现代陶瓷工艺学-第三章

1、3 3 坯体的干燥与排塑工艺坯体的干燥与排塑工艺 坯体干燥的目的干燥的目的在于提高其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行。 干燥：借助热能使坯料中的水分汽化，并由干燥介质带走的过程。 即：坯体与干燥介质间传热、传质过程即：坯体与干燥介质间传热、传质过程3.1 3.1 干燥干燥 3.1.1 3.1.1 水与坯体的结合形式水与坯体的结合形式 3.1.2 3.1.2 干燥过程干燥过程 干燥过程是坯体与干燥介质间通过能量交换和水分交换，坯体水分蒸发并被介质带走，同时坯体表面水分浓度降低，导致表面水分浓度与内部水分浓度形成湿度差，内部水分经颗粒间空隙形成的毛细管网扩散至表面，从而实现坯体中

2、所有机械结合水排除的过程。干燥过程主要包括表面水分汽化过程及干燥过程主要包括表面水分汽化过程及内部水分扩散过程内部水分扩散过程。5.1.2.2 干燥过程中水分的扩散干燥过程中水分的扩散 干燥的实质是水分扩散的过程，是靠内扩散和外扩散来进行的。（1）外扩散：坯体表面的水分以水蒸气形式从表面扩散到周围介质中去的过程，即水分蒸发过程。（2）内扩散：水分在坯体内部进行移动的过程。 根据水分移动的动力不同可有湿传导和热湿传导两种形式。a. 湿传导（湿扩散）b. 热湿传导（热扩散）13时间时间升速阶段升速阶段等速阶段等速阶段 降速阶段降速阶段 平衡阶段平衡阶段 介质温度介质温度21坯体含水率坯体含水率 2

3、干燥速度干燥速度 3坯体表面温度坯体表面温度ABCDO 干燥干燥的四个阶段（按干燥速度分类）的四个阶段（按干燥速度分类）干燥速度取决于干燥速度取决于内部扩散速度和表面汽化速度内部扩散速度和表面汽化速度两个过程两个过程 可分为四个阶段：可分为四个阶段： 1 1、升速阶段、升速阶段 短时间内，坯体表面被加热到等于干燥介质湿球温度的温度，短时间内，坯体表面被加热到等于干燥介质湿球温度的温度，水分蒸发速度很快增大，坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相水分蒸发速度很快增大，坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等。等。 时间短，排除水量不大时间短，排除水量不大 。 2 2、等速干燥阶段、等速干燥阶段 坯体

4、表面蒸发的水分由内部向坯体表面源不断补充，坯体表面坯体表面蒸发的水分由内部向坯体表面源不断补充，坯体表面总是保持湿润。总是保持湿润。 干燥速度不变，坯体表面温度保持不变，水分自由蒸发。干燥速度不变，坯体表面温度保持不变，水分自由蒸发。 到临界水分点后，坯体内部水分扩散速度开始小于表面蒸发速到临界水分点后，坯体内部水分扩散速度开始小于表面蒸发速度，坯体水分不能全部润湿表面，开始降速阶段，体积收缩不大度，坯体水分不能全部润湿表面，开始降速阶段，体积收缩不大 3 3、降速干燥阶段、降速干燥阶段 表面停止收缩，继续干燥仅增加坯体表面停止收缩，继续干燥仅增加坯体内部孔隙。内部孔隙。 干燥速度下降，热能消

5、耗下降，坯体表干燥速度下降，热能消耗下降，坯体表面温度提高。面温度提高。 4 4、平衡阶段、平衡阶段 坯体表面水分达到平衡水分时，干燥坯体表面水分达到平衡水分时，干燥速度为速度为0 0。 干燥最终水分取决与干燥介质的温度干燥最终水分取决与干燥介质的温度和湿度和湿度 干燥时坯体的宏观收缩现象干燥时坯体的宏观收缩现象第一阶段第一阶段：只有收缩水蒸发，无气孔形成，坯体急剧收缩，坯体减小的体积等于水分去除体积。第二阶段第二阶段：收缩水与气孔水同时排除，坯体既产生收缩，又开始形成部分气孔。第三阶段第三阶段：收缩停止，水分排除体积等于形成气孔的体积。坯体的“记忆”现象：是指可塑坯体在干燥过程中有恢复最后一

6、次成型之前形状的趋势（复原现象）。成型中成型中：受力不均，密度、水分不均匀，定向排列受力不均，密度、水分不均匀，定向排列等都会造成干燥等都会造成干燥过程中制品的不均匀收缩。过程中制品的不均匀收缩。 1 1、可塑成型：、可塑成型： 1) 1) 旋坯干燥变型可能性旋坯干燥变型可能性 滚压成型滚压成型 2) 2) 挤制成型：存在颗粒定向排列，泥段轴向、径向干燥挤制成型：存在颗粒定向排列，泥段轴向、径向干燥收缩不同。距中心轴不同位置，收缩不一致，愈远密度越高，收缩不同。距中心轴不同位置，收缩不一致，愈远密度越高，收缩下降。收缩下降。 2 2、注浆成型：、注浆成型： 颗粒定向排列颗粒定向排列 靠近吸浆面

