《陶瓷的燒成》PPT課件.ppt

1、第五節(jié) 陶瓷的燒成,燒成（sintering）是一種利用熱能使粉末坯體致密化的技術。其具體的定義是指多孔狀陶瓷坯體在高溫條件下，表面積減小、孔隙率降低、機械性能提高的致密化過程。,概述,燒成是陶瓷制造工藝中最重要的工序之一。陶瓷燒成所需時間約占整個生產(chǎn)周期的1/31/4，所需費用約占產(chǎn)品成本的40%左右。因此，正確的設計與選擇窯爐，科學地制定和執(zhí)行燒成制度并進行嚴格的執(zhí)行裝燒操作規(guī)程，是提高產(chǎn)品質量和降低燃料消耗的必要保證。,目前我國日用陶瓷工業(yè)廣泛采用隧道窯、輥道窯和推板窯，并保留少量的倒焰窯繼續(xù)用于生產(chǎn)。,一、坯體在燒制過程中的物理變化,坯體的燒制是一個由量變到質變物理變化和化學變化交錯進

2、行的過程。可以將日用陶瓷的燒成過程分為四個階段。,坯體在這一階段主要任務是排除干燥后的殘余水。隨著水分的排出，固體顆粒緊密靠攏，伴隨著少量收縮。但這種收縮不能完全填補水分排除后所遺留的空隙?？刂婆黧w入窯水分是本階段快速升溫的關鍵。一般日用瓷坯體入窯水分控制在2%以下。因為溫度高于120 時坯體內(nèi)部的水分發(fā)生強烈汽化。蒸汽壓力超過坯體的抗張強度極限時，造成制品開裂，對于厚壁制品尤為突出。,1、坯體水分蒸發(fā)期（室溫300 ）,一、坯體在燒制過程中的物理變化,本階段要加強通風，目的是使被水氣飽和的煙氣得到及時排除，不致因其溫度繼續(xù)下降到露點而析出液態(tài)水，凝聚在制品表面造成“水跡”或開裂等缺陷。,在這

3、一階段，坯體內(nèi)部發(fā)生較復雜的物理化學變化： 粘土中的結構水的排除； 碳酸鹽分解； 有機物、碳素和硫化物被氧化； 石英晶型轉變。 這些變化與坯體組成、升溫速度、窯爐氣氛等因素有關。,2、氧化分解與晶型轉變期（300950 ）,一、坯體在燒制過程中的物理變化,粘土礦物因其類型、結晶完整程度和顆粒度的不同，排除結構水的溫度也有所差別。 高嶺土 450-650 珍珠陶土 500-700 蒙脫石 500-750 伊利石 400-650 葉蠟石 600-750 瓷石 450-700 ,粘土礦物排除結構水也與升溫速度有關。隨著升溫速度的加快殘留結構水的排除向高溫推移，甚至要到1000 以上才能完成。,一、坯

4、體在燒制過程中的物理變化,2、氧化分解與晶型轉變期（300950 ）,（1）粘土結構礦物水的排除,CaCO3CaO+CO2 8501000 MgCO3 MgO+CO2 500850 4FeCO3 2Fe2O3+3CO2 8001000 MgCO3.CaCO3 CaO+MgO+CO2 730950 ,氧化反應和反應溫度如下： C有機物+O2 CO2 350 以上 C碳素+O2 CO2 600 FeS2+O2 Fe+SO2 350-450 4FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2 500-800 ,（2）碳酸鹽的分解,（3）碳素、有機物和硫化物的氧化,一、坯體在燒制過程中的物理變化,2、氧化分解與

