【大學課件】陶瓷材料工藝學 燒成

陶瓷材料工藝學燒成陶瓷材料工藝學燒成是陶瓷材料生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，涉及多種工藝和參數(shù)。本課程將深入探討燒成過程中的物理化學變化、工藝控制、質量管理等方面內容。燒成的定義與目的定義燒成是指將陶瓷坯體在高溫下進行熱處理，使坯體中的原料發(fā)生物理化學變化，從而獲得具有一定強度、密度和性能的陶瓷制品的過程。目的燒成的目的是將陶瓷坯體中的水分蒸發(fā)，使坯體中的粉末顆粒發(fā)生燒結，形成致密的陶瓷結構，從而提高陶瓷制品的強度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性等性能。燒成的分類及工藝特點1一次燒成一次性燒成，坯體與釉料一起燒成，效率高，但工藝要求高。2二次燒成先燒坯體，再燒釉料，工藝相對簡單，適用于釉料性能要求高的陶瓷。3多次燒成特殊陶瓷，例如多層結構，需要多次燒成，以控制每個層的燒結溫度。燒成溫度的確定因素描述陶瓷材料不同陶瓷材料的熔點和燒結溫度不同，需要根據(jù)材料特性確定燒成溫度。坯體配方坯體中不同組分的比例和性質會影響燒成溫度。燒成氣氛氧化性氣氛和還原性氣氛對燒成溫度有影響。產(chǎn)品要求不同產(chǎn)品的性能要求，例如強度、氣密性、耐熱性等，也會影響燒成溫度。慢燒與快燒1慢燒燒成時間長，升溫速度慢2快燒燒成時間短，升溫速度快慢燒可以使坯體均勻受熱，減少坯體內部應力，提高制品強度和致密度。快燒可以縮短燒成周期，提高生產(chǎn)效率。選擇慢燒還是快燒取決于產(chǎn)品類型和生產(chǎn)要求。氧化性燒成與還原性燒成氧化性燒成在過量空氣或氧化氣氛下進行燒成，有利于氧化物的形成，提高陶瓷材料的強度和耐用性。還原性燒成在缺氧或還原性氣氛下進行燒成，有利于金屬元素的還原，改變陶瓷材料的色澤和性能。燒成過程中的相變固相轉變陶瓷材料在燒成過程中，會經(jīng)歷一系列的固相轉變，包括晶型轉變、晶粒長大、固溶體形成等。液相轉變對于含有多種氧化物的陶瓷材料，在高溫下會形成液相，液相的形成會促進材料的致密化和燒結。氣相轉變一些陶瓷材料在燒成過程中會發(fā)生氣相轉變，例如，某些氧化物在高溫下會揮發(fā)，從而改變材料的成分和性能。燒成過程中的物理化學變化燒成過程是陶瓷材料發(fā)生物理化學變化的關鍵階段。高溫下，坯體中的水分蒸發(fā)，有機物分解，無機物發(fā)生固相反應，形成新的礦物相。同時，坯體發(fā)生收縮，孔隙率降低，強度和硬度提高。主要物理變化包括：水分蒸發(fā)、有機物分解、收縮、孔隙率降低、強度和硬度提高等。主要化學變化包括：無機物發(fā)生固相反應，形成新的礦物相。燒成溫度控制的重要性產(chǎn)品質量溫度直接影響陶瓷的物理性質，如密度、強度和氣孔率，控制溫度可確保產(chǎn)品質量穩(wěn)定。能源消耗溫度控制可優(yōu)化燒成過程，降低能源消耗，提升生產(chǎn)效率。環(huán)境保護控制溫度可以減少有害氣體的排放，降低環(huán)境污染。燒成溫度測量方法1熱電偶2光學高溫計3紅外測溫儀燒成溫度測量的注意事項準確性選擇合適的溫度計和測量方法，并定期校準以確保測量結果的準確性。位置選擇合適的測量位置，確保溫度計能準確反映窯爐內的實際溫度。保護保護溫度計免受高溫、灰塵和振動的影響，以延長使用壽命?？煽責傻年P鍵因素1溫度控制精確控制溫度曲線，確保材料在每個階段獲得最佳熱處理。2氣氛控制通過調節(jié)窯爐內氣氛，控制材料的氧化還原反應。3升溫速率控制升溫速率，避免材料內部產(chǎn)生熱應力，確保均勻燒結。4保溫時間根據(jù)材料特性和燒成溫度，確定合適的保溫時間，保證燒成效果?？煽責傻墓に嚵鞒淘牧蠝蕚溥x擇優(yōu)質原材料，并進行預處理，如粉碎、混合等，以確保原料的均勻性和一致性。成型根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的形狀和尺寸，采用不同的成型方法，如壓制、注漿、擠出等，制成坯體。干燥將成型后的坯體進行干燥，以去除坯體中的水分，防止燒成過程中出現(xiàn)裂紋或變形。預燒在正式燒成之前，對坯體進行預燒，以提高坯體的強度和穩(wěn)定性，降低燒成過程中產(chǎn)生的應力。正式燒成將預燒后的坯體放入窯爐中，按照預定的溫度曲線進行燒成，使坯體發(fā)生物理和化學變化，形成陶瓷產(chǎn)品。冷卻燒成完成后，將陶瓷產(chǎn)品緩慢冷卻，以防止因溫度驟降而產(chǎn)生裂紋。檢驗對燒成后的陶瓷產(chǎn)品進行檢驗，確保產(chǎn)品符合質量標準?？煽責傻奶攸c與優(yōu)勢精確控制溫度和氣氛?？s短燒成時間。