陕西科技大学材料学院《陶瓷工艺学》课件第十章 烧成与.ppt

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1、第十章第十章 烧成与窑具烧成与窑具坯体在烧成过程中的物理化学变化坯体在烧成过程中的物理化学变化烧成制度烧成制度快速烧成快速烧成装钵装窑装钵装窑窑具窑具瓷质：瓷质：长石质长石质、绢云母质、滑石质、骨灰质、高铝质、绢云母质、滑石质、骨灰质、高铝质按照变化特点分为四个阶段：按照变化特点分为四个阶段：瓷器瓷器低温阶段低温阶段常温常温300，排除残余水分。，排除残余水分。排除结构水排除结构水有机物、碳素的氧化有机物、碳素的氧化碳酸盐、硫化物等的分解碳酸盐、硫化物等的分解晶型转变晶型转变氧化分解阶段氧化分解阶段（300950 ）上述氧化分解反应继续上述氧化分解反应继续形成液相、固相溶解形成液相、固相溶解形

2、成新晶相和晶体长大形成新晶相和晶体长大高温阶段高温阶段（950 烧成温度）烧成温度）液相析晶液相析晶液相过冷凝固形成玻璃液相过冷凝固形成玻璃晶型转变晶型转变冷却阶段冷却阶段（止火温度（止火温度 室温）室温）10.1 坯体在烧成过程中的物理化学变化坯体在烧成过程中的物理化学变化10.1.1.低温阶段（常温低温阶段（常温300）排除干燥剩余水分和吸附水，基本不收缩，强度变化很小。排除干燥剩余水分和吸附水，基本不收缩，强度变化很小。10.1.2.氧化分解阶段（氧化分解阶段（300950 ）化学变化：化学变化：1）粘土和其它含水矿物排除结构水）粘土和其它含水矿物排除结构水 Al2O32SiO2 2H2

3、O Al2O32SiO2+2H2O（500700）3MgO 4SiO2 H2O 3(MgO SiO2)+SiO2+H2O(900)2）碳酸盐的分解：）碳酸盐的分解：CaCO3 CaO+CO2 (8501050)MgCO3 MgO+CO2 (730950)3）碳素和有机物的氧化：）碳素和有机物的氧化：有机物有机物+O2 CO2+H2O(350 以上以上)C+O2 CO2(600 以上以上)5）晶型转变：）晶型转变：-石英石英 -石英石英 573 -石英石英 -方石英方石英 870 4）硫化物及硫酸盐的氧化分解：）硫化物及硫酸盐的氧化分解：FeS2+O2 Fe2O3+SO2（350 800 ）Fe

4、2(SO3)3 Fe2O3+SO2 （560 770 ）物理变化：物理变化：1）重量减轻，气孔率提高，有一定的收缩；）重量减轻，气孔率提高，有一定的收缩；2）有少量液相产生，后期强度有一定提高。）有少量液相产生，后期强度有一定提高。10.1.3.高温阶段（高温阶段（950 烧成温度）烧成温度）1）1050 以前继续氧化分解反应以前继续氧化分解反应2）硫酸盐的分解与高价铁的还原）硫酸盐的分解与高价铁的还原MgSO4MgO+SO3 900以上以上CaSO4CaO+SO3 12501370Na2SO4Na2O+SO3 12001370还原焰下还原焰下10801100 Fe2O3+CO FeO+CO2

5、 10001100 还原焰还原焰3）形成大量液相和莫来石新相）形成大量液相和莫来石新相 长石的熔融长石的熔融+多元低共熔物多元低共熔物+溶解石英和粘土溶解石英和粘土 大量液相大量液相+析出少量莫来石（析出少量莫来石（二次莫来石二次莫来石）3(Al2O32SiO2)3Al2O32SiO2+SiO2 一次莫来石一次莫来石4）新相的重结晶和坯体的烧结）新相的重结晶和坯体的烧结 细小二次莫来石晶体溶解后向大晶粒（溶解度小）沉积使其细小二次莫来石晶体溶解后向大晶粒（溶解度小）沉积使其重结晶长大；同时液相在表面张力作用下拉近固相并填充气孔，重结晶长大；同时液相在表面张力作用下拉近固相并填充气孔，使坯体成为

6、多相有机结合的致密烧结体。使坯体成为多相有机结合的致密烧结体。物理变化物理变化：气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高，颜色变化。：气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高，颜色变化。10.1.4.冷却阶段冷却阶段1）液体逐渐凝固成玻璃体；）液体逐渐凝固成玻璃体；2）二次莫来石长大；）二次莫来石长大；3）残余石英晶型转变。）残余石英晶型转变。瓷坯冷却前后的变化图瓷坯冷却前后的变化图1-石英石英 2-液相（玻璃相）液相（玻璃相）3-二次莫来石二次莫来石 4-粘土残骸及一次莫来石粘土残骸及一次莫来石1-石英石英 2-液相（玻璃相）液相（玻璃相）3-二次莫来石二次莫来石 4-粘土残骸及一次莫来石粘土残骸及一次

