《《第九章烧成与窑具》-精选课件（公开PPT）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《第九章烧成与窑具》-精选课件（公开PPT）（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,陶瓷工艺学,陶瓷工艺学,Processes of Ceramics and Refractory,安徽工业大学材料科学与工程学院,要 目,8.1坯体在烧成过程中的物理化学变化 8.2 烧成制度 8.3 快速烧成 8.4 装钵装窑 8.5 窑具 习 题,第九章 烧成与窑具,烧成：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 性能的工序。,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。,瓷质：长石质、绢云母质、滑石质、骨质瓷、 高铝质,按照变化特点大致可分为四个阶段
2、 瓷器 （1）低温阶段常温300 （2）氧化分解阶段300950 （3）高温阶段950 烧成温度 （4）冷却阶段烧成温度 室温,8.1 坯体加热过程中的物理化学变化,一、低温阶段（常温300） 排除干燥剩余水分和吸附水，基本不收缩，强度变化很小；基本无化学变化。 此阶段加热时间的长短，主要取决于坯体的入窑水分、厚薄及装烧方法等。快烧工艺中，需严格控制坯体的入窑水分，要求越低越好，尤其是大件厚壁制品以及多件重叠装烧。 水分控制：日用陶瓷和卫生陶瓷2以下； 墙地砖类1以下,二、 氧化分解阶段（300950 ） 化学变化： （1）粘土和其它含水矿物排除结构水 Al2O32SiO2 2H2O Al2O
3、32SiO2 + 2H2O（500700 ） 3MgO 4SiO2 H2O 3(MgO SiO2)+SiO2 + H2O(900 ),（2）碳酸盐的分解 CaCO3 CaO+CO2 (8501050 ) MgCO3 MgO+ CO2 (730950 ),（3）碳素和有机物的氧化 有机物+O2 CO2 + H2O(350 以上) C+O2 CO2 (600 以上),（5）晶型转变 -石英 - 石英 573 - 石英 - 方石英 870 ,（4）硫化物及硫酸盐的氧化分解 FeS2+O2 Fe2O3+SO2 （350 800 ） Fe2(SO3)3 Fe2O3+SO2 （560 770 ） 粘土夹杂
4、的硫化铁矿物十分有害，控制不当易 使制品起泡，又影响制品外观颜色。,物理变化： （1）重量减轻，气孔率提高，有一定的收缩； （2）有少量液相产生，后期强度有一定提高。,三、 高温阶段（950烧成温度） 化学变化：,（一）氧化范围内 1050 以前继续氧化分解反应 在9501050之间采用低速升温或保温操作，加强烟气流通，提高氧化气氛浓度，从而使坯体中的碳素、有机物、硫化物等充分氧化，碳酸盐进一步分解，残余结构水完全排除。,（二）强还原阶段 硫酸盐的分解与高价铁的还原,（三）弱还原阶段 形成大量液相和莫来石晶体 1）一次莫来石的形成 2 Al2O32SiO2 2Al2O33SiO2(尖晶石)+S
5、iO2 3（2Al2O33SiO2） 2（3Al2O32SiO2）（莫来石）5SiO2,一次莫来石：高岭石分解形成的粒状及片状莫来石 二次莫来石：由长石熔体形成的针状莫来石。,（4）新相的重结晶和坯体的烧结 细小二次莫来石晶体溶解后向大晶粒（溶解度小）沉积使其重结晶长大；同时液相在表面张力作用下拉近固相并填充气孔，使坯体成为多相有机结合的致密烧结体。,液相对坯体成瓷的作用： 1）促进晶体的生长：液相不断溶解小晶粒，并从 液相中析出新的比较稳定的结晶相； 2）致密化作用：液体的粘滞流动和表面张力的拉 紧作用，使其填充坯体空隙，使晶粒重排、靠 拢，彼此粘结成为整体。,物理变化：,由于液相的粘滞流动
