1、第六章第六章 烧成与窑具烧成与窑具6.1 烧成制度烧成制度烧成是对陶瓷、耐火材料生坯进行高温焙烧，使之发生质烧成是对陶瓷、耐火材料生坯进行高温焙烧，使之发生质变成为陶瓷或耐火材料成品的过程。其间，坯体及釉料将变成为陶瓷或耐火材料成品的过程。其间，坯体及釉料将发生一系列物理化学变化，从而最终形成一定的矿物组成发生一系列物理化学变化，从而最终形成一定的矿物组成和显微结构，并获得所要求的性能。和显微结构，并获得所要求的性能。陶瓷制品的烧成方式通常有一次烧成和二次烧成两种情况。陶瓷制品的烧成方式通常有一次烧成和二次烧成两种情况。一次烧成：一次烧成：工序较简单、生产周期短、能耗小；生坯活性大、工序较简单
2、、生产周期短、能耗小；生坯活性大、易形成良好的坯釉中间层、烧后产品的坯釉结合牢固；但对易形成良好的坯釉中间层、烧后产品的坯釉结合牢固；但对生坯强度要求较高、烧成工艺控制难度较大。生坯强度要求较高、烧成工艺控制难度较大。二次烧成：二次烧成：工序较多、生产周期长、能耗高；坯体活性低、不易工序较多、生产周期长、能耗高；坯体活性低、不易形成良好的坯釉中间层；但对烧成工艺控制难度小、釉面效果易形成良好的坯釉中间层；但对烧成工艺控制难度小、釉面效果易保证、釉料损失少。保证、釉料损失少。二次烧成又有两种情况：二次烧成又有两种情况：（1）高温素烧、低温釉烧；（）高温素烧、低温釉烧；（2）低温素）低温素烧、高温
3、釉烧烧、高温釉烧6.1 烧成制度烧成制度为了保证既定的烧成过程的顺利进行，即为了实现上述目标，为了保证既定的烧成过程的顺利进行，即为了实现上述目标，必须制定一整套合理的烧成制度。一套完整的烧成制度包括：必须制定一整套合理的烧成制度。一套完整的烧成制度包括：温度制度、气氛制度、压力制度。温度制度、气氛制度、压力制度。温度制度：升温速度、（最高）烧成温度、保温温度制度：升温速度、（最高）烧成温度、保温 时间、时间、冷却速度冷却速度气氛制度：气氛性质、气氛浓度、气氛转换温度气氛制度：气氛性质、气氛浓度、气氛转换温度压力制度：压力性质、压力大小、零压位位置压力制度：压力性质、压力大小、零压位位置 各项
4、烧成制度的内容：各项烧成制度的内容：6.1 烧成制度烧成制度 各项烧成制度都可以用一个曲线图表示：各项烧成制度都可以用一个曲线图表示：油（气）烧隧道窑的温度制度曲线油（气）烧隧道窑的温度制度曲线6.1 烧成制度烧成制度油（气）烧隧道窑的压力制度曲线油（气）烧隧道窑的压力制度曲线6.1 烧成制度烧成制度一、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在烧成制度中，温度制度和气氛制度对产品性能将产生直接在烧成制度中，温度制度和气氛制度对产品性能将产生直接的重要影响。而压力制度不对产品性能产生直接影响，其重的重要影响。而压力制度不对产品性能产生直接影响，其重要性在于确保窑炉实现既定的温度制度
5、和气氛制度。也就是要性在于确保窑炉实现既定的温度制度和气氛制度。也就是说，实现一个正确的温度制度和气氛制度的前提，是必须制说，实现一个正确的温度制度和气氛制度的前提，是必须制定出一个合理的压力制度，并严格按照该压力制度维持窑炉定出一个合理的压力制度，并严格按照该压力制度维持窑炉的运行。的运行。（一）烧成温度对产品性能的影响（一）烧成温度对产品性能的影响在各项烧成工艺参数中，温度无疑是影响坯釉在高温下的物理在各项烧成工艺参数中，温度无疑是影响坯釉在高温下的物理化学变化的最主要因素。化学变化的最主要因素。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（一）烧成温度对产品性能的影响（一）烧
6、成温度对产品性能的影响烧成温度的高低直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、烧成温度的高低直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等，从而综合地影响制品玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等，从而综合地影响制品的性能。的性能。例如，对于传统配方的陶瓷制品，如烧成温度低（生烧）例如，对于传统配方的陶瓷制品，如烧成温度低（生烧）气孔率气孔率高、密度低、莫来石量少、玻璃相量少、残余石英多。这时的制品其高、密度低、莫来石量少、玻璃相量少、残余石英多。这时的制品其机电性能都差。如烧成温度过高（过烧）机电性能都差。如烧成温度过高（过烧）玻璃相含量高、晶相减玻璃相