7、莫来石10.2 烧成制度烧成制度烧成烧成：通过高温处理，使坯体发生一系列物理化学变化，形成：通过高温处理，使坯体发生一系列物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，从而达到固定外形并获得所要求预期的矿物组成和显微结构，从而达到固定外形并获得所要求效果的工序。效果的工序。烧成制度烧成制度：烧成过程中各阶段气氛、温度及其温度变化速率的：烧成过程中各阶段气氛、温度及其温度变化速率的具体要求，包括温度制度、气氛制度和压力制度。具体要求，包括温度制度、气氛制度和压力制度。温度制度温度制度：包括各阶段的升温速度、最高烧成温度和保温时间。：包括各阶段的升温速度、最高烧成温度和保温时间。气氛制度气氛制度：各

8、阶段所对应的气氛要求。（氧化、中性、还原）：各阶段所对应的气氛要求。（氧化、中性、还原）压力制度压力制度：为了保证温度、气氛制度的实现，对窑内压力的调节。：为了保证温度、气氛制度的实现，对窑内压力的调节。烧成工序烧成工序是陶瓷生产过程中是陶瓷生产过程中最重要最重要的工序之一，制定科学合理的工序之一，制定科学合理的烧成制度，并准确执行是的烧成制度，并准确执行是产品质量产品质量的重要保证。的重要保证。10.2.1.烧成制度与产品性能的关系烧成制度与产品性能的关系10.2.1.1 烧成温度对产品性能的影响烧成温度对产品性能的影响 烧成温度烧成温度：为了达到产品的性能要求，应该烧到的最高温度。：为了达

9、到产品的性能要求，应该烧到的最高温度。烧结温度烧结温度：材料加热过程达到气孔率最小、密度最大时的温度。：材料加热过程达到气孔率最小、密度最大时的温度。1）烧成温度与产品的气孔率有关）烧成温度与产品的气孔率有关 在达到烧结温度之前，烧成温度越高，气孔率越低。材料在达到烧结温度之前，烧成温度越高，气孔率越低。材料的强度越高，吸水率越低。的强度越高，吸水率越低。2）烧成温度与产品的岩相组成有关）烧成温度与产品的岩相组成有关 高温下旧相的溶解，新相的生成、长大都与温度有着密切关系。高温下旧相的溶解，新相的生成、长大都与温度有着密切关系。烧成温度玻璃相莫来石石英气孔体积12101270131013505

10、65861709131510322823193211某某长石质瓷坯长石质瓷坯烧后相组成与烧后相组成与烧成温度的关系烧成温度的关系对于长石质瓷，在过烧温度之前适当提高烧成温度，玻璃相对于长石质瓷，在过烧温度之前适当提高烧成温度，玻璃相提高，莫来石量提高，石英减少，导致产品的机电性能提高，提高，莫来石量提高，石英减少，导致产品的机电性能提高，透光度提高，密度增大，热膨胀系数降低。透光度提高，密度增大，热膨胀系数降低。10.2.1.2 保温时间对产品性能的影响保温时间对产品性能的影响 保温时间保温时间：一般是指达到最高烧成温度后，保持温度不变的：一般是指达到最高烧成温度后，保持温度不变的一段时间，目

11、的是为了均匀窑内温度，产品各部分物理化学反应一段时间，目的是为了均匀窑内温度，产品各部分物理化学反应均匀、完全，使产品的均匀、完全，使产品的结构性能趋于一致结构性能趋于一致。适当降低烧成温度，延长保温时间，可以提高产品品质，适当降低烧成温度，延长保温时间，可以提高产品品质，提高烧成合格率，对于大件、异型、密装产品更加重要。提高烧成合格率，对于大件、异型、密装产品更加重要。10.2.1.3 升、降温速度对产品性能的影响升、降温速度对产品性能的影响 1）升温速度太快，可能导致产品的变形和开裂。升温速度太快，可能导致产品的变形和开裂。2）冷却速度太快，可能导致产品的炸裂；太慢导致釉面析晶。冷却速度太

