第十二章_陶瓷的烧成

1、第十二章第十二章 烧烧 成成 烧成烧成是指坯体在高温下发生一系列物理化学反 应，使坯体矿物组成与显微结构发生显著变化， 外形尺寸固定，强度提高，最终获得某种特定 使用性能陶瓷制品的过程。 6/1 12/2 掌握陶瓷坯体在烧成过程中各温度段所经 历的主要物理、化学变化； 了解坯体在烧成过程中显微结构的变化与 釉层的形成； 烧成过程中常用的烧成设备的结构和特点； 掌握烧成过程中常见缺陷产生的原因和预 防措施。 学习要点 第一节第一节 烧成过程中的物理化学变化烧成过程中的物理化学变化 低低温温阶阶段段 室室温温3 30 00 0 中中温温阶阶段段 3 30 00 09 95 50 0 高高温温阶阶段

2、段 9 95 50 0烧烧成成温温度度 冷却 阶 段 烧成 温 度 室 温 坯体 烧 成 过 程 烧结类型烧结类型物质迁移机理物质迁移机理驱动能驱动能 气相烧结蒸发凝聚蒸汽压差 固态烧结扩散自由能或化学位差 液相烧结粘滞流动、扩散毛细管压力、表面张力 反应液相烧结粘滞流动、溶解沉淀 毛细管压力、表面张力 一、低温阶段一、低温阶段 （室温-300） 水分蒸发期，为继续干燥阶段 物理变化脱残余水分；坯体少量收缩，气孔率增大。 坯体含水量对坯体升温的影响坯体含水量对坯体升温的影响 1、水量过大，蒸发引起过大内应力，导致坯体开裂。 2、坯体表面凝水，导致局部膨胀，造成水迹和开裂； 3、与SO2作用产生

3、在坯体表面产生白霜； 防范措施：防范措施： 水分含量3%, 严格控制升温速度； 水分含量1%, 可以加速升温；一般控制在2； 加强通风，提高干燥速度；控制烟气温度，防止凝水； 二、中温阶段二、中温阶段（300-950） 分解氧化和晶型转化期 1、结构水的排除 2、碳酸盐分解 3、碳素、有机质和硫化物氧化 4、石英的晶型转变和少量液相的形成 O2H2SiOOAlO2H2SiOOAl 2232 600400 2232 2 950730 33 2 1050850 32 850500 3 COMgOCaOCaCOMgCO COCaOCaCOCOMgOMgCO 2322222 2 4SOO2Fe7O4F

4、eSSOFeSOFeS 2COO2C 三、高温阶段三、高温阶段（950-最高烧成温度) 三价铁还原成二价铁，与二氧化硅反应形成硅酸铁。 FeO+SiO2=FeSiO3（1150） 硫酸盐分解释放二氧化硫在釉面玻化前排出。 CaSO4+CO=CaSO3+CO2 ，CaSO3=CaO+SO2 转变点低于釉料始熔温度150, CO浓度3%5% 玻化成瓷期，坯体开始烧结，釉层开始熔化 1. 氧化保温阶段（氧化保温阶段（9501020 ） 促使中温阶段各反应反应完全，使窑内温度均匀； 2. 强还原阶段（强还原阶段（10201150 ） 3弱还原阶段弱还原阶段(1150-烧成温度）烧成温度） 防止燃烧不充

5、分造成残碳，趋于中性气氛 非晶态（玻璃相）增多，液相的表面张力使颗粒相互 拉近，坯体逐渐致密；熔解Al2O3+SiO2生成莫来石， 形成骨架，增加坯体强度。 高温阶段瓷坯的特点：高温阶段瓷坯的特点： 1）强度增大； 2）吸收率和孔隙率降低； 3）体积收缩； 4）光泽度增加。 避免升温过快，控制还原气氛的浓度，减小窑内温差 四、高温保温阶段四、高温保温阶段 n一般陶器：11501250，时间1小时； n精陶： 12201250，时间23小时； n日用瓷： 12801400，时间12小时； n釉面砖： 11501250，时间1分钟； 1、促使物化反应完全； 2、使坯体内部的玻璃相，生成的新相和未熔