7、含量高、晶相减少、少、A3S2重结晶、晶粒尺寸分布范围变宽。这时又会导致制品的一些重结晶、晶粒尺寸分布范围变宽。这时又会导致制品的一些性能从最佳状态降低。性能从最佳状态降低。烧成温度烧成温度（）物物 相相 组组 成（成（%）玻璃相玻璃相莫来石莫来石（方）石英（方）石英气孔（气孔（Vol.%）1210569323127058132821310611523113506210101一、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（一）烧成温度对产品性能的影响（一）烧成温度对产品性能的影响抗折强度抗折强度介电强度介电强度120012801360烧成温度烧成温度()抗折强度抗折强度介电强度介电强
8、度烧成温度对电瓷机电性能的影响烧成温度对电瓷机电性能的影响在不过烧的情况下，随着烧在不过烧的情况下，随着烧成温度的提高，制品的体积成温度的提高，制品的体积密度增大，吸水率和气孔率密度增大，吸水率和气孔率逐渐减小，则其机械强度将逐渐减小，则其机械强度将增大，釉面光泽度及显微硬增大，釉面光泽度及显微硬度也会提高。度也会提高。烧成温度或烧成范围的确烧成温度或烧成范围的确定，主要决定于配方组成、定，主要决定于配方组成、坯料的加工细度，以及产品坯料的加工细度，以及产品的质量性能要求。同时还要的质量性能要求。同时还要考虑烧成时间的长短。考虑烧成时间的长短。一、烧成制度与产品性能的关系一、烧成制度与产品性能
9、的关系（一）烧成温度对产品性能的影响（一）烧成温度对产品性能的影响过高的烧成温度对特种陶瓷制品来说也是有害的。会导致制品中的过高的烧成温度对特种陶瓷制品来说也是有害的。会导致制品中的晶粒平均尺寸过大或少数晶粒猛增，甚至将一些气孔包裹进去，从晶粒平均尺寸过大或少数晶粒猛增，甚至将一些气孔包裹进去，从而破坏显微组织结构的均匀性，使产品的机电性能变差。而破坏显微组织结构的均匀性，使产品的机电性能变差。一种压电陶瓷的烧成温度与组织结构之间的关系一种压电陶瓷的烧成温度与组织结构之间的关系一种一种压电压电陶瓷陶瓷的烧的烧成温成温度与度与其压其压电性电性能组能组织结织结构之构之间的间的关系关系体积密度体积密
10、度介电常数介电常数介电损耗介电损耗最佳烧成范围：最佳烧成范围：12401260一、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（二）保温时间对产品性能的影响（二）保温时间对产品性能的影响在适宜的烧成温度下，适当保温有利于使坯釉的物理化学反应在适宜的烧成温度下，适当保温有利于使坯釉的物理化学反应更趋完全，形成均匀的内部结构。但若保温时间过长，也会导更趋完全，形成均匀的内部结构。但若保温时间过长，也会导致大量小晶粒溶解、晶粒平均尺寸增大、晶相总量减少。无论致大量小晶粒溶解、晶粒平均尺寸增大、晶相总量减少。无论普通陶瓷还是特种陶瓷都是如此。普通陶瓷还是特种陶瓷都是如此。1：抗张强度：抗张强度
11、2：介电强度：介电强度保温时间保温时间抗张强度抗张强度介电强度介电强度12电瓷的机电强度随保温时间的变化电瓷的机电强度随保温时间的变化一、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（二）保温时间对产品性能的影响（二）保温时间对产品性能的影响高铝瓷保温时间与其部分性能的关系高铝瓷保温时间与其部分性能的关系保温时间保温时间(h)1231 抗折强度抗折强度2 玻璃相含量玻璃相含量 3 介电损耗角介电损耗角一、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（二）保温时间对产品性能的影响（二）保温时间对产品性能的影响保温时间和保温温度的控制对希望釉面析晶的产品尤其重要。保温时间和保温温度
12、的控制对希望釉面析晶的产品尤其重要。它们直接关系着釉中晶体的形成数量，以及晶体的大小和形它们直接关系着釉中晶体的形成数量，以及晶体的大小和形貌。貌。保温时间保温时间(h)晶体形成率晶体形成率（%）硅锌矿结晶釉的晶体形成率随保温时间的变化硅锌矿结晶釉的晶体形成率随保温时间的变化1.00.60.40.20.880160240一、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（二）保温时间对产品性能的影响（二）保温时间对产品性能的影响 总之，在实际生产中，适当地降低烧成温度，而通过保温一总之，在实际生产中，适当地降低烧成温度，而通过保温一定时间来完成烧结过程，常能保证产品质量和降低烧成废品率。
13、定时间来完成烧结过程，常能保证产品质量和降低烧成废品率。生产实践证明，生产实践证明，对于同一种陶瓷或耐火材料制品，在稍高的烧对于同一种陶瓷或耐火材料制品，在稍高的烧成温度下、适当缩短保温时间，或者成温度下、适当缩短保温时间，或者在稍低的烧成温度下、适当在稍低的烧成温度下、适当延长保温时间，都能得到质量合格的产品。延长保温时间，都能得到质量合格的产品。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（三）升、降温速度对产品性能的影响（三）升、降温速度对产品性能的影响升温速度升温速度的快慢对制品烧成过程中所产生的体积收缩、残存的气孔的快慢对制品烧成过程中所产生的体积收缩、残存的气孔率有明显