12、快，可能导致产品的炸裂；太慢导致釉面析晶。3）同一种坯料烧成温度相同时：）同一种坯料烧成温度相同时：慢速升温（慢速升温（2448hr 1300 ）气孔率气孔率1.5，强度高。，强度高。快速升温（快速升温（18hr1300）气孔率气孔率3.0，强度低。，强度低。4）冷却速度对产品质量的影响）冷却速度对产品质量的影响 快速升温的产品，缓慢冷却，二次莫来石异常生长，强度降低；快速升温的产品，缓慢冷却，二次莫来石异常生长，强度降低；缓慢升温的产品，缓慢冷却，强度提高；缓慢升温的产品，缓慢冷却，强度提高；高温阶段冷却速度缓慢，可能导致低价铁氧化产品泛黄，釉析晶；高温阶段冷却速度缓慢，可能导致低价铁氧化产

13、品泛黄，釉析晶；有晶型转变的温度范围，快速冷却可能导致产品炸裂。有晶型转变的温度范围，快速冷却可能导致产品炸裂。对于普通陶瓷产品冷却制度一般为：高温阶段快速冷却，低温对于普通陶瓷产品冷却制度一般为：高温阶段快速冷却，低温阶段相对缓慢，晶型转变温度附件最慢。阶段相对缓慢，晶型转变温度附件最慢。10.2.1.4 烧成气氛对产品性能的影响烧成气氛对产品性能的影响 上海硅酸盐研究所李家治、周仁等进行了大量的研究。上海硅酸盐研究所李家治、周仁等进行了大量的研究。1）气氛对烧结温度的影响）气氛对烧结温度的影响 试样：试样：A组组Fe2O3含量含量A、A1、A2分别为分别为0.62、1.75、2.09 B组

14、组Fe2O3含量含量B、B1、B2、B3分别为分别为0.43、0.49、0.54、1.69烧结温度烧结温度测试结果对比如下：测试结果对比如下：氧化气氛氧化气氛还原气氛还原气氛温度温度1400130012001100 A A1 A2 B B1 B2 B3规律：规律：A)Fe2O3含量提高含量提高 烧结温度烧结温度均均降低；降低；B）同一种坯料还原同一种坯料还原 气氛的烧结温度一气氛的烧结温度一 定定低于低于氧化气氛；氧化气氛；而且而且Fe2O3含量越高含量越高 相差越大相差越大。机理机理：1.氧化气氛下坯料中的氧化气氛下坯料中的Fe2O3仍主要以仍主要以Fe2O3的的形式存在，形式存在，还原气氛

15、还原气氛下坯料中的下坯料中的Fe2O3主要以主要以FeO的形式存在；的形式存在；2.FeO比比Fe2O3的的助熔能力强。助熔能力强。2）气氛对最大烧成线收缩率的影响）气氛对最大烧成线收缩率的影响A组坯料还原气氛收缩率大组坯料还原气氛收缩率大B组坯料氧化气氛收缩率大组坯料氧化气氛收缩率大因为膨润土中的碳素、有因为膨润土中的碳素、有机物在还原气氛中氧化温机物在还原气氛中氧化温提高度。提高度。规律及原因：规律及原因：氧化气氛还原气氛 A A1 A2 B B1 B2 B3最大线收缩率最大线收缩率氧化气氛还原气氛3）气氛对瓷坯颜色、透光度及釉面质量的影响）气氛对瓷坯颜色、透光度及釉面质量的影响A）氧化气

16、氛烧成后，瓷坯发黄。氧化气氛烧成后，瓷坯发黄。原因：玻璃相中原因：玻璃相中Fe2O3（黄色）或黄色）或Fe2O3TiO2（黄色）黄色）B）还原气氛烧成后，瓷坯呈淡青色。液相量大透光度高。还原气氛烧成后，瓷坯呈淡青色。液相量大透光度高。原因：玻璃相中原因：玻璃相中FeO（青色），青色），Ti2O3紫色或紫色或2 FeO Ti2O3（黑）黑）低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成；低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成；高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。C）强的还原气氛可能导致：强的还原气氛可能导致：SiO2被还原分解出被还原分解出Si黑斑；黑斑；CO被还原被

17、还原C沉积黑斑或转变成气泡。沉积黑斑或转变成气泡。10.2.2.制定烧成制度的依据制定烧成制度的依据10.2.2.1 坯料组分在加热过程中的性状变化坯料组分在加热过程中的性状变化1）相图（晶型转变）和热分析资料（差热曲线）相图（晶型转变）和热分析资料（差热曲线DTA、失重曲失重曲 线线TG、热膨胀曲线热膨胀曲线TE、ITE）。）。是确定升、降温速度的是确定升、降温速度的 依据之一。依据之一。200 400 600 800 1000 1200 粘土粘土石英石英长石长石线膨胀ITETEDTA热分析综合图谱热分析综合图谱利用热分析综合图谱绘制理论烧成曲线利用热分析综合图谱绘制理论烧成曲线ITEDTA

