整理陶瓷燒成與燒結(jié)

1、7燒成與燒結(jié)7.1 燒成原理為制定合理的煨燒工藝，就必須對物料在燒成時所發(fā)生的物理化學(xué)變化的類型和規(guī)律有深入的了解。但是物料燒成時的變化較所用的原料單獨(dú)加熱時更為復(fù)雜，許多反應(yīng)是同時進(jìn)行的。一般而言，物料的燒成變化首先取決于物料的化學(xué)組成，正確的說是物料中的礦物組成。使用不同的地區(qū)的原料，即使物料的化學(xué)組成相同，也不能得到完全相同的燒成性質(zhì)。其次，物料的燒成變化在很大程度上還取決于物料中各組分的物理狀態(tài)，即粉碎細(xì)度、混合的均勻程度、物料的致密度等，因?yàn)槲锪系臒墒菍儆谝合鄥⑴c的燒結(jié)過程，因此物料的分散性和各組分的接觸的密切程度直接影響固相反應(yīng)、液相的生成和晶體的形成。此外，燒成溫度、時間和氣氛

2、條件對物料的燒成變化影響也很大。要將這些復(fù)雜的因素在物料燒成過程中的變化上反映出來是困難的。為研究方便本書以長石質(zhì)陶瓷坯體為例進(jìn)行討論。7.1.1 陶瓷坯體在燒成過程中的物理化學(xué)變化陶瓷坯體在燒成過程中一般經(jīng)過低溫階段、氧化分解階段和高溫階段。1 .低溫階段（由室溫300C）坯料在窯內(nèi)進(jìn)行燒成時，首先是排除在干燥過程中尚未除去的殘余水分。這些殘余水分主要是吸附水和少量的游離水，其量約為25%。隨著水分排除固體顆粒緊密靠攏，發(fā)生少量的收縮。但這種收縮并不能完全填補(bǔ)水分所遺留的空間，因此物料的強(qiáng)度和氣孔率都相應(yīng)的增加。在120140c之前，由于坯體內(nèi)顆粒間尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅速

3、升溫，隨著溫度進(jìn)一步提高，坯體中毛細(xì)管逐漸變小，坯體內(nèi)汽化加劇，使得開裂傾向增大。例如，當(dāng)加熱至120c時，一克水占有的水蒸氣容積為：22.4X（1+120/273）/18=1.79（升）。如果坯體中含有45%的游離水，則100克坯體的水蒸氣體積達(dá)7.16-8.95升，相當(dāng)于坯體體積的155倍。這些水蒸氣主要由坯體的邊角部位排出。為了保證水分排出不致使坯體開裂，在此階段應(yīng)注意均勻升溫，速度要慢（大制品30C/時，中小制品5060C/時），尤其是厚度和形狀復(fù)雜的坯體更應(yīng)注意。此外，要求通風(fēng)良好，以便使排出的水蒸氣能迅速排出窯外，避免冷聚在坯體表面。2 .分解與氧化階段（300950C）此階段坯體

4、內(nèi)部發(fā)生了較復(fù)雜的物理化學(xué)變化，粘土和其它含水礦物排除結(jié)構(gòu)水；碳酸鹽分解；有機(jī)物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型轉(zhuǎn)化等。這些變化與窯內(nèi)溫度氣氛和升溫速度等因素有關(guān)。（1）粘土和其它含水礦物排除結(jié)構(gòu)水粘土礦物因其類型不同、結(jié)晶完整程度不同、顆粒度不同、坯體厚度不同，脫水溫度也有所差別，見表11-1。Al2O32SiO22H2O加熱>A12O3-2SQ2+2H20T（高嶺土）（偏高嶺土）（水蒸氣）表111各類粘土礦物脫水溫度單位：C吸熱交換放熱效應(yīng)水排除結(jié)晶水晶格破壞新結(jié)晶物質(zhì)形成重結(jié)晶450600950105012001300原料1排除吸附水排除結(jié)晶水晶格破壞新結(jié)晶物質(zhì)形成重結(jié)晶地開七500

5、-700950小10501200-1300珍珠陶土500-700950小10501200-1300多水高嶺土100200450-600900小10001200-1300蒙脫石100200600-750800900900小1000葉臘后600-7508701120-1150伊利石100200400-600800900900小1000絹云母600-800粘土礦物脫去結(jié)構(gòu)水與升溫速度有關(guān)。升溫速度加快，結(jié)構(gòu)水的排除轉(zhuǎn)向高溫，且排出集中。結(jié)晶不良的礦物脫水溫度較低。高嶺石類礦物含結(jié)構(gòu)水較多，在500650c之間集中排出，而蒙脫石和伊利石類粘土結(jié)構(gòu)水量較少，脫水速度較為緩和。粘土類礦物在集中排除結(jié)構(gòu)水后

