《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(shù)。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(jī)械性能提高的致密化過(guò)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(shí)間約占整個(gè)生產(chǎn)周期的1/31/4，所需費(fèi)用約占產(chǎn)品成本的40%左右。因此，正確的設(shè)計(jì)與選擇窯爐，科學(xué)地制定和執(zhí)行燒成制度并進(jìn)行嚴(yán)格的執(zhí)行裝燒操作規(guī)程，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低燃料消耗的必要保證。,目前我國(guó)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(guò)程中的物理變化,坯體的燒制是一個(gè)由量變到質(zhì)變物理變化和化學(xué)變化交錯(cuò)進(jìn)

2、行的過(guò)程?？梢詫⑷沼锰沾傻臒蛇^(guò)程分為四個(gè)階段。,坯體在這一階段主要任務(wù)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(bǔ)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(guān)鍵。一般日用瓷坯體入窯水分控制在2%以下。因?yàn)闇囟雀哂?20 時(shí)坯體內(nèi)部的水分發(fā)生強(qiáng)烈汽化。蒸汽壓力超過(guò)坯體的抗張強(qiáng)度極限時(shí)，造成制品開(kāi)裂，對(duì)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(guò)程中的物理變化,本階段要加強(qiáng)通風(fēng)，目的是使被水氣飽和的煙氣得到及時(shí)排除，不致因其溫度繼續(xù)下降到露點(diǎn)而析出液態(tài)水，凝聚在制品表面造成“水跡”或開(kāi)裂等缺陷。,在這

3、一階段，坯體內(nèi)部發(fā)生較復(fù)雜的物理化學(xué)變化： 粘土中的結(jié)構(gòu)水的排除； 碳酸鹽分解； 有機(jī)物、碳素和硫化物被氧化； 石英晶型轉(zhuǎn)變。 這些變化與坯體組成、升溫速度、窯爐氣氛等因素有關(guān)。,2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300950 ）,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,粘土礦物因其類型、結(jié)晶完整程度和顆粒度的不同，排除結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)水也與升溫速度有關(guān)。隨著升溫速度的加快殘留結(jié)構(gòu)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(guò)程中的物理變化,2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300950 ）,（1）粘土結(jié)構(gòu)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(yīng)和反應(yīng)溫度如下： C有機(jī)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(jī)物和硫化物的氧化,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,2、氧化分解與

5、晶型轉(zhuǎn)變期（300950 ）,石英在573 的晶型轉(zhuǎn)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(huì)出現(xiàn)少量液相，它的形成可起到黏結(jié)顆粒的作用，使坯體的機(jī)械強(qiáng)度增加。,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,2、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300950 ）,（4）石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相的形成,坯體在氧化分解期的氧化反應(yīng)實(shí)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(guò)程中的

6、物理變化,（1）在1020 前繼續(xù)氧化分解反應(yīng)，排除殘留結(jié)構(gòu)水,此階段的燒成氣氛對(duì)坯體的化學(xué)反應(yīng)影響極大。在氧化氣氛中，硫酸鹽與高價(jià)鐵的分解往往推遲到1300 以后進(jìn)行。具體情況如下：,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過(guò)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(zhǎng)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(guò)放熱

7、反應(yīng)，生成鋁硅尖晶石開(kāi)始轉(zhuǎn)化為莫來(lái)石（3Al2O32SiO2），非晶態(tài)二氧化硅轉(zhuǎn)化為方石英。,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,（3）形成大量液相和莫來(lái)石晶相,長(zhǎng)石約在1170 開(kāi)始分解，析出白榴石并生成液相。在高嶺土和長(zhǎng)石組成的二組分混合物中，約在1000 莫來(lái)石開(kāi)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(zhì)而促使莫來(lái)石的生成。另一方面，由于K2O與Na2O含量降低，長(zhǎng)石熔體組成向莫來(lái)石區(qū)析出方向變化，導(dǎo)致長(zhǎng)石熔體中形成細(xì)小的針狀莫來(lái)石。這兩種莫來(lái)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(lái)石成為一次莫來(lái)石；由長(zhǎng)石熔體

