生产过程原理第七章烧成

上节回顾1.注浆成型空心注浆和实心注浆两种压力注浆、真空注浆、离心注浆水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏磷酸钠等都符合以上条件。

常用电解质——使同样含水量的泥浆变稀2.可塑成型利用模具或刀具等运动所产生的外力（如压力、剪切、挤压等）使可塑泥料产生塑性变形而制成某种形状的制品，称为可塑成型。上节回顾3.压制成型压制成型对粉料的要求（1）体积密度要大应尽量提高粉料的体积密度：1）造粒

2）调整颗粒级配（2）流动性要好（3）含水量要合适，并且水分要均匀（4）易碎性无机非金属材料生产过程的共性与个性

典型生产工艺流程7脱水与干燥第一节概述原料或半成品中含有高于工艺要求的水分，需要脱去的部分水分，以满足生产工艺的要求。

脱水：(1)重力脱水；

(2)机械脱水；(3)加热水分蒸发。

干燥：也称为烘干,用加热的方法除去物料中部分物理水分的过程。干燥过程被广泛地应用于无机非金属材料的生产过程当中。干燥作用：（1）提高粉磨效率；（2）满足成型需要；（3）防止产品开裂或变形。

分为：自然干燥和人工干燥（机械干燥）。

自然干燥特点：不消耗动力和燃料，操作简便，但是干燥速度慢，产量低，劳动强度高，受气候条件的影响大，不适合于工业规模的生产。

人工干燥特点：干燥速度快，产量大，不受气候条件的限制，便于实现自动化，适合于工业规模的生产。

人工干燥的加热方式：（1）外热源法；（2）内热源法。

外热源法：是指在物料的外部对物料表面加热使物料受热，蒸发水分，而得以干燥。外热源法的加热方式：（a）对流加热;（b）辐射加热;（c）对流-辐射加热。

内热源法：是将湿物料放在高频交变的电磁场中或微波场中，使物料本身的分子产生剧烈的热运动发热或使交变电流通过物料而产生热量，物料中水分蒸发，得以干燥。最为广泛的还是外热源法中的对流加热，加热物料的介质为干燥介质，干燥介质通常是热空气或热烟气。

