℃）在573℃α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英，體積收縮0.82%。必須緩慢冷卻過(guò)快：產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力;內(nèi)部和表面出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力瓷器中不會(huì)有方石英出現(xiàn)，冷卻時(shí)因熔體粘度增大抑制了晶芽的形成，而且高溫熔體中硅量并未達(dá)到飽和，因此一般陶瓷在冷卻階段不會(huì)有方石英新相析出。陶炻質(zhì)坯體中，由于液相數(shù)量少，可能有以固體狀態(tài)存在的方石英。冷卻時(shí)要特別注意。270℃時(shí)，α-方石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英，體積收縮2.8%?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日燒成溫度（℃）相組成（%）氣孔體積（%）玻璃相莫來(lái)石石英1210569323127058632821310611523113506210191二顯微結(jié)構(gòu)的組成現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日二顯微結(jié)構(gòu)的組成陶瓷顯微結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日二顯微結(jié)構(gòu)的組成1.晶相（結(jié)晶相）同一坯體內(nèi)可有多種晶相。主晶相、次晶相陶瓷材料燒結(jié)后的主要組成相之一。晶相的組成，特別是主晶相的組成往往決定著制品的物理化學(xué)性能。長(zhǎng)石質(zhì)瓷器的晶相為：莫來(lái)石、方石英和殘余石英。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日2.玻璃相由坯料的組分及雜質(zhì)或添加物所形成的非晶態(tài)低熔點(diǎn)固體物質(zhì)?！镎辰Y(jié)晶粒、填充氣孔和空隙，促進(jìn)坯體致密，增加透明度，降低坯體的燒結(jié)溫度?！锔哒扯炔Ａ嗄芤种凭ЯｉL(zhǎng)大，防止晶型轉(zhuǎn)變、擴(kuò)大燒結(jié)范圍。作用：★不利影響：過(guò)量的玻璃相會(huì)降低陶瓷強(qiáng)度、抗熱震性能，引起產(chǎn)品變形。降低瓷件的絕緣電阻，增大介質(zhì)損耗。玻璃相的組成、數(shù)量與坯料的組成和燒成工藝相關(guān)。二顯微結(jié)構(gòu)的組成現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日3.氣孔一般陶瓷制品的氣孔率5～10％（體積）。氣孔的存在與坯料的組成和燒成制度有關(guān)。提高燒成溫度，總氣孔率降低。過(guò)燒時(shí):重結(jié)晶作用，晶粒異常長(zhǎng)大，或液相粘度降低，閉口氣孔合并，開(kāi)口氣孔增加而使孔徑及總氣孔率增大。熱壓、熱等靜壓燒結(jié)，坯體的氣孔率可下降至1％以下，甚至接近理論密度。二顯微結(jié)構(gòu)的組成現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日氣孔分布：常在玻璃相基質(zhì)中，晶粒重結(jié)晶時(shí)會(huì)將氣孔包含到大晶粒之中。氣孔存在與否、形狀、大小、含量、分布和氣孔間的連通情況等，對(duì)制品的性能、質(zhì)量及使用均有顯著影響，甚至起決定作用。氣孔能增大制品的介電損耗，降低機(jī)械強(qiáng)度、透明度、抗擊穿強(qiáng)度等。含大量氣孔、甚至以氣孔為主相的制品（如保溫材料、隔熱材料等），又具有質(zhì)輕、隔熱、隔音、保溫等作用。二顯微結(jié)構(gòu)的組成氣泡現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.晶界（1）晶界的定義晶界：結(jié)晶方向不同的、直接接觸的同成分晶粒間的交界處，稱為晶界（晶粒間界或粒界）。相界：不同成分晶粒間的交界處或不同相間的交界處稱為相界面。晶界結(jié)構(gòu)：晶界處物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。晶界的厚度：取決于相鄰晶粒的取向之差及所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量。二顯微結(jié)構(gòu)的組成晶界結(jié)構(gòu)示意圖現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（2）晶界的異相偏析效應(yīng)在高溫條件下的燒結(jié)和冷卻過(guò)程中，異性雜質(zhì)離子從晶粒內(nèi)部向晶界擴(kuò)散和遷移，使之在晶界部位富集的現(xiàn)象，稱為晶界異相偏析效應(yīng)。