陶瓷工艺学第8章-烧成课件

陶瓷工艺学第8章-烧成课件本章要点：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；烧成过程中常用的窑具及装窑控制；掌握烧成过程中常见缺陷产生的原因和防止方法；了解一次烧成与二次烧成、低温快速烧成技术。本章要点：烧成对陶瓷坯体按一定规律加热至高温，经过一系列物理化学反应，然后再冷却至室温，坯体的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，最终成为人们预期的、具有某种特定使用性能的陶瓷制品的过程。烧结是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。烧成8.1、一次烧成与二次烧成一次烧成：又称本烧，是指经成型、干燥或施釉后的生坯，在烧成窑内一次烧成陶瓷产品的工艺路线。二次烧成：是指经过成型、干燥的生坯先在素烧窑内进行素烧——第一次烧成，然后经检选、施釉等工序后再进入釉烧窑内进行釉烧——第二次烧成8.1、一次烧成与二次烧成一次烧成：又称本烧，是指经成型、干

一次烧成的特点干生坯直接上釉，入窑烧成，工艺流程简化。劳动强度下降，操作人员减少，劳动生产率提高。由于减少了素烧窑、素检及其附属设施，占地面积小，基建投资减少，烧成设备投资及占地可减少1/3~2/3。节约能源。因为只需烧成一次，燃料消耗和电耗下降。我国生产的瓷器，除青瓷和薄胎瓷外，一般采用一次烧成工艺。但在国外，瓷器绝大多数是二次烧成。一次烧成的特点干生坯直接上釉，入窑烧成，工艺流程简化。我二次烧成的特点

有利于提高釉面光泽度和白度。容易上釉，且釉面质量好。经素烧后坯体机械强度进一步提高，能适应施釉、印花等工序的机械化，降低半成品的破损率。釉烧时收缩较小，有利于防止产品变形。提高了釉烧的合格品，减少原料损失。二次烧成的特点有利于提高釉面光泽度和白度。8.2、坯体在烧成过程中的物理化学变化一、低温阶段（室温~300℃）作用：是排除坯体内的残余水分。结果：粘土质坯体表现为气孔率增加、强度提高；非可塑性原料制成的坯体则表现为疏松多孔、强度降低。特点：坯体内基本不发生化学变化，故对气氛性质无特殊要求。8.2、坯体在烧成过程中的物理化学变化一、低温阶段（室温~3二、中温阶段（300~950℃）中温阶段又称分解与氧化阶段，是陶瓷烧成过程的关键阶段之一。1、氧化反应

a.碳素和有机物的氧化坯釉原料一般含有不同程度有机物和碳素。反应应在釉面熔融、气孔封闭前结束，否则易产生烟熏、起泡等缺陷。

b.铁的硫化物氧化

FeS2是一种十分有害的物质，应在此阶段把它全部氧化成Fe2O3。二、中温阶段（300~950℃）2、分解反应

a.结构水的分解、排除坯料中各种粘土原料和其它含水矿物，在此阶段进行结构水的排除，升温速度对脱除结构水有直接影响，快速升温时，结构水的温度移向高温，而且比较集中。

b.碳酸盐的分解陶瓷坯体中含碳酸盐类物质，其分解温度一般＜1050℃。

c.硫酸盐的分解陶瓷坯体中的硫酸盐，分解温度一般在650℃左右。2、分解反应3、石英的多晶转化和少量液相的生成

石英在配方中一般用量较多，本阶段将发生多晶转化。573℃，β-石英转化为a-石英，伴随体积膨胀0.82％；

900℃附近，长石与石英，长石与分解后的粘土颗粒，在接触位置处有共熔体的液滴生成。

本阶段发生的物理变化：随着结构水和分解气体的排除，坯体质量急速减少，密度减小，气孔增加。

根据配方中粘土、石英含量多少发生不同程度的体积变化。后期由于少量熔体的胶结作用，使坯体强度相应提高。3、石英的多晶转化和少量液相的生成三、高温阶段（950℃~烧成温度）高温阶段是烧成过程中温度最高的阶段。以还原焰烧成为例说明三个阶段物化变化（两点一度）：