18、TE-石英石英脱脱OH碳素燃烧碳素燃烧脱脱吸附水吸附水-石英石英热塑性范围热塑性范围坯脆性生坯脆性生脆性瓷器脆性瓷器时间时间14001000600200低温阶段低温阶段注意：注意：100150 脱吸附水升温不能太快；脱吸附水升温不能太快；500600 脱脱OH、晶型转变升、降温不能太快；晶型转变升、降温不能太快；2）烧结曲线（气孔率、烧成线收缩率、吸水率及密度变化曲线）烧结曲线（气孔率、烧成线收缩率、吸水率及密度变化曲线）和高温物相分析，是确定烧成温度的主要依据。和高温物相分析，是确定烧成温度的主要依据。显气孔率显气孔率线收缩率线收缩率玻化范围玻化范围烧结范围烧结范围温度温度 T1 T2-+A

19、.烧结范围宽、液相烧结范围宽、液相粘度大、量随温度变粘度大、量随温度变化小的坯料，烧成化小的坯料，烧成温度可以确定在烧结温度可以确定在烧结 范围上限附近（范围上限附近（T2）；）；B.烧结范围窄、液相烧结范围窄、液相粘度小、量随温度变粘度小、量随温度变化大的坯料的坯料，化大的坯料的坯料，烧成温度只能定在烧烧成温度只能定在烧结范围下限附近（结范围下限附近（T1）10.2.2.2 制品的大小和形状制品的大小和形状 升温速度快时，坯体的断面形成温度梯度、坯体在膨胀升温速度快时，坯体的断面形成温度梯度、坯体在膨胀或收缩过程中或收缩过程中 均产生不均匀应力，导致坯体的变形（塑性均产生不均匀应力，导致坯体

20、的变形（塑性状态）和开裂（弹性状态）。状态）和开裂（弹性状态）。坯体越厚、形状越复杂越容坯体越厚、形状越复杂越容易变形或开裂，升温速度不能太快。易变形或开裂，升温速度不能太快。厚坯厚坯薄坯薄坯时间时间140012001000800600400200脆性生坯脆性生坯 热塑性范围热塑性范围 脆性瓷器脆性瓷器中火保温中火保温10.2.2.3 釉烧方法釉烧方法 一次烧成一次烧成 二次烧成二次烧成1）釉料的熔化温度与坯料的氧化分解温度相适应，中火保温）釉料的熔化温度与坯料的氧化分解温度相适应，中火保温 防止针孔、橘釉、黑心、鼓泡等缺陷。防止针孔、橘釉、黑心、鼓泡等缺陷。2）冷却初期依据釉料要求确定冷却速

21、度）冷却初期依据釉料要求确定冷却速度 光泽釉光泽釉快速冷却快速冷却 结晶釉结晶釉结晶温度保温处理结晶温度保温处理3）二次烧成二次烧成 高温素烧低温釉烧高温素烧低温釉烧 低温素烧高温釉烧低温素烧高温釉烧 高温素烧低温釉烧：高温素烧低温釉烧：釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水及釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水及 氧氧 化分解排气，素烧时不考虑釉的作用。化分解排气，素烧时不考虑釉的作用。低温素烧高温釉烧：低温素烧高温釉烧：釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水，素釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水，素 烧时不考虑釉的作用。烧时不考虑釉的作用。二次烧成其它优点：二次烧成其它优点：A.减少缺陷，提高合格率，避免浪费。减少

22、缺陷，提高合格率，避免浪费。B.坯体强度提高，有利于施釉、装饰坯体强度提高，有利于施釉、装饰 工序的机械化。工序的机械化。10.2.2.4 根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度 低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成；低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成；高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成。10.2.2.5 窑炉结构、容量、燃料和装窑密度窑炉结构、容量、燃料和装窑密度窑炉结构窑炉结构窑内温度的均匀性，升温速度，烧成温度。窑内温度的均匀性，升温速度，烧成温度。燃料种类燃料种类装烧方法，升温速度，烧成温度。装烧方

23、法，升温速度，烧成温度。容量和装窑密度容量和装窑密度窑内温度的均匀性，升温速度。窑内温度的均匀性，升温速度。10.2.3.烧成制度的控制烧成制度的控制10.2.3.1温度制度的控制温度制度的控制1）流体燃料：调节燃料和助燃空气的流量。）流体燃料：调节燃料和助燃空气的流量。2）固体燃料：每次添加量、间隔时间、燃料在燃烧室内的分布。）固体燃料：每次添加量、间隔时间、燃料在燃烧室内的分布。3）调节窑内压力制度（烟道抽力）。）调节窑内压力制度（烟道抽力）。10.2.3.2气氛制度的控制气氛制度的控制 1）流体燃料：调节助燃空气过剩系数）流体燃料：调节助燃空气过剩系数0.9、0.95、1.0、1.1。2