6、融石英 可以进一步分散和反应，改善微区结构，保证固 相物质与液相能够均匀分布； 3、促进莫来石晶体生长，增强坯体强度； 4、减小窑内温差。 五、冷却阶段五、冷却阶段 400室温; 可以快冷，含有大量 方石英的坯体应缓冷,速率可大于 100/h; 急冷急冷 缓冷缓冷 终冷终冷 烧成温度850；降低成本，防 止析晶和低价铁再氧化，提高坯体 强度，速率为150300/h; 850400；注意石英相变，冷却 速率不宜过大, 速率为4070/h; 第二节第二节 烧成设备烧成设备 燃料燃料 火焰与制火焰与制 品的位置品的位置 烧成作用烧成作用烧成过程烧成过程 固体燃料窑 液体燃料窑 气体燃料窑 电为能源窑

7、 明焰窑 隔焰窑 半隔焰窑 素烧窑 釉烧窑 烤花窑 间歇式窑 连续式窑 一、倒焰窑（老式间歇式窑炉）一、倒焰窑（老式间歇式窑炉） 特点：特点：生产方式灵活，结构简单，温差小，但周期长， 劳动强度大，热效率低，适合多种制品的烧制 。 二、梭式窑和钟罩窑（现代间歇式窑炉）二、梭式窑和钟罩窑（现代间歇式窑炉） 1）间歇式窑生产制度灵活，窑可靠近生产制品 的地点砌筑安装，缩短运输线路。 2）设备投资低。 3）燃料消耗比与普通间歇窑低，动力消耗少， 费用低，砌筑安装更加方便。 4）可以通过光电控制机构对温度和窑内气氛进 行调节，大大减少上釉产品的烧成缺陷。 5）降低劳动强度，改善劳动环境。 新型的间歇式

8、窑具有下列优点：新型的间歇式窑具有下列优点： 三、隧道式窑（连续式窑炉）三、隧道式窑（连续式窑炉） 隧道窑的优点：隧道窑的优点： 1生产连续化，周期短，产量大，质量高； 2利用逆流原理工作，热利用率高，燃料消耗低； 3改善劳动条件，减轻了劳动强度； 4窑体使用寿命长，一般57年才修理一次。 不足之处：不足之处： 1、隧道窑建造所需材料和设备较多，一次投资较大。 2、烧成制度不宜随意变动，一般只适用大批量生产和对 烧成制度要求基本相同的制品灵活性轻差。 3、隧道窑设备维修和管理工作量较大。 四、辊道式窑四、辊道式窑 优点：优点： 升温快，温度分布均匀， 上下温差小于5； 易实现自动化和机械化 不

9、用蓄热量大的窑车， 热量消耗小，操作简单。 适于扁平，小型制品 缺点：缺点： 不适合烧制高大的制品， 最高温度为1300，不适 合烧制高温制品。 第三节第三节 烧成制度烧成制度 温度制度 压压力力制制度度气气氛氛制制度度 烧成制度 一、烧成制度的拟订一、烧成制度的拟订 目的：最佳热工制度，达到高产低耗 坯料在加热过程中的性状变化坯料在加热过程中的性状变化 坯体形状，厚度和入窑水分坯体形状，厚度和入窑水分 薄壁小件-快烧；厚壁大件-缓烧 窑炉结构，燃料性质，装窑密度窑炉结构，燃料性质，装窑密度 是实现烧成制度的重要因素。 烧成方法烧成方法 同一种坯体采用不同的烧成方法时， 要求的烧成制度各不相同