6、，殘存部分結(jié)構(gòu)水要在更高的溫度下才能排除，甚至持續(xù)到1100c才能完全排除干凈。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：這一部分水的(OH)根與粘土結(jié)合較緊密；加熱時，排出的結(jié)構(gòu)水部分地被吸附在坯體空隙中。粘土脫水后，繼而晶體結(jié)構(gòu)被破壞，失去可塑性。(2)碳酸鹽分解MgCO3>MgO+CO2T500800CCaCO3>CaO+CO2T8001050cMgCO3-CaCO3>CaO+MgO+2CO2T6501000C4FeCO3>2Fe2O3+3CO2T8001000c碳酸鹽的結(jié)晶程度，升溫速度和氣氛都會影響碳酸鹽的分解溫度。(3)有機(jī)物、碳素和硫化物的氧化可塑性粘土，如紫木節(jié)土、黑堿

7、石、黑泥等都含有大量的有機(jī)物和碳素，同時在燒成的低溫階段，煙氣中的CO被分解，析出的碳素被多孔的坯體所吸附，這些物質(zhì)加熱時都要被氧化，反應(yīng)將持續(xù)至1000C。C+O2>CO2T350c600c以上坯料中夾雜的硫化物的氧化反應(yīng)約在800c左右才能完畢。FeS2+O2>FeS+SO2350450C4FeS+7O2>2Fe2O3+4SO2T500800cFe2(SO3)3>Fe2O3+3SO2T560770C(4)石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相形成石英在573c發(fā)生3SiO2->aSiO2，體積膨脹0.82%。按照K2O-A2O3SO2三元相圖，985c時出現(xiàn)低共熔物。由于雜

8、質(zhì)的存在，該共熔點(diǎn)的溫度較相圖所示溫度約低60C以上。也就是說，900c左右在長石與石英、長石和被分解后的粘土顆粒的接觸部位將出現(xiàn)熔滴。此階段物料的物理化學(xué)變化：當(dāng)結(jié)構(gòu)水和分解氣體排除時，重量減輕，氣孔相應(yīng)增加。后期強(qiáng)度提高，坯體體積變化特征表現(xiàn)為三種原料(粘土、石英和長石)的膨脹和收縮的綜合效應(yīng)。在300-500C為受熱膨脹；500-600C,含高齡土多的收縮大，含伊利石多的呈膨脹，含石英多的晶型轉(zhuǎn)變具有較大膨脹；650-850C,粘土收縮較大，加上高溫型石英膨脹系數(shù)是負(fù)值，雖然長石有較大膨脹，但含粘土多的顯示收縮，長石多粘土少的顯示平緩膨脹。850-900C,由于長石顯著膨脹，粘土收縮相對

9、平緩，膨脹較小。因此，在此階段，就坯體本身而言，危險性并不大，可以進(jìn)行快速升溫。決定本階段升溫速度的主要因素是窯爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果窯爐的結(jié)構(gòu)能保證工作截面上溫度均勻，就可以快速升溫，窯爐結(jié)構(gòu)不能保證溫度的均勻分布，快速升溫將造成窯內(nèi)較大溫差，使溫度較低部位的產(chǎn)品因氧化分解不充分而進(jìn)入高溫成瓷期后，產(chǎn)生煙熏、起泡的缺陷。為了加速此階段化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，應(yīng)控制窯內(nèi)為氧化氣氛，并保持良好的通風(fēng)。3 .高溫階段(950c燒成溫度)(1)氧化保溫期(950-1050C)坯體在氧化分解期的氧化實(shí)際上是不完全的。由于水汽及其它氣體產(chǎn)物的急劇排除，在坯體周圍包圍著一層氣膜，它妨礙氧化繼續(xù)往坯體內(nèi)部滲透，從而使坯

10、體孔隙中的沉碳難以燒盡。因此在進(jìn)入還原操作之前，必須進(jìn)行氧化保溫，以使坯體中的氧化分解和結(jié)構(gòu)水排除進(jìn)行完畢，并使窯內(nèi)溫度均勻，為還原操作奠定基礎(chǔ)。所謂氧化保溫，即采用低速升溫或保溫操作，加強(qiáng)煙氣流通量，提高空氣過剩系數(shù)。適宜的氧化保溫的溫度范圍和時間取決于坯體的燒結(jié)溫度、坯體的尺寸和窯爐的結(jié)構(gòu)，對于在1300c左右燒成的陶瓷坯體，在900-1050C之間氧化保溫較適宜。產(chǎn)品尺寸越大，坯體越厚，碳素含量越大，釉的軟化溫度越低，裝窯密度越大，保溫時間則越長。在氧化保溫期的主要化學(xué)反應(yīng)是：繼續(xù)氧化分解反應(yīng)并排除結(jié)構(gòu)水；偏高嶺石轉(zhuǎn)化為鋁硅尖晶石和無定形的SiO2；液相開始出現(xiàn)，并開始熔融石英；在液相存

11、在下，無定形石英和部分石英晶體轉(zhuǎn)化為方石英；伴隨液相的出現(xiàn)和鋁硅尖晶石的形成，坯體開始顯著收縮，氣孔率急劇降低，強(qiáng)度逐漸提高。(2)還原期(1050-1180C)在此期間發(fā)生的主要反應(yīng)是：由鋁硅尖晶石形成一次莫來石和方石英；硫酸鹽分解和高價鐵的還原和分解；氧化氣氛還原氣氛MgSO4>MgO+SO3T900c以上CaSO4>CaO+SO3T12501370c迅速分解10801100cNa2SO4>Na2O+SO3T12001370c10801100c2Fe2O3>4FeO+O2T12501370c10801100cFe2O3+CO>2FeO+CO2T10001100