24、）固体燃料：每次添加量、间隔时间以及燃烧程度。）固体燃料：每次添加量、间隔时间以及燃烧程度。3）调节窑内压力制度（烟道抽力）。）调节窑内压力制度（烟道抽力）。窑内窑内正压有利于还原气氛的形成，负压有利于氧化气氛的形成正压有利于还原气氛的形成，负压有利于氧化气氛的形成。10.2.3.3压力制度的控制压力制度的控制1）烟道（总烟道、支烟道）抽力。）烟道（总烟道、支烟道）抽力。2）气体的进入量和排除量的调节）气体的进入量和排除量的调节10.2.4.烧成制度举例说明烧成制度举例说明10.2.4.1某瓷质外墙砖的烧成曲线某瓷质外墙砖的烧成曲线12001000800600400200时间（分）时间（分）氧

25、化气氛烧成氧化气氛烧成10.2.4.2隧道窑还原气氛烧成日用瓷隧道窑还原气氛烧成日用瓷（h）(气氛气氛)1 2 3 4 514001200100080060040020001-氧化氧化 2-强氧化强氧化 3-还原还原 4-弱还原或中性弱还原或中性 5-氧化气氛氧化气氛压力制度：预热带负压压力制度：预热带负压104030Pa 1020以前以前 烧成带、冷却带微正压烧成带、冷却带微正压15Pa以下；零压位以下；零压位10.2.4.3 梭式窑烧成高压电瓷梭式窑烧成高压电瓷0 12 24 32 42 44 52 （小时）（小时）10.2.4.4倒焰窑氧化焰烧成日用瓷（倒焰窑氧化焰烧成日用瓷（烧煤、烧气

26、烧煤、烧气）（小时）（小时）10.3 快速烧成快速烧成烧成周期（小时）烧成周期（小时）常常 规规 烧烧 成成加加 速速 烧烧 成成快快 速速 烧烧 成成10小时以上小时以上410小时小时4小时以下小时以下10.3.1快速烧成的意义快速烧成的意义10.3.1.1 节约能源（燃料）节约能源（燃料）烧成能耗占总成本烧成能耗占总成本2030 例：墙地砖烧成例：墙地砖烧成 隧道窑隧道窑26h4.6105kJ/m2 辊道窑辊道窑1.5h1.5 105kJ/m210.3.1.2 充分利用原料资源充分利用原料资源 随着低温快速烧成的实现，大量的耐火度较低的原料可以随着低温快速烧成的实现，大量的耐火度较低的原料

27、可以大量应用于陶瓷生产。如硅灰石、透辉石、霞石正长岩、含锂大量应用于陶瓷生产。如硅灰石、透辉石、霞石正长岩、含锂矿物以及一些尾矿等劣质原料。矿物以及一些尾矿等劣质原料。10.3.1.3 提高窑炉与窑具的使用寿命提高窑炉与窑具的使用寿命 烧成温度降低对窑炉及耐火材料的要求降低；烧成温度降低对窑炉及耐火材料的要求降低；隔焰窑、明焰窑的使用大幅度减少了窑具的用量。隔焰窑、明焰窑的使用大幅度减少了窑具的用量。10.3.1.4 缩短生产周期，提高生产效率缩短生产周期，提高生产效率 传统烧成方法烧成周期大多几十小时；传统烧成方法烧成周期大多几十小时；快速烧成可以缩短至几十分钟。快速烧成可以缩短至几十分钟。

28、10.3.1.5 低温快速烧成有利于某些色釉的显色，提高某些瓷坯的强度低温快速烧成有利于某些色釉的显色，提高某些瓷坯的强度局限性：大件、较厚的产品，性能要求特殊的产品不适和局限性：大件、较厚的产品，性能要求特殊的产品不适和10.3.2.快速烧成的工艺措施快速烧成的工艺措施10.3.2.1坯釉能适合快速烧成的要求坯釉能适合快速烧成的要求 1）体积随温度变化小（收缩、热膨胀系数）；）体积随温度变化小（收缩、热膨胀系数）；2）导热性好，晶型转变少，物理化学反应速度快、排气少；）导热性好，晶型转变少，物理化学反应速度快、排气少；3）釉的始熔温度较高，高温粘度小且随温度变化大。）釉的始熔温度较高，高温粘