14、影响，从而影响制品的机械性能和光学性能。率有明显影响，从而影响制品的机械性能和光学性能。升温速度升温速度(/h)抗折强度抗折强度（MPa）75氧化铝瓷的升温速率对部分性能的影响氧化铝瓷的升温速率对部分性能的影响200300400300200100500100介质损耗角正切介质损耗角正切(10-4)2345温度范围：温度范围：9001200抗折强度抗折强度介质损耗角正切介质损耗角正切一、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（三）升、降温速度对产品性能的影响（三）升、降温速度对产品性能的影响如果保温时间相同，普陶制品的坯体在快速升温的情况下，产如果保温时间相同，普陶制品的坯体在快速
15、升温的情况下，产生的体积收缩要比慢速升温的情况小，因而通常残存的气孔率生的体积收缩要比慢速升温的情况小，因而通常残存的气孔率要大，则强度较小，透光率也低。要大，则强度较小，透光率也低。抗折强度抗折强度（MPa）某种卫生瓷的升温速率对其部分性质的影响某种卫生瓷的升温速率对其部分性质的影响50气孔率气孔率(%)1234150100200：2448h内由内由常温升至常温升至1300：18h内由常温内由常温升至升至1300一、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（三）升、降温速度对产品性能的影响（三）升、降温速度对产品性能的影响冷却速度冷却速度的快慢对制品结构中的晶粒大小、体积收缩有明
16、显影响，的快慢对制品结构中的晶粒大小、体积收缩有明显影响，从而影响制品的性能。从而影响制品的性能。对于某些特种陶瓷制品，也包括含玻璃相多对于某些特种陶瓷制品，也包括含玻璃相多的普陶制品高温段的冷却，急冷可以防止粗晶的形成，因此可显著的普陶制品高温段的冷却，急冷可以防止粗晶的形成，因此可显著改善其机电性能。改善其机电性能。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（三）升、降温速度对产品性能的影响（三）升、降温速度对产品性能的影响 普通陶瓷烧成后，缓冷可导致较大的体积收缩、较小的普通陶瓷烧成后，缓冷可导致较大的体积收缩、较小的气孔率。气孔率。生产实践证明，生产实践证明，对于含玻璃相
17、多的致密烧结坯体，对于含玻璃相多的致密烧结坯体，应采取高温快冷、低温缓冷的冷却制度应采取高温快冷、低温缓冷的冷却制度。高温快冷不但可以防。高温快冷不但可以防止粗晶形成，还可防止低价铁的重新氧化及釉面析晶，提高釉面止粗晶形成，还可防止低价铁的重新氧化及釉面析晶，提高釉面光泽度。但是，光泽度。但是，对于膨胀系数大、或含有大量对于膨胀系数大、或含有大量SiO2、ZrO2的坯体的坯体，由于晶型转变伴随较大的体积效应，故在转变温度附近冷却速度由于晶型转变伴随较大的体积效应，故在转变温度附近冷却速度也不能太快。此外，也不能太快。此外，对于厚且大的坯件，也要注意适当缓冷，对于厚且大的坯件，也要注意适当缓冷，
18、否否则会因内外温差太大，造成太大的内应力而引起开裂。则会因内外温差太大，造成太大的内应力而引起开裂。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（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响烧成气氛烧成气氛对坯釉中有关组分在高温下的反应温度及反应速度、体积效对坯釉中有关组分在高温下的反应温度及反应速度、体积效应均有影响，从而将直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、应均有影响，从而将直接影响着制品的矿物组成、晶粒的尺寸及数量、玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等，并进而严重影响产品的玻璃相的组成及含量、气孔的数量及形态等，并进而严重影响产品的质量性能。质量性能。
19、通常，还原气氛都能在一定程度上降低化学反应的开始温度，例如：通常，还原气氛都能在一定程度上降低化学反应的开始温度，例如：Fe2O3+CO 2 FeO+O210001100CaSO4 CaO+SO312501370MgSO4 MgO+CO2 900Na2SO4 Na2O+SO3 120013702Fe2O3 4 FeO+O212501370还原气氛下还原气氛下10801100一、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（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响普通陶瓷制品的烧成气氛只有两种情况：氧化气氛或还原气氛。而普通陶瓷制品的烧成气氛只有两种情况：氧化气氛或还原
