30陶瓷烧成

陶瓷的烧成——“土”与“火”的艺术——本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用PowerPoint可以跟踪演示时的即席反应，•在幻灯片放映中，右键单击鼠标•请选择“会议记录”•选择“即席反应”选项卡•必要时输入即席反应•单击“确定”撤消此框此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片，包括您的观点。主讲人：吴任平教授思考题1、何谓氧化气氛烧成，何谓还原气氛烧成，试述不同气氛烧成的产品外观有什么不同？原因何在？2、坯体在烧成过程中有那些物理变化？烧结程度可用哪些指标来衡量？3、为什么说在陶瓷生产中烧窑是关键？4、制定烧成制度的依据有哪些？烧成1、概述：烧成是陶瓷工艺的第三个重要工序。烧结是把粉末坯块加热到低于其基本组元的熔点温度以下进行保温，然后冷却到室温的热处理工艺。定义：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效果的工序。烧结现象示意图2．烧结过程在烧结过程中，烧结坯发生一系列物理、化学变化，坯块由粉末颗粒聚集体变成晶粒结合体，多孔体变成致密体，从而得到具有所需物理、机械性能的产品。烧成工序是陶瓷生产过程中最重要的工序之一，制定科学合理的烧成制度，并准确执行是产品质量的重要保证。坯体在烧结过程中会发生哪些宏观上的变化呢？问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化？陶瓷生产是一个复杂的过程，其中以由泥坯烧成至瓷器这一环节最为重要。随着温度的不断升高，坯体内部会发生一系列的物理、化学反应。其中物理反应的大小主要取决于泥料的各种组分含量，其物理反应大致有如下几种：一、重量的变化在低温阶段，坯体的失重等于排出的机械吸附水的重量，至中温阶段由于化学结晶水的排除而使坯体急剧失重。此外，由于有机物和矿物杂质的氧化与分解，也会失去一定的重量。而这些失重的多少视各种坯体的组成不同而不同，一般变化在3%~8%之间。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化？二、体积的收缩在低温阶段，由于机械吸附水的蒸发，体积有微小收缩。当到570℃时，β--石英转化为α--石英，到870℃时，a--石英又转化为a--鳞石英，这些多晶转变会使石英比重降低，从而影响到坯体的收缩，但因日用瓷中坯料石英的含量不多，因而此阶段体积变化也不大。到了900℃以后，坯体内液相逐渐形成，结晶颗料由于表面张力而互相靠拢，收缩逐渐加剧，一直烧结时收缩最大，一般日用瓷器烧成收缩在8~14％左右。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化？三、气孔率的变化气孔率由低温阶段逐渐增加，到氧化阶段末期达最高峰。以后由于液相的形成和体积的收缩而逐步降低，到达烧成温度时为最低。如温度持续升高（即发生过烧现象时）气孔率又随着坯体的膨胀而增加。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化？四、颜色的变化未烧前生坯的颜色取决于坯体中的杂质。有多量有机物存在时呈灰色，有铁质存在时呈浅黄色。烧成过程中至中温阶段结束，由于有机物都已挥发，只有铁质被氧化为Fe2O3，所以一般呈粉红色。以后经高温烧成后，如是氧化焰则呈浅黄色或红色如是还原焰则由于Fe2O3被还原为FeO并生成硅酸亚铁，所以呈泛青或白色，而发生过烧则FeO再次被氧化成Fe2O3而造成制品发黄。日用瓷中因坯料含铁量一般在0.6%以下，所以无论用氧化焰或还原焰烧成都能得到较高的白度。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化？五、强度与硬度的变化低温阶段随着机械吸附水的消失，强度略有提高结晶水排除阶段则无明显变化。到了570℃石英转变时，强度则有所下降750℃以后强度才逐渐增加，此时应控制好烧成温度防止过烧。坯体在750℃以前是非常脆弱的，750℃以后，由于长石-石英玻璃质及莫来石晶体开始形成，硬度逐渐增加，在良好的烧成温度下冷却后，陶瓷器的硬度一般可达莫氏7-8级2．烧结过程坯体宏观上的变化：体积收缩、气孔减少、致密度提高，强度增加，颜色改变；烧结程度可以用坯体的：等指标来衡量；烧结是一个不可逆的过程。烧结是一个复杂的物理、化学变化过程；收缩率、气孔率、体积密度和机械强度2．烧结与烧成烧成温度：为了达到产品的性能要求，应该烧到的最高温度。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。3、烧成制度温度制度：指升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度；气氛制度：氧化、还原、中性或其他气氛；压力制度：窑炉内气体的压力大小；实际生产中还要考虑窑炉加热类型、内部结构和装窑方式等因素。1）烧成制度包括的内容：2）烧成制度对产品性能的影响①升、降温速度坯体慢速升温(24～48h加热至1300℃)，其抗张强度比快速升温(18h内加热到1300℃)的坯体约增加30％，并且气孔率为1.5％，快速升温则为3.0％；缓慢冷却收缩率大，相对气孔率小。2）烧成制度对产品性能的影响②烧成温度烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量；过高的烧成温度使新型陶瓷的晶粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，使制品的机电等性能劣化。