《陶瓷加工实践指南(2025版)》

《陶瓷加工实践指南(2025版)》陶瓷加工是融合材料科学、工艺技术与实践经验的系统工程，其核心在于通过精准控制各环节参数，实现坯体性能与成品质量的稳定提升。以下从原料处理、成型工艺、干燥制度、烧成控制及后处理技术五个关键环节展开，结合2025年行业技术升级需求，提炼实践操作要点与常见问题解决方案。一、原料处理：从矿石到泥料的精细化控制原料是陶瓷品质的基础，其处理需根据目标产品类型（日用瓷、工业瓷、艺术瓷）调整配方与加工工艺。以最常见的长石质瓷为例，典型配方为高岭土50%-60%、石英20%-30%、长石15%-25%，需通过X射线荧光光谱（XRF）检测确保各成分波动范围≤±1%。1.除杂与提纯：天然矿物常含铁、钛等杂质，铁含量每增加0.1%，白度下降约3-5个单位（白度仪检测）。实践中采用磁选（12000高斯强磁选机）结合酸浸（5%盐酸溶液浸泡2小时）可将铁含量降至0.2%以下。石英需通过颚式破碎机粗碎（粒径≤5mm）后，再经球磨机细碎至过250目筛余≤0.5%（工业瓷要求更细时需过325目）。2.球磨工艺优化：泥料细度直接影响成型性能与烧结温度。日用瓷球磨参数通常为料:球:水=1:1.5:0.6，研磨时间16-20小时，控制泥浆比表面积3000-3500cm²/g（勃氏透气法检测）；工业结构瓷因需更高致密度，需延长研磨至24-30小时，比表面积提升至4000-4500cm²/g。球磨后需过80目筛去除粗颗粒，陈腐5-7天（环境温度25±2℃，湿度70±5%）以促进泥料均化，提升可塑性（可塑性指数从1.2提升至1.8以上）。二、成型工艺：匹配产品需求的多技术选择成型是决定坯体形状与致密度的关键步骤，需根据产品复杂度、尺寸精度及生产效率选择工艺。1.可塑成型（适用于拉坯、滚压等简单形状）：泥料含水率需严格控制在22±2%（含水率过高易变形，过低易开裂）。拉坯时，转速应随坯体高度调整：初始阶段（高度≤5cm）转速200-300rpm，便于稳定中心；成型阶段（高度5-20cm）降至150-200rpm，避免离心力过大导致薄胎塌陷；修坯阶段（高度≥20cm）转速≤100rpm，确保精细操作。滚压成型需注意滚头角度（一般30-45度）与压力（0.3-0.5MPa），滚压时间控制在15-30秒，过短易致表面粗糙，过长会增加坯体内部应力。2.注浆成型（适用于复杂空心制品）：泥浆性能直接影响坯体质量，比重需控制在1.65±0.05g/cm³（比重过低易分层，过高流动性差），流动性（恩氏粘度计）35-45秒/100ml，触变性（静置30分钟后粘度与初始粘度比）≤1.3。石膏模吸浆时间根据坯体厚度调整：1mm厚需5-8分钟，5mm厚需20-30分钟。脱模时坯体含水率应控制在18-22%（红外水分仪检测），过低易崩裂，过高易变形。3.干压成型（适用于高致密结构件）：粉末需经造粒处理，添加5-7%的聚乙烯醇（PVA）溶液（浓度5%）作为粘结剂，造粒后颗粒粒径分布以0.1-0.5mm为主（占比≥80%）。模具设计需考虑2-3度的脱模锥度，加压方式采用双向加压（上压30%、下压70%）以减少层裂。压力参数：普通瓷50-80MPa，高致密瓷150-200MPa，保压时间10-20秒（压力越高，保压时间越短）。三、干燥制度：避免开裂的温度-湿度协同控制干燥是排除坯体内部水分的过程，需分阶段控制升温速率与环境湿度，防止因内外应力差导致开裂。1.初期干燥（含水率22%→15%）：坯体表面水分快速蒸发，易产生表面拉应力。此阶段应控制温度25-30℃，相对湿度60-70%，升温速率≤1℃/小时，避免强制通风（风速≤0.3m/s）。可采用微波辅助干燥（频率2450MHz，功率0.5-1kW），均匀加热坯体内部，缩短干燥时间30%以上。2.中期干燥（含水率15%→5%）：水分由内部向表面迁移，需平衡蒸发与扩散速率。温度升至35-40℃，相对湿度降至50-60%，升温速率1-2℃/小时，适当增加通风（风速0.5-1m/s）。若坯体厚度≥10mm，需采用分段干燥：每干燥2小时，暂停1小时让内部水分扩散，避免表面过干。