陕西科技大学材料学院《陶瓷工艺学》课件第六章 坯体的.ppt

第六章第六章 坯体的干燥坯体的干燥16 1 干燥作用与干燥过程干燥作用与干燥过程6 2 干燥制度的确定干燥制度的确定6 3 干燥方法干燥方法6 4 干燥缺陷分析干燥缺陷分析第六章第六章 坯体的干燥坯体的干燥26 1 干燥作用与干燥过程干燥作用与干燥过程1.干燥的作用：干燥的作用：排除坯体中的水分排除坯体中的水分坯体成形坯体成形含水率含水率注浆法注浆法 3035可塑法可塑法 1526压制法压制法 314等静压法等静压法 13坯体中水分的种类坯体中水分的种类自由水自由水 （通过干燥排除）（通过干燥排除）化学结合水化学结合水吸附水吸附水干燥的目的干燥的目的：排除坯体中的水分，同时赋予坯体一定的干燥：排除坯体中的水分，同时赋予坯体一定的干燥强度，满足搬运以及后续工序（修坯、粘结、施釉）的要求。强度，满足搬运以及后续工序（修坯、粘结、施釉）的要求。32.干燥过程干燥过程 坯体干燥过程四个阶段示意图坯体干燥过程四个阶段示意图13时间时间升速阶段升速阶段等速阶段等速阶段 降速阶段降速阶段 平衡阶段平衡阶段 介质温度介质温度21坯体含水率坯体含水率 2干燥速度干燥速度 3坯体表面温度坯体表面温度OABCD4干燥过程各阶段的特征干燥过程各阶段的特征：OA 升速干燥阶段升速干燥阶段，温度，温度逐渐升高至干燥介质湿球温度逐渐升高至干燥介质湿球温度TA。干燥速度干燥速度由零升至最大，蒸发表面水分。由零升至最大，蒸发表面水分。吸热吸热蒸发水分，提高坯体温度。蒸发水分，提高坯体温度。收缩收缩很小。很小。A B等速干燥阶段等速干燥阶段，表面温度，表面温度不变，不变，干燥速度干燥速度保持衡定，内扩散速度等于外保持衡定，内扩散速度等于外 扩散速度。扩散速度。吸热吸热全部用于蒸发水分。全部用于蒸发水分。收缩收缩较大，相当于成份水分的体积。较大，相当于成份水分的体积。5B C降速干燥阶段，降速干燥阶段，表面温度表面温度升高至介质温度。升高至介质温度。干燥速度干燥速度逐渐减小至零，与介质达到平衡。逐渐减小至零，与介质达到平衡。吸热吸热蒸发水分，提高坯体温度。蒸发水分，提高坯体温度。收缩收缩基本不收缩。基本不收缩。CD平衡阶段，坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。平衡阶段，坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。6注意：注意：1）B点称为临界点，转折点（阶段、收缩）后进入干燥点称为临界点，转折点（阶段、收缩）后进入干燥 安全状态。安全状态。2）C点平衡状态点，标志着干燥结束。但含水率不为零。点平衡状态点，标志着干燥结束。但含水率不为零。3）“返潮返潮”问题。问题。3.干燥收缩与变形干燥收缩与变形3、1收缩与变形的原因：收缩与变形的原因：干燥干燥 颗粒表面自由水膜变薄颗粒表面自由水膜变薄 颗粒之间靠近颗粒之间靠近 发生收缩发生收缩坯料部分颗粒的取向性排列坯料部分颗粒的取向性排列 收缩的各向异性收缩的各向异性 产生内应力产生内应力内应力大于塑性状态屈服值时内应力大于塑性状态屈服值时 变形变形内应力大于或塑性状态的破裂破裂值或弹性状态抗拉强度时内应力大于或塑性状态的破裂破裂值或弹性状态抗拉强度时 开裂开裂73.2 影响坯体收缩变形的主要因素影响坯体收缩变形的主要因素1）坯体中粘土的性能）坯体中粘土的性能 粗细粗细 多少多少 分布分布 细细 吸附水膜厚吸附水膜厚 可塑性好可塑性好 收缩变形大收缩变形大2）粘土吸附阳离子的种类）粘土吸附阳离子的种类 表表8-13）坯体的含水率）坯体的含水率 含水率大含水率大 收缩大收缩大 变形开裂的可能性大变形开裂的可能性大4）坯体的成形方法）坯体的成形方法 与含水率的关系与含水率的关系5）坯体的形状）坯体的形状 形状复杂、形状复杂、薄厚不匀容易变形开裂。薄厚不匀容易变形开裂。86 2 干燥制度的确定干燥制度的确定干燥介质的种类干燥介质的种类温度、湿度，温度、湿度，流量、流速等流量、流速等坯体的性质坯体的性质1.