5、晶型轉變期（300950 ）,石英在573 的晶型轉變（-石英 石英），伴有0.82%的體膨脹。 在K2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)中，在920 就會出現(xiàn)少量液相，它的形成可起到黏結顆粒的作用，使坯體的機械強度增加。,一、坯體在燒制過程中的物理變化,2、氧化分解與晶型轉變期（300950 ）,（4）石英的晶型轉變和少量液相的形成,坯體在氧化分解期的氧化反應實際上是不完全的，由于水氣及其他氣體的急劇排除，在坯體周圍有一層氣膜，妨礙氧氣繼續(xù)向坯體內(nèi)部滲透，從而使坯體氣孔中的沉碳難以燒盡。800 以前水分排除3/4，1000 以上才能排除。,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過程中的

6、物理變化,（1）在1020 前繼續(xù)氧化分解反應，排除殘留結構水,此階段的燒成氣氛對坯體的化學反應影響極大。在氧化氣氛中，硫酸鹽與高價鐵的分解往往推遲到1300 以后進行。具體情況如下：,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過程中的物理變化,（2）硫酸鹽的分解和氧化鐵的還原與分解,MgSO4MgO+SO3 900以上 CaSO4CaO+SO3 1250-1370 Na2SO4Na2O+SO3 1200-1370 Fe2O3 FeO+O2 1250-1370,Fe2O3+CO FeO+CO210001100 還原焰,長石石英高嶺土三組分瓷，隨著溫度的升高，高嶺石在925 左右經(jīng)過放熱

7、反應，生成鋁硅尖晶石開始轉化為莫來石（3Al2O32SiO2），非晶態(tài)二氧化硅轉化為方石英。,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過程中的物理變化,（3）形成大量液相和莫來石晶相,長石約在1170 開始分解，析出白榴石并生成液相。在高嶺土和長石組成的二組分混合物中，約在1000 莫來石開始形成。 首先是在高嶺土的殘骸上，由于比較活潑的鉀、鈉離子的侵入形成少量溶質而促使莫來石的生成。另一方面，由于K2O與Na2O含量降低，長石熔體組成向莫來石區(qū)析出方向變化，導致長石熔體中形成細小的針狀莫來石。這兩種莫來石有明顯的區(qū)別，由高嶺石分解物形成的粒狀或鱗片狀莫來石成為一次莫來石；由長石熔體

8、形成的針狀莫來石稱為二次莫來石。,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過程中的物理變化,（3）形成大量液相和莫來石晶相,在1200 以后，隨著溫度的升高，石英的溶解度迅速增大。石英含量降低，從而熔體的成分不斷變化。這種高硅質熔體將細小針狀莫來石溶解，高溫時粒狀和片狀莫來石也受到強烈的侵蝕。若鐵含量較高，堿性氧化物與則低價鐵、石英等將形成更多的低共熔物，使坯體中液相量大為增加。,（4）石英溶解、莫來石重結晶和坯體燒結,瓷坯冷卻前后的變化圖,1. 石英 2. 液相（玻璃相）3. 二次莫來石 4. 粘土殘骸及一次莫來石,一、坯體在燒制過程中的物理變化,一方面促使晶體發(fā)生重結晶。由于細晶

9、溶解度大于粗晶，因而小晶體溶解后就向大晶粒上沉積，導致大晶粒尺寸進一步長大。 另一方面液相起著致密化的作用。由于表面張力的拉緊作用，使它能填充顆粒間隙，促使固體顆粒相互靠攏。最終使莫來石、殘余石英與瓷坯中的其他組分彼此合成整體，組成致密的具有較高機械強度的瓷坯。,大量液相對坯體的成瓷作用表現(xiàn)在兩個方面,一、坯體在燒制過程中的物理變化,冷卻初期，即由燒成溫度冷卻至800 ，這是冷卻過程的重要階段。 采取快冷的方法 冷卻過慢 主要變化：黏度不斷增大，細晶減少粗晶增多，結構不均勻，導致機械性能下降; 釉層細晶失透；低價鐵重新氧化。,4、冷卻階段,一、坯體在燒制過程中的物理變化,冷卻后期400 -室溫

