（大学课件）陶瓷材料工艺学烧成.pptx

1、陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng 烧成是陶瓷制造工艺过程中最重要的工序之一。烧成是陶瓷制造工艺过程中最重要的工序之一。经过成形、上釉后的半成品，必须通过高温烧成，经过成形、上釉后的半成品，必须通过高温烧成，才能形成一定的矿物组成和显微结构，赋予陶瓷的才能形成一定的矿物组成和显微结构，赋予陶瓷的一切特性。坯体在烧成过程中发生一系列物理化学一切特性。坯体在烧成过程中发生一系列物理化学变化，这些变化在不同的温度阶段中进行，它决定变化，这些变化在不同的温度阶段中进行，它决定了陶瓷的质量与性能。了陶瓷的质量与性能。第七章第七章 烧烧 成成陶瓷材料工艺学 docin/sundae_men

2、g 陶瓷烧成所需时间约占整个生产周期的陶瓷烧成所需时间约占整个生产周期的1/31/31/41/4，所需费用约占产品成本的所需费用约占产品成本的20%20%左右。因此，正确地设左右。因此，正确地设计与选择窑炉，科学地制订和执行烧成制度并严格地计与选择窑炉，科学地制订和执行烧成制度并严格地执行装烧操作规程，是提高产品质量和降低燃料消耗执行装烧操作规程，是提高产品质量和降低燃料消耗的必要保证。的必要保证。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng 陶瓷窑炉的种类很多。陶瓷窑炉的种类很多。间歇式窑炉间歇式窑炉根据窑内火焰的流向可分为根据窑内火焰的流向可分为直焰窑、平焰窑和倒焰窑。直焰窑、平焰窑

3、和倒焰窑。连续式窑炉连续式窑炉有隧道窑、辊道窑和推板窑有隧道窑、辊道窑和推板窑等。快速烧成的间歇式窑有梭式窑和帽罩式窑等。等。快速烧成的间歇式窑有梭式窑和帽罩式窑等。中国陶瓷窑炉有悠久的历史。著名的传统窑炉主要有景德镇窑、中国陶瓷窑炉有悠久的历史。著名的传统窑炉主要有景德镇窑、龙窑和阶梯窑。目前，我国日用陶瓷工业广泛采用隧道窑、辊道窑龙窑和阶梯窑。目前，我国日用陶瓷工业广泛采用隧道窑、辊道窑和推板窑，并保留少量的倒焰窑继续用于生产。和推板窑，并保留少量的倒焰窑继续用于生产。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng 坯体经过热处理的过程成为烧成。坯体经过热处理的过程成为烧成。第一节第一

4、节 烧成制度烧成制度 烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。其中影响制品性能的主要因素是温度制度和气氛制其中影响制品性能的主要因素是温度制度和气氛制度，压力制度是保证温度制度和气氛制度实现的重度，压力制度是保证温度制度和气氛制度实现的重要条件。要条件。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng温度制度温度制度：包括升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度。：包括升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度。烧成烧成气氛气氛：是制品接触的热气体（燃烧产物）中：是制品接触的热气体（燃烧产物）中游离氧和还原游离氧和还原成分成分COCO的含量而定。一般游离

5、氧含量的含量而定。一般游离氧含量10108%8%为强氧化气氛；为强氧化气氛；5 5 4%4%为氧化气氛；为氧化气氛；1 1 1.5%1.5%为中性气氛；为中性气氛；游离氧低于游离氧低于1%1%，COCO含量含量2 27%7%为还原气氛，其中为还原气氛，其中3 37%7%为强还原为强还原气氛，气氛，1 12.5%2.5%为弱还原气氛。为弱还原气氛。压力制度：窑内气体压力的规律性分布。通过调节窑炉的有关设备（烧嘴、风机、闸板等）控制窑内各部分气体压力呈一定分布。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng1.1.烧成温度对产品性能的影响烧成温度对产品性能的影响 陶瓷坯体获得最佳性质时的相应温