影响干燥速度的因素影响干燥速度的因素1.1 影响内扩散的因素影响内扩散的因素内扩散形式内扩散形式热湿传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。热湿传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。热端热端 冷端冷端湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。湿端湿端 干端干端1）热湿传导方向与湿传导方向一致性热湿传导方向与湿传导方向一致性。微波干燥、远红外干燥。微波干燥、远红外干燥。干燥过程各阶段的速度干燥过程各阶段的速度影响速度的参数影响速度的参数92）坯料的颗粒组成和矿物组成坯料的颗粒组成和矿物组成粗粗颗粒，瘠性料，毛细管粗扩散阻力小有利于水分的扩散。颗粒，瘠性料，毛细管粗扩散阻力小有利于水分的扩散。3）生坯的温度以及内外湿度差生坯的温度以及内外湿度差温度高，水分粘度小、表面张力小有利于扩散。温度高，水分粘度小、表面张力小有利于扩散。湿度差大，湿扩散速度快。湿度差大，湿扩散速度快。1.2 影响外扩散的因素影响外扩散的因素 表面水分汽化，向介质扩散。（表面水蒸气分压与介质分压差）表面水分汽化，向介质扩散。（表面水蒸气分压与介质分压差）相关因素：干燥介质、生坯的温度；相关因素：干燥介质、生坯的温度；干燥介质的流速、方向。干燥介质的流速、方向。1.3 其它因素其它因素1）干燥方式；）干燥方式；2）坯体厚度和形状）坯体厚度和形状3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。102.干燥介质参数的确定干燥介质参数的确定2.1介质温度：介质温度：1）坯体的大小、形状、厚度、组成、含水率）坯体的大小、形状、厚度、组成、含水率 大件、复杂坯体大件、复杂坯体 低温高湿低温高湿高温低湿（临界点）；高温低湿（临界点）；小件、简单坯体小件、简单坯体 高温低湿干燥。高温低湿干燥。带石膏模干燥时带石膏模干燥时 温度不大于温度不大于70，否则模型强度降低。，否则模型强度降低。2）热能的充分利用和设备的因素）热能的充分利用和设备的因素 介质温度太高，热效率低，传热设备使用寿命降低。介质温度太高，热效率低，传热设备使用寿命降低。2.2 干燥介质的湿度干燥介质的湿度 湿度太低，干燥太快，容易产生变形和开裂。湿度太低，干燥太快，容易产生变形和开裂。例如：大件的卫生瓷坯体，通常采用分段干燥方法。例如：大件的卫生瓷坯体，通常采用分段干燥方法。112.3 干燥介质的流速和流量干燥介质的流速和流量提高介质的流速和流量可以提高干燥速度。提高介质的流速和流量可以提高干燥速度。注意防止变形、开裂。注意防止变形、开裂。126 3 干燥方法干燥方法1）热空气干燥）热空气干燥2）工频电干燥）工频电干燥3）直流电干燥）直流电干燥4）辐射干燥）辐射干燥5）综合干燥）综合干燥131.热空气干燥热空气干燥室式干燥、隧道式干燥、喷雾干燥、链式干燥及热泵干燥。室式干燥、隧道式干燥、喷雾干燥、链式干燥及热泵干燥。1.1 室式干燥（室式烘房）室式干燥（室式烘房）分类：固定坯架式；活动坯车式。分类：固定坯架式；活动坯车式。暖气式；热风式；温度湿度可调式。暖气式；热风式；温度湿度可调式。特点：设备简单，造价低廉，热效率低，干燥周期长。特点：设备简单，造价低廉，热效率低，干燥周期长。141.2 隧道式干燥隧道式干燥1鼓分机鼓分机2总进热风道总进热风道3连通进热风道连通进热风道4支进热风道支进热风道5干燥隧道干燥隧道6废气排除通道废气排除通道7排风机排风机151.3 链式干燥链式干燥成形成形脱模脱模修坯修坯常利用隧道窑余热与成形机、自动脱模机、修坯机配套常利用隧道窑余热与成形机、自动脱模机、修坯机配套形成自动流水线。适应中、小件产品，热效率高。形成自动流水线。适应中、小件产品，热效率高。国产链式干燥机比较落后。