陶瓷烧成工艺原理

1、第四节 烧成制度及其确定烧成制度构成：温度制度烧成制度构成：温度制度 气氛制度气氛制度 压力制度压力制度一、烧成制度确定的依据一、烧成制度确定的依据(一一)、根据坯料在加热过程中的性状变化、根据坯料在加热过程中的性状变化1、根据坯料系统有关的相图，可初步估计坯体烧结温度的、根据坯料系统有关的相图，可初步估计坯体烧结温度的高低和烧结范围的宽窄。高低和烧结范围的宽窄。例如：例如：K2O-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点低系统中的低共熔点低(985 20 )MgO-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点高系统中的低共熔点高(1355 )钾长石质坯体：液相数随温度升高增加缓慢，液相高温钾长石质坯体：

2、液相数随温度升高增加缓慢，液相高温粘度较大，烧成范围粘度较大，烧成范围50-60，最高烧成温度可接近烧，最高烧成温度可接近烧成范围的上限温度成范围的上限温度T3。滑石瓷中液相随温度升高迅速增多，烧成范围滑石瓷中液相随温度升高迅速增多，烧成范围10-20之间，最高烧成温度偏于下限温度之间，最高烧成温度偏于下限温度T2。 图图1 粘土加热过程气孔率和收缩率的变化粘土加热过程气孔率和收缩率的变化(P32)最高烧成温度的确定：最高烧成温度的确定：u 凡是高温反应速度快（液相产生快）坯凡是高温反应速度快（液相产生快）坯料料 烧成本身液相量高，液相粘度正温烧成本身液相量高，液相粘度正温效应高效应高制品易软

3、化变形制品易软化变形 T烧选择烧选择 T2T3范围内靠范围内靠T2一侧。一侧。u 凡是高温反应速度慢（晶体产生速度慢，凡是高温反应速度慢（晶体产生速度慢，数量少）的坯料数量少）的坯料液相量少，需加强高液相量少，需加强高温反应，增加晶体的数量温反应，增加晶体的数量应提高烧成应提高烧成温度温度 T烧选择烧选择 T2T3范围内靠范围内靠T3一侧。一侧。2、根据坯料的热分析曲线，参照烧成各阶段发、根据坯料的热分析曲线，参照烧成各阶段发生的变化来拟定烧成制度。课本生的变化来拟定烧成制度。课本P348 图图2 三成分陶瓷的三成分陶瓷的热分析综合图谱热分析综合图谱DTA-差热曲线差热曲线TE-已烧坯体热膨已

4、烧坯体热膨胀曲线胀曲线ITE-生坯的不可逆生坯的不可逆热膨胀曲线热膨胀曲线图图3 利用利用ITE及及TE曲线绘制的理论烧成曲线曲线绘制的理论烧成曲线图图4 利用利用DTA数据修改的烧成曲线数据修改的烧成曲线（二）坯体形状、厚度和入窑水分（二）坯体形状、厚度和入窑水分P349 同一组成的坯体，由于制品的形状、厚度和同一组成的坯体，由于制品的形状、厚度和入窑水分的不同，升温速度和烧成周期都应有入窑水分的不同，升温速度和烧成周期都应有所不同。所不同。（三）窑炉结构、燃料性质、装窑密度（三）窑炉结构、燃料性质、装窑密度 它们是能否使要求的烧成制度得以实现的重它们是能否使要求的烧成制度得以实现的重要因素

5、。要因素。（四）烧成方法（四）烧成方法P350一次烧成与二次烧成；一次烧成与二次烧成；常压烧结与热压烧结、热等静压烧结的不同。常压烧结与热压烧结、热等静压烧结的不同。总结：总结：（一）保温时间及其长短确定：（一）保温时间及其长短确定：u 中火保温中火保温进入进入950高火期之前，釉面开始封闭之高火期之前，釉面开始封闭之前，实行保温前，实行保温=令坯体氧化分解反应充分完成，分解令坯体氧化分解反应充分完成，分解气体及时排离制品。气体及时排离制品。u 高火保温：一方面使物理化学变化更趋完全，使坯体高火保温：一方面使物理化学变化更趋完全，使坯体具有足够的液相量和适当的晶粒尺寸，另一方面使组具有足够的液

6、相量和适当的晶粒尺寸，另一方面使组织结构亦趋于均一。在生产实践中，适当地降低烧成织结构亦趋于均一。在生产实践中，适当地降低烧成温度，通过一定的保温时间以完成烧结作用，常能保温度，通过一定的保温时间以完成烧结作用，常能保证产品质量均匀和烧成损失减少。但保温时间过长则证产品质量均匀和烧成损失减少。但保温时间过长则晶粒溶解，不利于坯中形成坚强的骨架，会导致机械晶粒溶解，不利于坯中形成坚强的骨架，会导致机械性能的降低。对于特种陶瓷来说，过长的保温会使晶性能的降低。对于特种陶瓷来说，过长的保温会使晶体过分长大或发生二次重结晶，故保温时间要求适当。体过分长大或发生二次重结晶，故保温时间要求适当。P340最