1、氧化保温阶段目的：使坯体内氧化分解反应在釉层封闭以前进行彻底。

从氧化保温到强还原的气氛转换温度十分重要，一般控制在釉面熔融前150℃左右，约1000~1100℃

。

2、强还原阶段要求：CO为3%~6%，无过剩氧存在，空气过剩系数α＝0.9

作用：使坯体中Fe2O3还原成FeO；使硫酸盐分解放出SO2。三、高温阶段（950℃~烧成温度）3、弱还原阶段要求：CO为1.5%~2.5%，空气过剩系数α＝0.95

从强还原气氛转换到弱还原气氛温度约1250℃。

此阶段，液相增加，颗粒排列紧密，颗粒间距缩小，坯体逐渐致密。

4、高温阶段物理变化

a)

强度提高；

b)气孔率下降到最小值，吸水率下降；

c)体积收缩，密度增大；

d)色泽改变。3、弱还原阶段4、高温阶段物理变化四、高温保温阶段作用：使坯体内部物化反应进行更加完全，促使坯体的组织结构趋于均一，减小窑炉各处的温差。止火温度：即烧成温度，有一个波动范围。五、冷却阶段

急冷阶段：最高烧成温度(高火保温结束)~850℃。

结果：提高机械强度、光泽度和白度，一般150~300℃/h

缓冷阶段：850℃~400℃。缓慢冷却，一般40~70℃/h

最终冷却阶段：400℃~室温。可快冷，一般100℃/h以上。四、高温保温阶段作用：使坯体内部物化反应进行更加完全，促使坯8.3、烧成窑炉一、烧成窑炉的分类根据燃料分为煤烧窑、油烧窑、气烧窑。根据制品与火焰是否接触可以分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑三种根据烧成的作用可以分为素烧窑、釉烧窑和烤花窑。根据烧成过程的连续与否可以分为：间歇式窑、连续式窑。8.3、烧成窑炉一、烧成窑炉的分类二、间歇式窑

倒焰窑

特点：生产分批间歇进行，窑炉安装、烧、冷、出四个阶段顺序循环。生产方式灵活，由于火焰自上而下加热制品，故水平温度均匀；但倒焰窑热利用较差，燃料消耗高，劳动强度大。这种窑适合烧成批量不大，大件或特殊制品。

二、间歇式窑倒焰窑 特点：生产分批间歇进行，窑炉安装、烧三．连续式窑隧道窑

特点：窑内分为预热、烧成、冷却等若干带，各部位的温度、气氛均不随时间而变化。三．连续式窑隧特点：窑内分为预热、烧成、冷却等若干带，各部辊道窑辊8.4、烧成制度烧成制度：温度制度、气氛制度、压力制度。一、温度制度包括最高烧成温度、升温速度、保温时间、冷却速度等内容。

表示方法：

列表法：便于分析问题，但生产上不便操作。

温度曲线法：直观醒目，方便使用。8.4、烧成制度烧成制度：温度制度、气氛制度、压力制度。一、二、气氛制度

强氧化阶段：过剩O2：4%~5%

强还原阶段：CO：3%~6%

弱还原阶段：CO：1.5%~2.5%气氛制度：是烧成过程中对气氛氧化还原性质的具体要求，通常是规定不同范围O2及CO的浓度，或同时给出空气过剩系数。二、气氛制度强氧化阶段：过剩O2：4%~5%气氛制度：是三、压力制度

零压位：在预热带和烧成带之间，烧成带保持微正压。后移：还原不足；前移：氧化不足。

预热带最大负压：－40~-10MPa，过大说明窑阻力大，易造成漏风扩大窑内上下温差。

窑头微正压：减少窑外冷空气进入。

冷却带压力：一般处于正压，大约15Pa。通常控制的参数：三、压力制度零压位：在预热带和烧成带之间，烧成带保持微正压四、烧成制度拟定制定烧成制度的依据：拟定烧成制度的关键问题是探索在具体烧成设备条件下适于某种产品烧成的最佳热工制度。（1）以坯釉化学组成及其在烧成过程中物理化学变化为依据。（2）以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。（3）以窑炉结构、类型、燃料种类以及装窑方式和装窑疏密为依据。（4）以相似产品的成功烧成经验为依据。四、烧成制度拟定制定烧成制度的依据：拟定烧成制度的关键问题是8.5、烧成缺陷及原因分析一、变形