浆体的脱水是用重力或机械脱水的方法或喷雾干燥的方法来进行。

粉状物料或坯体的脱水则通常是用干燥的方法来完成。

普通粉状物料的干燥通常采用回转式、流态化式、悬浮式等类型的烘干设备。坯体则通常采用烘房、隧道式、链式、转盘式、推板式等烘干设备。第二节干燥燥的物理过程程一、物料中水水分的性质（一）化学结结合水以结晶水的形形态存在于物物料的矿物分分子中，如高高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O）中的结晶晶水。结合最最为牢固，干干燥工艺中一一般不予考虑虑。（二）物理化化学结合水吸附水（通过过物料表面吸吸附形成的水水膜以及水与与物料颗粒形形成的多分子子和单分子吸吸附层水膜））、渗透水（（依靠物料组组织壁内外间间的水分浓度度差渗透形成成的水）、微微孔水（半径径小于10-8m）、毛细管管水（半径介介于10-8～10-6m）以及结构构水（存在于于物料组织内内部的水分，，如胶体中水水或层间水））。吸附水与物料料的结合为最最强。在物理化学结结合水的排除除阶段，物料料基本上不产产生收缩，用用较高的干燥燥速度也不会会使制品产生生变形或开裂裂。物理化学结合合水又称为大气吸附水，与物料的结结合较化学结结合水要弱，，可以部分排排除。（三）机械结结合水润湿水、大孔孔隙水及粗毛毛细管水（半半径大于10-5m）。与物料料的结合最弱弱，干燥过程程中被排除。。也称为自由水。注意收缩。按干燥过程中中水分排除的的限度来分，，可以将物料料中的水分为为平衡水分和和可排除水分分。平衡水分:湿湿物料在干干燥过程中其其表面水蒸气气分压与干燥燥介质中水蒸蒸气分压达到到动态平稳时时，物料中的的水分就不会会继续减少，，此时物料中中的水分就称称为平衡水分分，可排除水分:高于平衡衡水分的水分分称为可排除除水分。温度度越高，湿度度越低，物料料中的平衡水水分越低。二、物料干燥燥过程物料干燥：加加热、外扩散散和内扩散。。外扩散：物料表面的的水分就要向向干燥介质中中扩散（蒸发发）的过程。。内扩散过程（湿扩散散）：物料内内部的水分就就要向物料表表面迁移的过过程。干燥过程可以以分为三个阶阶段：（1）加热阶阶段；（2）等速干干燥阶段；（3）降速干干燥阶段。平衡阶段（一）加热阶阶段在干燥的初期期阶段，干燥燥介质传给物物料的热量大大于物料中水水分蒸发所需需热量，物料料温度升高，，水分蒸发量量升高，达到到一种动态平平衡。（二）等速干干燥阶段在等速干燥阶阶段，干燥介介质传给物料料的热量等于于物料中水分分蒸发所需热热量，所以物物料温度保持持不变。内扩扩散速率大于于外扩散速率率，又称为外外扩散控制阶阶段。主要是机械水水的排除，干干燥速率过大大会发生因物物料体积收缩缩而引起的制制品变形或开开裂事故，应应加以注意。。（三）降速干干燥阶段内扩散速率小小于外扩散速速率，物料表表面不再保持持湿润，称为为内扩散控制制阶段。当物料的水分分达到平衡水水分时，干燥燥速率降到零零，这时干燥燥过程终止。。三、干燥速率率的影响因素素（一）外扩散散速率干燥介质及生生坯表面的蒸蒸气分压、干干燥介质及生生坯表面的温温度，干燥介介质的流速和和方向，生坯坯表面粘滞气气膜的厚度、、热量的供给给方式、干燥燥方法。1、干燥介质质的温度干燥介质的温温度t↑，物物料与介质的的温度差△t↑，传热速速度↑，传热热量Q↑，干干燥速度v↑↑2、干燥介质质的湿度介质的相对湿湿度Ψ↓，水水分汽化速度度↑，干燥速速度w↑。3、干燥介质质的流速介质的流速w↑，q对流流↑，干燥速速度v↑；流流体与物料表表面的层流底底层厚度δ层层↓，对传热热、传质都有有利。w↑↑，物料料飞扬损失↑↑，介质热利利用率↓，流流体阻力↑，，能耗↑。一般出口风速速：1.5～～3.0m/s。4、干燥介质质与物料的接接触面干燥介质与物物料的接触面面F↑，干燥燥速度v↑。。增加接触面的的方法：①将将固体物料破破碎②使物料悬浮浮在干燥介质质中干燥③在回转烘干干机内增加扬扬料板5、物料的性性质、结构物料的性质、、结构不同，，它的化学组组成与水的结结合方式不同同，有的物料料以非结合水水为主，有的的物料以结合合水为主。物料中结合水水↑，干燥时时间↑，干燥燥速度↓。6、物料的水水分量物料的初水分分、终水分、、临界水分决决定着等速阶阶段、降速阶阶段的长短，，影响干燥时时间，即影响响干燥速度。。7、干燥机的的构造合理的尺寸、、结构型式，，良好的密封封和操作情况况，以及适当当地提高回转转烘干机的转转速，将有利利于提高干燥燥速度速度，，缩短干燥时时间。（二）内扩散散速率内因：含水率率、生坯的组组成与结构等等。外因：生坯温温度内扩散：湿扩扩散、热扩散散。湿扩散是指在水分浓浓度差的作用用下，水分从从物料内浓度度高的的地方方向浓度低的的地方的迁移移过程。湿扩扩散速率与物物料制品的厚厚度有关，因因此减薄制品品的厚度可以以提高干燥速速率。热扩散是指在温度差差的作用下，，水分从物料料内温度高的的地方向温度度低的地方的的迁移过程。。用内部加热方式，物物料内部温度度高于表面温温度，热扩散散成为干燥的的动力。应尽尽可能采用内内部加热方式式或其它使热热扩散能够成成为干燥动力力的加热方式式。四、制品在干干燥过程中的的收缩与变形形自由水排除阶阶段，水分的的排除，颗粒粒相互靠拢，，产生收缩使使制品产生变变形。自由水水排除完毕，，进入降速干干燥阶段时，，收缩即停止止。对于薄壁制品，内部水水分浓度梯度度不大，实验验表明，其线线收缩系数与与干燥条件无无关。厚壁制品、内部水水分不均匀、、制品各向厚厚簿不均，收收缩不一致，，进而造成收收缩应力的不不均匀。表面面和棱角处比比内部干燥得得快，壁薄处处比壁厚处干干燥得快。