国产链式干燥机比较落后。161.4 辊道传送式干燥辊道传送式干燥近年来发展起来的一种与辊道窑一体（下层）的干燥方式。近年来发展起来的一种与辊道窑一体（下层）的干燥方式。热源：辊道窑余热或热风机供热。热源：辊道窑余热或热风机供热。特点：热效率高，干燥质量好，干燥后可直接入窑烧成。特点：热效率高，干燥质量好，干燥后可直接入窑烧成。171.5 喷雾干喷雾干 燥燥泥浆含水率：泥浆含水率：3050造雾方式：压力式、气流式造雾方式：压力式、气流式热空气温度：热空气温度：400600流体流动方式：逆流、顺流式流体流动方式：逆流、顺流式特点：工艺简单，生产效率高特点：工艺简单，生产效率高产量大，产量大，颗粒流动性好，坯体颗粒流动性好，坯体强强 度高，致密度高度高，致密度高。181.6 热泵干燥热泵干燥基本原理：高温热湿气体经过冷凝换热，排除水分后再加热基本原理：高温热湿气体经过冷凝换热，排除水分后再加热 循环使用。循环使用。1.7 脉冲干燥脉冲干燥基本原理：墙地砖坯体输送的流动方向的两侧，脉冲利用基本原理：墙地砖坯体输送的流动方向的两侧，脉冲利用干热空气来干燥坯体。干热空气来干燥坯体。2.工频电干燥工频电干燥基本原理：将坯体两端加交流电压（相当于并联进入电路），基本原理：将坯体两端加交流电压（相当于并联进入电路），通电后坯体内部发热，蒸发水分干燥。通电后坯体内部发热，蒸发水分干燥。特点：热湿扩散方向与湿扩散方向一致，干燥效率高，特点：热湿扩散方向与湿扩散方向一致，干燥效率高，质量好，干燥后期耗电量大。适用于大厚制品。质量好，干燥后期耗电量大。适用于大厚制品。19含水率与耗电量的关系：含水率与耗电量的关系：电压：初期电压：初期 3040v 后期后期 220v以上。以上。含水率含水率电电能能消消耗耗（kwh/kg）203.直流电干燥直流电干燥基本原理：泥料中的水分以水化阳离子的形式存在，在电场基本原理：泥料中的水分以水化阳离子的形式存在，在电场作用下，发生电动现象，水分子向负极运动排除。作用下，发生电动现象，水分子向负极运动排除。特点：干燥均匀，速度快，不易变形质量好。特点：干燥均匀，速度快，不易变形质量好。剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。通电时间（通电时间（min）湿坯质量（湿坯质量（g）214.辐射干燥辐射干燥基本原理：坯体中的水分选择性吸收特定波长的电磁波，基本原理：坯体中的水分选择性吸收特定波长的电磁波，产生热效应，排除水分。产生热效应，排除水分。特点：设备简单，易于实现自动化，干燥速度快，质量好。特点：设备简单，易于实现自动化，干燥速度快，质量好。种类：高频干燥、微波干燥、红外干燥。种类：高频干燥、微波干燥、红外干燥。电磁波分类电磁波分类：按波长（：按波长（um）分。分。可见光可见光 近红外线近红外线 远红外线远红外线 微波微波 无线电波无线电波0.760.4 5.60.76 10005.6 107103 1010107干燥干燥4.1 高频干燥高频干燥 电磁波频率在电磁波频率在107HZ附近，属于超高频微波的范畴，辐射坯体附近，属于超高频微波的范畴，辐射坯体 水分子吸收热量，达到干燥的目的。干燥质量好，成本高。水分子吸收热量，达到干燥的目的。干燥质量好，成本高。224.2 微波干燥微波干燥 微波在陶瓷行业应用：微波在陶瓷行业应用：微波烧结、微波干燥、微波检测微波烧结、微波干燥、微波检测。微波干燥常用频率：微波干燥常用频率：955 25MHZ 2450 25MHZ特点特点：微波对良导体能够产生全反射（金属），对不良导体：微波对良导体能够产生全反射（金属），对不良导体则部分反射，大部分吸收。微波干燥器外壳以及防护板全部则部分反射，大部分吸收。微波干燥器外壳以及防护板全部采用金属材料制成。微波干燥快速安全。采用金属材料制成。微波干燥快速安全。资料报道：资料报道：碗盘类制品热空气干燥需要几十分钟，微波干燥碗盘类制品热空气干燥需要几十分钟，微波干燥只需要只需要3分钟就能完成。