10、。針對陶和瓷采取不同降溫措施,一、坯體在燒制過程中的物理變化,冷卻中期，由800-400 ，這是冷卻的最危險的階段。 主要變化，由塑性變?yōu)楣虘B(tài)。 殘余石英的晶型轉變（573 ） 在573-石英轉變?yōu)?石英，體積收縮0.82%。必須緩慢 冷卻過快：產(chǎn)生較大的結構應力; 內(nèi)部和表面出現(xiàn)較大的熱應力,瓷器中不會有方石英出現(xiàn)，冷卻時因熔體粘度增大抑制了晶芽的形成，而且高溫熔體中硅量并未達到飽和，因此一般陶瓷在冷卻階段不會有方石英新相析出。 陶炻質坯體中，由于液相數(shù)量少，可能有以固體狀態(tài)存在的方石英。冷卻時要特別注意。,270時，-方石英轉變?yōu)?方石英，體積收縮2.8%。,一、坯體在燒制過程中的物理變化

11、,二 顯微結構的組成,二 顯微結構的組成,陶瓷顯微結構示意圖,二 顯微結構的組成,1. 晶相（結晶相）,同一坯體內(nèi)可有多種晶相。主晶相、次晶相,陶瓷材料燒結后的主要組成相之一。,晶相的組成，特別是主晶相的組成往往決定著制品的物理化學性能。,長石質瓷器的晶相為：莫來石、方石英和殘余石英。,2. 玻璃相,由坯料的組分及雜質或添加物所形成的非晶態(tài)低熔點固體物質。, 粘結晶粒、填充氣孔和空隙，促進坯體致密，增加透明度，降低坯體的燒結溫度。, 高粘度玻璃相能抑制晶粒長大，防止晶型轉變、擴大燒結范圍。,作用：, 不利影響：過量的玻璃相會降低陶瓷強度、抗熱震性能，引起產(chǎn)品變形。降低瓷件的絕緣電阻，增大介質損

12、耗。,玻璃相的組成、數(shù)量與坯料的組成和燒成工藝相關。,二 顯微結構的組成,3. 氣孔,一般陶瓷制品的氣孔率510（體積）。,氣孔的存在與坯料的組成和燒成制度有關。,提高燒成溫度，總氣孔率降低。,過燒時？,重結晶作用，晶粒異常長大，或液相粘度降低，閉口氣孔合并，開口氣孔增加而使孔徑及總氣孔率增大。,熱壓、熱等靜壓燒結，坯體的氣孔率可下降至1以下，甚至接近理論密度。,二 顯微結構的組成,氣孔分布：常在玻璃相基質中，晶粒重結晶時會將氣孔包含到大晶粒之中。,氣孔存在與否、形狀、大小、含量、分布和氣孔間的連通情況等，對制品的性能、質量及使用均有顯著影響，甚至起決定作用。,氣孔能增大制品的介電損耗，降低機

13、械強度、透明度、抗擊穿強度等。,含大量氣孔、甚至以氣孔為主相的制品（如保溫材料、隔熱材料等），又具有質輕、隔熱、隔音、保溫等作用。,二 顯微結構的組成,氣泡,4. 晶界,（1） 晶界的定義,晶界：結晶方向不同的、直接接觸的同成分晶粒間的交界處，稱為晶界（晶粒間界或粒界）。,相界：不同成分晶粒間的交界處或不同相間的交界處稱為相界面。,晶界結構：晶界處物質的結構特點。,晶界的厚度：取決于相鄰晶粒的取向之差及所含雜質的種類和數(shù)量。,二 顯微結構的組成,晶界結構示意圖,（2） 晶界的異相偏析效應,在高溫條件下的燒結和冷卻過程中，異性雜質離子從晶粒內(nèi)部向晶界擴散和遷移，使之在晶界部位富集的現(xiàn)象，稱為晶界