6、使坯中孔隙得以填充，以及莫来石晶体的析出和长大，使坯中气孔率急剧降低，坯体显著收缩，强度及硬度增大，坯体颜色趋白，光泽感增强，薄坯制品渐具半透明性。,气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高， 颜色变化。,四、 冷却阶段 （1）液体逐渐凝固成玻璃体； （2）二次莫来石长大； （3）残余石英晶型转变。,瓷坯冷却前后的变化图,1. 石英 2. 液相（玻璃相） 3. 二次莫来石 4. 粘土残骸及一次莫来石,烧成过程示意图,8.2 烧成设备,连续式窑隧道窑、辊道窑、推板窑 间歇式窑倒焰窑 、梭式窑、钟罩窑,一、隧道窑 二、辊道窑 三、推板窑 四、倒焰窑 五、梭式窑（抽屉窑）,一、隧道窑,连续式窑炉，外形类似
7、铁路隧道，窑底铺设轨道供窑车运行，沿着窑长方向分为三带：预热带、烧成带、冷却带，且烟气的流动方向与制品的方向相反，是一种逆流式加热的热工设备。,工作过程：烧成时，载着制品的窑车由设在车头的顶车机顶入窑内，在其向烧成带运动的过程中，制品受到越来越高的热气流加热，相继发生一系列物理化学反应，最后在烧成带末端于最高温度下烧成。然后进入冷却带与冷空气接触，将热量传递给冷空气使之加热，而产品本身被冷却，最后被顶出窑室。,特点：烧成周期短，产量高，质量易保证； 热利用率高，单位产品燃耗低； 自动化程度高，工人劳动强度低，劳动条件； 好热工参数稳定，窑体结构受热冲击小，寿命 长。 但热工制度不易调节，生产灵
8、活性差，一次 性投资大，窑用附属设备日常维修量大。,二、辊道窑,原理与隧道窑相同，也属于逆流式加热烧成设备，特点是许多位于同一水平面上的等径辊子组成辊道，来代替窑车作为制品在窑内的运载工具，制品放在垫板上或直接放在辊道上，通过辊子的转动，借摩擦力使制品向前运动，经过预热、烧成、冷却后出窑。,特点：室内上下温差小，利于制品的快速烧成 利于实现自动化和机械化，减轻劳动强度， 提高效率取消了窑车，大大减少了热量损 失，提高热效率窑体结构简单，操作方便。 但辊道窑对制品的适应性差，且辊子易出 现弯曲、断裂等。,三、推板窑,以耐火材料板作为窑内制品的传输载体。推板置于窑底上，在顶机车的推动下向窑内运动。
9、 其最大缺点是推板易磨损。,四、倒焰窑,工作原理：窑内火焰的流动是先向上至窑顶，然后再向下倒流，经过静止不动的制品料垛间隙而至窑底，经吸火孔流入窑底的烟道排走。,特点：容积可大可小，烧成制度易改变 生产灵活性大，窑内温度分布均匀 造价低，因为金属材料耗用量少，附属设备少 但烧成周期长，产量低 窑的热损失大，单位产品燃料消耗大 工人劳动强度大，难以实现机械化和自动化 产品质量不易保证,五、梭式窑（抽屉窑）,一种活底窑车式间歇窑，窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上，窑车可以在窑室地面的轨道上移动，窑车上砌有吸火孔和支烟道。烧成时，将窑车推入窑室即可使支烟道和窑墙上的主烟道连通，构成完整的排烟系统。
10、,1）在窑外装卸制品，减轻了工人的劳动强度，改善 了劳动条件； 2）采用高速调温烧嘴，使窑内温差很小，烧成周期 大为缩短，提高了生产效率； 3）采用优质耐火材料砌筑窑体，降低了窑体的蓄热 及散热损失，减少了单位产品的燃料消耗，利于 窑炉快速升温活冷却； 4）可对整个烧成过程实现自动控制，容易保证产品 质量。,新型间歇式窑的特点：,8.3 烧成制度,烧成制度：烧成过程中各阶段气氛、温度及其温 度变化速率的具体要求。 包括：温度制度、气氛制度和压力制度。 温度制度：包括各阶段的升温速度、最高烧 成温度和保温时间。 气氛制度：各阶段所对应的气氛要求。 （氧化、中性、还原） 压力制度：为了保证温度、气