12、c液相大量生成石英進(jìn)一步被熔融，三組分的共熔物亦不斷增加，堿和堿土金屬氧化物與低價鐵、石英等形成另一系列的低共熔物，所以坯體中液相量大大增加。如FeOSiO2在1170c出現(xiàn)液相，2FeO-SiO2在1250c出現(xiàn)液相，K2O-Fe2O3-SiO2在900+10C出現(xiàn)液相。二次莫來石的形成長石熔化后，熔體中的K+、Na+向高嶺石殘骸擴(kuò)散形成少量熔質(zhì)，從而促進(jìn)高嶺石的分解和生成莫來石。另一方面熔體中K2O、Na2O含量降低組成移向三元相圖的莫來石析晶區(qū)，而且堿金屬離子擴(kuò)散激活了剩下的離子，導(dǎo)致長石熔體中形成細(xì)小針狀莫來石。由高嶺石分解經(jīng)固相反應(yīng)形成的粒狀及片狀莫來石稱為一次莫來石，由長石熔體形成

13、的針狀莫來石稱為二次莫來石。至1200C,莫來石達(dá)到最大值，隨后由于溫度升高，莫來石的溶解，又使其含量減少。由上述化學(xué)反應(yīng)可見，硫酸鹽和Fe2O3一般在高于1300c的氧化氣氛中進(jìn)行分解，此時已接近制品的燒成溫度，這些物質(zhì)的分解產(chǎn)生氣體將對釉面產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷，F(xiàn)e2O3顯黑色將降低瓷的白度。如果采用還原氣氛，這些物質(zhì)的分解溫度顯著降低，F(xiàn)e2O3被還原為FeO有利于液相的生成，可促進(jìn)坯體燒結(jié)溫度的降低，F(xiàn)eO+SiO2>FeSiO3呈青色，有利于瓷坯白度和半透明度的提高，因此，在此期間必須采用強(qiáng)還原氣氛燒成。還原期的起始溫度一般比釉的軟化溫度低150C左右，使氣體在釉面氣孔未被封閉前排出

14、。升溫速度平緩(30-35C/小時)，使分解反應(yīng)充分進(jìn)行。煙氣中控制00(0-4)%,游離02(01)%。釉面封閉時作為還原結(jié)束溫度。由于液相的粘滯流動和表面張力的拉緊作用，填充坯內(nèi)孔隙，促進(jìn)晶粒重新排列，顆?；ハ嗫繑n，坯體顯著收縮致密，氣孔率降低，氣孔數(shù)目減少。形狀變圓，坯體強(qiáng)度顯著提高。(3)弱還原期(1180C-止火溫度)由于還原氣氛是在窯內(nèi)空氣不足的情況下供給了較多的燃料形成的，燃料的不完全燃燒不僅造成燃料浪費(fèi)，而且坯體和釉面長期處于還原氣氛中還會沉積一層未燃燒的碳粒，導(dǎo)致制品煙熏”。因此，在還原燒成操作后要換成中性氣氛或弱還原氣氛，這樣使沉積的碳粒能充分燃燒，防止釉面污染，更重要的是

15、使液相繼續(xù)發(fā)展，促進(jìn)莫來石晶體進(jìn)一步長大。由于中性氣氛很難控制，為了防止鐵的氧化使瓷器發(fā)黃，更不希望出現(xiàn)氧化氣氛，所以大多采用弱還原氣氛，此時廢氣的組成是：002(169)%;02(0.51)%,00(13)%。在弱還原的末期要進(jìn)行高火保溫，使坯體內(nèi)部物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行更完善，保證組織結(jié)構(gòu)均一；同時還可以調(diào)整窯內(nèi)各部位的溫度差，使窯內(nèi)溫度趨于一致。一般高火保溫維持2-4小時。弱還原期升溫速度一般控制在10C/小時左右。坯體中顯氣孔率小于5%(趨于0)時作為弱還原的結(jié)束溫度。通常將還原期和弱還原期合稱為?；纱善?。這是由于液相的大量生成填充坯體空隙，將晶粒彼此粘結(jié)成為整體，形成了晶體均勻分布在大量

16、基質(zhì)中的顯微結(jié)構(gòu)，即所謂的?；虼苫＝?jīng)過?；纱珊?，坯體的氣孔率趨于零；坯體急劇收縮；強(qiáng)度、硬度增大；具有所需的介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性；坯色由淡黃，青灰變成白色；顯示光澤并且有半透明感。在陶瓷的?；纱呻A段中液相具有重要作用。填滿坯體空隙，粘結(jié)晶粒，使瓷坯致密成為整體；促進(jìn)莫來石的生成和發(fā)育；降低燒成溫度，促進(jìn)燒結(jié)；阻止或延緩多晶轉(zhuǎn)變；長石熔體具有高的粘度，石英和粘土分解產(chǎn)物的熔解又不斷的提高液相的粘度，使坯體具有很寬的燒成范圍和對組分變化的較低敏感性。因此長石質(zhì)瓷中液相量可高達(dá)5060%。但液相量過多，將使瓷坯的骨架削弱，增加變形傾向；過少則不能填滿坯體空隙，降低瓷的機(jī)電性能。陶瓷坯體在燒成

