陶瓷工艺学陶瓷烧成.pptx

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1、 烧成（烧成（sintering）是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。概述 烧成是陶瓷制造工艺中最重要的工序之一。陶瓷烧成所需时间约占整个生产周期的1/31/4，所需费用约占产品成本的40%左右。因此，正确的设计与选择窑炉，科学地制定和执行烧成制度并进行严格的执行装烧操作规程，是提高产品质量和降低燃料消耗的必要保证。目前我国日用陶瓷工业广泛采用隧道窑、辊道窑和推板窑，并

2、保留少量的倒焰窑继续用于生产。第1页/共74页一、坯体在烧制过程中的物理变化 坯体的烧制是一个由量变到质变物理变化和化学变化交错进行的过程。可以将日用陶瓷的烧成过程分为四个阶段。第2页/共74页坯体在这一阶段主要任务是排除干燥后的残余水。随着水分的排出，固体颗粒紧密靠拢，伴随着少量收缩。但这种收缩不能完全填补水分排除后所遗留的空隙。控制坯体入窑水分是本阶段快速升温的关键。一般日用瓷坯体入窑水分控制在2%以下。因为温度高于120 时坯体内部的水分发生强烈汽化。蒸汽压力超过坯体的抗张强度极限时，造成制品开裂，对于厚壁制品尤为突出。1、坯体水分蒸发期（室温300）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯

3、体在烧制过程中的物理变化本阶段要加强通风，目的是使被水气饱和的烟气得到及时排除，不致因其温度继续下降到露点而析出液态水，凝聚在制品表面造成“水迹”或开裂等缺陷。第3页/共74页在这一阶段，坯体内部发生较复杂的物理化学变化：粘土中的结构水的排除；碳酸盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化；石英晶型转变。这些变化与坯体组成、升温速度、窑炉气氛等因素有关。2、氧化分解与晶型转变期（300950）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化第4页/共74页粘土矿物因其类型、结晶完整程度和颗粒度的不同，排除结构水的温度也有所差别。高岭土 450-650 珍珠陶土 500-700 蒙脱石 50

4、0-750 伊利石 400-650 叶蜡石 600-750 瓷石 450-700 粘土矿物排除结构水也与升温速度有关。随着升温速度的加快残留结构水的排除向高温推移，甚至要到1000以上才能完成。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（300950）（1）粘土结构矿物水的排除第5页/共74页CaCO3CaO+CO2 8501000 MgCO3 MgO+CO2 500850 4FeCO3 2Fe2O3+3CO2 8001000 MgCO3.CaCO3 CaO+MgO+CO2 730950 氧化反应和反应温度如下：C有机物+O2 CO2 350 以上 C

5、碳素+O2 CO2 600 FeS2+O2 Fe+SO2 350-450 4FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2 500-800 （2）碳酸盐的分解（3）碳素、有机物和硫化物的氧化一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（300950）第6页/共74页石英在573 的晶型转变（-石英 石英），伴有0.82%的体膨胀。在K2O-Al2O3-SiO2系统中，在920 就会出现少量液相，它的形成可起到黏结颗粒的作用，使坯体的机械强度增加。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（300950）（4）石英的晶型转

6、变和少量液相的形成第7页/共74页坯体在氧化分解期的氧化反应实际上是不完全的，由于水气及其他气体的急剧排除，在坯体周围有一层气膜，妨碍氧气继续向坯体内部渗透，从而使坯体气孔中的沉碳难以烧尽。800 以前水分排除3/4，1000 以上才能排除。3、玻化成瓷期（950烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（1）在1020前继续氧化分解反应，排除残留结构水第8页/共74页此阶段的烧成气氛对坯体的化学反应影响极大。在氧化气氛中，硫酸盐与高价铁的分解往往推迟到1300以后进行。具体情况如下：3、玻化成瓷期（950烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中