11、氛制度的实现， 对窑内压力的要求。,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。 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。,一、 烧成制度与产品性能的关系,1、烧成温度对产品性能的影响,（1）烧成温度与产品的气孔率有关 在达到烧结温度之前，烧成温度越高，气孔 率越低，材料的强度越高，吸水率越低。,（2）烧成温度与产品的岩相组成有关 高温下旧相的溶解，新相的生成、长大都与温 度有着密切关系。,某长石质瓷坯相组成与烧成温度的关系（表10-5）,对于长石质瓷，在过烧温
12、度之前适当提高烧成温度，能够提高玻璃相和莫来石量，减少残余石英量，导致产品的机电性能提高，透光度提高，密度增大，热膨胀系数降低。 举例见表10-1，10-2，10-3，10-4,2、高温保温时间对产品性能的影响 高温保温时间：一般是指达到最高烧成温度后，保持温度不变的一段时间，目的是为了均匀窑内温度，产品各部分物理化学反应均匀、完全，使产品的结构性能趋于一致。,适当降低烧成温度，延长保温时间，可以提高产品品质，提高烧成合格率，对于大件、异型、密装产品更加重要。,3、升降温速度对产品性能的影响,（1）升温速度太快，可能导致产品的变形和开裂。 （2）冷却速度太快，可能导致产品的炸裂； 太慢导致釉面
13、析晶。,（3）同一种坯料烧成温度相同时 慢速升温：气孔率较低，强度高。 快速升温：气孔率较高，强度低。,（4）冷却速度对产品质量的影响 快速烧成的产品，缓慢冷却，二次莫来 石异常生长，强度降低； 缓慢升温的产品，缓慢冷却，强度提高； 高温阶段冷却速度缓慢，可能导致低价 铁氧化产品泛黄，釉析晶；,有晶型转变的产品，在其温度范围，快速冷却可能导致产品炸裂。,对于普通陶瓷产品冷却制度一般为： 高温阶段应当快速冷却，低温阶段相对 缓慢，晶型转变温度附件最慢。,4、烧成气氛对产品性能的影响 烧成气氛：在烧成过程中，与制品接触的热气体（燃烧产物）中O2与CO含量的多少。 中科院上海硅酸盐研究所李家治、周仁
14、等进行了大量的研究。,（1）气氛对烧结温度的影响 A组Fe2O3含量AA2分别为0.62、1.75、2.09 B组Fe2O3含量BB3分别为0.43、0.49、0.54、1.69 烧结温度测试结果对比如下：,规律： （A）Fe2O3含量提高烧结温度均降低； （B）同一种坯料还原气氛的烧结温度一定低于氧 化气氛；而且Fe2O3含量越高相差越大。,原因： （A）氧化气氛下坯料中的Fe2O3仍主要以 Fe2O3的形式存在，还原气氛下坯料 中的 Fe2O3主要以FeO的形式存在； （B） FeO比Fe2O3的助熔能力强。,（2）气氛对最大烧成线收缩率的影响,规律： A组坯料还原气氛收缩率大； B组坯料
15、氧化气氛收缩率大。,原因： B组坯料中膨润土所含的碳素、有机物在还 原气氛中氧化分解温度提高。,即：气氛对最大烧成线收缩率的影响与坯料的 组成有关。,（3）气氛对瓷坯颜色、透光度及釉面质量影响 （A）氧化气氛烧成后，瓷坯发黄。 （B）还原气氛烧成后，瓷坯呈淡青色。,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。,（C）强的还原气氛可能导致 SiO2被还原分解出Si黑斑； CO被还原C沉积黑斑或转变成气泡。,二、制定烧成制度的依据,1、 坯料组分在加热过程中的性状变化 （1）相图（晶型转变）和热分析资料是确定 升、降温速度的依据之一 差热曲线DTA 失重曲线TG 瓷坯热膨胀曲线TE 生坯不可逆热膨胀曲线ITE）,200 400 600 800 1000 1200 ,线膨胀,热分析综合图谱,利用热分析综合图谱绘制理论烧成曲线,2、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。,