14、異相偏析效應。,晶界上的雜質往往以三種形式存在：,二 顯微結構的組成,陶瓷顯微結構中雜質在晶界上存在的狀態(tài),（3） 晶界的物質遷移效應,二 顯微結構的組成,晶界物質遷移效應引起的再結晶(A)及其示意圖(B),(A),(B),燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度，影響產(chǎn)品性能的關鍵是溫度及其與時間的關系，以及燒成時的氣氛。其中溫度制度，氣氛制度需要根據(jù)不同產(chǎn)品要求而定，而壓力制度是保證窯爐按照要求的溫度制度與氣氛制度進行燒成。,（1）以坯釉的化學組成及其在燒成過程中的物理化學變化為依據(jù)。如氧化鐵和氧化鈦的含量決定了采用不同的燒成氣氛；又如坯釉中氧化分解反應、收縮變化、密度變化以及熱重變化等決

15、定采用不同的燒成制度。 （2）以坯件的種類、大小、形狀和薄厚為依據(jù)。 （3）以窯爐的結構、類型、燃料種類以及裝窯方式和裝窯疏密為依據(jù)。 （4）以相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗為依據(jù)。,三、最佳燒成制度的確定,制定燒成制度的依據(jù)：,（一）、溫度制度及控制,溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間以及冷卻速度等參數(shù)。,（1）坯體水分蒸發(fā)期（室溫300 ） 這階段實際是干燥的延續(xù)，升溫速度主要取決于坯體的含水率、致密度、厚度和窯內(nèi)實際溫度以及裝坯量。入窯水分2%的坯件能較快升溫。當坯件入窯水分較高，坯件厚度及裝窯密度大時，應采取慢速升溫。特別對于含結合粘土多的致密坯體，水份排除困難，在溫差大時更應慢速升溫。

16、,三、最佳燒成制度的確定,1、各階段的升溫速度,升溫速度主要根據(jù)窯內(nèi)溫差以及坯料組成、細度，坯體的厚度、大小和裝窯密度等因素來確定。排除結晶水的溫度范圍（400600 ）內(nèi)，坯體無收縮，且保持較大的氣孔率，結晶水和分解氣體的排除可自由進行，有機物中的碳素也能順利氧化。 較多高嶺石粘土的坯體不能升溫太快。 隧道窯控制在80150 。,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,（2）氧化分解與晶型轉化期（300950 ）,這一階段初始，坯體開始收縮，釉層開始熔化，除要嚴格控制升溫速度外，還應根據(jù)坯釉性能和含鐵、鈦的多少，確定是否需要轉換氣氛。一個氧化保溫過程. 氧化保溫結束后，坯體中液相量逐

17、漸增加，發(fā)生急劇收縮。坯體各部分收縮不一致或收縮過大，都會引起變形或開裂，因而升溫速度應慢而均勻,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,（3）?；纱善冢?50 燒成溫度）,確定燒成溫度應考慮坯料的化學組成與細度、坯料燒結溫度范圍、升溫速度和保溫時間等因素。,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成溫度（止火溫度）與 保溫時間的確定,氣孔率和燒成收縮率與溫度的關系,1線收縮曲線,2顯氣孔率曲線,坯體隨著溫度升高，950 以后顯氣孔率急劇降低，收縮增大并趨向致密。這一開始劇烈變化的溫度稱為開始燒結溫度。 當氣孔率接近零時，坯體致密度達到最大，這種狀態(tài)成為“燒結”。相應的

18、溫度稱為“燒結溫度”。 溫度繼續(xù)升高，坯體發(fā)生軟化變形甚至發(fā)泡膨脹，這種現(xiàn)象稱為“過燒”。 通常把燒結開始過燒軟化的溫度區(qū)間稱為“燒結溫度范圍”。,在此范圍內(nèi)燒成制品的體積密度及收縮率都沒有顯著變化。對于燒結范圍窄的坯體，適宜選擇下限溫度以較長的時間保溫燒成。 高火保溫 其目的是縮小窯內(nèi)各處及制品內(nèi)外的溫差，是坯內(nèi)的物理化學變化更加完全，坯體組織趨于均一。,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成溫度（止火溫度）與 保溫時間的確定,800 以上坯內(nèi)液相還處于塑性狀態(tài)，故可進行快速冷卻。 這樣既可防止液相析晶、晶體長大及低價鐵的氧化，又可提高制品的機械強度、白度及釉面光澤度。急冷