制制品表面部位位的收缩受到到内部的限制制，从而使内内部受到压应应力而表面受受到张应力，，当张应力超超过材料的极极限抗拉强度度时，制品表表面就会产生生开裂。。五、干燥方法法１、对流（辐辐射）２、电干燥３、微波干燥燥４、红外干燥燥是利用热气（（烟气或热空空气）的对流流传热作用，，将热传给坯坯体，使坯体体内的水分蒸蒸发而干燥的的方法。对流（辐射））对流干燥，设设备简单，热热源易于获得得，温度和流流速易于控制制调节，但总总的来说，热热扩散方向与与湿扩散方向向相反，不利利于干燥速度度提高。工频干燥加在生坯端面面电极上的工工频交变电压压，在坯内产产生电流而发发热，属于内内热式干燥。。含水率高的的部位电阻小小、通过的电电流大，产生生的热量也大大。电热干燥效率率较高，如电电瓷生坯一般般10-15天阴干，电电热干燥仅要要4小时；含含水率13％％的泥浆注浆浆成型的玻璃璃池窑大砖(单重300kg以上)，脱模后若若要把水分降降到6％，采采取自然阴干干需几十天，，采用电干约约需15天。。特点：（1）能实现现均匀干燥（2）热扩散散、湿扩散方方向一致，干干燥速度快，，单位热耗小小。以高频或相应应频率的电磁磁波辐射使生生坯内产生松松弛极化，转转化为干燥的的热能。这种方法干燥燥很快，生坯坯温度>60℃时，汽化化量可能超过过蒸汽逸出量量使坯内压强强增高，甚至至鼓胀开裂，，应控制生坯坯温度。当以含水率6.9％的152×152×5mm的面砖生坯坯单片通过这这种干燥器，，由进到出仅仅5分钟，含含水率降到0.55％。。目前仅用来来快速干燥电电子陶瓷生坯坯。电耗一般高达达2.5-3.0kW··h／kg水水，不经济。。高频干燥微波干燥是以微波辐射射使生坯内极极性强的分子子，主要是水水分子运动随随交变电场的的变化而加剧剧，发生摩擦擦而转化为热热能使生坯干干燥的方法。。坯体单位时间间、单位体积积内产生的热热量与频率、、电场强度及及坯体的介质质损耗有关。。2.主要要特点：（1）均匀快快速。热、湿湿传导方向一一致（2）具有选选择性（3）热效率率高（4）干燥设设备体小、轻轻巧，便于自自控（5）具有微微波辐射，需需进行特殊防防护。（6）设备费费用高，耗电电量大。近红外与远红红外干燥1.原理是利用红外辐辐射元件发出出的红外线为为被加热物体体所吸收，直直接转变为热热能而达到加加热干燥的方方法。水是红外敏感感物质，在红红外线的作用用下水分子的的键长和键角角振动，偶极极矩反复改变变，吸收的能能量与偶极矩矩变化的平方方成正比，干干燥过程主要要是由水分子子大量吸收辐辐射能，因此此效率很高。。2红红外辐射器管状、灯状、、板状等。均均由三部分组组成：（1）基体（2）基体表表面能辐射红红外线的涂层层（3）热源及及保温装置金属基体或陶陶瓷基体：耐耐火材料、SiC、锆英英石、不锈钢钢、铝合金等等。金属氧化物和和碳化物等。。热源：电加热热、煤气加热热或燃油加热热等。3、红外干干燥的优点（1）干燥速速度快，生产产效率高辐射与干燥几几乎同时开始始，无明显的的预热阶段。。实际的例子很很多，如：原原用80℃热风干燥要2h时的生坯，改改用远红外干干燥，生坯温温度约80℃，仅需10min。又如卫生器器生坯在通风风的厂房里要要干燥18天，改用近红红外干燥仅用用1天，再改用远远红外干燥，，时间和能量量消耗又都减减少1/2左右。（2）节约能能源消耗（3）设备规规模小，建设设费用低（4）干燥质质量好红外线具有一一定的穿透能能力，表面、、内部同时吸吸收能量，热热扩散、湿扩扩散方向一致致，加热均匀匀。综合干燥生产中根据生生坯不同干燥燥阶段特点，，将几种方法法综合起来以以达到快速干干燥的目的的的方法。例如大型注浆浆坯先在原地地用电热干燥燥，达到降速速阶段移入干干燥器，施釉釉之后再用红红外辐射干燥燥，并准备烧烧成。又如英国带式式快速干燥器器也属于联合合干燥器的类类型。生坯用用带式运输、、红外与热风风交替干燥。。当用红外线线辐射生坯时时显著提高水水分温度，加加速内扩散；；然后移动位位置改用热风风喷吹，加速速外扩散。当当生坯湿度梯梯度偏大时又又转入下一次次红外辐射，，达到临界水水分全以热风风喷吹，也不不会产生缺陷陷了。经过高温烧成成过程，陶瓷瓷多孔性的坯坯体会发生一一系列的物理理、化学变化化，最后达到到所要求的性性能。这些物理化学学变化包括膨膨胀、收缩、、气体的产生生、液相的出出现、旧晶相相的消失和新新晶相的出现现等。要获得全瓷化化的材料，就就必须经过完完全烧结的过过程；即坯体体在烧成过程程中收缩达到最大大，显气孔率率接近于零，，致密度达到到最高。此时时的坯体性能能达到最佳，，这种现象又又称为“瓷化化”。8烧成成8.1概概述烧结：如果侧重考考虑高温下粉粉料填充空隙隙的过程，烧成又常称为烧结结。是一种利利用热能使粉粉末坯体致密密化的技术，，其具体的定定义是指多孔孔状陶瓷坯体体在高温条件件下，表面积积减小、孔隙隙率降低、机机械性能提高高的致密化过过程。1.窑炉不同同：烧成大批量的的普通陶瓷一般是在隧道道窑、辊道窑窑或梭式窑等等窑炉中进行行的。特种陶瓷的烧成是在各各种电炉（如如管式炉、立立式炉、箱式式炉、电阻炉炉、感应炉、、碳管炉等））中进行的，，2.气氛不同：普陶烧成采用的是氧化化或还原气氛氛。特种陶瓷的烧成可用保护气体体（如氢、氖氖、氮气等））也可在真空空或空气中进进行烧成。3.烧结方法不不同：普陶烧成采用的是液相相烧结；特种陶瓷的烧成可用热热压烧结、热热等静压烧结结、反应烧结结、高温自蔓蔓延烧结、液液相烧结等。。普陶与特陶在在烧成方面的的区别1.低温预预热阶段（室室温~300℃）2.氧化分分解及晶型转转化期（300~950℃）3.成瓷期期（950℃℃~烧成温度度）4.冷却期期（烧成温度度至室温）8.2坯体烧成过程中的的物理化学变变化7.2烧成成过程中的物物理化学变化化以普通粘土质质陶瓷为例，，烧成过过程中中的物物理化化学变变化是制定定烧成成制度度的基基础。。