20、气氛。而特种陶瓷制品的烧成气氛除此两种外，可能还有其他特殊气氛的情特种陶瓷制品的烧成气氛除此两种外，可能还有其他特殊气氛的情况，如况，如N2气烧结、气烧结、Ar气烧结等情况。气烧结等情况。就普通陶瓷烧成情况而言，所谓就普通陶瓷烧成情况而言，所谓“气氛气氛”，系指窑内气体（或烟气），系指窑内气体（或烟气）的性质，它是由燃料呈现不同的燃烧状态形成的：的性质，它是由燃料呈现不同的燃烧状态形成的：氧化气氛氧化气氛窑内烟气中存在游离氧（空气过剩系数窑内烟气中存在游离氧（空气过剩系数1），），这种烟气具有将坯体中某些组份（如这种烟气具有将坯体中某些组份（如C素）氧化的能力。素）氧化的能力。还原气氛还原气氛
21、窑内烟气中存在窑内烟气中存在CO（空气过剩系数（空气过剩系数1），），这种烟气具有将坯体中某些组份（如高价这种烟气具有将坯体中某些组份（如高价Fe）还原的能力。）还原的能力。中性气氛中性气氛窑内烟气中既无游离氧存在，也无窑内烟气中既无游离氧存在，也无CO存在存在（空气过剩系数（空气过剩系数1）。）。1.关于气氛的有关概念关于气氛的有关概念 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（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.关于气氛的有关概念关于气氛的有关概念 非中性气氛还存在一个非中性气氛还存在一个“浓度浓度”的问题，即根据窑内烟气中的游离的问题，即根据窑内
22、烟气中的游离氧或氧或CO浓度的大小，氧化气氛和还原气氛有强弱之分：浓度的大小，氧化气氛和还原气氛有强弱之分：氧化气氛氧化气氛强氧化气氛：游离氧浓度为强氧化气氛：游离氧浓度为810%普通氧化气氛：游离氧浓度为普通氧化气氛：游离氧浓度为45%中性气氛：中性气氛：游离氧浓度为游离氧浓度为11.5%还原气氛还原气氛强还原气氛：强还原气氛：CO浓度为浓度为69%弱还原气氛：弱还原气氛：CO浓度为浓度为24%CO浓度浓度29%，游离氧游离氧1%实际生产中，对窑内气氛实际生产中，对窑内气氛性质及其强弱程度的界定性质及其强弱程度的界定（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.关于气氛的有
23、关概念关于气氛的有关概念 氧化气氛烧成时，坯体始终处于氧化气氛中加热升温。而还原气氛氧化气氛烧成时，坯体始终处于氧化气氛中加热升温。而还原气氛烧成并非是坯体始终处于还原气氛中加热升温烧成并非是坯体始终处于还原气氛中加热升温它只是在高温阶它只是在高温阶段的某一温度范围内处于还原气氛中加热焙烧，其他升温阶段仍是段的某一温度范围内处于还原气氛中加热焙烧，其他升温阶段仍是氧化气氛：氧化气氛：普通陶瓷制品的烧成只有两种情况：氧化气氛烧成或还原气氛烧成。普通陶瓷制品的烧成只有两种情况：氧化气氛烧成或还原气氛烧成。T1氧化气氛转还原气氛温度，简称氧化气氛转还原气氛温度，简称“气氛转化温度气氛转化温度”。T2
24、强还原气氛转弱还原气氛温度。强还原气氛转弱还原气氛温度。室温室温300950T1T2止火止火温度温度常温常温窑头窑头窑尾窑尾氧化分解阶段氧化分解阶段高温阶段高温阶段冷却阶段冷却阶段氧化气氛氧化气氛强还原强还原弱还原弱还原还原气氛还原气氛采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图一、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（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响一般来讲，对含铁量高、有机物含量少、吸附性弱的坯体应采取还一般来讲，对含铁量高、有机物含量少、吸附性弱的坯体应采取还原气氛烧成。反之宜在氧化气氛中烧成。原气氛烧成。反之宜在
25、氧化气氛中烧成。另外，采取还原气氛烧成时，在制品进入还原气氛烧成之前，往往要进另外，采取还原气氛烧成时，在制品进入还原气氛烧成之前，往往要进行一段时间的氧化保温焙烧，即：使制品在行一段时间的氧化保温焙烧，即：使制品在9501050附近，于强氧化附近，于强氧化气氛下保温一定时间。其作用是使坯体的氧化分解反应在釉层玻化之前气氛下保温一定时间。其作用是使坯体的氧化分解反应在釉层玻化之前能充分反应完全，沉碳得以烧尽，为烧还原气氛做好准备。能充分反应完全，沉碳得以烧尽，为烧还原气氛做好准备。室温室温300950T1T2止火止火温度温度常温常温窑头窑头窑尾窑尾氧化分解阶段氧化分解阶段高温阶段高温阶段冷却阶
