現(xiàn)代陶瓷工藝學(xué)-第三章

1、3 3 坯體的干燥與排塑工藝坯體的干燥與排塑工藝 坯體干燥的目的干燥的目的在于提高其機(jī)械強(qiáng)度，有利于裝窯操作并保證燒成初期能夠順利進(jìn)行。 干燥：借助熱能使坯料中的水分汽化，并由干燥介質(zhì)帶走的過程。 即：坯體與干燥介質(zhì)間傳熱、傳質(zhì)過程即：坯體與干燥介質(zhì)間傳熱、傳質(zhì)過程3.1 3.1 干燥干燥 3.1.1 3.1.1 水與坯體的結(jié)合形式水與坯體的結(jié)合形式 3.1.2 3.1.2 干燥過程干燥過程 干燥過程是坯體與干燥介質(zhì)間通過能量交換和水分交換，坯體水分蒸發(fā)并被介質(zhì)帶走，同時(shí)坯體表面水分濃度降低，導(dǎo)致表面水分濃度與內(nèi)部水分濃度形成濕度差，內(nèi)部水分經(jīng)顆粒間空隙形成的毛細(xì)管網(wǎng)擴(kuò)散至表面，從而實(shí)現(xiàn)坯體中

2、所有機(jī)械結(jié)合水排除的過程。干燥過程主要包括表面水分汽化過程及干燥過程主要包括表面水分汽化過程及內(nèi)部水分?jǐn)U散過程內(nèi)部水分?jǐn)U散過程。5.1.2.2 干燥過程中水分的擴(kuò)散干燥過程中水分的擴(kuò)散 干燥的實(shí)質(zhì)是水分?jǐn)U散的過程，是靠內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散來進(jìn)行的。（1）外擴(kuò)散：坯體表面的水分以水蒸氣形式從表面擴(kuò)散到周圍介質(zhì)中去的過程，即水分蒸發(fā)過程。（2）內(nèi)擴(kuò)散：水分在坯體內(nèi)部進(jìn)行移動(dòng)的過程。 根據(jù)水分移動(dòng)的動(dòng)力不同可有濕傳導(dǎo)和熱濕傳導(dǎo)兩種形式。a. 濕傳導(dǎo)（濕擴(kuò)散）b. 熱濕傳導(dǎo)（熱擴(kuò)散）13時(shí)間時(shí)間升速階段升速階段等速階段等速階段 降速階段降速階段 平衡階段平衡階段 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度21坯體含水率坯體含水率 2

3、干燥速度干燥速度 3坯體表面溫度坯體表面溫度ABCDO 干燥干燥的四個(gè)階段（按干燥速度分類）的四個(gè)階段（按干燥速度分類）干燥速度取決于干燥速度取決于內(nèi)部擴(kuò)散速度和表面汽化速度內(nèi)部擴(kuò)散速度和表面汽化速度兩個(gè)過程兩個(gè)過程 可分為四個(gè)階段：可分為四個(gè)階段： 1 1、升速階段、升速階段 短時(shí)間內(nèi)，坯體表面被加熱到等于干燥介質(zhì)濕球溫度的溫度，短時(shí)間內(nèi)，坯體表面被加熱到等于干燥介質(zhì)濕球溫度的溫度，水分蒸發(fā)速度很快增大，坯體吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相水分蒸發(fā)速度很快增大，坯體吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相等。等。 時(shí)間短，排除水量不大時(shí)間短，排除水量不大 。 2 2、等速干燥階段、等速干燥階段 坯體

4、表面蒸發(fā)的水分由內(nèi)部向坯體表面源不斷補(bǔ)充，坯體表面坯體表面蒸發(fā)的水分由內(nèi)部向坯體表面源不斷補(bǔ)充，坯體表面總是保持濕潤。總是保持濕潤。 干燥速度不變，坯體表面溫度保持不變，水分自由蒸發(fā)。干燥速度不變，坯體表面溫度保持不變，水分自由蒸發(fā)。 到臨界水分點(diǎn)后，坯體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度開始小于表面蒸發(fā)速到臨界水分點(diǎn)后，坯體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度開始小于表面蒸發(fā)速度，坯體水分不能全部潤濕表面，開始降速階段，體積收縮不大度，坯體水分不能全部潤濕表面，開始降速階段，體積收縮不大 3 3、降速干燥階段、降速干燥階段 表面停止收縮，繼續(xù)干燥僅增加坯體表面停止收縮，繼續(xù)干燥僅增加坯體內(nèi)部孔隙。內(nèi)部孔隙。 干燥速度下降，熱能消