7、的物理变化（2）硫酸盐的分解和氧化铁的还原与分解MgSO4MgO+SO3 900以上 CaSO4CaO+SO3 1250-1370 Na2SO4Na2O+SO3 1200-1370 Fe2O3 FeO+O2 1250-1370还原焰下 10801100 Fe2O3+CO FeO+CO210001100 还原焰第9页/共74页长石石英高岭土三组分瓷，随着温度的升高，高岭石在925 左右经过放热反应，生成铝硅尖晶石开始转化为莫来石（3Al2O32SiO2），非晶态二氧化硅转化为方石英。3、玻化成瓷期（950烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（3）形成大量液相和莫

8、来石晶相第10页/共74页 长石约在1170 开始分解，析出白榴石并生成液相。在高岭土和长石组成的二组分混合物中，约在1000 莫来石开始形成。首先是在高岭土的残骸上，由于比较活泼的钾、钠离子的侵入形成少量溶质而促使莫来石的生成。另一方面，由于K2O与Na2O含量降低，长石熔体组成向莫来石区析出方向变化，导致长石熔体中形成细小的针状莫来石。这两种莫来石有明显的区别，由高岭石分解物形成的粒状或鳞片状莫来石成为一次莫来石；由长石熔体形成的针状莫来石称为二次莫来石。3、玻化成瓷期（950烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（3）形成大量液相和莫来石晶相第11页/共7

9、4页在1200 以后，随着温度的升高，石英的溶解度迅速增大。石英含量降低，从而熔体的成分不断变化。这种高硅质熔体将细小针状莫来石溶解，高温时粒状和片状莫来石也受到强烈的侵蚀。若铁含量较高，碱性氧化物与则低价铁、石英等将形成更多的低共熔物，使坯体中液相量大为增加。（4）石英溶解、莫来石重结晶和坯体烧结瓷坯冷却前后的变化图1.石英 2.液相（玻璃相）3.二次莫来石 4.粘土残骸及一次莫来石一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化第12页/共74页 一方面促使晶体发生重结晶。由于细晶溶解度大于粗晶，因而小晶体溶解后就向大晶粒上沉积，导致大晶粒尺寸进一步长大。另一方面液相起着致密化

10、的作用。由于表面张力的拉紧作用，使它能填充颗粒间隙，促使固体颗粒相互靠拢。最终使莫来石、残余石英与瓷坯中的其他组分彼此合成整体，组成致密的具有较高机械强度的瓷坯。大量液相对坯体的成瓷作用表现在两个方面一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化第13页/共74页冷却初期，即由烧成温度冷却至800 ，这是冷却过程的重要阶段。采取快冷的方法冷却过慢主要变化：黏度不断增大，细晶减少粗晶增多，结构不均匀，导致机械性能下降;釉层细晶失透；低价铁重新氧化。4、冷却阶段一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化第14页/共74页冷却后期400 -室温。针对陶和瓷采取不同降温

11、措施一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化冷却中期，由800-400，这是冷却的最危险的阶段。主要变化，由塑性变为固态。残余石英的晶型转变（573）在573-石英转变为-石英，体积收缩0.82%。必须缓慢冷却过快：产生较大的结构应力;内部和表面出现较大的热应力瓷器中不会有方石英出现，冷却时因熔体粘度增大抑制了晶芽的形成，而且高温熔体中硅量并未达到饱和，因此一般陶瓷在冷却阶段不会有方石英新相析出。陶炻质坯体中，由于液相数量少，可能有以固体状态存在的方石英。冷却时要特别注意。270时，-方石英转变为-方石英，体积收缩2.8%。第15页/共74页一、坯体在烧制过程中的物理变化一

12、、坯体在烧制过程中的物理变化第16页/共74页烧成温度烧成温度 （）相相 组组 成成 （%）气孔体积气孔体积 （%）玻璃相玻璃相 莫来石莫来石 石石 英英 1210121056569 932323 3127012705858636328282 2131013106161151523231 1135013506262101019191 1二二 显微结构的组成显微结构的组成第17页/共74页二二 显微结构的组成显微结构的组成陶瓷显微结构示意图第18页/共74页二 显微结构的组成1.晶相（结晶相）同一坯体内可有多种晶相。主晶相、次晶相陶瓷材料烧结后的主要组成相之一。晶相的组成，特别是主晶相的组成往往