晶界上的雜質(zhì)往往以三種形式存在：二顯微結(jié)構(gòu)的組成陶瓷顯微結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)在晶界上存在的狀態(tài)現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（3）晶界的物質(zhì)遷移效應(yīng)二顯微結(jié)構(gòu)的組成晶界物質(zhì)遷移效應(yīng)引起的再結(jié)晶(A)及其示意圖(B)(A)(B)現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度，影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵是溫度及其與時(shí)間的關(guān)系，以及燒成時(shí)的氣氛。其中溫度制度，氣氛制度需要根據(jù)不同產(chǎn)品要求而定，而壓力制度是保證窯爐按照要求的溫度制度與氣氛制度進(jìn)行燒成。（1）以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化為依據(jù)。如氧化鐵和氧化鈦的含量決定了采用不同的燒成氣氛；又如坯釉中氧化分解反應(yīng)、收縮變化、密度變化以及熱重變化等決定采用不同的燒成制度。（2）以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。（3）以窯爐的結(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(yàn)為依據(jù)。三、最佳燒成制度的確定制定燒成制度的依據(jù)：現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（一）、溫度制度及控制溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時(shí)間以及冷卻速度等參數(shù)。（1）坯體水分蒸發(fā)期（室溫~300℃）這階段實(shí)際是干燥的延續(xù)，升溫速度主要取決于坯體的含水率、致密度、厚度和窯內(nèi)實(shí)際溫度以及裝坯量。入窯水分2%的坯件能較快升溫。當(dāng)坯件入窯水分較高，坯件厚度及裝窯密度大時(shí)，應(yīng)采取慢速升溫。特別對(duì)于含結(jié)合粘土多的致密坯體，水份排除困難，在溫差大時(shí)更應(yīng)慢速升溫。三、最佳燒成制度的確定1、各階段的升溫速度現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日升溫速度主要根據(jù)窯內(nèi)溫差以及坯料組成、細(xì)度，坯體的厚度、大小和裝窯密度等因素來(lái)確定。排除結(jié)晶水的溫度范圍（400~600℃）內(nèi)，坯體無(wú)收縮，且保持較大的氣孔率，結(jié)晶水和分解氣體的排除可自由進(jìn)行，有機(jī)物中的碳素也能順利氧化。較多高嶺石粘土的坯體不能升溫太快。隧道窯控制在80~150℃。（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定（2）氧化分解與晶型轉(zhuǎn)化期（300~950℃）現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日這一階段初始，坯體開(kāi)始收縮，釉層開(kāi)始熔化，除要嚴(yán)格控制升溫速度外，還應(yīng)根據(jù)坯釉性能和含鐵、鈦的多少，確定是否需要轉(zhuǎn)換氣氛。一個(gè)氧化保溫過(guò)程.氧化保溫結(jié)束后，坯體中液相量逐漸增加，發(fā)生急劇收縮。坯體各部分收縮不一致或收縮過(guò)大，都會(huì)引起變形或開(kāi)裂，因而升溫速度應(yīng)慢而均勻（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定（3）?；纱善冢?50℃~燒成溫度）現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日確定燒成溫度應(yīng)考慮坯料的化學(xué)組成與細(xì)度、坯料燒結(jié)溫度范圍、升溫速度和保溫時(shí)間等因素。（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成溫度（止火溫度）與保溫時(shí)間的確定氣孔率和燒成收縮率與溫度的關(guān)系1—線收縮曲線2—顯氣孔率曲線坯體隨著溫度升高，950℃以后顯氣孔率急劇降低，收縮增大并趨向致密。這一開(kāi)始劇烈變化的溫度稱為開(kāi)始燒結(jié)溫度。當(dāng)氣孔率接近零時(shí)，坯體致密度達(dá)到最大，這種狀態(tài)成為“燒結(jié)”。相應(yīng)的溫度稱為“燒結(jié)溫度”。溫度繼續(xù)升高，坯體發(fā)生軟化變形甚至發(fā)泡膨脹，這種現(xiàn)象稱為“過(guò)燒”。通常把燒結(jié)開(kāi)始過(guò)燒軟化的溫度區(qū)間稱為“燒結(jié)溫度范圍”?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日在此范圍內(nèi)燒成制品的體積密度及收縮率都沒(méi)有顯著變化。對(duì)于燒結(jié)范圍窄的坯體，適宜選擇下限溫度以較長(zhǎng)的時(shí)間保溫?zé)伞８呋鸨?/p>