5、耗下降，坯體表干燥速度下降，熱能消耗下降，坯體表面溫度提高。面溫度提高。 4 4、平衡階段、平衡階段 坯體表面水分達(dá)到平衡水分時(shí)，干燥坯體表面水分達(dá)到平衡水分時(shí)，干燥速度為速度為0 0。 干燥最終水分取決與干燥介質(zhì)的溫度干燥最終水分取決與干燥介質(zhì)的溫度和濕度和濕度 干燥時(shí)坯體的宏觀收縮現(xiàn)象干燥時(shí)坯體的宏觀收縮現(xiàn)象第一階段第一階段：只有收縮水蒸發(fā)，無氣孔形成，坯體急劇收縮，坯體減小的體積等于水分去除體積。第二階段第二階段：收縮水與氣孔水同時(shí)排除，坯體既產(chǎn)生收縮，又開始形成部分氣孔。第三階段第三階段：收縮停止，水分排除體積等于形成氣孔的體積。坯體的“記憶”現(xiàn)象：是指可塑坯體在干燥過程中有恢復(fù)最后一

6、次成型之前形狀的趨勢(shì)（復(fù)原現(xiàn)象）。成型中成型中：受力不均，密度、水分不均勻，定向排列受力不均，密度、水分不均勻，定向排列等都會(huì)造成干燥等都會(huì)造成干燥過程中制品的不均勻收縮。過程中制品的不均勻收縮。 1 1、可塑成型：、可塑成型： 1) 1) 旋坯干燥變型可能性旋坯干燥變型可能性 滾壓成型滾壓成型 2) 2) 擠制成型：存在顆粒定向排列，泥段軸向、徑向干燥擠制成型：存在顆粒定向排列，泥段軸向、徑向干燥收縮不同。距中心軸不同位置，收縮不一致，愈遠(yuǎn)密度越高，收縮不同。距中心軸不同位置，收縮不一致，愈遠(yuǎn)密度越高，收縮下降。收縮下降。 2 2、注漿成型：、注漿成型： 顆粒定向排列顆粒定向排列 靠近吸漿面

7、（石膏模工作面）靠近吸漿面（石膏模工作面） 致密度提高，水分下降致密度提高，水分下降 遠(yuǎn)離吸漿面（石膏模工作面）遠(yuǎn)離吸漿面（石膏模工作面） 致密度下降，致密度下降， 水分提高水分提高 粘結(jié)各部件時(shí)留下的應(yīng)力粘結(jié)各部件時(shí)留下的應(yīng)力 3 3、壓制成型：、壓制成型：粉料水分、粉料水分、 堆積、受力不均勻堆積、受力不均勻 3.1.3 3.1.3 成型方法對(duì)干燥收縮的影響成型方法對(duì)干燥收縮的影響1 1、整體開裂：、整體開裂：沿整個(gè)體積，產(chǎn)生不均勻收縮，如超過坯體的臨界應(yīng)力，則沿整個(gè)體積，產(chǎn)生不均勻收縮，如超過坯體的臨界應(yīng)力，則導(dǎo)致完全破裂。導(dǎo)致完全破裂。 多見于干燥開始階段，多見于干燥開始階段，坯體厚，

8、水分高的坯體開裂幾率高坯體厚，水分高的坯體開裂幾率高。 2 2、邊緣開裂：、邊緣開裂：壁薄，扁平的制品多見，邊緣干燥速度壁薄，扁平的制品多見，邊緣干燥速度 中心部位。中心部位。 多見于坯體表面，邊緣張應(yīng)力多見于坯體表面，邊緣張應(yīng)力 壓應(yīng)力壓應(yīng)力 3 3、中心開裂：、中心開裂：邊緣干燥速度邊緣干燥速度 中心部位，周邊收縮結(jié)束，內(nèi)部仍在收縮中心部位，周邊收縮結(jié)束，內(nèi)部仍在收縮，周邊限制中心部位收縮，使瞬間邊緣受壓應(yīng)力，中心部位受張應(yīng)力。，周邊限制中心部位收縮，使瞬間邊緣受壓應(yīng)力，中心部位受張應(yīng)力。4 4、表面開裂：、表面開裂：內(nèi)部與表面溫度、水分梯度相差過大，產(chǎn)生表面龜裂，坯體內(nèi)部與表面溫度、水分

9、梯度相差過大，產(chǎn)生表面龜裂，坯體吸濕膨脹而釉不膨脹，吸濕膨脹而釉不膨脹， 使釉由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力。使釉由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閺垜?yīng)力。 5 5、結(jié)構(gòu)裂紋：、結(jié)構(gòu)裂紋：常見于擠制成型：泥團(tuán)組成、水分不均常見于擠制成型：泥團(tuán)組成、水分不均 多見于壓制成型：粉料內(nèi)空氣未排除，造成坯體的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。多見于壓制成型：粉料內(nèi)空氣未排除，造成坯體的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。3.1.4 3.1.4 干燥開裂的類型和產(chǎn)生條件干燥開裂的類型和產(chǎn)生條件 05101520250123456607080空氣溫度90自由含水率（%） 空氣溫度與干燥速率的影響空氣溫度與干燥速率的影響干燥速度和干燥條件（空氣的溫度、濕度和流動(dòng)速度）關(guān)系干燥速度和