17、過程中形狀的穩(wěn)定性不能僅用液相的高粘度來說明，坯體中的結(jié)晶相含量也有很重要的作用。莫來石晶體的線性尺寸不斷增大，交錯貫穿，它與殘余的石英粒子構(gòu)成了骨架”，增強(qiáng)了瓷坯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。4 .冷卻階段(燒成溫度室溫)瓷坯由高溫時略呈可塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌氐墓虘B(tài)，此時因熔體粘度大抑制了晶核的形成，且熔體中硅量并未達(dá)到飽和，所以一般地說，在冷卻階段不會有方石英晶相的析出。只有含Si02多的瓷坯冷卻周期較長時，可以從熔體中析出方石英，或者在粗大石英晶粒顆粒和與氣泡相鄰的石英粒子表面，未被液體潤濕而可能由固相轉(zhuǎn)變形成方石英。但在冷卻過程中，莫來石晶體長大為粗大的針狀晶體。這種莫來石所占的比例不大，還將發(fā)生石英的晶

18、型轉(zhuǎn)變。隨著溫度的降低，液相粘度增大，瓷坯固化。冷卻過程可分為兩個階段：(1)由燒成溫度至850c坯內(nèi)液相由塑性狀態(tài)開始凝固。由于液相的存在，快速冷卻所引起的熱應(yīng)力在很大程度上被液相所緩沖，不會產(chǎn)生有害的作用。同時快速冷卻可防止釉面被重新氧化時使制品發(fā)黃，還可以防止坯體中莫來石晶體不致長成粗大以及釉層析晶而失透。但冷卻速度應(yīng)能保證窯內(nèi)溫度均勻，并考慮匣缽所能承受的急冷應(yīng)力。（2）850c以下坯內(nèi)液相完全凝固，此時必須注意坯體內(nèi)外溫度差所造成的熱應(yīng)力和石英晶型轉(zhuǎn)變時體積收縮應(yīng)力對坯體的不利影響，因此冷卻不宜過快，降溫速度應(yīng)控制在4070C/時。冷卻至400c以下，由于制品的各種物化反應(yīng)已基本完成

19、，冷卻速度可以快些。綜上所述，坯體在燒成過程中的反應(yīng)可見表112,具體的溫度范圍取決于坯釉配方、燒成條件、窯爐類型和結(jié)構(gòu)、制品形狀和尺寸等情況。表112坯體在燒成過程中的物化反應(yīng)溫度范圍物化反應(yīng)低溫階段（常溫300C）氧化分解階段（300950C）高溫階段（950燒成溫度）釉熔融冷卻階段（燒成溫度常溫）排除殘余水分排除結(jié)構(gòu)水，有機(jī)物，碳和無機(jī)物氧化，碳酸鹽、硫酸鹽分解，晶型轉(zhuǎn)變上上述氧化、分解繼續(xù)，生成液相。固相溶解，形成新晶相和晶體長大，釉熔融。液相析晶，液相過冷凝固，晶型轉(zhuǎn)變。7.1.2釉的形成釉料在加熱過程中發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。其反應(yīng)式至今尚不能解釋清楚。它包括兩個重要的因素：

20、即燒成溫度、燒成時間、燒成氣氛對釉的形成的影響；釉的配比和調(diào)制若不合要求，也會出現(xiàn)缺陷而考察釉料的玻化過程便非常困難。而且該方面的研究很少。從整體上來說，釉的形成過程大概可分為經(jīng)礦物脫水和分解、化合、燒結(jié)、熔融等階段。1脫水和分解釉原料中的粘土、滑石、硼酸、硼砂等在加熱過程中有脫水反應(yīng)?；?001000c脫水。硼酸在200c之前排除大部分水，殘余水分至少要到1400c才完全排出，硼砂在加熱過程中發(fā)生如下反應(yīng)：Na2B4O710H2O62C->Na2B4O75H2O約125C->Na2B4O72H2O350400c>Na2B4O7878C->熔融碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽

21、等將發(fā)生分解。除前面敘述的礦物的分解溫度外，其他原料的分解溫度大致為：碳酸鉀1100c以上；碳酸鈉1500c以上；碳酸鋼的分解分為兩個階段2BaCO3-BaOBaCO3+CO2TBaO-BaCO3-2BaO+CO2T碳酸鋼的分解溫度從915c開始，一直持續(xù)到1350Co長石原料雖然本身不含結(jié)晶水，但在大于800c時將放出大量所吸附的各種氣體，如水氣、酸性氣體；N2和C。等。氧化鉛、硼酸、硼砂、Na2O、K2O、氧化睇等均有不同程度的揮發(fā)。原料脫水、分解和揮發(fā)，都可能導(dǎo)致釉面出現(xiàn)針眼缺陷，但各種原料的影響程度卻不同。大部分氣體都在低溫階段排出，少量水分和分解物能殘留至高溫才能排除干凈。因此，在接