其目的是縮小窯內(nèi)各處及制品內(nèi)外的溫差，是坯內(nèi)的物理化學(xué)變化更加完全，坯體組織趨于均一。（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成溫度（止火溫度）與保溫時(shí)間的確定現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日800℃以上坯內(nèi)液相還處于塑性狀態(tài)，故可進(jìn)行快速冷卻。這樣既可防止液相析晶、晶體長(zhǎng)大及低價(jià)鐵的氧化，又可提高制品的機(jī)械強(qiáng)度、白度及釉面光澤度。急冷時(shí)的降溫速度一般控制在150~300℃。800℃以下，由于液相開(kāi)始凝固轉(zhuǎn)變成脆性的固體狀態(tài)，同時(shí)有石英晶型轉(zhuǎn)化，需要緩慢冷卻。冷卻速度一般在40~70℃。至400℃以下，熱應(yīng)力變小，又可以較快速度冷卻，降溫速度可達(dá)100℃以上。但對(duì)含大量方石英的陶器制品，在晶型轉(zhuǎn)化溫度下仍需緩慢冷卻。（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定3、冷卻速度現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日素?zé)郎囟惹€釉燒溫度曲線（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日隧道窯燒成陶瓷的溫度曲線1-窯頂溫度曲線3-車面溫度曲線4-車面溫度曲線2-設(shè)計(jì)溫度曲線現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4、升、降溫速度對(duì)產(chǎn)品性能的影響普通陶瓷坯體在快速加熱時(shí)的收縮要比緩慢加熱的小，因?yàn)榭焖贌蓵r(shí)，熔體為粘土及石英所飽和的時(shí)間不長(zhǎng)，而這類低粘度的熔體尚需一定時(shí)間以發(fā)揮其表面張力的最大效果。（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日普通陶瓷燒成后緩慢冷卻時(shí)，收縮率會(huì)大些，相對(duì)的氣孔率小些。冷卻速度對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響復(fù)雜得多。冷卻速度的快慢對(duì)坯體中晶相的大小，尤其是對(duì)晶體的應(yīng)力狀態(tài)有很大的影響。坯體名稱抗折強(qiáng)度（MPa）急冷（400℃/分）緩冷（15℃/分）75%Al2O3357-408204-285滑石瓷184-224143-163金紅石瓷285-327122-143鈦酸鈣瓷153-255133-184幾種瓷坯的冷卻速度與抗彎強(qiáng)度的關(guān)系（一）、溫度制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（二）、氣氛制度及控制普通陶瓷根據(jù)坯料性能不同，燒成時(shí)可采用氧化氣氛、中性氣氛或還原氣氛。按燒成時(shí)的焰性也稱作氧化焰、中性焰和還原焰。氧的含量8-10%，強(qiáng)氧化焰4-5%，普通氧化焰，1-1.5%中性焰，一氧化碳1.5-2.5%，弱還原焰，2.5-7%強(qiáng)還原焰。三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日陶瓷制品各階段的燒成氣氛必須根據(jù)原料性能和制品的不同要求來(lái)確定。坯體水分蒸發(fā)期（室溫~300℃）對(duì)氣氛沒(méi)特殊要求。在氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300~950℃），為使坯體氧化分解充分，要求氧化氣氛。在玻化成瓷期，（950℃~燒成溫度），陶器、炻器均應(yīng)采用氧化氣氛燒成。