19、時的降溫速度一般控制在150300 。 800 以下，由于液相開始凝固轉變成脆性的固體狀態(tài)，同時有石英晶型轉化，需要緩慢冷卻。冷卻速度一般在4070 。至400 以下，熱應力變小，又可以較快速度冷卻，降溫速度可達100 以上。但對含大量方石英的陶器制品，在晶型轉化溫度下仍需緩慢冷卻。,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,3、冷卻速度,素燒溫度曲線,釉燒溫度曲線,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,隧道窯燒成陶瓷的溫度曲線,1-窯頂溫度曲線,3-車面溫度曲線,4-車面溫度曲線,2-設計溫度曲線,4、升、降溫速度對產(chǎn)品性能的影響,普通陶瓷坯體在快速加熱時的收縮要比緩慢加熱的

20、小，因為快速燒成時，熔體為粘土及石英所飽和的時間不長，而這類低粘度的熔體尚需一定時間以發(fā)揮其表面張力的最大效果。,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,普通陶瓷燒成后緩慢冷卻時，收縮率會大些，相對的氣孔率小些。冷卻速度對機械強度的影響復雜得多。,冷卻速度的快慢對坯體中晶相的大小，尤其是對晶體的應力狀態(tài)有很大的影響。,幾種瓷坯的冷卻速度與抗彎強度的關系,（一）、溫度制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,（二）、氣氛制度及控制,普通陶瓷根據(jù)坯料性能不同，燒成時可采用氧化氣氛、中性氣氛或還原氣氛。 按燒成時的焰性也稱作氧化焰、中性焰和還原焰。 氧的含量8-10%，強氧化焰 4-5%，普通氧化

21、焰，1-1.5%中性焰，一氧化碳1.5-2.5%，弱還原焰，2.5-7%強還原焰。,三、最佳燒成制度的確定,陶瓷制品各階段的燒成氣氛必須根據(jù)原料性能和制品的不同要求來確定。 坯體水分蒸發(fā)期（室溫300 ）對氣氛沒特殊要求。 在氧化分解與晶型轉變期（300950 ），為使坯體氧化分解充分，要求氧化氣氛。 在?；纱善冢?50 燒成溫度），陶器、炻器均應采用氧化氣氛燒成。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,1、各階段的氣氛要求,還原氣氛燒成時轉換溫度的確定 由強氧化氣氛轉強還原氣氛的溫度是燒成中極重要的溫度點。 坯、釉配方不同，該溫度亦完全不同，還原過早，則坯、釉料的分解氧化反應不

22、完全，沉碳燒不盡，容易造成釉泡或煙熏缺陷。 氣氛轉化溫度過高，表明還原過遲，此時坯體燒結，釉層封閉，還原介質就難以滲入坯體，起不到還原作用，并易造成高溫沉碳，從而產(chǎn)生陰黃、花臉、釉泡、針孔及煙熏缺陷。一般確定釉始熔前150 左右的溫度為轉換溫度。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,強還原轉弱還原的溫度也很重要。它標志著還原結束，釉料開始成熟，此時還原氣氛過強，不僅沾污釉面而且浪費燃料。采用氧化氣氛低價鐵又會重新氧化使制品發(fā)黃。采用中性氣氛雖較理想，但卻難以控制。故強還原后改燒弱還原焰效果較好。強還原必須在釉料開始熔融時（或釉層始熔后1020 ）結束。并及時轉換為弱還原氣氛，轉換溫