2）烧成制度对产品性能的影响③保温时间使窑炉内部各处温度均匀；使产品（大件）内部温度均匀，同时烧结；保温能促进新型陶瓷的扩散和重结晶，过长时间的保温可使晶体过分长大或发生二次重结晶。2）烧成制度对产品性能的影响④气氛制度还原气氛对氧化物陶瓷的烧结有促进作用，在氧分压低的气氛中，如在氢气、一氧化碳、惰性气体或真空中烧成的，可得到良好的氧化物陶瓷烧结体；气氛中存在的水蒸气能促进氧化镁陶瓷坯体的初期烧结；在还原性(如氢气)、中性(如氮气)和惰性(如氩气)气氛中烧成都有利于BaTiO3陶瓷的半导体化，即有利于陶瓷材料室温阻值的降低。2）烧成制度对产品性能的影响⑤压力制度是实现气氛制度的保障，二者相辅相成；参见热压烧结。问题2：何谓氧化气氛烧成，何谓还原气氛烧成，试述不同气氛烧成的产品外观有什么不同？原因何在？在烧窑时火焰在不同时期有不同的性质。火焰的性质大致可分为三种：氧化焰、还原焰和中性焰，不同性质的火焰有不同的作用。1、氧化焰：是指燃料完全燃烧的火焰，火焰完全燃烧必须有大量空气供给，这时窑中的氧气充足，CO较少。为了使坯中水分及一切有机物都蒸发和挥发排出，使坯体得到正常的收缩，所以在烧窑过程中必须有氧化焰阶段。2、还原焰：还原焰是不完全燃烧的火焰。这时窑中所产生的一氧化碳和氢气多，没有或者极少游离氧的存在。由于还原焰能使坯体内的高价铁（Fe2O3）得到充分还原变为氧化亚铁（FeO），而变成青色，消灭瓷色发黄的现象，因此在日用瓷的烧窑过程中，多采用还原焰烧成。3、中性焰：烧中性焰时，窑内所产生的一氧化碳加氢气与进入窑中的空气化合量几乎相等，处于平衡状态，其作用是使氧化亚铁不再受氧化作用而恢复成高价铁，最后使坯体达到完全玻化的目的。但控制中性焰非常困难，常用弱还原焰代替它。4.1坯料在加热过程中的性状变化4.2烧结曲线和高温物相分析4.3制品的大小和形状4.4釉烧方法4.5坯料中氧化钛和氧化铁的含量4.6窑炉结构、容量、燃料和装窑密度4制定烧成制度的依据4.1制定烧成制度的依据一、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DTA、失重曲线TG、热膨胀曲线TE、ITE）。是确定升、降温速度的依据之一。20040060080010001200℃粘土石英长石线膨胀ITETEDTA热分析综合图谱4.1制定烧成制度的依据ITEDTATE-石英脱OH碳素燃烧脱吸附水-石英热塑性范围坯脆性生脆性瓷器时间14001000600200利用热分析综合图谱绘制理论烧成曲线低温阶段注意：100～150℃脱吸附水升温不能太快；500～600℃脱OH、晶型转变升、降温不能太快；二、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。4.2制定烧成制度的依据1.烧结范围宽、液相粘度大、且随温度变化小的坯料，烧成温度可以确定在烧结范围上限附近（T2）；2.烧结范围窄、液相粘度小、且随温度变化大的坯料，烧成温度只能定在烧结范围下限附近（T1）三、制品的大小和形状4.3制定烧成制度的依据升温速度快时，坯体的断面形成温度梯度、坯体在膨胀或收缩过程中均产生不均匀应力，导致坯体的变形（塑性状态）和开裂（弹性状态）。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。四、釉烧方法4.4制定烧成制度的依据41、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。2、冷却初期依据釉料要求确定冷却速度光泽釉——快速冷却结晶釉——结晶温度保温处理3、二次烧成高温素烧低温釉烧：釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水及氧化分解排气，素烧时不考虑釉的作用。低温素烧高温釉烧：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。二次烧成其它优点：1）减少缺陷，提高合格率，避免浪费。2）坯体强度提高，有利于施釉、装饰3）工序的机械化。五、根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度4.5-4.6制定烧成制度的依据低铁高钛坯料（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。六、窑炉结构、容量、燃料和装窑密度窑炉结构——窑内温度的均匀性，升温速度，烧成温度。燃料种类——装烧方法，升温速度，烧成温度。容量和装窑密度——窑内温度的均匀性，升温速度。陶瓷在制造上，最重要的操作就是烧窑。因为陶瓷的制造，从选择原料到制成成品的工序很多，古人说过手七十二，方克成器，现在大概也有二十到六十左右的工序。在这些工序中，当然都各有相当的重要性，尤其是最后的烧窑操作更为重要，稍不注意就会前功尽弃，既浪费了原材料和燃料，又浪费了大量人力，在陶瓷工艺方面，就重要性来说，可以分为一烧，二土，三制作，烧窑是关键之关键。陶瓷生产上，一般的破损率及合格率大多数是在烧窑方面，由于烧窑的操作及烧成气氛不合理，造成破损而降低等级的产品百分率非常多。尤其是颜色釉的烧成，更要强调烧窑，颜色釉的烧成火焰性质、温度、烧成时间及燃料种类对颜色的呈色变化有重要影响，有人说颜色釉的烧成是一门火的艺术，也确有其道理。要最后得到陶瓷珍品，必然掌握烧窑的科学规律，闯过最后关键工序--烧窑。小结：为什么说在陶瓷生产过程中烧窑是关键？