（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定1、各階段的氣氛要求現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日還原氣氛燒成時(shí)轉(zhuǎn)換溫度的確定由強(qiáng)氧化氣氛轉(zhuǎn)強(qiáng)還原氣氛的溫度是燒成中極重要的溫度點(diǎn)。坯、釉配方不同，該溫度亦完全不同，還原過(guò)早，則坯、釉料的分解氧化反應(yīng)不完全，沉碳燒不盡，容易造成釉泡或煙熏缺陷。氣氛轉(zhuǎn)化溫度過(guò)高，表明還原過(guò)遲，此時(shí)坯體燒結(jié)，釉層封閉，還原介質(zhì)就難以滲入坯體，起不到還原作用，并易造成高溫沉碳，從而產(chǎn)生陰黃、花臉、釉泡、針孔及煙熏缺陷。一般確定釉始熔前150℃左右的溫度為轉(zhuǎn)換溫度。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日強(qiáng)還原轉(zhuǎn)弱還原的溫度也很重要。它標(biāo)志著還原結(jié)束，釉料開(kāi)始成熟，此時(shí)還原氣氛過(guò)強(qiáng)，不僅沾污釉面而且浪費(fèi)燃料。采用氧化氣氛低價(jià)鐵又會(huì)重新氧化使制品發(fā)黃。采用中性氣氛雖較理想，但卻難以控制。故強(qiáng)還原后改燒弱還原焰效果較好。強(qiáng)還原必須在釉料開(kāi)始熔融時(shí)（或釉層始熔后10~20℃）結(jié)束。并及時(shí)轉(zhuǎn)換為弱還原氣氛，轉(zhuǎn)換溫度約在1200℃左右。隧道窯燒成瓷器溫度曲線1-氧化氣氛2-強(qiáng)還原氣氛3-還原氣氛4-中性氣氛5-氧化氣氛（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響氣氛會(huì)影響陶瓷坯體高溫下的物化反應(yīng)速度，改變其體積變化、晶粒與氣孔大小、燒結(jié)溫度甚至相組成等，最終得到不同性質(zhì)的產(chǎn)品。（1）.對(duì)日用瓷的影響日用瓷坯體在氧化氣氛和還原氣氛中燒成，會(huì)使它們?cè)跓Y(jié)溫度、最大燒成收縮、過(guò)燒膨脹率、線收縮速率和釉面質(zhì)量等方面都有所變化。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日1）不同氣氛對(duì)燒結(jié)溫度影響坯體在還原氣氛中的燒結(jié)溫度比氧化氛圍中低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于還原氣氛使瓷坯中的鐵大多數(shù)以FeO存在，F(xiàn)eO比Fe2O3的助熔能力強(qiáng)，與SiO2生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽玻璃（FeSiO3）。這樣，液相的表面張力較在氧化氣氛下提高20%左右，這就促進(jìn)了坯體能在較低的溫度下燒結(jié)并產(chǎn)生較大的收縮。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日2)不同氣氛對(duì)坯體過(guò)燒膨脹的影響所有瓷石質(zhì)坯與未加膨潤(rùn)土的長(zhǎng)石質(zhì)坯在還原氣氛中過(guò)燒40oC的膨脹比在氧化氣氛中要小的多，但加入后反而大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：在氧化氣氛中，坯中的硫酸鹽和Fe2O3要到接近坯體燒結(jié)和釉層融化的溫度下才能分解，此時(shí)氣孔已被封閉，氣體不能排出，導(dǎo)致過(guò)燒40℃膨脹就十分顯著。