26、段冷却阶段氧化气氛氧化气氛强还原强还原弱还原弱还原还原气氛还原气氛采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.普通陶瓷的烧成情况普通陶瓷的烧成情况 （1）气氛对烧结温度的影响）气氛对烧结温度的影响烧成气氛对普通陶瓷的烧结温度、最大烧结线收缩等均有明显影响。烧成气氛对普通陶瓷的烧结温度、最大烧结线收缩等均有明显影响。日用瓷坯在不同烧成气氛下的烧结温度变化的比较日用瓷坯在不同烧成气氛下的烧结温度变化的比较A系列：瓷石质坯体，含铁较多。系列：瓷石质坯体，含铁较多。B系列：长石质坯体系列：长石质坯体（四）烧
27、成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.普通陶瓷的烧成情况普通陶瓷的烧成情况 （2）气氛对最大烧结线收缩的影响）气氛对最大烧结线收缩的影响烧成气氛对普通陶瓷的烧结温度、最大烧结线收缩等均有明显影响。烧成气氛对普通陶瓷的烧结温度、最大烧结线收缩等均有明显影响。日用瓷坯在不同烧成气氛下的最大烧结线收缩变化的比较日用瓷坯在不同烧成气氛下的最大烧结线收缩变化的比较（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.普通陶瓷的烧成情况普通陶瓷的烧成情况 （3）气氛对坯体过烧膨胀的影响）气氛对坯体过烧膨胀的影响日用瓷坯在不同烧成气氛下过烧日用瓷坯在不同烧成气氛下过烧40产生的线
28、膨胀比较产生的线膨胀比较（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.普通陶瓷的烧成情况普通陶瓷的烧成情况 （4）气氛对坯体线收缩速率的影响）气氛对坯体线收缩速率的影响日用瓷坯在不同烧成气氛下的最大线收缩速率的比较日用瓷坯在不同烧成气氛下的最大线收缩速率的比较（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响（5）气氛对制品颜色、透光性及釉面质量的影响）气氛对制品颜色、透光性及釉面质量的影响a)影响铁、钛离子的价数影响铁、钛离子的价数氧化焰烧成时，铁离子以氧化焰烧成时，铁离子以Fe3+存在，存在，Fe2O3 在碱含量低的玻璃相中在碱含量低的玻璃相中溶解度很低，冷却时
29、从中析出胶态的溶解度很低，冷却时从中析出胶态的Fe2O3 使坯体泛黄。使坯体泛黄。Fe2O3 含含量高时则使坯体呈红色。还原焰烧成时，量高时则使坯体呈红色。还原焰烧成时，Fe2O3变为变为 FeO，溶解在，溶解在玻璃相中而使坯体呈淡青色。此外，玻璃相中而使坯体呈淡青色。此外，FeO还易与还易与SiO2 形成低共熔物，形成低共熔物，降低液相粘度，促使坯体更加致密化，从而提高坯胎的透光性。降低液相粘度，促使坯体更加致密化，从而提高坯胎的透光性。另外，另外，Fe2O3 含量较高时，若采取氧化焰烧成，不但会使坯体泛黄，含量较高时，若采取氧化焰烧成，不但会使坯体泛黄，还易导致釉面气泡或针孔：还易导致釉面
30、气泡或针孔：Fe2O3+SiO2 2 FeO SiO2+O212对于含对于含 TiO2量较高的坯体，应采取氧化焰烧成。否则，部分量较高的坯体，应采取氧化焰烧成。否则，部分TiO2会变会变成蓝到紫色的成蓝到紫色的 Ti2O3，有时还会形成黑色的，有时还会形成黑色的FeO Ti2O3尖晶石及其他铁尖晶石及其他铁钛混合晶体，并加深呈色。钛混合晶体，并加深呈色。（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响1.普通陶瓷的烧成情况普通陶瓷的烧成情况 （5）气氛对制品颜色、透光性及釉面质量的影响）气氛对制品颜色、透光性及釉面质量的影响b)使使SiO2 和和 CO 还原还原在一定温度下，还原气
31、氛可使在一定温度下，还原气氛可使SiO2还原为还原为SiO，使，使CO还原为还原为C：SiO2+CO SiO+CO22CO CO2+C2SiO SiO2+Si 在更低的温度下，在更低的温度下，SiO也会分解：也会分解：Si 和和 C 的产生都会造成制品表面呈现黑斑。若继续升高温度，沉的产生都会造成制品表面呈现黑斑。若继续升高温度，沉积于坯釉中的积于坯釉中的 C 有可能再被氧化成有可能再被氧化成 CO2，就可能造成釉泡和针孔。，就可能造成釉泡和针孔。若坯体吸附性强（强塑性粘土含量大时），更易造成这种现象。若坯体吸附性强（强塑性粘土含量大时），更易造成这种现象。（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）