（一））低温温预热热阶段段（温温度由由常温温～300℃左左右））排除干干燥后后残余余水分分(5％以以下，，日用用瓷常常在3％以以下)，也也称小小火或或预热热阶段段。坯体的的变化化：（1））质量量减轻轻：水水分的的排除除（2））气孔孔率增增加：：水分分排出出，空空隙增增多多（3））体积积收缩缩：水水分排排出，，固体体颗粒粒靠拢拢低温预预热阶阶段所所发生生的变变化是是物理现现象，实际际上是是干燥燥过程程的继继续。。因此此要提提高窑窑炉的的生产产效率率，应应当使使坯体体入窑窑水分分尽量量降低低。（二））氧化化分解解阶段段（温温度在在300～～950℃℃之间间）1、结结晶水水的排排出坯料中中各种种粘土土原料料和其其它含含水矿矿物（（如滑滑石、、云母母等）），在在此阶阶段进进行结结构水水（或或称结结晶水水)的的排除除。粘粘土矿矿脱水水分解解起始始温度度为200-300℃，，剧烈烈脱水水温度度和脱脱水速速度，，取决决于矿矿物组组成，，结晶晶程度度、坯坯体厚厚度和和升温温速度度。例例如高高岭土土脱水水温度度为500-700℃℃，后后期水水分排排除速速度较较快；；蒙脱脱石脱脱水温温度为为600-750℃℃，伊伊利石石脱水水温度度为400-600℃，，后两两者水水分排排除速速度较较和缓缓。2、碳碳素和和有机机物的的氧化化来源于于结合合粘土土，北北方紫紫木节节土、、黑碱碱石、、黑矽矽砂石石和南南方的的黑泥泥等含含有大大量有有机物物和碳碳素；；压制制成型型时，，坯料料中添添有有有机粘粘合剂剂，坯坯体表表面占占有润润滑油油；此此外燃燃烧烟烟气中中未燃燃尽的的碳粒粒可能能沉积积在坯坯体表表面。。这些些物质质在加加热时时均会会发生生氧化化反应应。这些反反应要要在釉釉面熔熔融和和坯体体显气气孔封封闭前前结束束。否否则，，就会会产生生烟熏熏、起起泡等等缺陷陷。3、硫硫化铁铁的氧氧化二硫化化铁（（FeS2）是一一种有有害物物质，，若不不在釉釉面熔熔融和和坯体体气孔孔封闭闭前氧氧化成成氧化化铁（（Fe2O3），则则易使使制品品起泡泡。且且生成成的氧氧化铁铁又会会使制制品表表面污污染成成黄、、黑色色。4、碳碳酸盐盐、硫硫酸盐盐的分分解5、晶晶型转转变石英在在配方方中一一般用用量较较多，，在本本阶段段将发发生多多晶转转化。。石英英在573℃时时，ββ-石石英迅迅速地地转变变为αα-石石英，，体积积膨胀胀0.82%；；在870℃αα-石石英缓缓慢地地转变变为αα-鳞鳞石英英，体体积膨膨胀16%。在在900℃℃附近近，长长石与与石英英。长长石与与分解解后的的粘土土颗粒粒，在在接触触位置置处有有共熔熔体的的液滴滴生成成。晶型转转变对对制品品不会会带来来多大大的影影响。。无定形形Al2O3，在950℃时时转化化为γγ-Al2O3。伴随以上上化学变变化，本本阶段发发生以上上物理变变化：随着结构构水和分分解气体体的排除除，坯体质量量急速减减少，密密度减少少，气孔孔增加。。根据配方方中粘土土、石英英含量多多少发生生不同程程度的体体积变化化。后期期由于少少量熔体体的胶结结作用，，使坯体体强度相相应提高高。为为保保证氧化化分解反反应在液液相大量量出现以以前进行行彻底，，本阶段应应注意加加强通风风，保持持良好的的氧化气气氛；控控制升温温速度，，保证有有足够的的氧化分分解反应应时间，，必要时时可进行行保温，，同时减减小窑内内上下温温差。（三）高高温玻化化成瓷阶阶段（温温度从950℃℃到最高高烧成温温度）1、1050℃℃以前，，继续氧氧化分解解反应并并排除结结构水。。有资料认认为，坯坯料中的的结构水水在800℃前前只排除除3/4，其余余要在更更高温度度下才能能排除，，升温快快时残留留结构水水甚至会会延迟到到1200℃才才排除完完全。2、硫酸盐分分解、高价铁铁还原、粘土土分解反应生生成一次莫来来石硫酸盐的分解解和高价铁的的还原与分解解由粘土矿分解解出的无定形形A12O3和SiO2，在950℃℃左右开始转转变为γ-A12O3，由X射线证证实，1100℃已有微微量莫来石。3、液相生成成、固相溶解解（长石1170℃分解解，生成液相相）熔融长石与低低共熔物，构构成瓷坯中的的玻璃相。粘土颗粒及石石英可以部分分地溶解在这这些玻璃相中中，未被溶解解之颗粒及石石英等物质之之间的空隙，，也逐渐被这这些玻璃态物物质所填充，，体积发生收收缩，密度增增加。其变化率与组组成有关，如如石英量多，，长石量少的的坯体收缩小小，否则相反反。一次莫来石呈呈现粒状或片片状4、新结晶相相（二次莫来来石）的形成成与结晶的生生长长石熔体碱离离子迁移，组组成移向莫来来石的析晶区区，形成二次次莫来石；一一次莫来石熔熔融，并在二二次莫来石上上长大，为针状。由高岭石分解解物形成的粒粒状及片状莫莫来石称为一一次莫来石，，由长石熔体体形成的针状莫来石称为二二次莫来石。。温度继续升高高，长石不断熔熔化至1200℃以上几几乎熔完。它它在熔化过程程中因不断溶溶解粘土分解解物和细粒石石英，从而熔熔体组分不断断变化。这种种高硅质熔体体首先将细小小针状莫来石石溶解，高温温时针状莫来来石也强烈受受蚀。与此同时，三组分共熔物物亦不断增加加。液相的作用在于促使晶体体发生重结晶晶，由于细晶晶溶解度大于于粗晶，因而而小晶溶解后后就向大晶粒粒上沉积，导导致大晶粒进进一步长大。。有资料认为为，除二次莫莫来石可长成成较大针晶外外，一次莫来来石也可就地地再结晶成针针晶。结论：在高温阶段段，坯体气孔率率迅速降低，，体积急剧收收缩，强度、、硬度增大，，坯体颜色由由淡黄、青灰灰转变成白色色，坯体显出出光泽并具半半透明感，标标志坯已瓷化化烧结。