13、决定着制品的物理化学性能。长石质瓷器的晶相为：莫来石、方石英和残余石英。第19页/共74页2.玻璃相由坯料的组分及杂质或添加物所形成的非晶态低熔点固体物质。粘结晶粒、填充气孔和空隙，促进坯体致密，增加透明度，降低坯体的烧结温度。高粘度玻璃相能抑制晶粒长大，防止晶型转变、扩大烧结范围。作用：不利影响：过量的玻璃相会降低陶瓷强度、抗热震性能，引起产品变形。降低瓷件的绝缘电阻，增大介质损耗。玻璃相的组成、数量与坯料的组成和烧成工艺相关。二二 显微结构的组成显微结构的组成第20页/共74页3.气孔一般陶瓷制品的气孔率510（体积）。气孔的存在与坯料的组成和烧成制度有关。提高烧成温度，总气孔率降低。过烧

14、时:重结晶作用，晶粒异常长大，或液相粘度降低，闭口气孔合并，开口气孔增加而使孔径及总气孔率增大。热压、热等静压烧结，坯体的气孔率可下降至1以下，甚至接近理论密度。二二 显微结构的组成显微结构的组成第21页/共74页气孔分布：常在玻璃相基质中，晶粒重结晶时会将气孔包含到大晶粒之中。气孔存在与否、形状、大小、含量、分布和气孔间的连通情况等，对制品的性能、质量及使用均有显著影响，甚至起决定作用。气孔能增大制品的介电损耗，降低机械强度、透明度、抗击穿强度等。含大量气孔、甚至以气孔为主相的制品（如保温材料、隔热材料等），又具有质轻、隔热、隔音、保温等作用。二二 显微结构的组成显微结构的组成气泡第22页/

15、共74页4.晶界（1）晶界的定义晶界：结晶方向不同的、直接接触的同成分晶粒间的交界处，称为晶界（晶粒间界或粒界）。相界：不同成分晶粒间的交界处或不同相间的交界处称为相界面。晶界结构：晶界处物质的结构特点。晶界的厚度：取决于相邻晶粒的取向之差及所含杂质的种类和数量。二二 显微结构的组成显微结构的组成晶界结构示意图第23页/共74页（2）晶界的异相偏析效应在高温条件下的烧结和冷却过程中，异性杂质离子从晶粒内部向晶界扩散和迁移，使之在晶界部位富集的现象，称为晶界异相偏析效应。晶界上的杂质往往以三种形式存在：二二 显微结构的组成显微结构的组成陶瓷显微结构中杂质在晶界上存在的状态第24页/共74页（3）

16、晶界的物质迁移效应二二 显微结构的组成显微结构的组成晶界物质迁移效应引起的再结晶(A)及其示意图(B)(A)(B)第25页/共74页烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度，影响产品性能的关键是温度及其与时间的关系，以及烧成时的气氛。其中温度制度，气氛制度需要根据不同产品要求而定，而压力制度是保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度进行烧成。（1）以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为依据。如氧化铁和氧化钛的含量决定了采用不同的烧成气氛；又如坯釉中氧化分解反应、收缩变化、密度变化以及热重变化等决定采用不同的烧成制度。（2）以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。（3）以窑炉的结构、类型、燃

17、料种类以及装窑方式和装窑疏密为依据。（4）以相似产品的成功烧成经验为依据。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定制定烧成制度的依据：第26页/共74页（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制 温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间以及冷却速度等参数。（1）坯体水分蒸发期（室温300 ）这阶段实际是干燥的延续，升温速度主要取决于坯体的含水率、致密度、厚度和窑内实际温度以及装坯量。入窑水分2%的坯件能较快升温。当坯件入窑水分较高，坯件厚度及装窑密度大时，应采取慢速升温。特别对于含结合粘土多的致密坯体，水份排除困难，在温差大时更应慢速升温。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定1、

