陶瓷工艺学8烧成

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1、第8章烧成一、烧成的动力机制及方法二、坯、釉在烧成过程中的物理化学变化三、烧成制度的制定（一）烧成温度曲线的制定（二）气氛制度（三）压力制度四、快速烧成五、陶瓷烧成设备——窑炉（一）隧道窑（二）辊道窑（三）间歇窑（四）电热窑炉六、烧成方式的选择七、陶瓷的缺陷分析一、烧成的动力机制及方法从热力学观点来看，烧成(firing)是系统总能量减少的过程。任何体系都有向最低能量状态转变的趋势，这就是烧成过程的动力。即粉料坯块转变为烧成制品是系统由介稳状态向稳定状态转变的过程。但烧成一般不能自动进行，因为它本身

2、具有的能量难以克服能垒，必须加高到一定的温度才能进行。1.普通陶瓷一般是在隧道窑、辊道窑或梭式窑等窑炉中进行的。采用的是氧化或还原气氛。2.如果侧重考虑高温下粉料填充空隙的过程，烧成又常称为烧结(sintering)。二、坯、釉在烧成过程中的物理化学变化以普通粘土质陶瓷为例，坯、釉随着温度的变化将发生一系列物理化学变化，并得到所需的微观结构、性能及外观。了解这一变化，是制订烧成制度的基础。（一）低温预热阶段（常温至300℃左右）此阶段主要是排除坯体干燥后的残余水分。也称小火或预热阶段。随着坯体中残余

3、机械水和吸附水的排出，坯体发生下列变化：（1）质量减轻：水分排出所致。（2）气孔率增加：水分排出，孔隙增多。（3）体积收缩：随着水分的排除，固体颗粒紧密靠拢。低温预热阶段所发生的变化是物理现象，实际上是干燥过程的继续。因此，要提高窑炉的生产效率，应当使坯体入窑水分尽量降低。一般隧道窑的坯体入窑水分不能超过1%，辊道窑的坯体入窑水分要控制在0.5%以下。（二）氧化分解阶段（300～950℃）其主要反应是有机物及碳素的氧化、碳酸盐分解、结晶水排除及晶型转变。坯、釉在这一阶段，随着物理化学变化会出现吸热及

4、放热反应。1.碳素和有机物的氧化坯体中的碳素和有机物来源于结合粘土。在低温阶段，由于坯体中碳素和有机物不能充分燃烧，火焰中往往也含有一定数量的碳素和一氧化碳。这些碳素和有机物加热即发生氧化反应：C（有机物）+O2CO2C（碳素）+O2CO22H2+O22H2OS+O2SO22CO+O22CO2这些反应要在釉面熔融和坯体显气孔封闭前结束。否则，就会产生烟熏、起泡等缺陷。350ºC600ºC250~920ºC2.硫化铁的氧化FeS2+O2FeS+SO24FeS+7O22Fe2O3+4SO2

5、Fe2(SO3)3Fe2O3+3SO2二硫化铁（FeS2)是一种有害物质。若不在釉面熔融和坯体气孔封闭前氧化成氧化铁（Fe2O3)，则易使制品起泡。且生成的氧化铁又会使制品表面污染成黄、黑色。350~450ºC500~800ºC560~770ºC3.碳酸盐、硫酸盐的分解坯釉中都含有一定数量的碳酸盐、硫酸盐，当温度升高时，就进行分解：MgCO3MgO+CO2CaCO3CaO+CO24FeCO3+O22Fe2O3+4CO2Fe2(SO4)3Fe2O3+3SO3FeSO4FeO+SO34FeO

6、+O22Fe2O3500~850ºC600~1000ºC800~1000ºC570~755ºC4.结晶水的排出陶瓷所用原料中的粘土及其他含水矿物（如滑石、云母等），随着温度的升高，其结晶水会逐步排出。高岭石脱水：Al2O32SiO22H2OAl2O32SiO2(偏高岭石)+2H2O滑石脱水：3MgO4SiO2H2O3(MgOSiO2)(原顽火辉石)+SiO2+H2O蒙脱石脱水：Al2O34SiO2nH2OAl2O34SiO2+nH2O400~600ºC600~970ºC5.晶型

7、转变石英在573℃时，-石英迅速地转变为-石英，体积膨胀0.82%；在870℃-石英缓慢地转变为-鳞石英，体积膨胀16%。石英晶型转变造成的体积膨胀，一部分会被本阶段的氧化和分解所引起的体积收缩所抵消。如果操作得当，特别是保持窑内温度均匀，这种晶型转变对制品不会带来多大的影响。由粘土脱水分解生成的无定形Al2O3，在950℃时转化为-Al2O3。随着温度的升高，-Al2O3与SiO2反应生成莫来石晶体。（三）高温玻化成瓷阶段（从950℃到最高烧成温度）（1）氧化分解阶段进行不够彻底的反应

8、，继续进行。（2）熔融长石与低共熔物，构成瓷坯中的玻璃相；粘土颗粒及石英部分地熔解在这些玻璃相中；未被熔解的颗粒及石英等物质之间的空隙，逐渐被玻璃态物质所填充；体积发生收缩，密度增加。其变化率与组成有关。如石英量多、长石量少的坯体收缩小；否则相反。（3）在高温作用下，由粘土矿中的高岭石脱水产物，以及偏高岭石（由高岭石分解而来）的游离Al2O3在950℃左右开始转变为-Al2O3，-Al2O3与SiO2在1100℃可生成微量莫来石晶体。Al2O32SiO2(偏高岭