7、（石膏模工作面）靠近吸浆面（石膏模工作面） 致密度提高，水分下降致密度提高，水分下降 远离吸浆面（石膏模工作面）远离吸浆面（石膏模工作面） 致密度下降，致密度下降， 水分提高水分提高 粘结各部件时留下的应力粘结各部件时留下的应力 3 3、压制成型：、压制成型：粉料水分、粉料水分、 堆积、受力不均匀堆积、受力不均匀 3.1.3 3.1.3 成型方法对干燥收缩的影响成型方法对干燥收缩的影响1 1、整体开裂：、整体开裂：沿整个体积，产生不均匀收缩，如超过坯体的临界应力，则沿整个体积，产生不均匀收缩，如超过坯体的临界应力，则导致完全破裂。导致完全破裂。 多见于干燥开始阶段，多见于干燥开始阶段，坯体厚，

8、水分高的坯体开裂几率高坯体厚，水分高的坯体开裂几率高。 2 2、边缘开裂：、边缘开裂：壁薄，扁平的制品多见，边缘干燥速度壁薄，扁平的制品多见，边缘干燥速度 中心部位。中心部位。 多见于坯体表面，边缘张应力多见于坯体表面，边缘张应力 压应力压应力 3 3、中心开裂：、中心开裂：边缘干燥速度边缘干燥速度 中心部位，周边收缩结束，内部仍在收缩中心部位，周边收缩结束，内部仍在收缩，周边限制中心部位收缩，使瞬间边缘受压应力，中心部位受张应力。，周边限制中心部位收缩，使瞬间边缘受压应力，中心部位受张应力。4 4、表面开裂：、表面开裂：内部与表面温度、水分梯度相差过大，产生表面龟裂，坯体内部与表面温度、水分

9、梯度相差过大，产生表面龟裂，坯体吸湿膨胀而釉不膨胀，吸湿膨胀而釉不膨胀， 使釉由压应力转变为张应力。使釉由压应力转变为张应力。 5 5、结构裂纹：、结构裂纹：常见于挤制成型：泥团组成、水分不均常见于挤制成型：泥团组成、水分不均 多见于压制成型：粉料内空气未排除，造成坯体的不连续结构。多见于压制成型：粉料内空气未排除，造成坯体的不连续结构。3.1.4 3.1.4 干燥开裂的类型和产生条件干燥开裂的类型和产生条件 05101520250123456607080空气温度90自由含水率（%） 空气温度与干燥速率的影响空气温度与干燥速率的影响干燥速度和干燥条件（空气的温度、湿度和流动速度）关系干燥速度和

10、干燥条件（空气的温度、湿度和流动速度）关系 05101520253035400.00.10.20.30.475.552.737.321.018.7%湿度相对自由含水率（%） 相对湿度与干燥速度的关系相对湿度与干燥速度的关系 05101520250.000.250.500.751.002m/s1.5m/s1m/s0.5m/s空气流动速度与干燥速度的关系空气流动速度与干燥速度的关系 自由含水率（%）3.1.5 3.1.5 干燥制度干燥制度 干燥制度是坯体进行干燥时的条件总和。它包括干燥时间、进入和排出干燥介质的温度和相对湿度、坯体干燥前的水分和干燥终了后的残余水分等。 1、影响干燥制度(干燥时间）

11、的因素 （1）物料的性质和结构。 （2）坯体的形状和大小。 （3）坯体最初含水量和干燥后残余水分。 （4）干燥介质的温度、湿度和流速。 （5）干燥介质在干燥器中的温度梯度。 （6）干燥器的构造良好，密封情况和操作情况也对干燥时间有很大影响。 吸附阳离子的种类和数量2 2、坯体、坯体干燥残余水分干燥残余水分根据下列因素确定根据下列因素确定 （1）坯体的机械强度应能满足运输装窑的要求；（2）为满足烧成初期能快速升温的要求；（3）为制品的大小和厚度所决定，通常形状复杂的大型和异型制品的残余水分应低些；（4）不同类型烧成窑有不同的要求。 3 3 干燥制度的确定干燥制度的确定 干燥制度是指坯体在各干燥阶