22、近其分解溫度時適當(dāng)注意溫度上升速度就能避免發(fā)生針眼等缺陷，脫水、分解的具體溫度與原料的粒度、結(jié)晶程度、燒成溫度、燒成時間、氣氛以及原料在釉料中的比例等因素有關(guān)。2釉料中的某些成分在較低溫度下經(jīng)過固相反應(yīng)生成新物質(zhì)。堿金屬和硅酸在700c略有反應(yīng)，800c時反應(yīng)激烈，950c時形成可熔性硅酸鹽，1150c成為有流動性的溶液。反應(yīng)初期首先在石英顆粒表面生成偏硅酸鹽，隨著溫度的升高，堿性碳酸鹽逐漸消失生成半透明的硅酸鹽熔層，并向顆粒內(nèi)部擴(kuò)展。按等克分子相比，反應(yīng)能力依K2O、Na2O、Li2O順序減弱；按同等重量相比依Li2O、Na2O、K2O的順序減弱。CaCO3和SiO2在800c使反應(yīng)生成2C

23、aOSiO2,當(dāng)溫度升高時在石英粒子周圍也形成熔融層。CaCO3和高嶺土之間開始反應(yīng)的溫度一般較低，約為500600C。SiO2Na2CO3CaCO3系統(tǒng)固相反應(yīng)中的生產(chǎn)物見表11-3表11-3釉在高溫下的固相反應(yīng)反應(yīng)過程<600CaNa2（CO3）2的生成CaNa2（CO3）2+2SiO2>Na2SiO3+CaSiO3+2CO2600830720900Na2CO3+SiO2>Na2SiO3+CO2CaNa2（CO3）2,Na?CO3生成和熔融740800813CaNa2（CO3）2的離解Na2CO3熔融852CaCO3>CaO+CO2912CaNa2（CO3）2>

24、;CaO+2CO2+Na2O960CaO+SiO2>CaSiO21010?；?200與硅酸反應(yīng)最快的是氟化物。硅酸與硅酸鹽、碳酸鹽的反應(yīng)大于與氟化物、硫酸鹽的反應(yīng)。水蒸汽的存在將加速反應(yīng)的進(jìn)行。燒結(jié)燒結(jié)是將粉末狀態(tài)的物質(zhì)經(jīng)過熱處理轉(zhuǎn)化為凝集塊狀的物質(zhì)。處理的溫度低于其熔點(diǎn)溫度。釉料中由于共熔物的生成形成熔層，硅酸不斷向熔層溶解，長石熔化，在熔體的表面張力作用下，釉層轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)實(shí)致密的燒結(jié)體。在燒結(jié)過程中，釉料體積收縮增大，氣孔率降低。熔融（成熟）釉熔融是經(jīng)過高溫處理由固相轉(zhuǎn)化為液相的過程。促進(jìn)熔融除了高溫外，還有化學(xué)分解、化合、擴(kuò)散和溶解，燒結(jié)也是促使釉熔融的重要因素之一。在釉的燒結(jié)和熔融

25、過程中，并與坯體相互反應(yīng)，滲透形成了坯釉中間層，當(dāng)釉層熔融并進(jìn)入充分流動的階段，由于氣體的逸出和對流作用，使釉逐漸趨于均質(zhì)，在表面張力的作用下，均勻鋪展在坯的表面上，此時，釉已進(jìn)入成熟。7.1.3燒成制度燒成是使坯體發(fā)生質(zhì)變成為瓷的過程。因此，只有按照坯、釉的物理化學(xué)變化的需要來供給熱量和氣氛，才能獲得理想產(chǎn)品。燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。影響產(chǎn)品性能的重要因素是溫度和氣氛，壓力制度旨在溫度和氣氛制度的實(shí)現(xiàn)。溫度制度包括升溫速度、燒成時間和保溫時間，冷卻速度等參數(shù)。7.1.3.1 制訂燒成制度的依據(jù)和步驟坯料在加熱過程中的性狀變化根據(jù)坯料所屬的相圖，初步估計(jì)燒結(jié)溫度的高低和燒結(jié)范

26、圍的寬窄。結(jié)合坯料的差熱曲線，失重和燒成收縮曲線以及密度變化曲線擬定合理的升溫速度、止火溫度和燒成溫度范圍，使既不影響窯的產(chǎn)量又可減輕體積變化所造成的危害。坯體的形狀、厚度和含水率同組成的坯料，由于制品的形狀、厚度和含水率不同，升溫速度和保溫時間都應(yīng)有所不同。對于大型、厚壁制品，升溫不能過快，保溫時間不宜過短。如果坯料中含有大量高可塑性粘土或炭素粘土，其脫水除炭困難，升溫速度更應(yīng)放慢。窯爐結(jié)構(gòu)、容量、燃料和裝窯密度在擬定燒成制度時，必須將制品對升溫速度的要求與窯爐結(jié)構(gòu)和操作條件結(jié)合起來。不同的窯型，即使同一窯型其結(jié)構(gòu)和容量的不同將影響窯內(nèi)的傳熱方式和溫差大小，以及操作條件；裝窯密度將影響窯內(nèi)氣