制品在烧后出现扭曲、歪斜、翘角等不规则形态称变形。

产生原因：原料方面；成型方面；烧成方面。二、起泡

破口的为开口泡，未破的为闭口泡。

原因：氧化泡；还原泡；过烧泡；水边泡8.5、烧成缺陷及原因分析一、变形三、棕眼和桔釉

产生原因：釉面熔化后仍有大量气体排出；生釉面有微裂，高温时不能弥合；釉料始熔温度过低，部分熔釉被多孔坯体吸收；釉料熔化不透。四、色黄、火刺、黑斑、烟熏五、釉裂与剥釉六、釉缕与缺釉七、开裂三、棕眼和桔釉

本章介绍陶瓷坯体从预热、烧成到冷却过程中的物理、化学变化；如何制定窑炉的温度、气氛及压力制度；坯体的一次烧成与二次烧成的特点及选择；介绍了在烧成过程中容易产生的缺陷及防止方法。本章小结本章介绍陶瓷坯体从预热、烧成到冷却过程中的物理、化学变思考题1、陶瓷坯体在烧成过程中要经历哪些物理、化学反应？2、隧道窑的压力制度应如何控制？正压或负压过大、过小有什么危害？

3、什么是一次烧成和二次烧成？4、陶瓷生产中，什么叫“两点一度”？思考题陶瓷工艺学第8章-烧成课件本章要点：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；烧成过程中常用的窑具及装窑控制；掌握烧成过程中常见缺陷产生的原因和防止方法；了解一次烧成与二次烧成、低温快速烧成技术。本章要点：烧成对陶瓷坯体按一定规律加热至高温，经过一系列物理化学反应，然后再冷却至室温，坯体的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，最终成为人们预期的、具有某种特定使用性能的陶瓷制品的过程。烧结是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。烧成8.1、一次烧成与二次烧成一次烧成：又称本烧，是指经成型、干燥或施釉后的生坯，在烧成窑内一次烧成陶瓷产品的工艺路线。二次烧成：是指经过成型、干燥的生坯先在素烧窑内进行素烧——第一次烧成，然后经检选、施釉等工序后再进入釉烧窑内进行釉烧——第二次烧成8.1、一次烧成与二次烧成一次烧成：又称本烧，是指经成型、干

一次烧成的特点干生坯直接上釉，入窑烧成，工艺流程简化。劳动强度下降，操作人员减少，劳动生产率提高。由于减少了素烧窑、素检及其附属设施，占地面积小，基建投资减少，烧成设备投资及占地可减少1/3~2/3。节约能源。因为只需烧成一次，燃料消耗和电耗下降。我国生产的瓷器，除青瓷和薄胎瓷外，一般采用一次烧成工艺。但在国外，瓷器绝大多数是二次烧成。一次烧成的特点干生坯直接上釉，入窑烧成，工艺流程简化。我二次烧成的特点

有利于提高釉面光泽度和白度。容易上釉，且釉面质量好。经素烧后坯体机械强度进一步提高，能适应施釉、印花等工序的机械化，降低半成品的破损率。釉烧时收缩较小，有利于防止产品变形。提高了釉烧的合格品，减少原料损失。二次烧成的特点有利于提高釉面光泽度和白度。8.2、坯体在烧成过程中的物理化学变化一、低温阶段（室温~300℃）作用：是排除坯体内的残余水分。结果：粘土质坯体表现为气孔率增加、强度提高；非可塑性原料制成的坯体则表现为疏松多孔、强度降低。特点：坯体内基本不发生化学变化，故对气氛性质无特殊要求。8.2、坯体在烧成过程中的物理化学变化一、低温阶段（室温~3二、中温阶段（300~950℃）中温阶段又称分解与氧化阶段，是陶瓷烧成过程的关键阶段之一。1、氧化反应

a.碳素和有机物的氧化坯釉原料一般含有不同程度有机物和碳素。反应应在釉面熔融、气孔封闭前结束，否则易产生烟熏、起泡等缺陷。

b.铁的硫化物氧化

FeS2是一种十分有害的物质，应在此阶段把它全部氧化成Fe2O3。二、中温阶段（300~950℃）2、分解反应

a.结构水的分解、排除坯料中各种粘土原料和其它含水矿物，在此阶段进行结构水的排除，升温速度对脱除结构水有直接影响，快速升温时，结构水的温度移向高温，而且比较集中。