8、形成的針狀莫來(lái)石稱為二次莫來(lái)石。,3、?；纱善冢?50 燒成溫度）,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,（3）形成大量液相和莫來(lái)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(zhì)熔體將細(xì)小針狀莫來(lái)石溶解，高溫時(shí)粒狀和片狀莫來(lái)石也受到強(qiáng)烈的侵蝕。若鐵含量較高，堿性氧化物與則低價(jià)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(lái)石重結(jié)晶和坯體燒結(jié),瓷坯冷卻前后的變化圖,1. 石英 2. 液相（玻璃相）3. 二次莫來(lái)石 4. 粘土殘骸及一次莫來(lái)石,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,一方面促使晶體發(fā)生重結(jié)晶。由于細(xì)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(dǎo)致大晶粒尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)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(lái)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(jī)械強(qiáng)度的瓷坯。,大量液相對(duì)坯體的成瓷作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一、坯體在燒制過(guò)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(guò)程的重要階段。 采取快冷的方法 冷卻過(guò)慢 主要變化：黏度不斷增大，細(xì)晶減少粗晶增多，結(jié)構(gòu)不均勻，導(dǎo)致機(jī)械性能下降; 釉層細(xì)晶失透；低價(jià)鐵重新氧化。,4、冷卻階段,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,冷卻后期400 -室溫

10、。針對(duì)陶和瓷采取不同降溫措施,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化,冷卻中期，由800-400 ，這是冷卻的最危險(xiǎn)的階段。 主要變化，由塑性變?yōu)楣虘B(tài)。 殘余石英的晶型轉(zhuǎn)變（573 ） 在573-石英轉(zhuǎn)變?yōu)?石英，體積收縮0.82%。必須緩慢 冷卻過(guò)快：產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力; 內(nèi)部和表面出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力,瓷器中不會(huì)有方石英出現(xiàn)，冷卻時(shí)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(dá)到飽和，因此一般陶瓷在冷卻階段不會(huì)有方石英新相析出。 陶炻質(zhì)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(shí)要特別注意。,270時(shí)，-方石英轉(zhuǎn)變?yōu)?方石英，體積收縮2.8%。,一、坯體在燒制過(guò)程中的物理變化

11、,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,陶瓷顯微結(jié)構(gòu)示意圖,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,1. 晶相（結(jié)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(jié)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(xué)性能。,長(zhǎng)石質(zhì)瓷器的晶相為：莫來(lái)石、方石英和殘余石英。,2. 玻璃相,由坯料的組分及雜質(zhì)或添加物所形成的非晶態(tài)低熔點(diǎn)固體物質(zhì)。, 粘結(jié)晶粒、填充氣孔和空隙，促進(jìn)坯體致密，增加透明度，降低坯體的燒結(jié)溫度。, 高粘度玻璃相能抑制晶粒長(zhǎng)大，防止晶型轉(zhuǎn)變、擴(kuò)大燒結(jié)范圍。,作用：, 不利影響：過(guò)量的玻璃相會(huì)降低陶瓷強(qiáng)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(zhì)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(guān)。,二 顯微結(jié)構(gòu)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(guān)。,提高燒成溫度，總氣孔率降低。,過(guò)燒時(shí)？,重結(jié)晶作用，晶粒異常長(zhǎng)大，或液相粘度降低，閉口氣孔合并，開(kāi)口氣孔增加而使孔徑及總氣孔率增大。,熱壓、熱等靜壓燒結(jié)，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(jié)構(gòu)的組成,氣孔分布：常在玻璃相基質(zhì)中，晶粒重結(jié)晶時(shí)會(huì)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(duì)制品的性能、質(zhì)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(jī)