而在還原氣氛下，這些物質(zhì)的分解溫度可提前到坯、釉處于多孔狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，氣體可以自由逸出。

坯料中含鐵量較高時(shí)，對(duì)碳素的吸附性也較小，所以還原氣氛中過(guò)燒膨脹值較小。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：坯料中含鐵量不高，但彭潤(rùn)土對(duì)碳素的吸附性很強(qiáng)，在還原氣氛中燒成的坯體容易吸附碳素。這些碳素的氧化要推遲到燒成末期，當(dāng)過(guò)燒40℃時(shí)，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的分解，就使過(guò)燒膨脹十分顯著。而在氧化氣氛中加熱有助于在瓷化前燒盡碳素，過(guò)燒40℃雖有少量Fe2O3分解，過(guò)燒膨脹也不明顯。加膨潤(rùn)土的長(zhǎng)石質(zhì)坯在還原氣氛中過(guò)燒40oC的膨脹比在氧化氣氛中要大的多（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日3)不同氣氛對(duì)瓷體線收縮率的影響所有瓷坯在還原氣氛中的最大線收縮速率都比在氧化氣氛中大。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4)氣氛對(duì)瓷坯的顏色和透光度及釉面質(zhì)量的影響a.影響鐵和鈦的價(jià)數(shù)。b.還原氣氛使氧化硅和一氧化碳還原。陶瓷坯料中大多程度不等的含有鐵、鈦等著色化合物。在氧化氣氛中燒成，是制品呈現(xiàn)黃、紅、棕、褐和紫灰等顏色。在還原氣氛中，坯釉的Fe2O3絕大部分被還原為FeO在較低的溫度下與SiO2結(jié)合淡青色易熔的低鐵硅酸鹽，促進(jìn)坯體在較低溫度下燒結(jié)，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相應(yīng)提高了瓷的透光性。但對(duì)含鈦量較多的坯料則應(yīng)避免還原燒成，否則部分TiO2變?yōu)樗{(lán)紫色的Ti2O3,有時(shí)還生成黑色FeO.Ti2O3尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體，從而加深了鐵的著色作用。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日還原氣氛在一定溫度下也可能使SiO2還原生成氣態(tài)的SiO.在較低溫度下也會(huì)按2SiO----SiO2+Si分解。Si在陶瓷制品中會(huì)形成黑斑。還原氣氛中一般含CO，在一定溫度下按2CO----CO2+C分解。CO的分解速度在800℃以上才比較明顯，低于800℃時(shí)要有碳和氧化鐵的催化作用才有可能。因此在還原氣氛中，很可能在坯釉中析出碳而形成黑斑，繼續(xù)升溫將形成坯泡、釉泡和針孔。氮在高溫的還原氣氛中也有形成化合物而溶解在坯釉熔體中的傾向。溶解后再遇到氧化氣氛又會(huì)分離而產(chǎn)生氣泡。但在中性和還原氣氛中不會(huì)產(chǎn)生氣泡。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日我國(guó)北方制瓷原料大多采用二次高嶺土與耐火粘土，含鐵較少而含氧化鈦、有機(jī)物較多，坯體粘性和吸附性較強(qiáng)，適宜用氧化氣氛燒成。南方制瓷原料大多采用原生高嶺土和瓷石，含鐵量較多而含氧化鈦、有機(jī)物較少，粘性和吸附性較小，適宜用還原氣氛燒成。（二）、氣氛制度及控制三、最佳燒成制度的確定2、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（三）壓力制度及控制壓力制度起著保證溫度和氣氛制度的作用。三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（三）壓力制度及控制需考慮溫度、氣氛制度、窯爐結(jié)構(gòu)、燃料性能來(lái)確定。關(guān)鍵：零壓位的控制。1、對(duì)燒油或氣的連續(xù)式窯，零壓點(diǎn)在預(yù)熱帶與燒成帶界面附近。（負(fù)，微正，正）2、對(duì)燒煤窯（自然通風(fēng)），零壓點(diǎn)在燒成帶末端。（負(fù)，正）3、對(duì)隧道窯：氧化氣氛燒成：零壓點(diǎn)在燒成帶與冷卻帶之間。（微負(fù)，正）還原氣氛燒成：零壓點(diǎn)在預(yù)熱帶與燒成帶之間。（負(fù)，微正）三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日（三）壓力制度及控制零壓位控制不當(dāng)?shù)暮蠊?）向燒成帶移動(dòng)，則可能氧化過(guò)久，還原不足。2）向窯頭移動(dòng)，則氧化不足。兩者均出廢品。三、最佳燒成制度的確定現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日燒結(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)陶瓷的窯爐類型很多，同一種制品可在不同類型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結(jié)不同的制品。本節(jié)將介紹常用的間歇式窯爐、連續(xù)式窯和輔助設(shè)備，如：電爐、電隧道窯以及電發(fā)熱元件等。四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.1.間歇式窯爐按其功能新穎性可分為電爐、高溫倒焰窯、梭式窯和鐘罩窯。4.1.1、電爐電爐（electricfurnace）是電熱窯爐的總稱。一般是通過(guò)電熱元件把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽煞譃殡娮锠t、感應(yīng)爐、電弧爐等。四、燒結(jié)設(shè)備箱式電阻爐實(shí)物圖（a）和爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）

管式電阻爐實(shí)物圖（a）和爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）

現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日電弧感應(yīng)加熱爐（arcinductionheating）

熱量主要由電弧產(chǎn)生的電加熱爐，用于人工合成云母、生產(chǎn)氧化鋁空心球及硅酸鋁耐火纖維優(yōu)質(zhì)保溫材料等。電磁感應(yīng)加熱爐（magneticinductionheating）

由于電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而這種感應(yīng)電流因?yàn)閷?dǎo)體的電阻而產(chǎn)生熱能的一種電爐。常利用感應(yīng)爐研制氮化硅等。四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.1.2、高溫倒焰窯（reverseflamekiln）倒焰窯工作流程1-窯室；2-燃燒室；3-灰坑；4-窯底吸火孔；5-支煙道；6-主煙道；7-擋火墻；8-窯墻；9-窯頂；10-噴火口現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.1.3梭式窯（drawerkiln）梭式窯結(jié)構(gòu)示意圖1-窯室；2-窯墻；3-窯頂；4-燒嘴；5-升降窯門；6-支煙道；7-窯車；8-軌道四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.1.4鐘罩窯（bellkiln）該鐘罩窯用于精細(xì)氧化鋁陶瓷高溫?zé)?。采取窯罩升降式，密封性能特別好，可在窯罩下方出裝產(chǎn)品而不受震動(dòng)。窯內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流，采取車下排煙方式，窯內(nèi)溫度非常均勻。采用富氧燃燒技術(shù)，升溫快，節(jié)能效果明顯。序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)及性能說(shuō)明1容積2.0立方2設(shè)計(jì)溫度1750℃3窯內(nèi)溫差≯±5℃4控溫精度≯±2℃5燃料天然氣6燒嘴高速調(diào)溫?zé)欤?只7燃燒方式富氧空氣助燃8升降方式窯罩液壓升降