29、度小且随温度变化大。10.3.2.2减少入窑坯水分，提高入窑坯温度减少入窑坯水分，提高入窑坯温度10.3.2.3控制坯体形状、大小和厚度控制坯体形状、大小和厚度10.3.2.4窑炉温差小保温好窑炉温差小保温好10.3.2.5窑具耐火度较高、热稳定性好窑具耐火度较高、热稳定性好10.4装钵装窑装钵装窑10.4.1.装钵装钵10.4.1.1装钵的目的装钵的目的1）隔离不洁净火焰与制品，防止烟气中的灰分、碳粒污染釉面；）隔离不洁净火焰与制品，防止烟气中的灰分、碳粒污染釉面；2）使强度较低，大小形状不同的制品能够有规则地叠装，同时）使强度较低，大小形状不同的制品能够有规则地叠装，同时 合理利用窑位；合

30、理利用窑位；3）制品之间保持一定距离，防止釉面熔化后互相粘结。）制品之间保持一定距离，防止釉面熔化后互相粘结。10.4.1.2装钵方法装钵方法 座装、扣装、立装、吊装、叠装和套装。座装、扣装、立装、吊装、叠装和套装。根据坯体的大小、形状以及对釉面的不同要求，采用不同的根据坯体的大小、形状以及对釉面的不同要求，采用不同的 装钵方法。装钵方法。10.4.2.装窑要求装窑要求1）根据窑内温差情况，确定各部位的装窑密度或产品种类。）根据窑内温差情况，确定各部位的装窑密度或产品种类。高火位密装，低火位稀装；色釉产品根据颜料耐火情况装。高火位密装，低火位稀装；色釉产品根据颜料耐火情况装。2）窑具之间、窑具

31、与窑体之间产品之间保持一定的距离，保证）窑具之间、窑具与窑体之间产品之间保持一定的距离，保证 烟气合理流动，传热均匀。窑具与窑底、窑车面之间有垫砂烟气合理流动，传热均匀。窑具与窑底、窑车面之间有垫砂 （垫饼、垫泥、涂层）防止粘结。（垫饼、垫泥、涂层）防止粘结。3）叠装牢固平稳，保证在高温下或受到震动等作用下能够安全）叠装牢固平稳，保证在高温下或受到震动等作用下能够安全 运行。运行。4）在保证安全和产品质量的前提下，减轻窑具质量，减少窑具）在保证安全和产品质量的前提下，减轻窑具质量，减少窑具 用量，提高经济效益。用量，提高经济效益。10.4.3.装窑方法装窑方法10.4.3.1日用陶瓷日用陶瓷1

32、）装钵方法）装钵方法 （匙勺吊烧、支烧）（匙勺吊烧、支烧）座装座装扣装扣装座装座装2）装倒焰窑）装倒焰窑 特点特点清理吸火孔及支烟道，保证火焰畅通；撒防粘粉（砂）。清理吸火孔及支烟道，保证火焰畅通；撒防粘粉（砂）。底层用耐火垫，呈三角形支撑匣钵。底层用耐火垫，呈三角形支撑匣钵。匣钵柱中密边疏，边柱略向内倾斜，匣钵柱之间加支撑物。匣钵柱中密边疏，边柱略向内倾斜，匣钵柱之间加支撑物。匣钵柱边低中高，保证火焰流畅。匣钵柱边低中高，保证火焰流畅。3）装隧道窑车特点）装隧道窑车特点 匣钵柱排列应当有利于窑内焰气有规律流动；匣钵柱排列应当有利于窑内焰气有规律流动；坯体大小、形状、厚度差别不能太大。坯体大小

33、、形状、厚度差别不能太大。4）无匣钵装烧）无匣钵装烧A。隧道窑或梭式窑隧道窑或梭式窑 右图右图B.辊道窑辊道窑一般在耐火垫板上单层装坯，一般在耐火垫板上单层装坯，如果内高较高时也可以采用如果内高较高时也可以采用类似右图的方法装烧类似右图的方法装烧10.4.3.2 墙地砖墙地砖目前墙地砖的烧成基本全部采用辊道窑单层装烧。目前墙地砖的烧成基本全部采用辊道窑单层装烧。10.4.3.3卫生洁具卫生洁具传统窑炉的装烧类似日用陶瓷的装烧；传统窑炉的装烧类似日用陶瓷的装烧；现代窑炉无匣烧成采用单层或多层棚架结构装窑。现代窑炉无匣烧成采用单层或多层棚架结构装窑。10.4.3.4高压电瓷高压电瓷1）中小件的装烧