32、烧成气氛对产品性能的影响2.特种陶瓷的烧成情况特种陶瓷的烧成情况 还原气氛对氧化物陶瓷还原气氛对氧化物陶瓷的烧结有明显的促进作的烧结有明显的促进作用，如图所示：用，如图所示：气氛对氧化铝瓷烧结的影响（气氛对氧化铝瓷烧结的影响（1650）体积密度（体积密度（g/cm3）1：C+H2 2：H23：Ar4：air5：水蒸气：水蒸气（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响2.特种陶瓷的烧成情况特种陶瓷的烧成情况 对于一些半导体陶瓷（如对于一些半导体陶瓷（如BaTiO3 陶瓷陶瓷），在还原），在还原性、中性和惰性气氛中烧性、中性和惰性气氛中烧成时，都要比在氧化气氛成时，都要比在氧化气
33、氛中烧成更有利于其半导体中烧成更有利于其半导体化，即更利于其室温电阻化，即更利于其室温电阻的降低。对于施主掺杂的的降低。对于施主掺杂的高纯高纯 BaTiO3 陶瓷而言，陶瓷而言，在缺氧气氛中烧成时，不在缺氧气氛中烧成时，不仅可以使陶瓷材料半导体仅可以使陶瓷材料半导体化，而且可以有效的扩大化，而且可以有效的扩大促使材料半导体画的施主促使材料半导体画的施主添加剂的掺杂浓度范围：添加剂的掺杂浓度范围：Gd掺杂掺杂BaTiO3 陶瓷的电导率与烧成气氛、陶瓷的电导率与烧成气氛、掺杂浓度的关系掺杂浓度的关系电导率电导率Gd 掺杂量（掺杂量（mol.%）N2 中烧成中烧成空气中烧成空气中烧成先空气，后先空气
34、，后N2中烧成中烧成二、烧成制度的制定依据二、烧成制度的制定依据（一）（一）坯釉在加热过程中的物理化学变化坯釉在加热过程中的物理化学变化 通过分析坯体组分在加热过程中的物理化学变化，可初步得出坯体通过分析坯体组分在加热过程中的物理化学变化，可初步得出坯体在各温区所允许的最大升降温速度。例如：在各温区所允许的最大升降温速度。例如：1.根据坯体的组成，由相关相图分析可知其大致的烧结温度范围。根据坯体的组成，由相关相图分析可知其大致的烧结温度范围。一般长石质瓷（包括日用瓷、卫生瓷和电瓷）都是用长石、石英、一般长石质瓷（包括日用瓷、卫生瓷和电瓷）都是用长石、石英、粘土粘土(高岭土高岭土)为原料配制成型
35、，经高温煅烧而成，属于为原料配制成型，经高温煅烧而成，属于K2OAl2O3SiO2三元系统配料。为了使产品具有足够的机械强度和良好的热三元系统配料。为了使产品具有足够的机械强度和良好的热稳定性以及一定的半透明度，要求瓷坯中具有一定数量的稳定性以及一定的半透明度，要求瓷坯中具有一定数量的莫来石和莫来石和足够的玻璃相。足够的玻璃相。因此，长石质瓷的配料范围为：因此，长石质瓷的配料范围为：SiO2：6575%；Al2O3：1925；（；（R2ORO）=46.5，其中其中R2O 2.5%。长石质瓷配方区长石质瓷配方区制品中物相组成：莫来石、石英类矿物制品中物相组成：莫来石、石英类矿物、长石、长石（玻璃
36、相）（玻璃相）长石质瓷坯体中的液相量随长石质瓷坯体中的液相量随温度升高增加较慢，且其熔温度升高增加较慢，且其熔体粘度较大、随温度升高降体粘度较大、随温度升高降低较慢，故长石质瓷具有较低较慢，故长石质瓷具有较宽的烧成温度范围（大致在宽的烧成温度范围（大致在5080之间）。烧成温度之间）。烧成温度一般在一般在12501350，低者，低者可降到可降到1200 左右。左右。又如又如 MgOAl2O3SiO2三元系统相图，三元系统相图，其低共融点高（其低共融点高（1355）.此系统与此系统与镁质镁质陶瓷、堇青石瓷、滑石瓷陶瓷、堇青石瓷、滑石瓷等瓷制品密切等瓷制品密切相关。相关。MgOAl2O3SiO2相
37、图的富硅部分相图的富硅部分镁 质 陶 瓷 的 主 要 原 料 是 滑 石镁 质 陶 瓷 的 主 要 原 料 是 滑 石（3MgO.4SiO2.H2O）与粘土（）与粘土（Al2O3.2SiO2.2H2O）,其组成范围一般都在烧其组成范围一般都在烧滑石和烧高岭石的连线附近，如图中滑石和烧高岭石的连线附近，如图中L、M、N各点。各点。滑石瓷的烧结范围狭窄，仅为滑石瓷的烧结范围狭窄，仅为 1020。通过计算。通过计算 L、M、N各点的液相各点的液相量变化就可以看出这一点。量变化就可以看出这一点。所以滑石质所以滑石质瓷中一般瓷中一般限制限制粘土粘土的用量在的用量在10%以下。以下。二、烧成制度的制定依据
38、二、烧成制度的制定依据（一）（一）坯釉在加热过程中的物理化学变化坯釉在加热过程中的物理化学变化 2.综合分析坯体的热分析资料（综合分析坯体的热分析资料（DTA、TG、TE、ITE（生坯）（生坯）等）、烧结曲线、烧结试样的物相分析等，可以初步确定坯体在等）、烧结曲线、烧结试样的物相分析等，可以初步确定坯体在各温区允许的升降温速度。各温区允许的升降温速度。200以上碳素及有机物燃烧以上碳素及有机物燃烧（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响利用上图所示的坯体利用上图所示的坯体TE 和和 ITE曲线，可以初步拟定一个理论烧曲线，可以初步拟定一个理论烧成曲线成曲线(Fig.10-9