6、度，即烧成时陶瓷坯体获得最佳性质时的相应温度，即烧成时的止火温度。实际上是一个温度范围，称为烧成范围。的止火温度。实际上是一个温度范围，称为烧成范围。&致密陶瓷体：烧成温度即烧结温度致密陶瓷体：烧成温度即烧结温度&多孔制品：烧成温度并非其烧结温度多孔制品：烧成温度并非其烧结温度一、烧成制度与产品性能的关系一、烧成制度与产品性能的关系陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸、液相组烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸、液相组成和数量、气孔的形貌和数量（即瓷坯的显成和数量、气孔的形貌和数量（即瓷坯的显微结构）。微结

7、构）。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_mengv特种陶瓷：过高的烧成温度，使晶粒过大或少数晶粒特种陶瓷：过高的烧成温度，使晶粒过大或少数晶粒猛增，破坏组织结构的均匀性，使制品的机电性能劣化。猛增，破坏组织结构的均匀性，使制品的机电性能劣化。如压电陶瓷其体积密度如压电陶瓷其体积密度、介电常数、介电常数、介电损耗、介电损耗v对传统配方的陶瓷：随温度的升高，瓷坯密度增大、对传统配方的陶瓷：随温度的升高，瓷坯密度增大、吸水率和显气孔率减小、釉面光泽度提高。吸水率和显气孔率减小、釉面光泽度提高。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng2.2.保温时间对产品性能的影响保温时间对产品性能

8、的影响 在止火温度或低于此温度，保温一定的时间，有利于在止火温度或低于此温度，保温一定的时间，有利于物理化学变化更趋完全使坯体有足够液相量和适当晶粒尺物理化学变化更趋完全使坯体有足够液相量和适当晶粒尺寸、也使组织结构趋于均匀。寸、也使组织结构趋于均匀。在生产中，适当降低烧成温度，以一定的保温时间完在生产中，适当降低烧成温度，以一定的保温时间完成烧结，可保证制品质量均匀、减少烧成损失。成烧结，可保证制品质量均匀、减少烧成损失。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng3.3.烧成气氛对产品性能的影响烧成气氛对产品性能的影响 气氛影响坯体高温下的物化反应速度、改变其体气氛影响坯体高温下的物

9、化反应速度、改变其体积变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组成，而积变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组成，而得到不同性质的制品。得到不同性质的制品。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng日用瓷日用瓷（李家治、周仁）（李家治、周仁）A 还原气氛中烧结温度低；还原气氛中烧结温度低；A 长石质坯还原气氛中最大烧结线收缩小；瓷石质坯相反；长石质坯还原气氛中最大烧结线收缩小；瓷石质坯相反；A 过烧膨胀：坯体中含有膨润土，还原气氛中过烧膨胀大，过烧膨胀：坯体中含有膨润土，还原气氛中过烧膨胀大，而瓷石质坯和不含膨润土的长石质坯正好相反；而瓷石质坯和不含膨润土的长石质坯正好相反；A 还原气氛中

10、最大线收缩速率大；还原气氛中最大线收缩速率大；A 气氛对瓷坯质量和透光度及釉面质量的影响：影响铁、钛气氛对瓷坯质量和透光度及釉面质量的影响：影响铁、钛价数；使价数；使SiOSiO2 2和和COCO还原。还原。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng特种陶瓷特种陶瓷 氧化物陶瓷在还原气氛中或氧分压低的气氛中氧化物陶瓷在还原气氛中或氧分压低的气氛中（例如氢气、一氧化碳、惰性气体或真空中）烧成时，（例如氢气、一氧化碳、惰性气体或真空中）烧成时，可得到良好的氧化物陶瓷烧结体。可得到良好的氧化物陶瓷烧结体。对于含挥发组分的压电陶瓷等坯料，如铅、铋对于含挥发组分的压电陶瓷等坯料，如铅、铋等化合物

11、挥发，注意控制窑炉内铅的分压。等化合物挥发，注意控制窑炉内铅的分压。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng4.4.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普通陶瓷快速加热时普通陶瓷快速加热时收缩收缩比缓慢加热时小；比缓慢加热时小；致密坯体慢速升温其致密坯体慢速升温其抗张强度抗张强度比快速升温的坯体增加比快速升温的坯体增加30%30%，而气孔率减少；，而气孔率减少；烧成后缓慢冷却，收缩率大，相对气孔率小些；烧成后缓慢冷却，收缩率大，相对气孔率小些；冷却速度的快慢对坯体中晶相的数量、大小、晶体的冷却速度的快慢对坯体中晶相的数量、大小、晶体的应力状态有很大的影响。应力状态