27、體的流動分布和產(chǎn)品的熱容量，因此，燒成制度應(yīng)有所差別。燃料的種類和熱值的高低，將影響煨燒操作和可能提供的熱量，同樣影響燒成的結(jié)果。燒成方式根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，陶瓷的燒成方式有二種：一次燒成和二次燒成。坯體上釉后，坯釉同時燒成的方式，稱為一次燒成（本燒）。普通電瓷產(chǎn)品大都采用這種方式燒成。一次燒成時，要求坯釉的燒成溫度一致，施釉操作要求較嚴(yán)格，但可節(jié)省一道工序，節(jié)約燃料和工時，降低產(chǎn)品成本低。當(dāng)坯體的燒成溫度高，釉的成熟溫度比坯的燒成溫度低很多時，或坯體強(qiáng)度很低，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和便于施釉操作機(jī)械化，往往將坯、釉分別燒成，先將坯體燒成（素?zé)?，然后施釉再次燒成（釉燒），這種方式為二次燒成。通常素?zé)郎?/p>

28、度低于本燒溫度。目前大型瓷套采用釉接法，以及火花塞、日用瓷等產(chǎn)品是采用二次燒成的。影響燒成制品的因素很多，在制定燒成制度時，可借鑒同類產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過試燒，進(jìn)行調(diào)整后才能用于正是生產(chǎn)。7.1.3.2 氣氛制度的確定1燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響燒成氣氛是根據(jù)燃燒產(chǎn)物中的游離氧的含量和還原介質(zhì)的含量來確定的。影響燒成氣氛的介質(zhì)主要是O2和CO根據(jù)煙氣分析的結(jié)果，幾種氣氛的大致成分見表114。在燒成過程中，燒成氣氛不僅影響坯體的化學(xué)反應(yīng)，升溫速度，燒成溫度而且影響瓷質(zhì)性能，顏色光澤。影響程度又和原料的種類和純度有關(guān)。表114燒成氣氛的成分氣氛種類煙氣成分空氣過剩系數(shù)02COCO2a精品文檔強(qiáng)氧化氣

29、氛8-10010-121.62.0氧化氣氛3-5011-131.31.5強(qiáng)還原氣氛03-715-170.91.0弱還原氣氛<11.53.01619W1氣氛對陶瓷坯體過燒膨脹的影響根據(jù)李家治等的研究，瓷石-高嶺土瓷坯在還原氣氛中過燒40C,產(chǎn)生的膨脹比在氧化氣氛中要小得多，過燒程度隨坯體中含鐵量增加而變大。由高嶺土-長石-石英膨潤土配制的瓷坯，在還原氣氛下的過燒膨脹卻比氧氣氣氛要大，尤其使膨潤土含量多時更為明顯。硫酸鹽、Fe2O3、磁鐵礦和云母中所含的鐵質(zhì)，在氧化氣氛中都在接近坯體燒結(jié)、釉層熔化的高溫下才分解。此時氣孔封閉，氣體不能排除而引起膨脹起泡。在還原氣氛中，這些物質(zhì)的分解可提高前至

30、坯、釉尚屬多孔狀態(tài)下完成，氣體可以自由逸出，過燒膨脹大為減輕。瓷石-高嶺土坯料，鐵含量較高，在低溫煨燒時吸附性不強(qiáng)，它的過燒膨脹主要由高價鐵和硫酸鹽的分解造成，所以在還原氣氛中過燒膨脹值較低。長石質(zhì)瓷坯的鐵含量不高，但膨潤土中有機(jī)物含量高，并具有較強(qiáng)的吸附性，采用還原氣氛燒成時，一方面坯體易吸收碳，另一方面碳素氧化溫度較高，因而還原氣氛中的過燒膨脹較氧化氣氛中大。氣氛對坯體的收縮和燒結(jié)的影響上述兩種坯體在還原氣氛中的燒結(jié)溫度均比氧化氣氛中低，降低程度隨鐵含量的減少而減少。但兩者的最大收縮卻不同，瓷石質(zhì)瓷坯在還原氣氛中的收縮較氧化氣氛中大，而長石與膨潤土配制的坯在氧化氣氛中的收縮較大。因?yàn)榕髦蠪

31、e2O3被還原為FeO,FeO易與SiO2形成低熔點(diǎn)硅酸鹽并降低玻璃相的粘度，增大它的表面張力，從而促進(jìn)坯體在較低溫度下燒結(jié)并產(chǎn)生較低收縮。在還原氣氛中碳素的氧化移向高溫，故燒結(jié)收縮減小。氣氛對坯的顏色和透光性以及釉層質(zhì)量的影響氣氛對坯釉性能的影響主要表示在如下方面：影響鐵、鈦的價數(shù)。Fe2O3在瓷坯低堿性玻璃相中的溶解度極低，冷卻時即由其中析出膠態(tài)的Fe2O3使瓷坯成黃色。據(jù)分析，在電瓷坯料中，F(xiàn)e2O3占總的鐵含量的7585%,FeO約占1525%,經(jīng)氧化保溫后，F(xiàn)eO僅占29%,再經(jīng)還原氣氛燒成后，F(xiàn)eO約占6090%。因此，還原燒成的瓷坯白度提高，另一方面液相的增加，氣孔率的降低，相應(yīng)