18、各阶段的升温速度第27页/共74页升温速度主要根据窑内温差以及坯料组成、细度，坯体的厚度、大小和装窑密度等因素来确定。排除结晶水的温度范围（400600 ）内，坯体无收缩，且保持较大的气孔率，结晶水和分解气体的排除可自由进行，有机物中的碳素也能顺利氧化。较多高岭石粘土的坯体不能升温太快。隧道窑控制在80150 。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定（2）氧化分解与晶型转化期（300950）第28页/共74页 这一阶段初始，坯体开始收缩，釉层开始熔化，除要严格控制升温速度外，还应根据坯釉性能和含铁、钛的多少，确定是否需要转换气氛。一个氧化保温过

19、程.氧化保温结束后，坯体中液相量逐渐增加，发生急剧收缩。坯体各部分收缩不一致或收缩过大，都会引起变形或开裂，因而升温速度应慢而均匀（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定（3）玻化成瓷期（950烧成温度）第29页/共74页确定烧成温度应考虑坯料的化学组成与细度、坯料烧结温度范围、升温速度和保温时间等因素。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成温度（止火温度）与保温时间的确定气孔率和烧成收缩率与温度的关系1线收缩曲线2显气孔率曲线 坯体随着温度升高，950 以后显气孔率急剧降低，收缩增大并趋

20、向致密。这一开始剧烈变化的温度称为开始烧结温度。当气孔率接近零时，坯体致密度达到最大，这种状态成为“烧结”。相应的温度称为“烧结温度”。温度继续升高，坯体发生软化变形甚至发泡膨胀，这种现象称为“过烧”。通常把烧结开始过烧软化的温度区间称为“烧结温度范围”。第30页/共74页 在此范围内烧成制品的体积密度及收缩率都没有显著变化。对于烧结范围窄的坯体，适宜选择下限温度以较长的时间保温烧成。高火保温 其目的是缩小窑内各处及制品内外的温差，是坯内的物理化学变化更加完全，坯体组织趋于均一。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成温度（止火温度）与保

21、温时间的确定第31页/共74页 800 以上坯内液相还处于塑性状态，故可进行快速冷却。这样既可防止液相析晶、晶体长大及低价铁的氧化，又可提高制品的机械强度、白度及釉面光泽度。急冷时的降温速度一般控制在150300 。800 以下，由于液相开始凝固转变成脆性的固体状态，同时有石英晶型转化，需要缓慢冷却。冷却速度一般在4070 。至400 以下，热应力变小，又可以较快速度冷却，降温速度可达100 以上。但对含大量方石英的陶器制品，在晶型转化温度下仍需缓慢冷却。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定3、冷却速度第32页/共74页素烧温度曲线釉烧温度曲

22、线（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第33页/共74页隧道窑烧成陶瓷的温度曲线1-窑顶温度曲线3-车面温度曲线4-车面温度曲线2-设计温度曲线第34页/共74页4、升、降温速度对产品性能的影响普通陶瓷坯体在快速加热时的收缩要比缓慢加热的小，因为快速烧成时，熔体为粘土及石英所饱和的时间不长，而这类低粘度的熔体尚需一定时间以发挥其表面张力的最大效果。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第35页/共74页普通陶瓷烧成后缓慢冷却时，收缩率会大些，相对的气孔率小些。冷却速度对机械强度的影响复杂得多。

23、冷却速度的快慢对坯体中晶相的大小，尤其是对晶体的应力状态有很大的影响。坯体名称坯体名称 抗折强度（抗折强度（MPa）急冷（急冷（400/分）分）缓冷（缓冷（15/分）分）75%Al2O3357-408204-285滑滑 石石 瓷瓷184-224143-163金金 红红 石石 瓷瓷285-327122-143钛钛 酸酸 钙钙 瓷瓷153-255133-184几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第36页/共74页（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制 普通陶瓷根据坯料性能不

24、同，烧成时可采用氧化气氛、中性气氛或还原气氛。按烧成时的焰性也称作氧化焰、中性焰和还原焰。氧的含量8-10%，强氧化焰 4-5%，普通氧化焰，1-1.5%中性焰，一氧化碳1.5-2.5%，弱还原焰，2.5-7%强还原焰。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第37页/共74页 陶瓷制品各阶段的烧成气氛必须根据原料性能和制品的不同要求来确定。坯体水分蒸发期（室温300 ）对气氛没特殊要求。在氧化分解与晶型转变期（300950 ），为使坯体氧化分解充分，要求氧化气氛。在玻化成瓷期，（950 烧成温度），陶器、炻器均应采用氧化气氛烧成。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制