12、有很大的影响。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng二、拟定烧成制度的依据二、拟定烧成制度的依据1.1.坯料组成与加热过程中的物理化学变化坯料组成与加热过程中的物理化学变化 可利用相图、差热曲线、失重曲线、热膨胀曲线可利用相图、差热曲线、失重曲线、热膨胀曲线、烧结曲线等技术资料。、烧结曲线等技术资料。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_mengnK2O-Al2O3-SiO2相图低共熔点相图低共熔点98520，烧，烧结温度范围宽结温度范围宽5060；nMgO-Al2O3-SiO2相图低共熔点相图低共熔点1355，烧结，烧结温度范围窄温度范围窄1020；n热分析曲线热分析曲线DT

13、A、TE、ITE拟定烧成制度。拟定烧成制度。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng2.2.坯体形状、厚度和入窑水分坯体形状、厚度和入窑水分 陶瓷制品由于形状、厚度和含水率不同，升温速陶瓷制品由于形状、厚度和含水率不同，升温速度和烧成周期都有所不同。度和烧成周期都有所不同。薄壁小制品入窑水分易于控制，一般可采取短周薄壁小制品入窑水分易于控制，一般可采取短周期烧成。对大件厚壁制品，则升温不能过快，周期不期烧成。对大件厚壁制品，则升温不能过快，周期不能过短。如果坯体含有大量高可塑性粘土，则由于排能过短。如果坯体含有大量高可塑性粘土，则由于排水困难、升温速度更应放慢。水困难、升温速度更应放

14、慢。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng3.3.窑炉结构、燃料类型和装窑密度窑炉结构、燃料类型和装窑密度 尽管尽管坯料性能坯料性能可适应快速烧成，但由于可适应快速烧成，但由于窑炉温差太大窑炉温差太大、燃料性燃料性质质以及以及装窑密度装窑密度等原因，也会使烧成速度受到限制。等原因，也会使烧成速度受到限制。大截面大容积窑炉，一般温差较大，不宜快速烧成。扁形小截大截面大容积窑炉，一般温差较大，不宜快速烧成。扁形小截面窑炉，温差小且调节灵活，可快速烧成。面窑炉，温差小且调节灵活，可快速烧成。因此，拟定烧成制度时，必须把需要的烧成制度和实现烧成制因此，拟定烧成制度时，必须把需要的烧成制度和

15、实现烧成制度的条件结合起来。否则，即使制定了较先进的温度制度，也难以度的条件结合起来。否则，即使制定了较先进的温度制度，也难以实现。实现。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng4.4.烧成方法烧成方法 普通陶瓷有一次烧成和二次烧成，又有匣钵装烧普通陶瓷有一次烧成和二次烧成，又有匣钵装烧与无匣钵明焰烧成之分；与无匣钵明焰烧成之分；而一些特种陶瓷除了常压而一些特种陶瓷除了常压烧结外，还可采用热压法、热等静压法等一些新的烧结外，还可采用热压法、热等静压法等一些新的烧结方法。烧结方法。烧成方法不同时烧成制度亦有差别。烧成方法不同时烧成制度亦有差别。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_

16、meng第二节第二节 烧成方法烧成方法Z一次烧成法一次烧成法 就是将已经干燥的生坯施釉以后（也有不施釉就是将已经干燥的生坯施釉以后（也有不施釉的），装入窑内，进行一次烧成（也有叫本烧的），的），装入窑内，进行一次烧成（也有叫本烧的），如景德镇的细瓷青花瓷，颜色釉（郎红，祭红，乌金如景德镇的细瓷青花瓷，颜色釉（郎红，祭红，乌金等色釉瓷），青花玲珑等都是经一次烧成的。等色釉瓷），青花玲珑等都是经一次烧成的。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_mengZ两次烧成法两次烧成法 将素烧过的熟坯施釉后，再装入窑内，按照将素烧过的熟坯施釉后，再装入窑内，按照一次烧成法进行烧成。世界各国硬质精细日用一次