10、干燥條件（空氣的溫度、濕度和流動(dòng)速度）關(guān)系 05101520253035400.00.10.20.30.475.552.737.321.018.7%濕度相對(duì)自由含水率（%） 相對(duì)濕度與干燥速度的關(guān)系相對(duì)濕度與干燥速度的關(guān)系 05101520250.000.250.500.751.002m/s1.5m/s1m/s0.5m/s空氣流動(dòng)速度與干燥速度的關(guān)系空氣流動(dòng)速度與干燥速度的關(guān)系 自由含水率（%）3.1.5 3.1.5 干燥制度干燥制度 干燥制度是坯體進(jìn)行干燥時(shí)的條件總和。它包括干燥時(shí)間、進(jìn)入和排出干燥介質(zhì)的溫度和相對(duì)濕度、坯體干燥前的水分和干燥終了后的殘余水分等。 1、影響干燥制度(干燥時(shí)間）

11、的因素 （1）物料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。 （2）坯體的形狀和大小。 （3）坯體最初含水量和干燥后殘余水分。 （4）干燥介質(zhì)的溫度、濕度和流速。 （5）干燥介質(zhì)在干燥器中的溫度梯度。 （6）干燥器的構(gòu)造良好，密封情況和操作情況也對(duì)干燥時(shí)間有很大影響。 吸附陽離子的種類和數(shù)量2 2、坯體、坯體干燥殘余水分干燥殘余水分根據(jù)下列因素確定根據(jù)下列因素確定 （1）坯體的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)能滿足運(yùn)輸裝窯的要求；（2）為滿足燒成初期能快速升溫的要求；（3）為制品的大小和厚度所決定，通常形狀復(fù)雜的大型和異型制品的殘余水分應(yīng)低些；（4）不同類型燒成窯有不同的要求。 3 3 干燥制度的確定干燥制度的確定 干燥制度是指坯體在各干燥階

12、段中所規(guī)定的干燥速度干燥速度（干燥時(shí)間），而干燥速度一般通過介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度和濕度濕度、流速流速和流量流量控制。 最佳干燥制度：在最短時(shí)間內(nèi)獲得無干燥缺陷的生坯的制度。確定干燥介質(zhì)參數(shù)的依據(jù)確定干燥介質(zhì)參數(shù)的依據(jù)1. 干燥介質(zhì)的溫度（1）根據(jù)坯體組成、結(jié)構(gòu)、尺寸、最終含水率等，確定介質(zhì)溫度，以保證坯體均勻受熱。（2）考慮熱效率問題。（3）模型、熱源和干燥設(shè)備的限制。2. 干燥介質(zhì)的濕度3. 干燥介質(zhì)的流速和流量3.1.6 3.1.6 干燥方法干燥方法（1）熱空氣干燥（2）電熱干燥 工頻交變電流，石墨漿粘結(jié)鋁電極。 （例如：大型濕坯體原地電熱干燥）（3）輻射干燥 高頻、微波、紅外等電磁輻射。對(duì)流

13、干燥 是利用熱氣（煙氣或熱空氣）的對(duì)流傳熱作用，將熱傳給坯體，使坯體內(nèi)的水分蒸發(fā)而干燥的方法。制品類型干燥介質(zhì)溫度，相對(duì)濕度，%進(jìn)口出口可塑法成型粘土制品標(biāo) 型異 型異型硅磚鎂質(zhì)（鎂磚、鉻鎂磚、白云石質(zhì)）異型磚12014010012015020080120354030354050405075908095最好90 實(shí)例：實(shí)例：隧道干燥器干燥某些陶瓷坯體的干燥制度隧道干燥器干燥某些陶瓷坯體的干燥制度 總的來說，熱擴(kuò)散方向與濕擴(kuò)散方向相反，不利于干燥速度提高?？烧{(diào)整干燥制度：分段控制、多次循環(huán)、高速送風(fēng)、脈沖送風(fēng)等。噴霧干燥原理圖及設(shè)備工頻干燥工頻干燥是將工頻電流通過坯體進(jìn)行干燥的方法，屬內(nèi)熱式干燥