32、提高了透光性。對白釉的影響亦如此，只不過釉層直接與氣氛接觸，釉中鐵對氣氛的敏感性更強(qiáng)一些。但對含鈦較多的坯料卻應(yīng)避免還原氣氛，否則部分TiO2變成蘭紫色的T2O3,有時形成墨色FeO-Fe2O3尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體從而加深鐵的呈色。在棕釉中，F(xiàn)e2O3、Cr2O3在還原氣氛中幾乎全部生成尖晶石礦物，釉面光滑無氣泡，而在養(yǎng)化氣氛中起泡嚴(yán)重。使SiO2和CO還原在一定溫度下，還原氣氛可使SiO2還原為SiO,它在較低溫度下將按2SiO-SiO2+Si分解，在制品表面形成Si黑斑。CO分解出C沉積在坯、釉上形成黑斑（煙熏）。而且在C和鐵的催化作用下，800c以前這種分解速度就很明顯，繼續(xù)升溫將

33、形成釉泡、針孔，對吸附性強(qiáng)的坯釉更應(yīng)注意。形成氮的化合物氮在高溫還原氣氛中可以形成化合物溶解于坯釉熔體中，遇到氧化氣氛或有Fe2O3的氧化作用時，又會重新分離產(chǎn)生氣泡。氣氛對機(jī)電性能的影響在電瓷燒成中發(fā)現(xiàn)，凡存在氧化發(fā)黃（赤變）的產(chǎn)品不僅外觀呈色不良，且瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)松弛，冷熱性能、機(jī)械強(qiáng)度、體積電阻、擊穿電壓等性能指標(biāo)下降。特別是對于性能要求較高或裕度不大的產(chǎn)品，任何發(fā)黃都將導(dǎo)致產(chǎn)品在運(yùn)行中性能劣化。產(chǎn)生發(fā)黃的原因是在還原階段中、未及時還原、或還原不徹底，還原氣氛不穩(wěn)定，使2FeO氧化為Fe2O3,造成發(fā)黃。因此電瓷產(chǎn)品采用適當(dāng)?shù)倪€原氣氛下燒成，有利于減少制品內(nèi)部氣泡，孔洞等宏觀裂縫，使晶相玻璃相

34、形成較良好的均勻連續(xù)體，從而有利于提高產(chǎn)品的機(jī)電性能。氣氛對升溫和窯內(nèi)溫差的影響氧化焰是空氣供給充分、燃燒完全的情況下的一種無煙而透明的火焰，升溫速度快，但易造成窯內(nèi)的溫差大。若過?？諝膺^多，則會使升溫停滯或溫度下降。還原焰是一種有煙而混濁的火焰，火焰長而柔軟，窯內(nèi)溫差小，使窯內(nèi)各部位制品均勻受熱，減小產(chǎn)品性能的分散性。2氣氛制度的確定根據(jù)瓷坯的燒成過程中的化學(xué)變化，產(chǎn)品的性能的要求來確定氣氛制度(氣氛的性質(zhì)和濃度)一般陶瓷產(chǎn)品在燒成中的各個階段的氣氛性質(zhì)如下：低溫階段：氧化氣氛；氧化分解階段：氧化氣氛，或強(qiáng)氧化氣氛；強(qiáng)還原階段：強(qiáng)還原氣氛；弱還原和高火保溫階段：弱還原氣氛或中性氣氛；冷卻階段

35、：氧化氣氛在確定氣氛制度時，應(yīng)抓住氧化轉(zhuǎn)還原和強(qiáng)還原轉(zhuǎn)弱還原這兩個溫度點(diǎn)，以及還原氣氛的濃度。氧化轉(zhuǎn)強(qiáng)還原的溫度又稱為轉(zhuǎn)換溫度或臨界溫度，其數(shù)值隨配方的不同而不同。轉(zhuǎn)換溫度過低，坯釉分解氧化反應(yīng)不完全，易造成釉泡或煙熏；轉(zhuǎn)換溫度過高，坯釉已燒結(jié)，釉面封閉，還原介質(zhì)難以滲入坯內(nèi)，起不到還原鐵質(zhì)等作用，且易造成高溫沉碳，從而產(chǎn)生陰黃、花釉、釉泡和煙熏等缺陷，一般臨界溫度控制在釉始熔前150c左右。較有效的強(qiáng)還源溫度應(yīng)在1100c之前。強(qiáng)還原的氣氛隨坯中個鐵量而定，一般CO含量36%,鐵含量高者宜濃些。由強(qiáng)還原轉(zhuǎn)為弱還原的溫度以釉面封閉溫度為起點(diǎn)。此時CO濃度為1.53.0%.適宜的還原時間還取決于