10、。 二、温度制度二、温度制度温度与时间的关系 升温速度升温速度 烧成温度烧成温度 保温时间保温时间 冷却速度冷却速度 升温速度升温速度 取决于热应力与抵抗热应力的能力 烧成温度烧成温度 升温速度升温速度 陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的 相应温度，即烧成时的止火温度， 实际上是一个允许的温度范围，称 为烧成范围 升温速度升温速度 烧成温度烧成温度 保温时间保温时间 冷却速度冷却速度 烧成温度烧成温度 烧成温度 （） 相 组 成 （%） 气孔体积 （%） 玻璃相 莫来石 石 英 12103619423 1270382337213504822291 长石质瓷坯不同温度下的相

11、组成长石质瓷坯不同温度下的相组成 烧成温度的确定，主要应取决于配方 组成、坯料细度和产品的性能要求， 同时还与烧成时间相互制约。 升温速度升温速度 烧成温度烧成温度 保温时间保温时间 冷却速度冷却速度 保温时间保温时间 在烧成温度或稍低于此温度的某一温度下保 持一定的时间，一方面使物理化学变化更趋 完全，另一方面保证组织结构均匀一致。 冷却速度冷却速度 保温时间保温时间 取决于坯体的应力状况 玻璃相多高温快冷，低温缓冷 晶形转变多转变温度附近缓冷 厚大坯体缓冷防开裂 隧道窑煅烧日用瓷的温度曲线 实线窑顶温度曲线； 虚线设计温度曲线； 车面温度曲线； 车下温度曲线 三、气氛制度三、气氛制度 强氧

12、化气氛： O2810%, a=1.62.5 氧化气氛： O2=25%, a=1.21.5 中性气氛： O2=15%, CO12，a=0.991.05 弱还原气氛： O21%, CO1.52.5， a=0.95 强还原气氛： O21%, CO37， a=0.90 由烟气中游离氧和还原成分的含量确定 ) N 0.5COO 3.761/(1a 2 2 空气过剩系数 气氛对陶瓷坯体过烧膨胀的影响气氛对陶瓷坯体过烧膨胀的影响 气氛对坯体的烧结温度和收缩的影响气氛对坯体的烧结温度和收缩的影响 气氛对坯的颜色和透光性及釉层质量的影响气氛对坯的颜色和透光性及釉层质量的影响 a. 影响Fe,Ti的价数，氧化气氛

13、下析出胶态 Fe2O3使坯体显黄色；还原气氛下FeO形成 玻璃相坯体呈淡青色； 还原气氛下，TiO2Ti2O3显蓝或紫色； b. 在还原气氛下SiO2和CO分别还原为Si和C， 使制品表面产生黑斑。 气氛对升温和窑内温差的影响气氛对升温和窑内温差的影响 氧化焰温差大；还原焰温差小； 三、压力制度三、压力制度压力与温度的关系压力与温度的关系 负压有利于氧化气氛 正压有利于还原气氛 隧道窑烧成曲线隧道窑烧成曲线 第四节第四节 烧成缺陷烧成缺陷 开 裂 开 裂 1.1.入窑前已裂：入窑前已裂： n成型设计不合理；干燥速度过快；装窑不 当。 2.2.烧后坯釉同时裂开：烧后坯釉同时裂开： n入窑含水量过

14、大，升温快，水分排出过急， 开裂范围大，裂口规则，断面粗糙但不锋 利，色黄； n高温阶段升温过快，坯体收缩过大，裂口 平整，范围小，不锋利，白色泛黄； n冷却阶段降温过快，裂纹细长，裂口断面 光滑，锋利，色白； 变 形 原料：原料：塑性粘土多；挤泥颗粒定向排列， 溶剂过多； 成型：成型：成型应力；坯体密度不均；脱模 外力致应力； 烧成：烧成：装窑不当；烧成温度过高，窑内 温差大，受热不均 坯泡坯泡：氧化泡似小米粒，断面呈灰黑色； 还原泡比氧化泡大，断面发黄； 釉泡釉泡：较小，位于釉层表面，位于边缘或 棱角处又称水边泡，坯体或釉料 可溶盐过多造成。 起 泡 棕眼 桔釉 由釉料熔化坯体气体释放不尽造成微 细针孔，釉泡破裂后不能填平釉面