39、)；然后再根据；然后再根据DTA及烧结曲线等进行修订及烧结曲线等进行修订(Fig.10-10)。（四）烧成气氛对产品性能的影响（四）烧成气氛对产品性能的影响高火保温高火保温中火保温中火保温二、烧成制度的制定依据二、烧成制度的制定依据（二）坯体的形状、大小、厚薄及入窑水分（二）坯体的形状、大小、厚薄及入窑水分 坯体体积越大、越厚，形状越复杂，则升降温速度应缓慢。入窑坯体体积越大、越厚，形状越复杂，则升降温速度应缓慢。入窑水分越高，则预热阶段的升温速度也要越缓慢。水分越高，则预热阶段的升温速度也要越缓慢。（三）窑炉热工性能、燃料性质、装窑密度。（三）窑炉热工性能、燃料性质、装窑密度。涉及窑内温涉及
40、窑内温差。差。（四）烧成方法（四）烧成方法一次烧成或二次烧成；低温素烧或高温素一次烧成或二次烧成；低温素烧或高温素烧。烧。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（一）各阶段的升（降）温速度（一）各阶段的升（降）温速度1.低温阶段低温阶段排除干燥残余水分排除干燥残余水分主要考虑入窑坯体的含水率高低，以及窑内温差大小、装窑密度，坯体主要考虑入窑坯体的含水率高低，以及窑内温差大小、装窑密度，坯体厚薄等因素来确定。如果入窑坯件含水率厚薄等因素来确定。如果入窑坯件含水率2%，则可较快地升温加热。，则可较快地升温加热。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（一）各阶段的升（降）温速度（一）各阶段的升（降）温速
41、度2.氧化分解阶段氧化分解阶段发生各种氧化分解和晶型转变反应，排出大量发生各种氧化分解和晶型转变反应，排出大量气体。气体。一般地，隧道窑烧成时低温阶段的升温速度可设计为一般地，隧道窑烧成时低温阶段的升温速度可设计为 100150/h;墙地砖采用辊道窑烧成时，坯体入窑水分一般要求降到墙地砖采用辊道窑烧成时，坯体入窑水分一般要求降到 1%以下，这时以下，这时升温速度可达到升温速度可达到 10001100/h 左右。左右。主要考虑入窑坯体的化学组主要考虑入窑坯体的化学组成、几何因素，装窑密度、成、几何因素，装窑密度、窑内温差；以及各种化学反窑内温差；以及各种化学反应的速度、体积效应等来确应的速度、体
42、积效应等来确定。一般地，在粘土的脱水定。一般地，在粘土的脱水温度范围、石英的晶型转变温度范围、石英的晶型转变温度附近要适当缓慢升温。温度附近要适当缓慢升温。其他温区可适当快速升温。其他温区可适当快速升温。同时保证足够浓的氧化气氛。同时保证足够浓的氧化气氛。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（一）各阶段的升（降）温速度（一）各阶段的升（降）温速度2.氧化分解阶段氧化分解阶段发生各种氧化分解和晶型转变反应，排出大量发生各种氧化分解和晶型转变反应，排出大量气体。气体。另外，一般在氧化阶段结束、另外，一般在氧化阶段结束、即将转入还原烧成之前进行即将转入还原烧成之前进行一段时间的保温，谓之一段时间的保
43、温，谓之“中中火保温火保温”。其目的是使坯体。其目的是使坯体内外温度趋于均匀、使坯体内外温度趋于均匀、使坯体内部的氧化反应进行彻底。内部的氧化反应进行彻底。高火保温高火保温中火保温中火保温三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（一）各阶段的升（降）温速度（一）各阶段的升（降）温速度3.高温阶段高温阶段发生各种氧化还原反应，生成大量液相和莫来石新发生各种氧化还原反应，生成大量液相和莫来石新相。相。本阶段的温度制度特点是，务必使升温均匀平缓，以保证坯体的组织本阶段的温度制度特点是，务必使升温均匀平缓，以保证坯体的组织结构趋于均匀。如烧还原气氛，则在进入强还原之前还要有短暂的氧结构趋于均匀。如烧还原气
44、氛，则在进入强还原之前还要有短暂的氧化保温阶段。化保温阶段。具体升温具体升温速度应根据速度应根据坯釉配方、坯釉配方、坯体大小厚坯体大小厚薄、窑内温薄、窑内温差及装窑密差及装窑密度等因素来度等因素来定。定。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（一）各阶段的升（降）温速度（一）各阶段的升（降）温速度4.冷却阶段冷却阶段发生莫来石析晶、石英晶型转变、大量液相玻璃化、发生莫来石析晶、石英晶型转变、大量液相玻璃化、坯体体积收缩等物理化学变化。坯体体积收缩等物理化学变化。止火温度止火温度800 左右，可以急冷或快冷。左右，可以急冷或快冷。具体降温速度也应根据坯具体降温速度也应根据坯釉配方、坯体大小厚薄、窑