5、釉料熔融融成为玻璃体体（四）高火保保温期（0.5-2h））液相量增加晶体继续生长长进一步坯体瓷瓷化，釉层玻玻化各种反应进行行更完善制品烧结：由由于液相的粘粘滞流动和表表面张力的拉拉紧作用，使使它能填充坯坯内孔隙，促促使晶粒重排排、互相靠拢拢、彼此粘结结成为整体。。（五）冷却阶阶段冷却阶段是制制品从烧成温温度降至常温温的全部过程程。l、液相析晶晶；2、玻璃相物物质凝固；3、游离石英英晶型转变。。在573℃αα-石英转变变为β-石英英，体积收缩缩0.82%。270℃℃时，α-方方石英转变为为β-方石英英，体积收缩缩2.8%。。冷却过程中析析出的莫来石石都为粗大针针状晶(如图图)，但这种种莫来石所占占比例不大。。冷却阶段也可可细分为急冷冷/缓冷和最最终冷却三个个阶段.从从最最高烧成温度度(高火保温温结束)到850℃为急冷阶段。此时坯体内内液相还处于于塑性状态，，故可进行快快冷而不开裂裂。快冷不仅可以以缩短烧成周周期，加快整整个烧成过程程，而且可以以有效防止液液相吸晶和晶晶粒长大以及及低价铁的再再度氧化。从从而可以提高高坯体的机械械强度/白度度和釉面光泽泽度。冷却速速度可控制在在150~300℃/h。从850℃到到400℃为为缓冷阶段。850℃以以下液相开始始凝固，初期期凝固强度很很低。此外在在573℃左右，石英英晶型转化又又伴随体积变变化。对于含含碱和游离石石英较多的坯坯体更要注意意，因含碱高高的玻璃热膨膨胀系数大，，加之石英晶晶型转变，引引起的体积收收缩应力很大大，故应缓慢冷却。急冷速度可可控制在40~70℃/h。若冷却却不当将引起起惊釉缺陷。。从400℃到到室温为最终终冷却阶段，，一般可以快冷，降温速度可可控制在100℃/h以以上，但由于于温差逐渐减减小，冷却速速度提高实际际受到限制。。对于含大量量方石英类陶坯，在晶晶型转化区间间仍应缓冷。。对对于采用氧氧化焰烧成陶陶瓷的场合，，烧成过程较较简单，关键键是控制氧化化分解反应在在坯釉烧结之之前进行充分分。因此在950℃以上上应缓慢升温温，减小温差差，通风良好好。其他阶段段和前面相同同，烧成操作作也较容易。。7.3烧成成制度的制定定一、烧成制度度与产品性能能的关系烧成过程：将坯体在一定定的条件下进进行热处理，，使之发生质质变成为陶瓷瓷产品的过程程。坯体经过一系系列的物理———化学变化化，形成矿物物组成和显微微结构，获得得所要求的性性能指标。采用合理的烧烧成制度，是保证获得得优良产品的的必要条件。。烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。影响产品性能能的关键：T－t，atmosphere气氛制度：烧成时的气气氛要求，气气氛类型。压力制度旨在保证窑炉炉按照要求的的温度制度与与气氛制度进进行烧成。温度制度包括升温速度度、烧成温度度、保温时间间及冷却速度度。（一）烧成温温度对产品性性能的影响烧成温度是指陶瓷坯体体烧成时获得得最优性质时的相应温度度，即烧成时时的止火温度度。实际操作时，，止火温度是是指一个允许许的波动范围围，习惯上称称之为烧成范围。下限温度：坯体技术性性能开始达到到要求指标时时的对应温度度；上限温度：坯体的结构构和性能指标标开始劣化时时的温度。固相烧结：依靠坯体粒子子的表面能和和晶粒间的界界面来推动，，因而烧成温温度的高低除除了与坯料的的种类有关外外，还与坯料料的细度及烧成时间密切相关。颗颗粒细则比表表面大、能量量高，烧结活活性大，易于于烧结，烧成成温度可降低低。若颗粒的的堆积密度小小，颗粒的接接触界面小，，不利于传质质，因而也不不利于烧结。。对同一种坯体体，由于细度度不同而有一一个对应于最最高烧结程度度的煅烧温度度，此温度即即为烧结致密陶瓷体的烧成温度或它它的烧结温度度。这个温度或温温度范围常根根据烧成试验验时试样的相对密度、气孔率或吸水率的变化曲线来来确定。对于多孔制品品，因为不要要求致密烧结结，达到一定定的气孔率及及强度后即终终止热处理，，所以多孔坯坯体只有烧成温度而无无烧结温度。烧成温度影响响晶粒尺寸、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量。对固相扩散或或重结晶来说说，提高烧成温度度是有益的。过过高使晶粒过过大或少数晶晶粒尺寸猛增增，破坏织组组结构的均匀匀性，从而使使制品的机、、电等性能劣劣化。图1-7-2高铝瓷烧烧成温度与性性质的关系1－抗折强度度；2－介质质损耗角δ；；3－击穿强强度图1-7-3BaTiO3瓷料的烧成温温度与瓷体电电导率的关系系(升温速度度300℃/h,保温20min，，急冷)对传统配方的的烧结陶瓷来来说，烧成温温度决定瓷坯坯的显微结构构与相组成。。烧成温度（℃）相组成（%）气孔体积（%）玻璃相莫来石石英1210569323127058632821310611523113506210191长石质日用瓷瓷坯在不同温温度下的相组组成瓷坯的物理化化学性质也随随着烧成温度度的提高而发发生变化。烧成温度低，，则坯体密度度低，莫来石石含量少，其其机电、化学学性能都差。。温度升高会会使莫来石量量增多，形成成相互交织的的网状结构，，提高瓷坯的的强度。在不过烧的情况下，随随着烧成温度度的升高，瓷瓷坯的体积密密度增大，吸吸水率和显气气孔率逐渐减减小，釉面的的光泽度不断断提高。釉面面的显微硬度度也随着温度度的升高而不不断增大。但对于长石质质瓷来说，温温度升高到1290℃以后，随着温温度升高，釉釉面硬度略有有下降。温度度继续升高，，瓷坯中残余余石英的含量降低，，而玻璃相的含量增多，，这种高硅质质熔体首先将将细小针状莫来石溶解，形成富含莫莫来石的玻璃璃相。图1-7-4表明明了这种玻璃璃相的含量变变化与烧成温温度之间的关关系。