13、械強(qiáng)度、透明度、抗擊穿強(qiáng)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(zhì)輕、隔熱、隔音、保溫等作用。,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,氣泡,4. 晶界,（1） 晶界的定義,晶界：結(jié)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(jié)構(gòu)：晶界處物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。,晶界的厚度：取決于相鄰晶粒的取向之差及所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量。,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,晶界結(jié)構(gòu)示意圖,（2） 晶界的異相偏析效應(yīng),在高溫條件下的燒結(jié)和冷卻過(guò)程中，異性雜質(zhì)離子從晶粒內(nèi)部向晶界擴(kuò)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(yīng)。,晶界上的雜質(zhì)往往以三種形式存在：,二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,陶瓷顯微結(jié)構(gòu)中雜質(zhì)在晶界上存在的狀態(tài),（3） 晶界的物質(zhì)遷移效應(yīng),二 顯微結(jié)構(gòu)的組成,晶界物質(zhì)遷移效應(yīng)引起的再結(jié)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(guān)鍵是溫度及其與時(shí)間的關(guān)系，以及燒成時(shí)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(jìn)行燒成。,（1）以坯釉的化學(xué)組成及其在燒成過(guò)程中的物理化學(xué)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(yīng)、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(jié)構(gòu)、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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)際溫度以及裝坯量。入窯水分2%的坯件能較快升溫。當(dāng)坯件入窯水分較高，坯件厚度及裝窯密度大時(shí)，應(yīng)采取慢速升溫。特別對(duì)于含結(jié)合粘土多的致密坯體，水份排除困難，在溫差大時(shí)更應(yīng)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(xì)度，坯體的厚度、大小和裝窯密度等因素來(lái)確定。排除結(jié)晶水的溫度范圍（400600 ）內(nèi)，坯體無(wú)收縮，且保持較大的氣孔率，結(jié)晶水和分解氣體的排除可自由進(jìn)行，有機(jī)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(zhuǎn)化期（300950 ）,這一階段初始，坯體開(kāi)始收縮，釉層開(kāi)始熔化，除要嚴(yán)格控制升溫速度外，還應(yīng)根據(jù)坯釉性能和含鐵、鈦的多少，確定是否需要轉(zhuǎn)換氣氛。一個(gè)氧化保溫過(guò)程. 氧化保溫結(jié)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(guò)大，都會(huì)引起變形或開(kāi)裂，因而升溫速度應(yīng)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(yīng)考慮坯料的化學(xué)組成與細(xì)度、坯料燒結(jié)溫度范圍、升溫速度和保溫時(shí)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(shí)間的確定,氣孔率和燒成收縮率與溫度的關(guān)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(kāi)始劇烈變化的溫度稱為開(kāi)始燒結(jié)溫度。 當(dāng)氣孔率接近零時(shí)，坯體致密度達(dá)到最大，這種狀態(tài)成為“燒結(jié)”。相應(yīng)的

18、溫度稱為“燒結(jié)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(guò)燒”。 通常把燒結(jié)開(kāi)始過(guò)燒軟化的溫度區(qū)間稱為“燒結(jié)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(méi)有顯著變化。對(duì)于燒結(jié)范圍窄的坯體，適宜選擇下限溫度以較長(zhǎng)的時(shí)間保溫?zé)伞?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(xué)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(shí)間的確定,800 以上坯內(nèi)液相還處于塑性狀態(tài)，故可進(jìn)行快速冷卻。 這樣既可防止液相析晶、晶體長(zhǎng)大及低價(jià)鐵的氧化，又可提高制品的機(jī)械強(qiáng)度、白度及釉面光澤度。急冷

19、時(shí)的降溫速度一般控制在150300 。 800 以下，由于液相開(kāi)始凝固轉(zhuǎn)變成脆性的固體狀態(tài)，同時(shí)有石英晶型轉(zhuǎn)化，需要緩慢冷卻。冷卻速度一般在4070 。至400 以下，熱應(yīng)力變小，又可以較快速度冷卻，降溫速度可達(dá)100 以上。但對(duì)含大量方石英的陶器制品，在晶型轉(zhuǎn)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?zé)郎囟惹€,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(shè)計(jì)溫度曲線,4、升、降溫速度對(duì)產(chǎn)品性能的影響,普通陶瓷坯體在快速加熱時(shí)的收縮要比緩慢加熱的

20、小，因?yàn)榭焖贌蓵r(shí)，熔體為粘土及石英所飽和的時(shí)間不長(zhǎng)，而這類低粘度的熔體尚需一定時(shí)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(shí)，收縮率會(huì)大些，相對(duì)的氣孔率小些。冷卻速度對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響復(fù)雜得多。,冷卻速度的快慢對(duì)坯體中晶相的大小，尤其是對(duì)晶體的應(yīng)力狀態(tài)有很大的影響。,幾種瓷坯的冷卻速度與抗彎強(qiáng)度的關(guān)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(shí)可采用氧化氣氛、中性氣氛或還原氣氛。 按燒成時(shí)的焰性也稱作氧化焰、中性焰和還原焰。 氧的含量8-10%，強(qiáng)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(qiáng)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(lái)確定。 坯體水分蒸發(fā)期（室溫300 ）對(duì)氣氛沒(méi)特殊要求。 在氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變期（300950 ），為使坯體氧化分解充分，要求氧化氣氛。 在?；纱善?，（950 燒成溫度），陶器、炻器均應(yīng)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(shí)轉(zhuǎn)換溫度的確定 由強(qiáng)氧化氣氛轉(zhuǎn)強(qiáng)還原氣氛的溫度是燒成中極重要的溫度點(diǎn)。 坯、釉配方不同，該溫度亦完全不同，還原過(guò)早，則坯、釉料的分解氧化反應(yīng)不