25、度的确定三、最佳烧成制度的确定1、各阶段的气氛要求第38页/共74页 还原气氛烧成时转换温度的确定 由强氧化气氛转强还原气氛的温度是烧成中极重要的温度点。坯、釉配方不同，该温度亦完全不同，还原过早，则坯、釉料的分解氧化反应不完全，沉碳烧不尽，容易造成釉泡或烟熏缺陷。气氛转化温度过高，表明还原过迟，此时坯体烧结，釉层封闭，还原介质就难以渗入坯体，起不到还原作用，并易造成高温沉碳，从而产生阴黄、花脸、釉泡、针孔及烟熏缺陷。一般确定釉始熔前150 左右的温度为转换温度。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第39页/共74页 强还原转弱还原的温度也很

26、重要。它标志着还原结束，釉料开始成熟，此时还原气氛过强，不仅沾污釉面而且浪费燃料。采用氧化气氛低价铁又会重新氧化使制品发黄。采用中性气氛虽较理想，但却难以控制。故强还原后改烧弱还原焰效果较好。强还原必须在釉料开始熔融时（或釉层始熔后1020 ）结束。并及时转换为弱还原气氛，转换温度约在1200 左右。隧道窑烧成瓷器温度曲线1-氧化气氛2-强还原气氛3-还原气氛4-中性气氛5-氧化气氛（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第40页/共74页2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响 气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度，改变其体积变

27、化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组成等，最终得到不同性质的产品。（1）.对日用瓷的影响日用瓷坯体在氧化气氛和还原气氛中烧成，会使它们在烧结温度、最大烧成收缩、过烧膨胀率、线收缩速率和釉面质量等方面都有所变化。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第41页/共74页1）不同气氛对烧结温度影响坯体在还原气氛中的烧结温度比氧化氛围中低。产生这种现象的原因在于还原气氛使瓷坯中的铁大多数以FeO存在，Fe O比Fe2O3的助熔能力强，与SiO2生成低熔点的硅酸盐玻璃（FeSiO3）。这样，液相的表面张力较在氧化气氛下提高20%左右，这就促进了坯体能在较

28、低的温度下烧结并产生较大的收缩。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第42页/共74页2)不同气氛对坯体过烧膨胀的影响 所有瓷石质坯与未加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气氛中要小的多，但加入后反而大。产生这种现象的主要原因是：在氧化气氛中，坯中的硫酸盐和Fe2O3要到接近坯体烧结和釉层融化的温度下才能分解，此时气孔已被封闭，气体不能排出，导致过烧40 膨胀就十分显著。而在还原气氛下，这些物质的分解温度可提前到坯、釉处于多孔状态时进行，气体可以自由逸出。坯料中含铁量较

29、高时，对碳素的吸附性也较小，所以还原气氛中过烧膨胀值较小。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第43页/共74页产生这种现象的主要原因是：坯料中含铁量不高，但彭润土对碳素的吸附性很强，在还原气氛中烧成的坯体容易吸附碳素。这些碳素的氧化要推迟到烧成末期，当过烧40时，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的分解，就使过烧膨胀十分显著。而在氧化气氛中加热有助于在瓷化前烧尽碳素，过烧40虽有少量Fe2O3分解，过烧膨胀也不明显。加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气氛中要大的多（二）

30、、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第44页/共74页3)不同气氛对瓷体线收缩率的影响所有瓷坯在还原气氛中的最大线收缩速率都比在氧化气氛中大。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第45页/共74页4)气氛对瓷坯的颜色和透光度及釉面质量的影响a.影响铁和钛的价数。b.还原气氛使氧化硅和一氧化碳还原。陶瓷坯料中大多程度不等的含有铁、钛等着色化合物。在氧化气氛中烧成，是制品呈现黄、红、棕、褐和紫灰