23、度約在1200 左右。,隧道窯燒成瓷器溫度曲線,1-氧化氣氛 2-強還原氣氛 3-還原氣氛 4-中性氣氛 5-氧化氣氛,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,氣氛會影響陶瓷坯體高溫下的物化反應速度，改變其體積變化、晶粒與氣孔大小、燒結溫度甚至相組成等，最終得到不同性質的產(chǎn)品。,（1）.對日用瓷的影響,日用瓷坯體在氧化氣氛和還原氣氛中燒成，會使它們在燒結溫度、最大燒成收縮、過燒膨脹率、線收縮速率和釉面質量等方面都有所變化。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,1）不同氣氛對燒結溫度影響,坯體在還原氣氛中的燒結溫度比氧化氛圍中低。,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的

24、原因在于還原氣氛使瓷坯中的鐵大多數(shù)以FeO存在， Fe O比Fe2O3的助熔能力強，與SiO2生成低熔點的硅酸鹽玻璃（FeSiO3）。這樣，液相的表面張力較在氧化氣氛下提高20%左右，這就促進了坯體能在較低的溫度下燒結并產(chǎn)生較大的收縮。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,2) 不同氣氛對坯體過燒膨脹的影響,所有瓷石質坯與未加膨潤土的長石質坯在還原氣氛中過燒40oC的膨脹比在氧化氣氛中要小的多， 但加入后反而大。,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：在氧化氣氛中，坯中的硫酸鹽和Fe2O3要到接近坯體燒結和釉層融化的溫度下才能分解，此時氣孔已被封閉，氣體不能排出，

25、導致過燒40 膨脹就十分顯著。 而在還原氣氛下，這些物質的分解溫度可提前到坯、釉處于多孔狀態(tài)時進行，氣體可以自由逸出。 坯料中含鐵量較高時，對碳素的吸附性也較小，所以還原氣氛中過燒膨脹值較小。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是： 坯料中含鐵量不高，但彭潤土對碳素的吸附性很強，在還原氣氛中燒成的坯體容易吸附碳素。這些碳素的氧化要推遲到燒成末期，當過燒40 時，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的分解，就使過燒膨脹十分顯著 。而在氧化氣氛中加熱有助于在瓷化前燒盡碳素，過燒40 雖有少量Fe2O3分解，過燒膨脹也不明顯。,加膨潤土的長

26、石質坯在還原氣氛中過燒40oC的膨脹比在氧化氣氛中要大的多,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,3) 不同氣氛對瓷體線收縮率的影響,所有瓷坯在還原氣氛中的最大線收縮速率都比在氧化氣氛中大。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,4) 氣氛對瓷坯的顏色和透光度及釉面質量的影響,a.影響鐵和鈦的價數(shù)。 b.還原氣氛使氧化硅和一氧化碳還原。,陶瓷坯料中大多程度不等的含有鐵、鈦等著色化合物。在氧化氣氛中燒成，是制品呈現(xiàn)黃、紅、棕、褐和紫灰等顏色。 在還原氣氛中，坯釉的Fe2O3絕大部分被還原為FeO在較低的溫度下與SiO

27、2結合淡青色易熔的低鐵硅酸鹽，促進坯體在較低溫度下燒結，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相應提高了瓷的透光性。 但對含鈦量較多的坯料則應避免還原燒成，否則部分TiO2變?yōu)樗{紫色的Ti2O3,有時還生成黑色FeO.Ti2O3尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體，從而加深了鐵的著色作用。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,還原氣氛在一定溫度下也可能使SiO2還原生成氣態(tài)的SiO. 在較低溫度下也會按2SiO-SiO2+Si分解。 Si在陶瓷制品中會形成黑斑。 還原氣氛中一般含CO，在一定溫度下按2CO-CO2+C分解。CO的分解速度在800 以上才比較明顯，低于800 時