英国的微波真空干燥技术分钟就能完成。英国的微波真空干燥技术1.5分钟分钟即可完成，大大延长了石膏模具的寿命。即可完成，大大延长了石膏模具的寿命。234.3 红外干燥红外干燥远红外波长远红外波长 2.51000um近红外波长近红外波长 0.752.5um根据水分子对红外线的吸收特性，通常选择的干燥波长为根据水分子对红外线的吸收特性，通常选择的干燥波长为 2.515um的远红外线。的远红外线。1）远红外反射器）远红外反射器 基体、辐射涂层、热源、保温装置部分构成。基体、辐射涂层、热源、保温装置部分构成。基体：基体：金属（钢、铝）、陶瓷（碳化硅、锆英石质耐火材料）金属（钢、铝）、陶瓷（碳化硅、锆英石质耐火材料）辐射层：辐射层：全波涂料全波涂料2.515（SiC、Fe2O3、Fe2O3 为主体为主体）长波涂料长波涂料6um以上（锆钛系、锆英石系）以上（锆钛系、锆英石系）短波涂料短波涂料3.5um以下（富含以下（富含SiO2、半导体氧化钛半导体氧化钛TiO1.9）采用涂刷粘结、等离子喷涂和复合烧结的方法与基体结合。采用涂刷粘结、等离子喷涂和复合烧结的方法与基体结合。热源：热源：电阻丝。辐射体温度高，辐射强度高。电阻丝。辐射体温度高，辐射强度高。400500最好最好。242）红外干燥远特点：）红外干燥远特点：A)速度快，效率高。速度快，效率高。B)热效率高，节约能源，单位坯体能耗是近红外的热效率高，节约能源，单位坯体能耗是近红外的1/2，C)热空气干燥的热空气干燥的1/3。D)C)设备小，造价低，占地面积小。设备小，造价低，占地面积小。E)D)干燥效果好，干燥效果好，5.综合干燥综合干燥干燥方法特点结合干燥过程各阶段的特点干燥方法特点结合干燥过程各阶段的特点5.1 辐射干燥和热空气对流干燥相结合辐射干燥和热空气对流干燥相结合 例如英国带式快速干燥器例如英国带式快速干燥器5.2 工频电干燥、红外干燥与热风干燥相结合工频电干燥、红外干燥与热风干燥相结合 大件注浆产品先用电热干燥除去大部分水分后，施釉后采用大件注浆产品先用电热干燥除去大部分水分后，施釉后采用 红外干燥和热风干燥交替进行，除去剩余水分。红外干燥和热风干燥交替进行，除去剩余水分。25湿气排除湿气排除红外辐射器红外辐射器燃烧器燃烧器燃烧室燃烧室主主送风机送风机热气分布器热气分布器热气再循环热气再循环高强度喷嘴高强度喷嘴入坯入坯出坯出坯英国带式快速干燥器英国带式快速干燥器266 4 干燥缺陷分析干燥缺陷分析 变形和开裂是最常见的干燥缺陷，本质是不均匀收缩引起变形和开裂是最常见的干燥缺陷，本质是不均匀收缩引起的内应力造成的。直接原因可能是以下几方面。的内应力造成的。直接原因可能是以下几方面。1.配方设计和坯料制备的原因配方设计和坯料制备的原因1.1 坯料配方中塑性粘土太多、太少。坯料配方中塑性粘土太多、太少。1.2 坯料细度太粗、太细。坯料细度太粗、太细。1.3 坯料含水率太高，组分分布不均匀。坯料含水率太高，组分分布不均匀。1.4 练泥和成形过程造成颗粒的定向排列从而导致不均匀应力。练泥和成形过程造成颗粒的定向排列从而导致不均匀应力。2.成形过程的原因成形过程的原因2.1 成形时泥料受力不均匀，造成致密度不一致，收缩不均匀。成形时泥料受力不均匀，造成致密度不一致，收缩不均匀。2.2 模型吸水能力不均匀，造成不均匀收缩。模型吸水能力不均匀，造成不均匀收缩。模型的不均匀干燥；模型制作、使用过程局部油污。模型的不均匀干燥；模型制作、使用过程局部油污。273.干燥过程的原因干燥过程的原因3.1 干燥制度不合理：温度、湿度、流速和方向控制不当。干燥制度不合理：温度、湿度、流速和方向控制不当。干燥太快；介质湿度太大引起水分冷凝于坯体上。干燥太快；介质湿度太大引起水分冷凝于坯体上。3.2 坯体放置不平衡或放置方法不当局部收缩阻力太大。坯体放置不平衡或放置方法不当局部收缩阻力太大。4.器型设计不合理：器型设计不合理：结构复杂、薄厚结构复杂、薄厚不均匀。不均匀。123451口沿口沿2撑口泥撑口泥3腹部腹部4底肩底肩5底心底心2829