31、等颜色。在还原气氛中，坯釉的Fe2O3绝大部分被还原为FeO在较低的温度下与SiO2结合淡青色易熔的低铁硅酸盐，促进坯体在较低温度下烧结，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相应提高了瓷的透光性。但对含钛量较多的坯料则应避免还原烧成，否则部分TiO2变为蓝紫色的Ti2O3,有时还生成黑色尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而加深了铁的着色作用。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第46页/共74页 还原气氛在一定温度下也可能使SiO2还原生成气态的SiO.在较低温度下也会按2SiO-SiO2+Si分解。Si

32、在陶瓷制品中会形成黑斑。还原气氛中一般含CO，在一定温度下按2CO-CO2+C分解。CO的分解速度在800 以上才比较明显，低于800 时要有碳和氧化铁的催化作用才有可能。因此在还原气氛中，很可能在坯釉中析出碳而形成黑斑，继续升温将形成坯泡、釉泡和针孔。氮在高温的还原气氛中也有形成化合物而溶解在坯釉熔体中的倾向。溶解后再遇到氧化气氛又会分离而产生气泡。但在中性和还原气氛中不会产生气泡。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第47页/共74页 我国北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火粘土，含铁

33、较少而含氧化钛、有机物较多，坯体粘性和吸附性较强，适宜用氧化气氛烧成。南方制瓷原料大多采用原生高岭土和瓷石，含铁量较多而含氧化钛、有机物较少，粘性和吸附性较小，适宜用还原气氛烧成。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响第48页/共74页（三）压力制度及控制（三）压力制度及控制压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第49页/共74页（三）压力制度及控制（三）压力制度及控制需考虑温度、气氛制度、窑炉结构、燃料性能来确定。关键：零压位的控制。1、对烧油或

34、气的连续式窑，零压点在预热带与烧成带界面附近。（负，微正，正）2、对烧煤窑（自然通风），零压点在烧成带末端。（负，正）3、对隧道窑：氧化气氛烧成：零压点在烧成带与冷却带之间。（微负，正）还原气氛烧成：零压点在预热带与烧成带之间。（负，微正）三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第50页/共74页（三）压力制度及控制（三）压力制度及控制零压位控制不当的后果：1）向烧成带移动，则可能氧化过久，还原不足。2）向窑头移动，则氧化不足。两者均出废品。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定第51页/共74页烧结是在热工设备中进行的，这里热工设备指的是先进陶瓷生产窑炉及其附属设备。烧结陶瓷的窑炉

35、类型很多，同一种制品可在不同类型的窑内烧成，同一种窑也可烧结不同的制品。本节将介绍常用的间歇式窑炉、连续式窑和辅助设备，如：电炉、电隧道窑以及电发热元件等。四、烧结设备四、烧结设备第52页/共74页4.1.间歇式窑炉按其功能新颖性可分为电炉、高温倒焰窑、梭式窑和钟罩窑。、电炉 电炉（electric furnace）是电热窑炉的总称。一般是通过电热元件把电能转变为热能，可分为电阻炉、感应炉、电弧炉等。四、烧结设备四、烧结设备箱式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）管式电阻炉实物图（a）和炉体结构示意图（b）第53页/共74页电弧感应加热炉（arc induction heating）热量主

36、要由电弧产生的电加热炉，用于人工合成云母、生产氧化铝空心球及硅酸铝耐火纤维优质保温材料等。电磁感应加热炉（magneticinductionheating）由于电磁感应作用在导体内产生感应电流，而这种感应电流因为导体的电阻而产生热能的一种电炉。常利用感应炉研制氮化硅等。四、烧结设备四、烧结设备第54页/共74页、高温倒焰窑（reverse flame kiln）倒焰窑工作流程1-窑室；2-燃烧室；3-灰坑；4-窑底吸火孔；5-支烟道；6-主烟道；7-挡火墙；8-窑墙；9-窑顶；10-喷火口第55页/共74页梭式窑（drawer kiln）梭式窑结构示意图1-窑室；2-窑墙；3-窑顶；4-烧嘴；