12、段中所规定的干燥速度干燥速度（干燥时间），而干燥速度一般通过介质温度介质温度和湿度湿度、流速流速和流量流量控制。 最佳干燥制度：在最短时间内获得无干燥缺陷的生坯的制度。确定干燥介质参数的依据确定干燥介质参数的依据1. 干燥介质的温度（1）根据坯体组成、结构、尺寸、最终含水率等，确定介质温度，以保证坯体均匀受热。（2）考虑热效率问题。（3）模型、热源和干燥设备的限制。2. 干燥介质的湿度3. 干燥介质的流速和流量3.1.6 3.1.6 干燥方法干燥方法（1）热空气干燥（2）电热干燥 工频交变电流，石墨浆粘结铝电极。 （例如：大型湿坯体原地电热干燥）（3）辐射干燥 高频、微波、红外等电磁辐射。对流

13、干燥 是利用热气（烟气或热空气）的对流传热作用，将热传给坯体，使坯体内的水分蒸发而干燥的方法。制品类型干燥介质温度，相对湿度，%进口出口可塑法成型粘土制品标 型异 型异型硅砖镁质（镁砖、铬镁砖、白云石质）异型砖12014010012015020080120354030354050405075908095最好90 实例：实例：隧道干燥器干燥某些陶瓷坯体的干燥制度隧道干燥器干燥某些陶瓷坯体的干燥制度 总的来说，热扩散方向与湿扩散方向相反，不利于干燥速度提高。可调整干燥制度：分段控制、多次循环、高速送风、脉冲送风等。喷雾干燥原理图及设备工频干燥工频干燥是将工频电流通过坯体进行干燥的方法，属内热式干燥

14、。特点：（1）能实现均匀干燥（2）热扩散、湿扩散方 向一致，干燥速度 快，单位热耗 小。微波干燥微波干燥 是以微波辐射使生坯内极性强的分子，主要是水分子运 动随交变电场的变化而加剧，发生摩擦而转化为热能使生坯干燥的方法。坯体单位时间、单位体积内产生的热量与频率频率、电场强度及坯体的介质损耗有关。（1）均匀快速,热、湿传导方向一致; （2）具有选择性高;（3）热效率;（4）干燥设备体小、轻巧，便于自控（5）具有微波辐射，需进行特殊防护 （6）设备费用高，耗电量大。主要特点：远红外干燥远红外干燥1. 原理 是利用远红外辐射元件发出的远红外线为被加热物体所吸收，直接转变为热能而达到加热干燥的方法。

15、水是红外敏感物质，在红外线的作用下水分子的键长和键角振动，偶极矩反复改变，吸收的能量与偶极矩变化的平方成正比，干燥过程主要是由水分子大量吸收辐射能，因此效率很高。2. 远红外辐射器远红外辐射器管状、灯状、板状等。均由三部分组成：（1）基体（2）基体表面能辐射远红外线的涂层涂层（3）热源及保温装置 金属基体或陶瓷基体：耐火材料、SiC、锆英石、不锈钢、铝合金等。金属氧化物、氮化物、硼化物、硫化物和碳化物等。热源：电加热、煤气加热或燃油加热等。3 . 远红外干燥的优点远红外干燥的优点（1）干燥速度快，生产效率高辐射与干燥几乎同时开始，无明显的预热阶段。（2）节约能源消耗）节约能源消耗（3）设备规模

16、小，建设费用低（4）干燥质量好 远红外线具有一定的穿透能力，表面、内部同时吸收能量，热扩散、湿扩散方向一致，加热均匀。 实例，如：原用80热风干燥要2 h时的生坯，改用远红外干燥，生坯温度约80，仅需10 min。又如卫生器生坯在通风的厂房里要干燥18天，改用近红外干燥仅用1天，再改用远红外干燥，时间和能量消耗又都减少1/2左右。综合干燥综合干燥 生产中根据生坯不同干燥阶段特点，将几种方法综合起来以达到快速干燥的目的的方法。 例如： 大型注浆坯先在原地用电热干燥，达到降速阶段移入干燥器，施釉之后再用远红外辐射干燥，并准备烧成。 英国带式快速干燥器也属于联合干燥器的类型。生坯用带式运输、红外与热

17、风交替干燥。当用红外线辐射生坯时显著提高水分温度，加速内扩散；然后移动位置改用热风喷吹，加速外扩散。当生坯湿度梯度偏大时又转入下一次红外辐射，达到临界水分全以热风喷吹，也不会产生缺陷了。3.2 3.2 排塑排塑排塑（胶、蜡）：排除粘结剂的过程。3.2.1 3.2.1 排塑的目的和作用排塑的目的和作用 粘结剂的影响：有机粘结剂的熔化、分解、挥发导致坯体缺陷。粘结剂还原性气氛的影响等。排塑作用：（1）排除坯体中粘结剂，为烧成创造条件；（2）使坯体获得一定的机械强度；（3）避免粘结剂在烧成时的还原作用。埋粉（吸附剂）埋粉（吸附剂） 作用：作用： 包围坯体，并能将熔化的塑化剂及时吸附并蒸发出来。 基本要求：基本要求： 多孔性、有一定吸附能力和流动性、能包围坯体、在一定温度范围内不与坯体