17、烧成法进行烧成。世界各国硬质精细日用白瓷多采用此法。白瓷多采用此法。低温素烧、高温釉烧低温素烧、高温釉烧 如：长石质精陶如：长石质精陶 有有 高温素烧、低温釉烧高温素烧、低温釉烧 如：石灰质精陶、骨如：石灰质精陶、骨灰瓷灰瓷陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng低温素烧即用低温低温素烧即用低温700-960左右，将已经干左右，将已经干燥的生坯烧成，然后施釉，再入窑用高温烧成。如燥的生坯烧成，然后施釉，再入窑用高温烧成。如有些薄胎瓷、艺术瓷、釉下彩绘的日用瓷等。有些薄胎瓷、艺术瓷、釉下彩绘的日用瓷等。高温素烧是先将坯高温素烧（高温素烧是先将坯高温素烧（1260-1280），），再进行

18、低温釉烧（再进行低温釉烧（950-1050），如一般精陶和英），如一般精陶和英国骨灰瓷等多采用此法。国骨灰瓷等多采用此法。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng.一次烧成与二次烧成的特点一次烧成与二次烧成的特点素烧的作用：素烧的作用：q素烧时，坯体氧化分解产生的气体已基本排除，避免了釉烧素烧时，坯体氧化分解产生的气体已基本排除，避免了釉烧时时“桔釉桔釉”、“气泡气泡”，提高釉面光泽度和白度；，提高釉面光泽度和白度；q素烧后，坯体中的气孔有利于上釉，且釉面质量好；素烧后，坯体中的气孔有利于上釉，且釉面质量好；q素烧使坯有一定机械强度，降低半成品的破损率；素烧使坯有一定机械强度，降低半

19、成品的破损率；q素烧时，坯体部分收缩，降低本烧阶段收缩率和变形倾向；素烧时，坯体部分收缩，降低本烧阶段收缩率和变形倾向；q素烧后，检选出不合格素坯返回，即提高釉烧合格率，又减素烧后，检选出不合格素坯返回，即提高釉烧合格率，又减少原料损失。少原料损失。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng缺点：燃耗高、操作工序增多、坯釉中间层生长不良缺点：燃耗高、操作工序增多、坯釉中间层生长不良陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng第三节第三节 烧成制度示例烧成制度示例一、一、粘土质坯体在烧成过程中的主要物理化学变化粘土质坯体在烧成过程中的主要物理化学变化1、低温阶段、低温阶段（室温（室

20、温300）入窑水分低于入窑水分低于5以下，排除残余机械结合水和以下，排除残余机械结合水和吸附水，质量减轻，坯体体积收缩，坯体强度和气吸附水，质量减轻，坯体体积收缩，坯体强度和气孔率增加。孔率增加。主要是物理变化，干燥过程的继续。使坯体入主要是物理变化，干燥过程的继续。使坯体入窑水分降低，提高窑炉生产效率。一般隧道窑的坯窑水分降低，提高窑炉生产效率。一般隧道窑的坯体入窑水分体入窑水分1%，辊道窑，辊道窑0.5%以下。以下。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng2、氧化分解阶段（、氧化分解阶段（300950）.粘土及其它含水矿物排除结构水；粘土及其它含水矿物排除结构水；.碳酸盐分解；碳

21、酸盐分解；.碳素和有机物氧化；碳素和有机物氧化；.石英晶型转化和少量液相出现；石英晶型转化和少量液相出现；陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng粘土及其它含水矿物排除结构水粘土及其它含水矿物排除结构水n高岭石类粘土400600n蒙脱石类粘土550750n伊利石类粘土：550650n叶蜡石600750n瓷石600700n滑石800900 Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng 3 3、高温玻化成瓷阶段、高温玻化成瓷阶段（950950最高烧成温度）最高烧成温度）.1050.1050以前继续氧化分解反应及排除少量残余