传统配方陶瓷瓷的机、电等等性能随烧成成温度的提高高而发生变化化。若生烧坯坯密度低，莫莫来石数量少少，则机、电电等性能都差差；温度升高高会使莫来石石增多，形成成互相交织的的网状结构，，性能提高。。但一旦过烧，反因晶相量量减少和粒径径变大以及玻玻璃相增多而而降低性能，，而且高温下下坯体还易变变形或形成大大气泡，从而而更促使生成成粗大莫来石石，导致性能能恶化。图为为过烧瓷坯中中的一个大气孔和它周围形成成的粗大莫来石。。在烧成范围内内，适当提高高烧成温度，，有时却会有有利于电瓷的的机电性能（（见图1-7-5）和日日用细瓷的透透光度。烧成温度的确确定，主要取决于于：1、配方方组成；2、、坯料的细度度；3、产品品的性能要求求，同时还与与烧成时间相相互制约。由于硅酸盐系系统的反应是是在颗粒接触触不十分充分分的条件下进进行的，反应应的速度也较较低，因此影影响高温反应应速度的因素素，除温度外外，不能忽视视时间的作用用。总而言之之，不能孤立立地考虑温度度的作用。同种坯体：高高温下短时间间烧成或低温温下长时间烧烧成。（二）保温时时间对产品性性能的影响坯体多为不均匀多相系系统，因此烧成过过程中各区域域所进行的反反应类型和速速度都不相同同，瓷坯的组织结结构成为由许多不不同类型的晶晶相和玻璃相相，以不同配配比组合而成成的各个微观观区域所构成成，因而必须须在止火温度度或稍低于此此温度的某一一特定温度下下保持一定的时时间：1、使物理理化学变化更更趋完全，使使坯体具有足足够的液相量量和适当的晶晶粒尺寸；2、使组织结结构亦趋于均均一。保温时间过长长则不利，晶晶粒溶解，液液相多，不利利于在坯中形形成坚强骨架架，机械性能能下降。精陶坯中由于于方石英晶相相的减少还会会引起釉裂。。下限时间长，，上限时间短短。保温时间和保保温的温度对对希望釉面析析晶的产品（（如结晶釉等等艺术釉产品品），它们的的作用更显得得重要。对于特种陶瓷来说，保温虽虽能促进扩散散和重结晶，，但过长的保保温却使晶体体过分长大或或发生二次重重结晶，反而而起到有害的的作用，故保保温时间也要要求适当。（三）烧成气气氛对产品性性能的影响气氛会影响陶陶瓷坯体高温温下的物化反反应速度，改改变其体积变变化、晶粒与与气孔大小、、烧结温度甚甚至相组成等等，最终得到到不同性质的的产品。日用瓷坯体在在氧化气氛和和还原气氛中中烧成，会使使它们在烧结结温度、最大大烧成收缩、、过烧膨胀率率、线收缩速速率和釉面质质量等方面都都有所变化。。1、对日用瓷瓷的影响（1）不同气气氛对烧结温温度影响坯体在还原气气氛中的烧结结温度比氧化化氛围中低。。随着含铁量（（坯体配方与与化学组成见见表）的增加加，降低的温温度亦递减。。（2）不同气气氛对最大烧烧成收缩的影影响瓷石质坯体在还原气气氛中的最大大烧结线收缩缩都比氧化气气氛中要大，，但是长石质坯体在还原气气氛中的最大大线收缩却比比氧化气氛中中小。（3）不同气气氛对坯体过过烧膨胀的影影响所有瓷石质坯坯与未加膨润润土的长石质质坯在还原气气氛中过烧40℃的膨胀胀比在氧化气气氛中要小的的多，但加入入后反而大。。（4）不同气气氛对瓷坯线线收缩速率的的影响除个别瓷坯外外，其它所有有瓷坯在还原气氛中的最大线收收缩速率都比比在氧化气氛氛中大。气氛对产品烧烧成产生的这这些影响主要要是坯中Fe2O3被还原为FeO所致。因因为FeO易易与SiO2形成低熔点的的硅酸盐，并并降低玻璃相相的粘度，增增大它的表面面张力，从而而促使坯体能能在较低的温温度下烧结并并产生较大的的收缩。长石与膨润土土配制的坯体体，由于在还还原气氛中碳碳素的分解移移向高温，故故烧结收缩小小。（5）气氛对对瓷坯的颜色色和透光度及及釉面质量的的影响A、影响铁和和钛的价数氧化焰烧成时时，Fe2O3在含碱量较低低的瓷器玻璃璃相中溶解度度很低，冷却却时即由其中中析出胶态的的Fe2O3使瓷坯显黄色色。还原焰烧成时时，形成FeO熔化在玻璃璃相中而呈淡淡青色。液相增加和坯坯内气孔率降降低都相应提提高瓷坯的透透光性。当坯坯体中的氧化化铁含量一定定时，若用氧化焰烧成成，被釉层所封封闭的Fe2O3将有一部分与与SiO2反应生成铁橄橄榄石并放出出氧，其反应应如下：反应生生成的的氧会会使釉釉面形形成气泡与与孔洞洞，而残残留的的Fe2O3会使瓷瓷坯呈呈黄色。对含含钛较高的的坯料料应避避免烧烧还原原焰，，否则则部分分TiO2会变成成蓝至至紫色色的Ti2O3，还可可能形形成黑黑色的的FeO·Ti2O3尖晶石石和一系系列铁铁钛混混合晶晶体，，从而而加深深铁的的呈色色。B、使使SiO2和CO还原原在一定定的温温度条条件下下，还原气气氛可使SiO2还原为为气态态的SiO，在在较低低的温温度下下它将将按2SiO→→SiO2＋Si分解解，因因而在在制品品表面面形成成Si的的黑斑斑。还原气气氛中中的CO在在一定定的温温度下下会按按2CO→→CO2＋C分分解。。在还原气氛氛中很可能能因CO分解出出碳沉积积在坯体体、釉上上形成黑斑。在继续续升高温温度的烧烧成中，，碳被封封闭在坯坯体中，，若再有有机会被被氧化成成CO2就会形成成气泡。对吸附附性能强强的坯体体尤应注注意这一一问题。。（四）升升、降温温速度对对产品性性能的影影响升温：升温速度度对产品品性能的的影响取取决于坯坯体种类类和烧成成温度（（分解、、反应、、晶相转转变、制制品形状状、大小小）。普通陶瓷瓷坯体在快速加加热时的的收缩要要比缓慢慢加热时时小。致密的坯坯体慢速速升温（（24～～48小小时加热热至1300℃℃）其抗抗张强度度比快速速升温的的坯体（（用18小时加加热到1300℃）约约增加30%。。而气孔孔率则减减少。快快速升温温坯体气气孔率为为3.0%，慢慢速升温温坯体气气孔率为为1.5%，两两者相差差一半。。