7、后一段：最后一段：总结：总结：烧成升降温速度的确定：烧成升降温速度的确定：a、低火期及氧化分解期，应适当控制升温速度、低火期及氧化分解期，应适当控制升温速度=防止大量气体排出的冲击力，防止热应力防止大量气体排出的冲击力，防止热应力的破坏作用。的破坏作用。b、高火期应控制升温速度，否则、高火期应控制升温速度，否则=液相产生太液相产生太快快=液相烧结过程的收缩与不均匀收缩应力液相烧结过程的收缩与不均匀收缩应力太大太大=导致变形开裂导致变形开裂 总结：总结：C、冷却速度：、冷却速度：（1）冷却的高温阶段仍有高火保温作用，要快速冷却，否则）冷却的高温阶段仍有高火保温作用，要快速冷却，否则=小小晶粒溶解

8、，骨架作用晶粒溶解，骨架作用，过饱和析晶，过饱和析晶，晶核数量，晶核数量 ，重结晶增，重结晶增长，晶粒长大。长，晶粒长大。=晶相晶相/液相液相，晶体尺寸，晶体尺寸，数量，数量=性能性能（2）冷却高温阶段的二次氧化现象，由于未实行急冷造成坯釉中）冷却高温阶段的二次氧化现象，由于未实行急冷造成坯釉中低价铁（低价铁（FeO或或FeOSiO2）又重新氧化为高价铁，使制品泛黄）又重新氧化为高价铁，使制品泛黄或青白泛阴黄。或青白泛阴黄。（3）冷却阶段）冷却阶段600以下，瓷坯中若有大量以下，瓷坯中若有大量ZrO2或或SiO2晶体，在其晶体，在其晶型转化温度附近急冷时会加大晶粒与周围基质间的膨胀系数晶型转化

9、温度附近急冷时会加大晶粒与周围基质间的膨胀系数差，使晶粒周围产生结构应力，导致结构裂纹的产生。差，使晶粒周围产生结构应力，导致结构裂纹的产生。（4）对厚型、大件产品，由于陶瓷本身为热的不良导体，在）对厚型、大件产品，由于陶瓷本身为热的不良导体，在Tg以以下（脆性状态时），冷却过快会导致制品外层承受内层给予的下（脆性状态时），冷却过快会导致制品外层承受内层给予的张应力张应力=制品易产生炸裂。制品易产生炸裂。 第五节第五节 低温烧成与快速烧成低温烧成与快速烧成一、概念一、概念l低温烧成：一般来说，烧成温度有较大幅低温烧成：一般来说，烧成温度有较大幅度降低，且产品性能与通常烧成的性能相度降低，且产品

10、性能与通常烧成的性能相近的烧成方法。近的烧成方法。l快速烧成：指的是产品性能无变化，而烧快速烧成：指的是产品性能无变化，而烧成时间大量缩短的烧成方法。成时间大量缩短的烧成方法。二、降低烧成温度的措施二、降低烧成温度的措施P352l调整坯、釉料组成调整坯、釉料组成l提高坯料细度提高坯料细度三、快速烧成的工艺措施三、快速烧成的工艺措施P352-353 第六节第六节 烧成新方法烧成新方法 P355-369l热压烧结热压烧结 ：使坯体的成型和烧成同时完成的新：使坯体的成型和烧成同时完成的新工艺。工艺。 晶界滑移传质，挤压蠕变传质晶界滑移传质，挤压蠕变传质普通烧结中普通烧结中基本不存在的烧结机制。基本不

11、存在的烧结机制。l热等静压热等静压l真空烧结真空烧结 第七节第七节 烧成的综合性问题烧成的综合性问题产品变形产生原因及克服措施产品变形产生原因及克服措施（一）变形原因：不均匀收缩及高温蠕变（一）变形原因：不均匀收缩及高温蠕变（二）不均匀收缩原因：（二）不均匀收缩原因：配方组成，有机物，层间水，熔剂等配方组成，有机物，层间水，熔剂等坯料（定向排列）坯料（定向排列）成型（应力）拱桥效应成型（应力）拱桥效应成型操作（泥团应力松弛期）外力作用时间成型操作（泥团应力松弛期）外力作用时间应力松应力松弛期弛期干燥温度制度干燥温度制度P314-318烧成和装窑方法，窑具质量，耐火度烧成和装窑方法，窑具质量，耐火度烧成时窑内温度场分布不均匀烧成时窑内温度场分布不