14、。特點(diǎn)：（1）能實(shí)現(xiàn)均勻干燥（2）熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方 向一致，干燥速度 快，單位熱耗 小。微波干燥微波干燥 是以微波輻射使生坯內(nèi)極性強(qiáng)的分子，主要是水分子運(yùn) 動(dòng)隨交變電場(chǎng)的變化而加劇，發(fā)生摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能使生坯干燥的方法。坯體單位時(shí)間、單位體積內(nèi)產(chǎn)生的熱量與頻率頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度及坯體的介質(zhì)損耗有關(guān)。（1）均勻快速,熱、濕傳導(dǎo)方向一致; （2）具有選擇性高;（3）熱效率;（4）干燥設(shè)備體小、輕巧，便于自控（5）具有微波輻射，需進(jìn)行特殊防護(hù) （6）設(shè)備費(fèi)用高，耗電量大。主要特點(diǎn)：遠(yuǎn)紅外干燥遠(yuǎn)紅外干燥1. 原理 是利用遠(yuǎn)紅外輻射元件發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線為被加熱物體所吸收，直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏_(dá)到加熱干燥的方法。

15、水是紅外敏感物質(zhì)，在紅外線的作用下水分子的鍵長和鍵角振動(dòng)，偶極矩反復(fù)改變，吸收的能量與偶極矩變化的平方成正比，干燥過程主要是由水分子大量吸收輻射能，因此效率很高。2. 遠(yuǎn)紅外輻射器遠(yuǎn)紅外輻射器管狀、燈狀、板狀等。均由三部分組成：（1）基體（2）基體表面能輻射遠(yuǎn)紅外線的涂層涂層（3）熱源及保溫裝置 金屬基體或陶瓷基體：耐火材料、SiC、鋯英石、不銹鋼、鋁合金等。金屬氧化物、氮化物、硼化物、硫化物和碳化物等。熱源：電加熱、煤氣加熱或燃油加熱等。3 . 遠(yuǎn)紅外干燥的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)紅外干燥的優(yōu)點(diǎn)（1）干燥速度快，生產(chǎn)效率高輻射與干燥幾乎同時(shí)開始，無明顯的預(yù)熱階段。（2）節(jié)約能源消耗）節(jié)約能源消耗（3）設(shè)備規(guī)模

16、小，建設(shè)費(fèi)用低（4）干燥質(zhì)量好 遠(yuǎn)紅外線具有一定的穿透能力，表面、內(nèi)部同時(shí)吸收能量，熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方向一致，加熱均勻。 實(shí)例，如：原用80熱風(fēng)干燥要2 h時(shí)的生坯，改用遠(yuǎn)紅外干燥，生坯溫度約80，僅需10 min。又如衛(wèi)生器生坯在通風(fēng)的廠房里要干燥18天，改用近紅外干燥僅用1天，再改用遠(yuǎn)紅外干燥，時(shí)間和能量消耗又都減少1/2左右。綜合干燥綜合干燥 生產(chǎn)中根據(jù)生坯不同干燥階段特點(diǎn)，將幾種方法綜合起來以達(dá)到快速干燥的目的的方法。 例如： 大型注漿坯先在原地用電熱干燥，達(dá)到降速階段移入干燥器，施釉之后再用遠(yuǎn)紅外輻射干燥，并準(zhǔn)備燒成。 英國帶式快速干燥器也屬于聯(lián)合干燥器的類型。生坯用帶式運(yùn)輸、紅外與熱

17、風(fēng)交替干燥。當(dāng)用紅外線輻射生坯時(shí)顯著提高水分溫度，加速內(nèi)擴(kuò)散；然后移動(dòng)位置改用熱風(fēng)噴吹，加速外擴(kuò)散。當(dāng)生坯濕度梯度偏大時(shí)又轉(zhuǎn)入下一次紅外輻射，達(dá)到臨界水分全以熱風(fēng)噴吹，也不會(huì)產(chǎn)生缺陷了。3.2 3.2 排塑排塑排塑（膠、蠟）：排除粘結(jié)劑的過程。3.2.1 3.2.1 排塑的目的和作用排塑的目的和作用 粘結(jié)劑的影響：有機(jī)粘結(jié)劑的熔化、分解、揮發(fā)導(dǎo)致坯體缺陷。粘結(jié)劑還原性氣氛的影響等。排塑作用：（1）排除坯體中粘結(jié)劑，為燒成創(chuàng)造條件；（2）使坯體獲得一定的機(jī)械強(qiáng)度；（3）避免粘結(jié)劑在燒成時(shí)的還原作用。埋粉（吸附劑）埋粉（吸附劑） 作用：作用： 包圍坯體，并能將熔化的塑化劑及時(shí)吸附并蒸發(fā)出來。 基本要求：基本要求： 多孔性、有一定吸附能力和流動(dòng)性、能包圍坯體、在一定溫度范圍內(nèi)不與坯體