45、釉配方、坯体大小厚薄、窑内温差及装窑密度等因素来内温差及装窑密度等因素来确定。确定。800 左右左右 450 左右，左右，应缓冷。应缓冷。400 以下，又可以进行以下，又可以进行快冷。快冷。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（二）最高烧成温度（二）最高烧成温度最高烧成温度，或称止火温度，要根据坯釉配方以及产品的质量性能最高烧成温度，或称止火温度，要根据坯釉配方以及产品的质量性能要求来确定。同时，还要考虑坯体烧结范围（要求来确定。同时，还要考虑坯体烧结范围（T2T3）的宽窄。）的宽窄。对于烧结范围宽的坯体，可对于烧结范围宽的坯体，可选择接近上限温度（选择接近上限温度（T3）的某）的某一温度为止
46、火温度，适当缩一温度为止火温度，适当缩短保温时间来烧成。短保温时间来烧成。T1T2T3Tem.气孔率气孔率收缩率收缩率收缩率（体密）收缩率（体密）对于烧结范围窄的坯体，可对于烧结范围窄的坯体，可选择接近下限温度（选择接近下限温度（T2）的某）的某一温度为止火温度，适当延一温度为止火温度，适当延长保温时间来烧成。长保温时间来烧成。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（三）高火保温时间（三）高火保温时间为使坯体内的物理化学反应进行的更加完全，促使坯内组织结构趋为使坯体内的物理化学反应进行的更加完全，促使坯内组织结构趋于均一，缩小窑内的上下温差效应，使处于窑内不同部位的制品接于均一，缩小窑内的上下温
47、差效应，使处于窑内不同部位的制品接近于大致相同的烧结程近于大致相同的烧结程度，烧成时不仅在高温度，烧成时不仅在高温阶段要缓慢升温，而且阶段要缓慢升温，而且一般还需进行所谓的一般还需进行所谓的“高火保温高火保温”，尤其是对，尤其是对大件厚壁制品的烧成，大件厚壁制品的烧成，以及采用隧道窑烧成的以及采用隧道窑烧成的情况而言。情况而言。具体的保温时间长短具体的保温时间长短也是根据坯釉配方、坯也是根据坯釉配方、坯体大小厚薄、窑内温差体大小厚薄、窑内温差及装窑密度等因素来确定。及装窑密度等因素来确定。三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（四）各阶段的气氛制度（四）各阶段的气氛制度1.低温阶段：低温阶段：对
48、气氛无要求对气氛无要求。2.氧化分解阶段：始终氧化分解阶段：始终保持氧化气氛保持氧化气氛，且气氛浓度由弱渐强，以保证，且气氛浓度由弱渐强，以保证坯中的碳素、有机质、硫化物等充分氧化或分解。烟气中游离氧浓度：坯中的碳素、有机质、硫化物等充分氧化或分解。烟气中游离氧浓度：5%左右。左右。室温室温300950T1T2止火止火温度温度常温常温窑头窑头窑尾窑尾氧化分解阶段氧化分解阶段高温阶段高温阶段冷却阶段冷却阶段氧化气氛氧化气氛强还原强还原弱还原弱还原还原气氛还原气氛采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（四）各阶段的气氛制度（
49、四）各阶段的气氛制度3.高温阶段高温阶段对于铁质化合物含量较高、且坯体白度要求高的制品，对于铁质化合物含量较高、且坯体白度要求高的制品，要采取还原气氛烧成。否则，还是采取氧化气氛烧成。要采取还原气氛烧成。否则，还是采取氧化气氛烧成。如果要求采取还原气氛烧成，则该阶段的气氛制度应是如果要求采取还原气氛烧成，则该阶段的气氛制度应是先强氧化先强氧化气氛，气氛，后强还原后强还原气氛，气氛，再弱还原再弱还原气氛煅烧。气氛煅烧。室温室温300950T1T2止火止火温度温度常温常温窑头窑头窑尾窑尾氧化分解阶段氧化分解阶段高温阶段高温阶段冷却阶段冷却阶段氧化气氛氧化气氛强还原强还原弱还原弱还原还原气氛还原气氛
50、采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图三、烧成制度的确定三、烧成制度的确定（四）各阶段的气氛制度（四）各阶段的气氛制度采取还原气氛烧成时，高温阶段的气氛制度的主要内容是所谓的采取还原气氛烧成时，高温阶段的气氛制度的主要内容是所谓的“两点一度两点一度”。室温室温300950T1T2止火止火温度温度常温常温窑头窑头窑尾窑尾氧化分解阶段氧化分解阶段高温阶段高温阶段冷却阶段冷却阶段氧化气氛氧化气氛强还原强还原弱还原弱还原还原气氛还原气氛采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图采取还原气氛烧成时的窑内气氛制度示意图“两点一度两点一度”的含义。的含义。T1是最重要的一个