34、类似日用陶瓷的装烧；）中小件的装烧类似日用陶瓷的装烧；2）大件座装（右图）大件座装（右图）匣钵产品本坯垫3）吊装）吊装 烧前底部用耐火垫支撑，腰部或上烧前底部用耐火垫支撑，腰部或上部用耐火材料卡盖和垫座卡在坯体上。部用耐火材料卡盖和垫座卡在坯体上。如图所示如图所示烧前烧前烧后烧后10.4.3.5 其它装法其它装法形状复杂、较高的套管，匣钵中心底部开孔，匣钵之间形状复杂、较高的套管，匣钵中心底部开孔，匣钵之间架空，保证内外气流畅通。架空，保证内外气流畅通。耐火塞钉耐火塞钉耐火垫泥耐火垫泥熟熟垫片垫片10.4 窑窑 具具10.4.1 窑具种类窑具种类 匣钵、棚板、支柱、各种耐火垫、托板、辊棒和窑车

35、材料等。匣钵、棚板、支柱、各种耐火垫、托板、辊棒和窑车材料等。现代窑炉的重要标志之一，就是大幅度减少了窑具的用量，现代窑炉的重要标志之一，就是大幅度减少了窑具的用量，采用多种高级耐火材料窑具，满足快速烧成的需要。采用多种高级耐火材料窑具，满足快速烧成的需要。10.4.2.窑具的性能要求窑具的性能要求10.4.2.1 足够的结构强度足够的结构强度 常温强度和高温强度常温强度和高温强度10.4.2.2 良好的抗热震性能良好的抗热震性能 破坏机理：裂纹不断扩展；破坏机理：裂纹不断扩展；热膨胀系数热膨胀系数 小小产生应力小产生应力小不易破坏不易破坏 熟料和基质的熟料和基质的 大小，相互关系；相对量的多

36、少影响较大。大小，相互关系；相对量的多少影响较大。例如：例如：(熟料熟料)(基质基质)冷却时熟料表面基质切向受到压应冷却时熟料表面基质切向受到压应力力 莫来石莫来石 堇青石堇青石 径向受到张应力径向受到张应力 5.6 210-6 熟料张应力小、压应力大，有利于材料强度提高。熟料张应力小、压应力大，有利于材料强度提高。压应力压应力压应力压应力张张 应应 力力反之基质切向受到张应力，产生微裂纹，能够抑制裂纹的扩散反之基质切向受到张应力，产生微裂纹，能够抑制裂纹的扩散上述两种情况控制得好都可以提高制品的抗热震性能。上述两种情况控制得好都可以提高制品的抗热震性能。10.4.2.3 重复使用时窑具的体积

37、稳定性（不可逆变化）重复使用时窑具的体积稳定性（不可逆变化）1）二次莫来石化引起体积膨胀）二次莫来石化引起体积膨胀窑具中存在游离态的窑具中存在游离态的SiO2和和刚玉时，刚玉时，12701350反应反应 3Al2O3 +2SiO2 3Al2O32SiO2（二次莫来石）二次莫来石）密度密度3.9 密度密度3.0 体积膨胀体积膨胀 2）碳化硅的氧化引起体积膨胀）碳化硅的氧化引起体积膨胀SiC+O2 CO2+SiO2 玻璃态玻璃态3.2 2.2 3）熔融石英的析晶引起体积膨胀）熔融石英的析晶引起体积膨胀10.4.2.4 导热性能导热性能 良好的导热性，有利于窑具寿命提高，降低燃料消耗，提高良好的导热

38、性，有利于窑具寿命提高，降低燃料消耗，提高产品质量。产品质量。10.4.3.窑具的材质类型及损坏情况分析窑具的材质类型及损坏情况分析10.4.3.1 窑具材质窑具材质1）硅铝质（粘土质、高铝质和莫来石质）硅铝质（粘土质、高铝质和莫来石质）粘土质使用温度粘土质使用温度1300 以下以下 高铝质使用温度高铝质使用温度1400 以下以下2）硅铝镁质（莫来石）硅铝镁质（莫来石堇青石质；堇青石堇青石质；堇青石莫来石质）莫来石质）莫来石莫来石堇青石质堇青石质 高铝熟料高铝熟料+堇青石结合剂堇青石结合剂 堇青石堇青石莫来石质莫来石质 堇青石熟料堇青石熟料+粘土质结合剂粘土质结合剂 堇青石高温下分解，此类窑具

39、的使用温度堇青石高温下分解，此类窑具的使用温度1300 3）碳化硅质）碳化硅质 （粘土结合、氧化铝结合、氮化硅结合、再结晶）（粘土结合、氧化铝结合、氮化硅结合、再结晶）碳化硅导热系数大、热膨胀系数小，使用温度高。碳化硅导热系数大、热膨胀系数小，使用温度高。1400 以上以上 500 时时=15.12W/mK；=5.57-5.5910-6/。随着结合方式的优化各种性能进一步提高。随着结合方式的优化各种性能进一步提高。4）熔融石英质）熔融石英质 含含SiO2 99.5%时时=0.5410-6/,而且高温粘度大，高温荷重而且高温粘度大，高温荷重 软化温度也比硅铝质及硅铝镁质窑具高，抗热震性好，软化温