37、5-升降窑门；6-支烟道；7-窑车；8-轨道四、烧结设备四、烧结设备第56页/共74页4.1.4 钟罩窑（bell kiln）该钟罩窑用于精细氧化铝陶瓷高温烧成。采取窑罩升降式，密封性能特别好，可在窑罩下方出装产品而不受震动。窑内旋转气流，采取车下排烟方式，窑内温度非常均匀。采用富氧燃烧技术，升温快，节能效果明显。序号序号项目项目技术参数及性能说明技术参数及性能说明1容积容积2.0立方立方2设计温度设计温度1750 3窑内温差窑内温差 5 4控温精度控温精度 25燃料燃料天然气天然气6烧嘴烧嘴高速调温烧嘴，高速调温烧嘴，4只只7燃烧方式燃烧方式富氧空气助燃富氧空气助燃8升降方式升降方式窑罩液压

38、升降窑罩液压升降四、烧结设备四、烧结设备第57页/共74页4.2 连续式窑 连续式窑炉的分类方法有多种，下面按制品的输送方式可分为隧道窑、高温推板窑和辊道窑。与传统的间歇式窑相比较，连续式窑具有连续操作性，易实现机械化，大大地改善了劳动条件和减轻了劳动强度，降低了能耗等优点。四、烧结设备四、烧结设备第58页/共74页、隧道窑（tunnel kiln）四、烧结设备四、烧结设备第59页/共74页辊道窑是电热式隧道窑的一种，只是传递烧结样品的传递系统不是传统的窑车、推板，而是同步转动的陶瓷或金属辊棒。每条辊子在窑外传动机构的作用下不断地转动；制品由隧道的预热端放置在辊子上，在辊子的转动作用下通过隧道

39、的预热带、烧成带和冷却带。4.2.2辊道窑（rollerkiln）四、烧结设备四、烧结设备第60页/共74页4.3 窑炉辅助设备发热元件 电炉按炉温的高低可以分为低温（工作温度低于700）、中温（工作温度为7001250）和高温（工作温度大于1250）三类。炉温在1200以下，通常采用镍铬丝、铁铬钨丝，炉温为13501400时采用硅碳棒；炉温为1600可采用二硅化钼棒为电热体。元件的寿命取决于以下三个因素：正确的安装，控制合理的升温降温速率，元件的碰撞。常见硅钼棒形状四、烧结设备四、烧结设备第61页/共74页 4.4 新型窑炉热压炉热压炉4.4.1热压烧结热压设备主要适用于那些考虑低扩散性或需

40、要毛细管结构（机械性能、热性能和光性能兼得）的材料，它们是不需要经过超高温获得高密度的材料。通过热压工艺不仅能够轻易的制造出各种常规形状（如片装，圆柱体，长方体)的工件，还能够通过优化设计，轻易的制造出其它复杂形状的产品。氮化硅,Al2O3,TiC/TiN和硅铝氧氮陶瓷(刀具,阀组件,轴承,耐摩擦件等).掺镧锆钛酸铅(PLZT)和其它高性能陶瓷.碳化硼(B4C).SiC(+Al2O3)陶瓷刀具.四、烧结设备四、烧结设备第62页/共74页温度：2200压力：100bar用于陶瓷产品的高温气压烧结高温高气压烧结材料的特性是首先在低压状态下进行烧结工艺，然后在常压下烧结材料达到疲劳状态，最后是在高气

41、压下烧结（结果是进一步的增加材料疲劳状态并迅速的消除材料中的应力）。因此在高温高气压烧结工艺后，材料的各方面机械性能（硬度，强度，韧性等）都优于普通的烧结工艺。4.4.2气压烧结烧结氮化硅、硅铝氧氮陶瓷，经过此设备烧结后具有非常好的机械性能（可用做刀具，涡轮增压器的转子及应用于发动机等等）.四、烧结设备四、烧结设备第63页/共74页 放电等离子体烧结炉放电等离子体烧结炉（SPS）是利用放电等离子体进行烧结的。等离子体是物质在高温或特定激励下的一种物质状态,是除固态、液态和气态以外,物质的第四种状态。等离子体是电离气体,由大量正负带电粒子和中性粒子组成,并表现出集体行为的一种准中性气体。4.4.