22、以前继续氧化分解反应及排除少量残余结构水；结构水；.硫酸盐分解和高价铁的还原与分解；硫酸盐分解和高价铁的还原与分解；.形成大量液相和莫来石新相；形成大量液相和莫来石新相；.新相的重结晶和坯体的烧结；新相的重结晶和坯体的烧结；.釉料熔融成玻璃体。釉料熔融成玻璃体。制品强度增加，气孔率减少，坯体急剧收缩。制品强度增加，气孔率减少，坯体急剧收缩。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng由由Al-SiAl-Si尖晶石尖晶石莫来石莫来石：2Al2O3 3SiO2 2（Al2O3 SiO2）4SiO23Al2O3 SiO2 3Al2O3 2SiO2SiO2 约约1100 方石英方石英130014

23、009801000第一个放热反应原因：第一个放热反应原因：偏高岭石向莫来石转化的有缺陷的偏高岭石向莫来石转化的有缺陷的AlAlSiSi尖晶石相，尖晶石相，2（Al2O32SiO2）2Al2O33SiO2SiO2约约1100 非晶质非晶质G.W.Brindley等人认为：等人认为：陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng第二种看法：第二种看法：Al2O32SiO2 Al2O3SiO2 Al2O3（无定形）（无定形）Al2O3约约950 3Al2O3 2SiO2 3Al2O3 2SiO2 1000陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng4、冷却阶段、冷却阶段.液相析晶，玻璃相物

24、质凝固；液相析晶，玻璃相物质凝固；.游离石英晶型转变。游离石英晶型转变。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng二、烧成制度的确定二、烧成制度的确定1.温度制度：温度制度：v 室温室温300:入窑水分、装窑密度、坯体的组成、窑炉内温入窑水分、装窑密度、坯体的组成、窑炉内温差、坯体尺寸形状等差、坯体尺寸形状等 v 300950：氧化分解期，慢速升温：氧化分解期，慢速升温v950烧成温度：坯体开始收缩，严格控制升温速度。气氛烧成温度：坯体开始收缩，严格控制升温速度。气氛转换前，中火保温转换前，中火保温9501020，强氧化气氛，（慢速升温达，强氧化气氛，（慢速升温达到中火保温目的也可）；

25、此后，液相量增加，坯体急剧收缩，到中火保温目的也可）；此后，液相量增加，坯体急剧收缩，升温速度应慢而均匀。升温速度应慢而均匀。v 烧成温度与保温时间的确定：高火保温，应控制温度不升烧成温度与保温时间的确定：高火保温，应控制温度不升不降（亦称平烧）不降（亦称平烧）v冷却速度：冷却速度：800以下，以下，400以上慢速冷却以上慢速冷却陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng2.气氛制度：气氛制度：烧成时，氧化分解期要求烧成时，氧化分解期要求强氧化气氛强氧化气氛；玻化成瓷期，铁少、；玻化成瓷期，铁少、有机物、碳素多用氧化气氛；南方瓷，还原气氛，要注意有机物、碳素多用氧化气氛；南方瓷，还原气

26、氛，要注意气氛转换温度。强氧化物气氛转换温度。强氧化物 强还原，釉始熔前强还原，釉始熔前150左左右，强还原右，强还原 弱还原，弱还原，1200左右。左右。“两点一度两点一度”：两个转化温度点和还原气氛的浓度。：两个转化温度点和还原气氛的浓度。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng 3.压力制度：压力制度：影响窑内温度和气氛。影响窑内温度和气氛。倒焰窑：窑底处于零压，窑内处于微正压，烟道内倒焰窑：窑底处于零压，窑内处于微正压，烟道内微负压。微负压。隧道窑：预热带负压（隧道窑：预热带负压（40Pa），），烧成带正压烧成带正压（19.629.4Pa），），冷却带正压（冷却带正压（019.6Pa)，零压零压位在预热带与烧成带之间。位在预热带与烧成带之间。陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng油烧或气烧窑的压力曲线油烧或气烧窑的压力曲线432101234预热带预热带冷却带冷却带烧成带烧成带（）（）（）（）压力压力mmH2O陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng倒焰窑烧成瓷器的温度曲线倒焰窑烧成瓷器的温度曲线隧道窑烧成瓷器的温度曲线隧道窑烧成瓷器的温度曲线11氧化气氛氧化气氛 2 2强氧化气氛强氧化气氛 3 3还原气氛还原气氛 4 4中性气氛中性气氛 5 5氧化气氛（大气中）氧化气氛（大气中）陶瓷材料工艺学 docin/sundae_meng