40、度也比硅铝质及硅铝镁质窑具高，抗热震性好，使用温度可达使用温度可达1380。使用过程中转变为方石英，膨胀破坏。使用过程中转变为方石英，膨胀破坏。10.4.3.2窑具材料损坏机理分析窑具材料损坏机理分析 （机械损坏除外）（机械损坏除外）1）硅酸铝质窑具）硅酸铝质窑具 晶相组成：莫来石、残余石英、刚玉和玻璃相。晶相组成：莫来石、残余石英、刚玉和玻璃相。一次莫来石长大；石英的方石英化；二次莫来石化。一次莫来石长大；石英的方石英化；二次莫来石化。一次莫来石长大一次莫来石长大晶界减少，强度降低。晶界减少，强度降低。石英的方石英化石英的方石英化体积膨胀，结构疏松。体积膨胀，结构疏松。二次莫来石化二次莫来石

41、化体积膨胀，结构疏松。体积膨胀，结构疏松。损坏机理损坏机理2）硅铝镁质窑具）硅铝镁质窑具 晶相组成：堇青石、莫来石、残余石英、刚玉和玻璃相。晶相组成：堇青石、莫来石、残余石英、刚玉和玻璃相。损坏机理损坏机理：堇青石的分解、溶解；莫来石长大，二次莫来石化：堇青石的分解、溶解；莫来石长大，二次莫来石化 导致性能降低，机械损坏。导致性能降低，机械损坏。3）碳化硅质）碳化硅质 SiC氧化氧化 SiO2石英石英裂纹裂纹SiC氧化氧化 反应式反应式P176表表10-16粘土结合粘土结合重结晶重结晶老化变形量老化变形量使用次数使用次数损坏机理损坏机理：氧化。：氧化。致密度高，空隙率低致密度高，空隙率低可以降

42、低氧化速度。可以降低氧化速度。4）熔融石英质窑具）熔融石英质窑具 损坏机理损坏机理：石英玻璃在高温下逐渐析晶转变成方石英，体：石英玻璃在高温下逐渐析晶转变成方石英，体积膨胀，导致结构疏松损坏。特别是高温液相作用更大。积膨胀，导致结构疏松损坏。特别是高温液相作用更大。此外，硅铝质和硅铝镁质窑具，在还原气氛下易损坏；此外，硅铝质和硅铝镁质窑具，在还原气氛下易损坏；碳化硅质和熔融石英质窑具，在氧化气氛下易损坏。碳化硅质和熔融石英质窑具，在氧化气氛下易损坏。10.4.4.窑具的制造窑具的制造10.4.4.1熟料的选用熟料的选用 粘土熟料、矾土熟料、合成莫来石、合成堇青石、碳化硅、粘土熟料、矾土熟料、合

43、成莫来石、合成堇青石、碳化硅、刚玉、石英玻璃等。刚玉、石英玻璃等。细度：根据窑具的大小、形状确定。细度：根据窑具的大小、形状确定。级配：二级配料级配：二级配料 （67）（34）三级配料三级配料 （56）（12）（23）10.4.4.2 结合剂与混合结合剂与混合 结合剂：粘土、调和结合剂（堇青石质、莫来石质）和结合剂：粘土、调和结合剂（堇青石质、莫来石质）和Si粉粉 混合方法：机械搅拌（干法、湿法）、混合球磨和陈腐等。混合方法：机械搅拌（干法、湿法）、混合球磨和陈腐等。10.4.4.3造型与成形造型与成形1）造型）造型 坯体形状、装窑要求、简单、厚度适宜、边角圆滑过渡。坯体形状、装窑要求、简单、

44、厚度适宜、边角圆滑过渡。2）成形）成形 注浆法、可塑法、压制法和等静压法。注浆法、可塑法、压制法和等静压法。10.4.4.4 窑具的烧成窑具的烧成 1）温度制度：）温度制度：充分烧结，最高烧成温度大于使用温度充分烧结，最高烧成温度大于使用温度30100 2）气氛制度：）气氛制度：硅铝质和硅铝镁质一般用氧化气氛烧成；硅铝质和硅铝镁质一般用氧化气氛烧成；碳化硅质和熔融石英质用还原气氛烧成。碳化硅质和熔融石英质用还原气氛烧成。10.4.4.5 窑具生产的专业化和标准化窑具生产的专业化和标准化 降低生产成本，提高窑具质量。提高产品质量。降低生产成本，提高窑具质量。提高产品质量。作业1、何为烧成制度？包括哪些内容？2、长石质坯体在加热过程中的物理化学变化？3、何为还原焰烧成？4、瓷坯中的二次莫来石？