42、3放电等离子体烧结炉结构陶瓷、多功能陶瓷、金属陶瓷金属间化合物：TiAl,MoSi2,Si3Zr5,NiAl,NbCo,NbAl,LaBaCuSO4等离子体是解离的高温导电气体,可提供反应活性高的状态。等离子体温度400010999,其气态分子和原子处在高度活化状态,而且等离子气体内离子化程度很高,这些性质使得等离子体成为一种非常重要的材料制备和加工技术。烧结温度最高可以达到2400C四、烧结设备四、烧结设备第64页/共74页微波烧结炉微波烧结炉4.4.4微波烧结炉微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的在电磁场中的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密

43、化的方法。由于材料可内外均匀地整体吸收微波能并被加热，使得处于微波场中的被烧结物内部的热梯度和热流方向与常规烧结时完全不同。微波可以实现快速均匀加热而不会引起试样开裂或在试样内形成热应力，更重要的是快速烧结可使材料内部形成均匀的细晶结构和较高的致密性，从而改善材料性能。同时，由于材料内部不同组分对微波的吸收程度不同，因此可实现有选择性烧结，从而制备出具有新型微观结构和优良性能的材料。四、烧结设备四、烧结设备第65页/共74页本系列设备主要用于在真空和保护气氛的条件下，对金属、陶瓷等粉沫冶金材料及制品的烧结、氮化、石墨化，也可以用于物理气相沉积（PVD）。技术指标：1、工作区域：直径高45012

44、00（mm）2、工作温度：25003、电源额定功率：100KW4、极限真空：6.710-3帕真空烧结炉4.4.5真空烧结炉四、烧结设备四、烧结设备第66页/共74页1、低温烧成与快速烧成的作用（1）低温烧成与快速烧成的含义一般来说，凡烧成温度有较大幅度降低（如降低幅度在80100以上者）且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。快速烧成指的是产品性能无变化，而烧成时间大量缩短的烧成方法。四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第67页/共74页（2 2）低温与快烧的作用）低温与快烧的作用1）.节约能源 烧成温度对燃料消耗的影响，可用下式表示：（t2-t1）式中 F为温度t1时的单位燃

45、耗与温度t2时的单位燃耗之比，（%）。2）.充分利用原料资源 促进新型陶瓷原料的开发利用1、低温烧成与快速烧成的作用四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第68页/共74页3）.提高窑炉与窑具的使用寿命 4）.缩短生产周期、提高生产效率5）.低温烧成，有利于提高色料的显色效果，丰富釉下彩和色釉的品种。6）.快速烧成可使坯体中晶粒细小，从而提高瓷件的强度、改善某些介电性能。并非任何品种都值得采用低温烧成或快速烧成。（2 2）低温与快烧的作用）低温与快烧的作用1、低温烧成与快速烧成的作用四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第69页/共74页2、降低烧成温度的工艺措施1）调整坯、釉料组成2）提高坯料细

46、度四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第70页/共74页3、快速烧成的工艺措施（1）.坯、釉料能适应快速烧成的要求坯料：1）干燥收缩和烧成收缩均小2）坯料的热膨胀系数要小，最好它随温度的变化呈线性关系3）希望坯料的导热性能好4）希望坯料中少含晶型转变的成分四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第71页/共74页（2）.减少坯体入窑水分、提高坯体入窑温度（3）.控制坯体厚度、形状和大小（4）.选用温差小和保温良好的窑具（5）.选用抗热震性能良好的窑具釉料：1）化学活性强 2）始熔温度高 3）高温粘度低 4）膨胀系数较常规烧成时小。3、快速烧成的工艺措施、快速烧成的工艺措施四、四、低温烧成与快速低温烧成与快速第72页/共74页低温烧成 快速烧成1、快速烧成的工艺措施2、为什么日用陶瓷生产北方烧氧化焰南方烧还原焰?烧成3、为什么所有瓷石质坯与未加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧40的膨胀比在氧化气氛中要小的多?复习思考题一次莫来石二次莫来石5、液相对坯体的成瓷作用晶界相界晶界异相偏析效应4、为什么说普通陶瓷在还原气氛中的烧结温度比氧化气氛中低？第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页