冷却：普通陶瓷瓷烧成后后缓慢冷冷却时，，收缩率率会大些些，相对对的气孔孔率小些些。冷却却速度对对机械强强度的影影响复杂杂得多。。坯体名称抗折强度（MPa）急冷（400℃/分）缓冷（15℃/分）75%Al2O3357-408204-285滑石瓷184-224143-163金红石瓷285-327122-143钛酸钙瓷153-255133-184几种瓷坯坯的冷却却速度与与抗弯强强度的关关系含玻璃相相多的致致密坯体体，应采采取高温温快冷和和低温缓缓冷的制制度。冷却初期期温度高高，因而而仍有高高火保温温的作用用，如不不快冷势势必影响响晶粒的的数量和和大小，，也易使使低价铁铁重新氧氧化，使使制品泛泛黄。快冷还可可避免釉釉面析晶晶，提高高釉面光光泽度。。但对于膨膨胀系数数较大的的瓷坯或或含有大大量SiO2、ZrO2等晶体的的瓷坯，，由于晶晶型转变变伴随有有较大的的体积变变化，因因而在转转变温度度附近冷冷却速度度不能太太快。对对于厚而而大的坯坯件，若若冷却太太快，由由于内外外散热不不易均匀匀，也会会造成应应力不均均匀而引引起开裂裂。冷却速度度的快慢慢对坯体体中晶相相的大小小，尤其其是对晶晶体的应应力状态态有很大大的影响响。二、烧成成制度的的制定烧成制度度包括温度度制度、、气氛制制度和压压力制度度。三者者之间互互相协调调构成了了一个制制定合理理的烧成成制度。。（一）拟拟定烧成成制度的的依据1、坯料料在加热热过程中中的性状状变化通过分析析坯料在在加热过过程中的的性状变变化，初初步得出出坯体在在各温度度或时间间阶段可可以允许许的升、、降温速速率等。。这些是是拟定烧烧成制度度的重要要依据之之一。具具体可利利用现有有的相图图、热分分析资料料（差热热曲线、、失重曲曲线、热热膨胀曲曲线）、、高温相相分析、、烧结曲曲线（气气孔率、、烧成线线收缩、、吸水率率及密度度变化曲曲线）等等技术资资料。2、坯体体形状、、厚度和和入窑水水分同一组成成的坯体体，由于于制品形形状、厚厚度和含含水率不不同，升升温速度度和烧成成周期都都应有所所不同。。（1）、、薄壁、、小件制制品可采采取短周周期快烧烧；（2）、、大件、、厚壁及及形状复复杂的制制品升温温不能太太快，烧烧成周期期不能过过短;（3）、、坯体中中含大量量可塑性性粘土及及有机物物多的粘粘土时，，升温速速度也应应放慢；；3、窑炉炉结构、、燃料性性质、装装窑密度度在拟定烧烧成制度度时，必必须将制制品对升升温速度度的要求求与窑炉炉结构和和操作条条件结合合起来。。不同的的窑型，，即使同同一窑型型其结构构和容量量的不同同将影响响窑内的的传热方方式和温温差大小小，以及及操作条条件；装装窑密度度将影响响窑内气气体的流流动分布布和产品品的热容容量，因因此，烧烧成制度度应有所所差别。。例如倒焰焰窑烧日日用瓷须须10-40多多小时；；传统隧隧道窑从从进窑到到出窑为为20-40多多小时，，扁形小小截面辊辊道窑，，推板窑窑的烧成成时间甚甚至只需需几个小小时。燃料的种种类和热热值的高高低，将将影响煅煅烧操作作和可能能提供的的热量，，同样影影响烧成成的结果果。4、烧成成方法同一种坯坯体采用用不同的的烧成方方法时，，要求的的烧成制制度各不不相同。。如日用用瓷、釉釉面砖既既可坯、、釉一次次烧成（（本烧）），又可可先烧坯坯（素烧烧）再烧烧釉（釉釉烧）经经过二次次烧成。。我国，，日用瓷瓷、电瓷瓷等高温温传统配配方瓷都都采用一一次烧成成(或称称本烧)；艺术术瓷以及及薄胎瓷瓷或进行行釉下彩彩绘的日日用制品品多采用用二次烧烧成，此此时素烧烧温度总总是低于于本烧温温度。例例如瓷件件在1300℃℃左右烧烧成时，，素烧温温度一般般为800℃左左右；烧烧成温度度为1410-1450℃时时，素烧烧温度就就为900℃。。目前广泛泛采用的的除传统统烧结法法以外，，还有热热压烧结结以及近近期发展展的高温温和常温温等静压压烧成、、电火花花烧成等等各种新新的烧成成方法。。（二）烧烧成温度度曲线的的制定烧成温度度曲线表表示烧成成过程中中由室温温加热到到烧成温温度，再再由烧成成温度冷冷却至室室温的全全部温度度——时时间的变变化情况况。烧成温度度曲线的的性质决决定于下下列因素素：（1）烧烧成时坯坯体中的的反应速速度；（2）坯坯体的厚厚度、大大小及坯坯体的热热传导能能力；（3）窑窑炉的结结构、型型式和热热容以及及窑具的的性质和和装窑密密度。1、升温温速度的的确定低温阶段段：升温速速度主要要取决于于坯体入入窑时的的水分。。氧化分解解阶段：升温速速度主要要取决于于原料的的纯度和和坯件的的厚度。。原料较较纯且分分解物少少，制品品较薄的的，则升升温可快快些。高温阶段段：取决于于窑的结结构、装装窑密度度以及坯坯件收缩缩变化的的程度。。2、烧成成温度及及保温时时间的确确定烧成温度度必须在在坯体的的烧结范范围之内内，烧结结范围则则须控制制在线收收缩（或或体积收收缩）达达到最大大而显气气孔率接接近于零零（细瓷瓷吸水率率＜0.5%)的一段段温度范范围。最最适宜的的烧成温温度或止止火温度度可根据据坯料的的加热收收缩曲线线和显气气孔率变变化曲线线来确定定。升温速度度快时，，止火或或者最适适宜烧成成温度可可以稍高高，保温温时间可可以短些些。当升升温速度度慢时，，止火温温度可以以低些。。可采用较较高温度度下短时时间的烧烧成或在在较低温温度下长长时间的的烧成来来实现。。烧结范范围窄的的坯料应应在烧结结范围的的下限。。3、冷却却速度的的确定取决于坯坯体厚度度及坯内内液相的的凝固速速度。快速冷却却可：1、防止止莫来石石晶体变变为粗晶晶；2、、防止坯坯体内低低价铁的的重新氧氧化；3、白度度提高。。高温冷却却可以快快速进行行，但快快速冷却却应注意意在液相相变为固固相玻璃璃的温度度（约在在750～800℃））以前结结束。