提高產(chǎn)品質量。節(jié)約能源消耗?？煽責稍趯嶋H中的應用可控燒成技術廣泛應用于各種陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)中，例如:日用陶瓷建筑陶瓷電子陶瓷結構陶瓷窯爐結構與分類隧道窯連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)能環(huán)保梭式窯適用于小批量、多品種生產(chǎn)輥道窯適合大規(guī)模生產(chǎn)，效率高匣缽窯用于生產(chǎn)特殊陶瓷制品窯爐傳熱的基本原理傳導熱量通過物質直接接觸傳遞，溫度高的物體將熱量傳遞給溫度低的物體，例如窯爐內壁與陶瓷坯體的直接接觸。對流熱量通過流體介質的運動傳遞，例如窯爐內熱氣流對陶瓷坯體的加熱。輻射熱量通過電磁波傳遞，例如窯爐內高溫燃燒火焰或發(fā)熱元件對陶瓷坯體的輻射加熱。不同類型窯爐的特點隧道窯連續(xù)生產(chǎn)，效率高，節(jié)能環(huán)保，適用于大批量生產(chǎn)。輥道窯適用于生產(chǎn)板狀、管狀等形狀的陶瓷制品。梭式窯結構緊湊，可實現(xiàn)快速升溫降溫，適用于生產(chǎn)小型陶瓷制品。電窯加熱均勻，溫度控制精確，適用于生產(chǎn)高精度陶瓷制品。窯爐結構設計的要求耐高溫性窯爐需要承受高溫，結構材料必須具有良好的耐高溫性能。熱效率窯爐結構設計應優(yōu)化熱效率，減少熱量損失，提高燃料利用率。易于維護窯爐結構應方便維修和保養(yǎng)，減少停機時間和維護成本。窯爐工藝參數(shù)的優(yōu)化溫度控制根據(jù)陶瓷材料種類和燒成工藝要求，優(yōu)化溫度曲線，確保坯體均勻燒成。升溫速度控制升溫速度，避免坯體因熱應力過大而開裂或變形。保溫時間根據(jù)坯體燒結特性，控制保溫時間，確保坯體充分燒結，達到最佳性能。燒成過程中的能量消耗燃料電力其他燒成是陶瓷生產(chǎn)中最耗能的環(huán)節(jié)之一，燃料消耗占總能耗的60%。燒成過程中的環(huán)境影響空氣污染燒成過程中產(chǎn)生的煙氣和粉塵會污染空氣，影響周圍環(huán)境和居民健康。水污染燒成過程中產(chǎn)生的廢水會污染水體，影響水質和生態(tài)環(huán)境。噪聲污染燒成過程中的設備運行會產(chǎn)生噪聲，影響周圍環(huán)境和居民生活。燒成過程中的質量控制1原料控制嚴格控制原料的成分、粒度和水分，確保原料的均勻性和穩(wěn)定性。2成型控制控制坯體的尺寸、形狀和密度，確保成型后的坯體符合要求。3燒成過程控制控制燒成溫度、升溫速率和保溫時間，確保燒成過程的穩(wěn)定性和可控性。燒成質量問題的診斷與預防仔細觀察檢查陶瓷產(chǎn)品表面是否有裂紋、氣泡、變形等缺陷。分析原因根據(jù)缺陷類型和位置，分析燒成過程中的問題，例如溫度控制、原料配比、窯爐設計等方面。預防措施針對分析結果，采取有效的預防措施，例如調整燒成曲線、優(yōu)化原料配比、改進窯爐結構等。常見燒成缺陷及其原因分析裂紋燒成溫度過高或升溫過快、冷卻速度過快、坯體干燥不充分、釉料配比不當?shù)取Ｓ悦嫒毕萦粤吓浔炔划?、燒成溫度過高或過低、釉層過厚或過薄、窯爐氣氛控制不當?shù)取Ｗ冃闻黧w配方不合理、燒成溫度過高、坯體干燥不充分、支撐物不穩(wěn)定等。色差原料質量波動、燒成溫度不穩(wěn)定、窯爐氣氛控制不當、釉料配比不合理等。燒成質量提升的措施工藝優(yōu)化調整燒成溫度曲線，優(yōu)化升溫速率和保溫時間，以確保陶瓷坯體充分燒結。材料控制嚴格控制原料的質量，特別是粒度、成分和水分，以減少燒成過程中的缺陷。設備維護定期維護和保養(yǎng)窯爐設備，確保其正常運行，并及時更換磨損的部件。質量檢測建立完善的質量檢測體系，對燒成過程進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理質量問題。燒成工藝的發(fā)展趨勢智能化燒成工藝正在朝著智能化方向發(fā)展，采用傳感器和人工智能技術監(jiān)測和控制燒成過程，提高效率和產(chǎn)品質量。節(jié)能環(huán)保隨著能源成本上升和環(huán)保意識增強，節(jié)能環(huán)保成為燒成工藝發(fā)展的重要方向，例如使用新型節(jié)能窯爐和優(yōu)化燒成工藝參數(shù)。定制化隨著個性化需求的增加，燒成工藝需要更加靈活和定制化，滿足不同產(chǎn)品和用戶的特殊要求。燒成工藝的未來展望1智能化自動化、數(shù)字化控制燒成過程，提高效率和穩(wěn)定性。2節(jié)能環(huán)保開發(fā)新型窯爐和燒成技術，降低能耗，減少污染排放。3個性化定制滿足市場對陶瓷產(chǎn)品個性化