四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.2連續(xù)式窯連續(xù)式窯爐的分類方法有多種，下面按制品的輸送方式可分為隧道窯、高溫推板窯和輥道窯。與傳統(tǒng)的間歇式窯相比較，連續(xù)式窯具有連續(xù)操作性，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，大大地改善了勞動(dòng)條件和減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了能耗等優(yōu)點(diǎn)。四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.2.1、隧道窯（tunnelkiln）四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日輥道窯是電熱式隧道窯的一種，只是傳遞燒結(jié)樣品的傳遞系統(tǒng)不是傳統(tǒng)的窯車、推板，而是同步轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷或金屬輥棒。每條輥?zhàn)釉诟G外傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)；制品由隧道的預(yù)熱端放置在輥?zhàn)由?，在輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)作用下通過(guò)隧道的預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶。4.2.2輥道窯（rollerkiln）四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日4.3窯爐輔助設(shè)備發(fā)熱元件電爐按爐溫的高低可以分為低溫（工作溫度低于700℃）、中溫（工作溫度為700—1250℃）和高溫（工作溫度大于1250℃）三類。爐溫在1200℃以下，通常采用鎳鉻絲、鐵鉻鎢絲，爐溫為1350—1400℃時(shí)采用硅碳棒；爐溫為1600℃可采用二硅化鉬棒為電熱體。元件的壽命取決于以下三個(gè)因素：正確的安裝，控制合理的升溫降溫速率，元件的碰撞。常見(jiàn)硅鉬棒形狀四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日

4.4新型窯爐熱壓爐4.4.1熱壓燒結(jié)熱壓設(shè)備主要適用于那些考慮低擴(kuò)散性或需要毛細(xì)管結(jié)構(gòu)（機(jī)械性能、熱性能和光性能兼得）的材料，它們是不需要經(jīng)過(guò)超高溫獲得高密度的材料。通過(guò)熱壓工藝不僅能夠輕易的制造出各種常規(guī)形狀（如片裝，圓柱體，長(zhǎng)方體)的工件，還能夠通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，輕易的制造出其它復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。氮化硅,Al2O3,TiC/TiN和硅鋁氧氮陶瓷(刀具,閥組件,軸承,耐摩擦件等).摻鑭鋯鈦酸鉛(PLZT)和其它高性能陶瓷.·

碳化硼(B4C).·

SiC(+Al2O3)陶瓷刀具.四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日溫度：2200℃

壓力：100bar

用于陶瓷產(chǎn)品的高溫氣壓燒結(jié)高溫高氣壓燒結(jié)材料的特性是首先在低壓狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)工藝，然后在常壓下燒結(jié)材料達(dá)到疲勞狀態(tài)，最后是在高氣壓下燒結(jié)（結(jié)果是進(jìn)一步的增加材料疲勞狀態(tài)并迅速的消除材料中的應(yīng)力）。因此在高溫高氣壓燒結(jié)工藝后，材料的各方面機(jī)械性能（硬度，強(qiáng)度，韌性等）都優(yōu)于普通的燒結(jié)工藝。4.4.2氣壓燒結(jié)燒結(jié)氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷，經(jīng)過(guò)此設(shè)備燒結(jié)后具有非常好的機(jī)械性能（可用做刀具，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子及應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)等等）.四、燒結(jié)設(shè)備現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期日放電等離子體燒結(jié)爐（SPS）ＳＰＳ是利用放電等離子體進(jìn)行燒結(jié)的。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵(lì)下的一種物質(zhì)狀態(tài),是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外,物質(zhì)的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體,由大量正負(fù)帶電粒子和中性粒子組成,并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。

4.4.3放電等離子體燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)陶瓷、多功能陶瓷、金屬陶瓷金屬間化合物：TiAl,MoSi2,Si3Zr5,NiAl,NbCo,NbAl,LaBaCuSO4等離子體是解離的高溫導(dǎo)電氣體,可提供反應(yīng)活性高的狀態(tài)。等離子體溫度4000～10999℃,其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài),而且等離子氣體內(nèi)離子化程度很