3.后期干燥（含水率5%→≤2%）：残余水分主要为结合水，需缓慢排出。温度保持40-45℃，相对湿度≤40%，升温速率≤0.5℃/小时，直至含水率达标（红外水分仪检测）。薄胎瓷（厚度≤3mm）需在此阶段增加阴干环节（2-4小时），利用环境湿度自然平衡，减少最终开裂风险。四、烧成控制：决定瓷化程度的核心工序烧成是陶瓷坯体转化为瓷的关键，需精准控制升温速率、保温时间与气氛类型（氧化焰、还原焰、中性焰）。1.预热阶段（室温→300℃）：主要排除残余物理水（100-150℃）与有机杂质（200-300℃）。升温速率1-2℃/分钟，需保持氧化气氛（O₂含量8-10%），避免有机物不完全燃烧产生碳黑沉积。若坯体含碳酸盐（如方解石），需在250-300℃保温30分钟，确保CO₂充分排出，防止后期釉面鼓泡。2.氧化分解阶段（300→950℃）：高岭土脱水（500-600℃）、石英晶型转变（573℃）、长石开始熔融（800℃以上）。升温速率2-3℃/分钟，保持氧化气氛（O₂含量5-8%），重点控制573℃附近的升温速率（≤1.5℃/分钟），避免石英晶型转变产生体积膨胀（约0.8%）导致坯体开裂。3.高温烧结阶段（950→烧成温度）：长石熔融形成液相（占比30-40%），促进颗粒重排与致密化。日用瓷烧成温度1280-1320℃，工业瓷（如氧化铝瓷）需1600-1700℃。升温速率1-1.5℃/分钟，根据釉料成熟温度调整：若釉料成熟温度低于坯体（如熔块釉），可在坯体烧结前（1250℃）提前保温30分钟，避免釉面过烧。4.保温阶段：烧成温度下保温30-60分钟（厚胎瓷或高致密瓷需延长至90分钟），确保液相均匀分布。需监测窑内温差（≤±5℃），可通过放置测温锥（如Seger锥12号对应1280℃）验证实际温度。5.冷却阶段：1300→800℃快速冷却（速率3-5℃/分钟），避免莫来石过度生长导致脆性增加；800→室温缓慢冷却（速率1-2℃/分钟），防止石英晶型逆转变（573℃）产生内应力。对于含大量玻璃相的产品（如釉面砖），需在600℃以下急冷（速率5-10℃/分钟），减少釉面析晶。五、后处理技术：提升表面质量的关键手段后处理直接影响产品的外观与功能，需根据需求选择修坯、施釉、抛光或彩饰工艺。1.修坯与施釉：半干坯体（含水率15-20%）用专用修坯刀修整，重点处理接口、毛刺，边缘倒角0.5-1mm以减少应力集中。施釉采用浸釉法时，浸入时间3-5秒（釉浆比重1.5±0.05g/cm³），釉层厚度控制在0.2±0.05mm（过厚易流釉，过薄易露胎）；喷釉法需调整气压0.2-0.3MPa，喷距15-20cm，确保釉层均匀。2.抛光与打磨：精细陶瓷（如电子基片）需抛光至表面粗糙度Ra≤0.5μm。采用分步抛光：粗抛（800目碳化硅磨料，压力0.3MPa，时间10分钟）→精抛（2000目氧化铈磨料，压力0.1MPa，时间5分钟），抛光液流量控制100-150ml/分钟，避免局部过热导致釉面开裂。3.彩饰与烤花：釉下彩需在施釉前绘制（颜料细度≤10μm），烧成温度1250-1300℃；釉上彩在釉烧后进行（颜料含熔剂），烤花温度780-820℃，升温速率5-8℃/分钟，保温10-15分钟。需注意颜料与釉面的热膨胀系数匹配（差异≤1×10⁻⁶/℃），避免烤花后开裂。六、质量控制与常见缺陷解决全程需建立关键参数监测体系：原料阶段检测成分与细度，成型后检测坯体密度（排水法，目标密度≥2.0g/cm³），干燥后检测含水率（≤2%），烧成后检测吸水率（日用瓷≤0.5%，工业瓷≤0.1%）、抗折强度（日用瓷≥60MPa，工业瓷≥120MPa）、白度（≥75度）及釉面光泽度（≥85%）。常见缺陷及解决：-开裂：干燥阶段开裂多因初期升温过快，需降低风速与升温速率；烧成阶段开裂多因冷却速率不均，需检查窑炉各区域温度一致性。-针孔：釉面针孔由釉浆气泡或烧成时气体排出不畅导致，可通过增加釉浆搅拌时间（≥30分钟）、添加0.1%消泡剂（如正辛醇）或在900-1000℃保温15分钟促进气体排出。-色差：主要因原料混合不均