36、下列因素：還原氣氛強(qiáng)，時間可短，還原氣氛弱，則時間應(yīng)長，坯體的氣孔率越高，有利于氣氛介質(zhì)進(jìn)入坯內(nèi)，因此在還原前半期的作用比后半期更有效；坯體越厚越大，還原時間應(yīng)延長。窯內(nèi)截面溫差越大，為使產(chǎn)品燒透，時間應(yīng)相應(yīng)延長。7.1.3.3 溫度制度的確定升溫速度決定燒成速率大小的主要因素是燒成時所產(chǎn)生熱應(yīng)力的大小和抵抗熱應(yīng)力的能力。熱應(yīng)力包括物料的熱膨脹(或收縮)；沿制品厚度方向上的熱梯度。如果物料的熱膨脹率很低或者沿制品的熱梯度很小，就可以快速升溫或降溫；如果物料的熱膨脹大，或者熱梯度很大，不可避免的產(chǎn)生不同的熱應(yīng)力，尤其是在遇到有晶型轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的體積效應(yīng)時，熱應(yīng)力可能導(dǎo)致制品開裂。低溫階段升溫速度取

37、決于坯體的顆粒組成、粘土含量、入窯水分和坯體的大小、形狀、壁厚，以及窯內(nèi)裝坯密度和溫差因素。當(dāng)坯體顆粒細(xì)粘土含量多、坯體致密。窯內(nèi)裝坯量多、入窯水分高，或坯體較厚時，若升溫速度過快，水分強(qiáng)烈汽化，將可能使坯體開裂。此時大型制品的溫升速度為3040C/時，中小制品為5070C/時。(2)分解和氧化階段升溫速度取決于坯料中粘土礦物的類型及其含量，窯內(nèi)氣氛，氣流速度，坯體厚度和原料的純度。一般而言，除含有較多高嶺石類粘土的坯體，在它的結(jié)晶水排除范圍(400600C)不能升溫太快外，均可快速升高。因?yàn)榇藭r坯體尚未燒結(jié)，收縮很小，結(jié)晶水和水解的氣體的排除過程是自由進(jìn)行的，不會在坯體中形成很大的應(yīng)力，且由

38、于強(qiáng)度逐漸提高，抵抗熱應(yīng)變的能力增加，因而可以承受較大的熱應(yīng)力。大型坯體的升溫為2040C/時。中小型坯體達(dá)5070C/時，薄壁制品可以達(dá)到80200c/時。決定本階段溫升速度的主要因素還有窯爐結(jié)構(gòu)。如果窯爐能保證工作截面上溫度均勻分布，就可以快速升溫，否則，快速升溫將造成窯內(nèi)更大的溫差。高溫階段升溫速度取決于窯爐結(jié)構(gòu)、裝窯密度、坯體的收縮程度。窯的容量大，升溫太快則窯內(nèi)溫差大，會引起高溫反應(yīng)不均勻。坯體中液相出現(xiàn)的多少與快慢，會引起坯體發(fā)生不同程度的收縮。因此，當(dāng)窯的容積大，溫差大，裝窯密度大；或坯體中粘土和溶劑含量多，收縮值大；燒結(jié)范圍窄時，應(yīng)緩慢升溫。在強(qiáng)還原階段，溫升速度為2540C/

39、時。弱還原階段，中小坯體為3040C/時；大坯件為2030C/時。高火保溫階段，液相大量出現(xiàn)，升溫速度就不重要了，為使坯體反應(yīng)完全，窯內(nèi)溫度均勻，升溫速度控制在10C/時左右為宜。燒成溫度燒成溫度是指瓷坯在燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)相應(yīng)的溫度，即操作時的止火溫度。實(shí)際上要使全窯穩(wěn)定在某一溫度上是困難的，也是辦不到的，所以止火溫度是指一個允許的溫度范圍。坯體性質(zhì)開始達(dá)到其技術(shù)指標(biāo)時的溫度為其上限值。坯體的燒成溫度先是根據(jù)坯體的收縮率和氣孔率的變化及其燒結(jié)情況確定其燒成范圍。最后將產(chǎn)品在生產(chǎn)窯中試燒，測定產(chǎn)品的性能后確定。燒成溫度的高低與坯體的組成、燒成溫度的寬窄、制品的質(zhì)量要求、升溫速度等因素有關(guān)。從物

40、理化學(xué)變化過程來看，燒成溫度取決于坯體內(nèi)液相和晶相的比例及升溫時液相粘度的變化。液相既可填充氣孔，使坯體致密，又可促進(jìn)晶相的生成和發(fā)育，使制品具有必要的機(jī)械、電氣和化學(xué)性能。但溫度過高，液相量過多，或液相粘度下降很大，則使坯體發(fā)生高溫變形和形成大氣泡，且使莫來石的晶粒粗大，數(shù)量減少瓷的組織結(jié)構(gòu)均勻性破壞，機(jī)電性能反而變差。各類產(chǎn)品的配方，細(xì)度不同，在同一溫度下的液相粘度都不同，因此，各類產(chǎn)品的止火溫度也不一樣。保溫時間一般在氧化階段結(jié)束時即轉(zhuǎn)入還原階段之前進(jìn)行一次保溫（中火保溫或氧化保溫），將近止火時又進(jìn)行一次保溫（高火保溫）。中火保溫的目的是使分解和氧化反應(yīng)能在坯體燒結(jié)和釉層封閉之前進(jìn)行完全，并均勻窯