28、要有碳和氧化鐵的催化作用才有可能。因此在還原氣氛中，很可能在坯釉中析出碳而形成黑斑，繼續(xù)升溫將形成坯泡、釉泡和針孔。 氮在高溫的還原氣氛中也有形成化合物而溶解在坯釉熔體中的傾向。溶解后再遇到氧化氣氛又會分離而產(chǎn)生氣泡。但在中性和還原氣氛中不會產(chǎn)生氣泡。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,我國北方制瓷原料大多采用二次高嶺土與耐火粘土，含鐵較少而含氧化鈦、有機物較多，坯體粘性和吸附性較強，適宜用氧化氣氛燒成。 南方制瓷原料大多采用原生高嶺土和瓷石，含鐵量較多而含氧化鈦、有機物較少，粘性和吸附性較小，適宜用還原氣氛燒成。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒

29、成制度的確定,2、燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響,（三）壓力制度及控制,壓力制度起著保證溫度和氣氛制度的作用。,三、最佳燒成制度的確定,燒結是在熱工設備中進行的，這里熱工設備指的是先進陶瓷生產(chǎn)窯爐及其附屬設備。燒結陶瓷的窯爐類型很多，同一種制品可在不同類型的窯內(nèi)燒成，同一種窯也可燒結不同的制品。 本節(jié)將介紹常用的間歇式窯爐、連續(xù)式窯和輔助設備，如：電爐、電隧道窯以及電發(fā)熱元件等。,四、燒結設備,4.1.間歇式窯爐,按其功能新穎性可分為電爐、高溫倒焰窯、梭式窯和鐘罩窯。,4.1.1、電爐,電爐（electric furnace）是電熱窯爐的總稱。一般是通過電熱元件把電能轉變?yōu)闊崮埽煞譃殡娮锠t、感應爐

30、、電弧爐等。,四、燒結設備,箱式電阻爐實物圖（a）和 爐體結構示意圖（b）,管式電阻爐實物圖（a） 和爐體結構示意圖（b）,電弧感應加熱爐（arc induction heating） 熱量主要由電弧產(chǎn)生的電加熱爐，用于人工合成云母、生產(chǎn)氧化鋁空心球及硅酸鋁耐火纖維優(yōu)質保溫材料等。,電磁感應加熱爐（magnetic induction heating） 由于電磁感應作用在導體內(nèi)產(chǎn)生感應電流，而這種感應電流因為導體的電阻而產(chǎn)生熱能的一種電爐。常利用感應爐研制氮化硅等。,四、燒結設備,4.1.2、高溫倒焰窯（reverse flame kiln）,倒焰窯工作流程 1-窯室；2-燃燒室；3-灰坑；4

31、-窯底吸火孔；5-支煙道；6-主煙道；7-擋火墻；8-窯墻；9-窯頂；10-噴火口,4.1.3梭式窯（drawer kiln）,梭式窯結構示意圖 1-窯室；2-窯墻；3-窯頂；4-燒嘴；5-升降窯門；6-支煙道；7-窯車；8-軌道,四、燒結設備,4.1.4 鐘罩窯（bell kiln）,該鐘罩窯用于精細氧化鋁陶瓷高溫燒成。采取窯罩升降式，密封性能特別好，可在窯罩下方出裝產(chǎn)品而不受震動。窯內(nèi)旋轉氣流，采取車下排煙方式，窯內(nèi)溫度非常均勻。采用富氧燃燒技術，升溫快，節(jié)能效果明顯。,四、燒結設備,4.2 連續(xù)式窯,連續(xù)式窯爐的分類方法有多種，下面按制品的輸送方式可分為隧道窯、高溫推板窯和輥道窯。 與傳

32、統(tǒng)的間歇式窯相比較，連續(xù)式窯具有連續(xù)操作性，易實現(xiàn)機械化，大大地改善了勞動條件和減輕了勞動強度，降低了能耗等優(yōu)點。,四、燒結設備,4.2.1、隧道窯（tunnel kiln）,四、燒結設備,輥道窯是電熱式隧道窯的一種，只是傳遞燒結樣品的傳遞系統(tǒng)不是傳統(tǒng)的窯車、推板，而是同步轉動的陶瓷或金屬輥棒。每條輥子在窯外傳動機構的作用下不斷地轉動；制品由隧道的預熱端放置在輥子上，在輥子的轉動作用下通過隧道的預熱帶、燒成帶和冷卻帶。,4.2.2 輥道窯（roller kiln）,四、燒結設備,4.3 窯爐輔助設備,發(fā)熱元件 電爐按爐溫的高低可以分為低溫（工作溫度低于700）、中溫（工作溫度為7001250）