22、完全，沉碳燒不盡，容易造成釉泡或煙熏缺陷。 氣氛轉(zhuǎn)化溫度過(guò)高，表明還原過(guò)遲，此時(shí)坯體燒結(jié)，釉層封閉，還原介質(zhì)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(zhuǎn)換溫度。,（二）、氣氛制度及控制,三、最佳燒成制度的確定,強(qiáng)還原轉(zhuǎn)弱還原的溫度也很重要。它標(biāo)志著還原結(jié)束，釉料開(kāi)始成熟，此時(shí)還原氣氛過(guò)強(qiáng)，不僅沾污釉面而且浪費(fèi)燃料。采用氧化氣氛低價(jià)鐵又會(huì)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(qiáng)還原后改燒弱還原焰效果較好。強(qiáng)還原必須在釉料開(kāi)始熔融時(shí)（或釉層始熔后1020 ）結(jié)束。并及時(shí)轉(zhuǎn)換為弱還原氣氛，轉(zhuǎn)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(qiáng)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(duì)產(chǎn)品性能的影響,氣氛會(huì)影響陶瓷坯體高溫下的物化反應(yīng)速度，改變其體積變化、晶粒與氣孔大小、燒結(jié)溫度甚至相組成等，最終得到不同性質(zhì)的產(chǎn)品。,（1）.對(duì)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(huì)使它們?cè)跓Y(jié)溫度、最大燒成收縮、過(guò)燒膨脹率、線收縮速率和釉面質(zhì)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(duì)燒結(jié)溫度影響,坯體在還原氣氛中的燒結(jié)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(qiáng)，與SiO2生成低熔點(diǎn)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(jìn)了坯體能在較低的溫度下燒結(jié)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(duì)產(chǎn)品性能的影響,2) 不同氣氛對(duì)坯體過(guò)燒膨脹的影響,所有瓷石質(zhì)坯與未加膨潤(rùn)土的長(zhǎng)石質(zhì)坯在還原氣氛中過(guò)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(jié)和釉層融化的溫度下才能分解，此時(shí)氣孔已被封閉，氣體不能排出，

25、導(dǎo)致過(guò)燒40 膨脹就十分顯著。 而在還原氣氛下，這些物質(zhì)的分解溫度可提前到坯、釉處于多孔狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，氣體可以自由逸出。 坯料中含鐵量較高時(shí)，對(duì)碳素的吸附性也較小，所以還原氣氛中過(guò)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(duì)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(rùn)土對(duì)碳素的吸附性很強(qiáng)，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(dāng)過(guò)燒40 時(shí)，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的分解，就使過(guò)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(guò)燒40 雖有少量Fe2O3分解，過(guò)燒膨脹也不明顯。,加膨潤(rùn)土的長(zhǎng)

26、石質(zhì)坯在還原氣氛中過(guò)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(duì)產(chǎn)品性能的影響,3) 不同氣氛對(duì)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(duì)產(chǎn)品性能的影響,4) 氣氛對(duì)瓷坯的顏色和透光度及釉面質(zhì)量的影響,a.影響鐵和鈦的價(jià)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(jié)合淡青色易熔的低鐵硅酸鹽，促進(jìn)坯體在較低溫度下燒結(jié)，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相應(yīng)提高了瓷的透光性。 但對(duì)含鈦量較多的坯料則應(yīng)避免還原燒成，否則部分TiO2變?yōu)樗{(lán)紫色的Ti2O3,有時(shí)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(duì)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(huì)按2SiO-SiO2+Si分解。 Si在陶瓷制品中會(huì)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(shí)

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(huì)分離而產(chǎn)生氣泡。但在中性和還原氣氛中不會(huì)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(duì)產(chǎn)品性能的影響,我國(guó)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(jī)物較多，坯體粘性和吸附性較強(qiáng)，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(jī)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(duì)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(jié)是在熱工設(shè)備中進(jìn)行的，這里熱工設(shè)備指的是先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)窯爐及其附屬設(shè)備。燒結(jié)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(jié)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(shè)備，如：電爐、電隧道窯以及電發(fā)熱元件等。,四、燒結(jié)設(shè)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(guò)電熱元件把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，可分為電阻爐、感應(yīng)爐