b.碳酸盐的分解陶瓷坯体中含碳酸盐类物质，其分解温度一般＜1050℃。

c.硫酸盐的分解陶瓷坯体中的硫酸盐，分解温度一般在650℃左右。2、分解反应3、石英的多晶转化和少量液相的生成

石英在配方中一般用量较多，本阶段将发生多晶转化。573℃，β-石英转化为a-石英，伴随体积膨胀0.82％；

900℃附近，长石与石英，长石与分解后的粘土颗粒，在接触位置处有共熔体的液滴生成。

本阶段发生的物理变化：随着结构水和分解气体的排除，坯体质量急速减少，密度减小，气孔增加。

根据配方中粘土、石英含量多少发生不同程度的体积变化。后期由于少量熔体的胶结作用，使坯体强度相应提高。3、石英的多晶转化和少量液相的生成三、高温阶段（950℃~烧成温度）高温阶段是烧成过程中温度最高的阶段。以还原焰烧成为例说明三个阶段物化变化（两点一度）：

1、氧化保温阶段目的：使坯体内氧化分解反应在釉层封闭以前进行彻底。

从氧化保温到强还原的气氛转换温度十分重要，一般控制在釉面熔融前150℃左右，约1000~1100℃

。

2、强还原阶段要求：CO为3%~6%，无过剩氧存在，空气过剩系数α＝0.9

作用：使坯体中Fe2O3还原成FeO；使硫酸盐分解放出SO2。三、高温阶段（950℃~烧成温度）3、弱还原阶段要求：CO为1.5%~2.5%，空气过剩系数α＝0.95

从强还原气氛转换到弱还原气氛温度约1250℃。

此阶段，液相增加，颗粒排列紧密，颗粒间距缩小，坯体逐渐致密。

4、高温阶段物理变化

a)

强度提高；

b)气孔率下降到最小值，吸水率下降；

c)体积收缩，密度增大；

d)色泽改变。3、弱还原阶段4、高温阶段物理变化四、高温保温阶段作用：使坯体内部物化反应进行更加完全，促使坯体的组织结构趋于均一，减小窑炉各处的温差。止火温度：即烧成温度，有一个波动范围。五、冷却阶段

急冷阶段：最高烧成温度(高火保温结束)~850℃。

结果：提高机械强度、光泽度和白度，一般150~300℃/h

缓冷阶段：850℃~400℃。缓慢冷却，一般40~70℃/h

最终冷却阶段：400℃~室温。可快冷，一般100℃/h以上。四、高温保温阶段作用：使坯体内部物化反应进行更加完全，促使坯8.3、烧成窑炉一、烧成窑炉的分类根据燃料分为煤烧窑、油烧窑、气烧窑。根据制品与火焰是否接触可以分为明焰窑、隔焰窑和半隔焰窑三种根据烧成的作用可以分为素烧窑、釉烧窑和烤花窑。根据烧成过程的连续与否可以分为：间歇式窑、连续式窑。8.3、烧成窑炉一、烧成窑炉的分类二、间歇式窑

倒焰窑

特点：生产分批间歇进行，窑炉安装、烧、冷、出四个阶段顺序循环。生产方式灵活，由于火焰自上而下加热制品，故水平温度均匀；但倒焰窑热利用较差，燃料消耗高，劳动强度大。这种窑适合烧成批量不大，大件或特殊制品。

二、间歇式窑倒焰窑 特点：生产分批间歇进行，窑炉安装、烧三．连续式窑隧道窑

特点：窑内分为预热、烧成、冷却等若干带，各部位的温度、气氛均不随时间而变化。三．连续式窑隧特点：窑内分为预热、烧成、冷却等若干带，各部辊道窑辊8.4、烧成制度烧成制度：温度制度、气氛制度、压力制度。一、温度制度包括最高烧成温度、升温速度、保温时间、冷却速度等内容。

表示方法：

列表法：便于分析问题，但生产上不便操作。

温度曲线法：直观醒目，方便使用。8.4、烧成制度烧成制度：温度制度、气氛制度、压力制度。一、二、气氛制度

强氧化阶段：过剩O2：4%~5%

强还原阶段：CO：3%~6%

弱还原阶段：CO：1.5%~2.5%气氛制度：是烧成过程中对气氛氧化还原性质的具体要求，通常是规定不同范围O2及CO的浓度，或同时给出空气过剩系数。二、气氛制度强氧化阶段：过剩O2：4%~5%气氛制度：是三、压力制度

零压位：在预热带和烧成带之间，烧成带保持微正压。后移：还原不足；前移：氧化不足。

预热带最大负压：－4