33、和高溫（工作溫度大于1250）三類。爐溫在1200以下，通常采用鎳鉻絲、鐵鉻鎢絲，爐溫為13501400時采用硅碳棒；爐溫為1600可采用二硅化鉬棒為電熱體。,元件的壽命取決于以下三個因素： 正確的安裝，控制合理的升溫降溫速率，元件的碰撞。,常見硅鉬棒形狀,四、燒結設備,4.4 新型窯爐,熱壓爐,4.4.1 熱壓燒結,熱壓設備主要適用于那些考慮低擴散性或需要毛細管結構（機械性能、熱性能和光性能兼得）的材料，它們是不需要經(jīng)過超高溫獲得高密度的材料。通過熱壓工藝不僅能夠輕易的制造出各種常規(guī)形狀（如片裝，圓柱體，長方體)的工件，還能夠通過優(yōu)化設計，輕易的制造出其它復雜形狀的產(chǎn)品。,氮化硅, Al2O

34、3, TiC/TiN 和硅鋁氧氮陶瓷(刀具, 閥組件, 軸承,耐摩擦件等). 摻鑭鋯鈦酸鉛(PLZT) 和其它高性能陶瓷 . 碳化硼(B4C). SiC(+Al2O3)陶瓷刀具.,四、燒結設備,溫度：2200 壓力：100bar 用于陶瓷產(chǎn)品的高溫氣壓燒結,高溫高氣壓燒結材料的特性是首先在低壓狀態(tài)下進行燒結工藝，然后在常壓下燒結材料達到疲勞狀態(tài)，最后是在高氣壓下燒結（結果是進一步的增加材料疲勞狀態(tài)并迅速的消除材料中的應力）。因此在高溫高氣壓燒結工藝后，材料的各方面機械性能（硬度，強度，韌性等）都優(yōu)于普通的燒結工藝。,4.4.2 氣壓燒結,燒結氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷，經(jīng)過此設備燒結后具有非常好的機

35、械性能（可用做刀具，渦輪增壓器的轉子及應用于發(fā)動機等等）.,四、燒結設備,放電等離子體燒結爐（SPS）,是利用放電等離子體進行燒結的。等離子體是物質在高溫或特定激勵下的一種物質狀態(tài),是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外,物質的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體,由大量正負帶電粒子和中性粒子組成,并表現(xiàn)出集體行為的一種準中性氣體。,4.4.3 放電等離子體燒結爐,結構陶瓷、多功能陶瓷、金屬陶瓷 金屬間化合物：TiAl, MoSi2, Si3Zr5, NiAl, NbCo, NbAl, LaBaCuSO4,等離子體是解離的高溫導電氣體,可提供反應活性高的狀態(tài)。等離子體溫度400010999,其氣態(tài)分子和原子處在高度活化狀態(tài),而且等離子氣體內(nèi)離子化程度很高,這些性質使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術。燒結溫度最高可以達到2400C,四、燒結設備,微波燒結爐,4.4.4 微波燒結爐,微波燒結是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細微結構耦合而產(chǎn)生熱量，材料的在電磁場中的介質損耗使其材料整體加熱至燒結溫度而實現(xiàn)致密化的方法。由于材料可內(nèi)外均勻地整體吸收微波能并被加熱，使得處于微波場中的被燒結物內(nèi)部的熱梯度和熱流方向與常規(guī)燒結時完全不同。,微波可以實現(xiàn)快速均勻加熱而不會引起試樣開裂或在試樣內(nèi)形成熱應力，更重要