30、、電弧爐等。,四、燒結(jié)設(shè)備,箱式電阻爐實(shí)物圖（a）和 爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）,管式電阻爐實(shí)物圖（a） 和爐體結(jié)構(gòu)示意圖（b）,電弧感應(yīng)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(zhì)保溫材料等。,電磁感應(yīng)加熱爐（magnetic induction heating） 由于電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，而這種感應(yīng)電流因?yàn)閷?dǎo)體的電阻而產(chǎn)生熱能的一種電爐。常利用感應(yīng)爐研制氮化硅等。,四、燒結(jié)設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)設(shè)備,4.1.4 鐘罩窯（bell kiln）,該鐘罩窯用于精細(xì)氧化鋁陶瓷高溫?zé)?。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(dòng)。窯內(nèi)旋轉(zhuǎn)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(shù)，升溫快，節(jié)能效果明顯。,四、燒結(jié)設(shè)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化，大大地改善了勞動(dòng)條件和減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了能耗等優(yōu)點(diǎn)。,四、燒結(jié)設(shè)備,4.2.1、隧道窯（tunnel kiln）,四、燒結(jié)設(shè)備,輥道窯是電熱式隧道窯的一種，只是傳遞燒結(jié)樣品的傳遞系統(tǒng)不是傳統(tǒng)的窯車、推板，而是同步轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷或金屬輥棒。每條輥?zhàn)釉诟G外傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)；制品由隧道的預(yù)熱端放置在輥?zhàn)由?，在輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)作用下通過(guò)隧道的預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶。,4.2.2 輥道窯（roller kiln）,四、燒結(jié)設(shè)備,4.3 窯爐輔助設(shè)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(shí)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(gè)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(jiàn)硅鉬棒形狀,四、燒結(jié)設(shè)備,4.4 新型窯爐,熱壓爐,4.4.1 熱壓燒結(jié),熱壓設(shè)備主要適用于那些考慮低擴(kuò)散性或需要毛細(xì)管結(jié)構(gòu)（機(jī)械性能、熱性能和光性能兼得）的材料，它們是不需要經(jīng)過(guò)超高溫獲得高密度的材料。通過(guò)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(zhǎng)方體)的工件，還能夠通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，輕易的制造出其它復(fù)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(jié)設(shè)備,溫度：2200 壓力：100bar 用于陶瓷產(chǎn)品的高溫氣壓燒結(jié),高溫高氣壓燒結(jié)材料的特性是首先在低壓狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)工藝，然后在常壓下燒結(jié)材料達(dá)到疲勞狀態(tài)，最后是在高氣壓下燒結(jié)（結(jié)果是進(jìn)一步的增加材料疲勞狀態(tài)并迅速的消除材料中的應(yīng)力）。因此在高溫高氣壓燒結(jié)工藝后，材料的各方面機(jī)械性能（硬度，強(qiáng)度，韌性等）都優(yōu)于普通的燒結(jié)工藝。,4.4.2 氣壓燒結(jié),燒結(jié)氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷，經(jīng)過(guò)此設(shè)備燒結(jié)后具有非常好的機(jī)

35、械性能（可用做刀具，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子及應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)等等）.,四、燒結(jié)設(shè)備,放電等離子體燒結(jié)爐（SPS）,是利用放電等離子體進(jìn)行燒結(jié)的。等離子體是物質(zhì)在高溫或特定激勵(lì)下的一種物質(zhì)狀態(tài),是除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外,物質(zhì)的第四種狀態(tài)。等離子體是電離氣體,由大量正負(fù)帶電粒子和中性粒子組成,并表現(xiàn)出集體行為的一種準(zhǔn)中性氣體。,4.4.3 放電等離子體燒結(jié)爐,結(jié)構(gòu)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(dǎo)電氣體,可提供反應(yīng)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(zhì)使得等離子體成為一種非常重要的材料制備和加工技術(shù)。燒結(jié)溫度最高可以達(dá)到2400C,四、燒結(jié)設(shè)備,微波燒結(jié)爐,4.4.4 微波燒結(jié)爐,微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的在電磁場(chǎng)中的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)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(chǎng)中的被燒結(jié)物內(nèi)部的熱梯度和熱流方向與常規(guī)燒結(jié)時(shí)完全不同。,微波可以實(shí)現(xiàn)快速均勻加熱而不會(huì)引起試樣開(kāi)裂或在試樣內(nèi)形成熱應(yīng)力，更重要