此后，冷冷却缓慢慢进行，，1、液液相变为为固相时时制品内内温度分分布均匀匀；2、、400～600℃为为石英晶晶型转化化温度范范围，体体积发生生变化，，容易造造成开裂裂，故应应考虑缓缓冷。400℃℃以下，，则可加加快冷却却，不会会出现问问题。（三）气气氛制度度气体介质质对含有有较多的的铁的氧氧化物、、硫化物物、硫酸酸盐以及及有机杂杂质等陶陶瓷坯料料影响很很大。同同一瓷坯坯在不同同气体介介质中加加热，其其烧结温温度、最最终烧成成收缩、、过烧膨膨胀以及及收缩速速率、气气孔率均均不相同同，故要要根据坯坯料化学学矿物组组成，以以及烧成成过程各各阶段的的物理化化学变化化规律，，恰当选选择气体体介质（（即气氛氛）。游离氧含含量为4%～5%时，，称普通通氧化焰焰；当游游离氧含含量为8%～10%时时，称强强氧化焰焰；当氧氧含量为为1%～～1.5%时，，称中性性焰；而而游离氧氧含量在在0%～～1%（（CO＝＝4%～～8%））时为还还原焰。。1、氧化化气氛的的作用与与控制在水分排排除阶段段、分解解氧化阶阶段，一一般需要要氧化气气氛。它它的主要要作用有有两个：：（1）将将前一阶阶段沉积积在坯体体上的碳碳素和坯坯体中的的有机物物及碳素素烧尽。。（2）将将硫化铁铁氧化。。2、还原原气氛的的作用与与控制（1）含含Fe2O3较高的原原料，可可以避免免Fe2O3在高温时时分解并并放出氧氧，致使使坯体发发泡。在在氧化气气氛下，，Fe2O3在1250～1370℃分解解产生氧氧气，造造成坯体体起泡。。而在还还原气氛氛下：2Fe2O3＋2CO→4FeO＋＋2CO2则在低于于Fe2O3分解的温温度下，，即完成成了还原原反应，，避免了了析氧发发泡。（2）FeO与与SiO2等形成亚亚铁硅酸酸盐，呈呈淡青的的色调，，使瓷器器具有白白如玉的的特点。。低温阶段段：氧化化气氛;氧化分解解阶段：：氧化气气氛，或或强氧化化气氛；；玻化成瓷瓷期：强强还原气气氛；后期弱还还原和高高火保温温阶段：：弱还原原气氛或或中性气气氛；退火：中中性或弱弱还原（四）压压力制度度是实现温温度制度度和气氛氛制度的的保证。。油烧隧隧道窑还还原焰烧烧成时，，通常，，负压有有利于氧氧化气氛氛的形成成，正压压有利于于还原气气氛的形形成。负负压过大大，大量量的热烟烟气被抽抽走，窑窑内温差差大，易易造成局局部过烧烧或生烧烧，热效效率降低低，燃料料消耗增增加。正正压过大大，烟气气外逸，，散热大大，同样样增加燃燃料消耗耗。一般预热带带为负压，，使排烟通通畅，吸入入少量二次次风，保证证转换气幕幕前为氧化化气氛。烧烧成带保持持微正压，，使冷空气气难入窑内内，稳定窑窑内温度和和气氛。高高火保温区区保持微正正压以利于于保证弱还还原防止制制品二次氧氧化，零压压点的位置置很重要，，一般控制制在预热带带的末端。。便于分开开焰性，使使氧化、还还原阶段分分明。零压压点后移会会延长氧化化时间，造造成还原不不足；零压压点前移又又会造成制制品氧化不不足。冷却却带一般处处于正压下下。第四节烧烧成方法一、低温烧烧成与快速速烧成（一）低温烧烧成与快速速烧成的作作用1、低温烧烧成与快速速烧成的涵涵义低温烧成：：凡烧成温温度有较大大幅度降低低（如降低低幅度在80～100℃以上上者）且产产品性能与与通常烧成成的性能相相近的烧成成方法可称称为低温烧成。快速烧成：：产品性能能无变化，，而烧成时时间大量缩缩短的烧成成方法。2、低温与与快烧的作作用（1）节约约能源燃料费用占占生产成本本30%。。1、烧成温温度每下降降100℃℃，单位燃燃耗节省13%。2、烧成时时间每缩短短10%，，产量可增增加19%，单位制制品热耗可可降低4%。（2）充分分利用原料料资源降低原料成成本。地方方性原料、、低质原料料、某些新新开发的原原料：低熔熔点成分、、来源丰富富、价格低低廉。（3）提高高窑炉与窑窑具的使用用寿命烧成温度在在较大幅度度降低，可可以减少匣匣钵的破损损和高温荷荷重变形，，延长其使使用寿命。。（4）缩短短生产周期期、提高生生产效率釉面砖素烧烧30～40小时，，釉烧20～30小小时，共50～70小时。快快速烧成，，素烧为60分钟，，釉烧为40分钟，，总的烧成成时间不到到2小时。。（5）低温温烧成，有有利于提高高色料的显显色效果，，丰富釉下下彩和色釉釉的品种。。（6）快速速烧成可使使坯体中晶晶粒细小，，从而提高高瓷件的强强度、改善善某些介电电性能。前提是必须须保证产品品质量。并并非任何品品种都可采采用低温烧烧成或快速速烧成。（二）降低低烧成温度度的工艺措措施1、调整坯坯、釉料组组成主要通过引引入添加剂剂（烧结助助剂）碱金金属、碱土土金属氧化化物，碱金金属氧化物物会降低粘粘土质坯体体出现液相相的温度和和促进坯体体中莫来石石的形成。。使低共熔点点降低，液液相在较低低温度下出出现。添加剂的用用量对促进进作用至关关重要，过过多的添加加剂甚至会会出现相反反的结果。。2、提高坯坯料细度颗粒越细则则烧结活性性越大、烧烧结温度越越低。（1）机械械粉碎，提提高细度（（2）化学学法制备超超细粉。（三）快速速烧成的工工艺措施1、必须满满足的工艺艺条件：（1）坯、、釉料能适适应快速烧烧成的要求求坯料：A、、干燥收缩缩和烧成收收缩均小；；B、坯料料的热膨胀胀系数要小小；C、导导热性能好好；D、少少含晶型转转变的成份份。釉料：A、、化学活性性强，以利利于物理化化学反应能能迅速进行行；B、始始熔温度要要高些；C、高温粘粘度比普通通釉料低些些，而且随随温度升高高粘度降低低较多，以以便获得平平坦光滑无无缺陷的釉釉面；D、、膨胀系数数较常规烧烧成时小。。（2）减减少坯体体入窑水水分、提提高坯体体入窑温温度。（3）控控制坯体体厚度、、形状和和大小。。（4）选选用温差差小和保保温良好好的窑炉炉。