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1、第五节第五节陶瓷的烧成陶瓷的烧成 烧成（烧成（sintering）是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。是一种利用热能使粉末坯体致密化的技术。其具体的定义其具体的定义是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。概述概述 烧成是陶瓷制造工艺中最重要的工序之一。陶瓷烧成所需烧成是陶瓷制造工艺中最重要的工序之一。陶瓷烧成所需时间约占整个生产周期的时间约占整个生产周期的1/31/4，所需费用约占产品成本的，所需费用约占产品成本的40%左右。因此，正确的设计与选择窑炉，科学地制定和执左
2、右。因此，正确的设计与选择窑炉，科学地制定和执行烧成制度并进行严格的执行装烧操作规程，是提高产品质行烧成制度并进行严格的执行装烧操作规程，是提高产品质量和降低燃料消耗的必要保证。量和降低燃料消耗的必要保证。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。留少量的倒焰窑继续用于生产。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化 坯体的烧制是一个由量变到质变物理变化和化学变化交坯体的烧制是一个由量变到质变物理变化和化学变化交错进行的过程。可以将日用陶瓷的烧成过程分为四个阶段。错进行的过程。可
3、以将日用陶瓷的烧成过程分为四个阶段。坯体在这一阶段坯体在这一阶段主要任务是排除干燥后的残余水主要任务是排除干燥后的残余水。随着水分随着水分的排出，的排出，固体颗粒紧密靠拢，伴随着少量收缩固体颗粒紧密靠拢，伴随着少量收缩。但这种收缩。但这种收缩不能完全填补水分排除后所遗留的空隙。控制坯体不能完全填补水分排除后所遗留的空隙。控制坯体入窑水分入窑水分是是本阶段快速升温的关键。一般日用瓷坯体入窑水分控制在本阶段快速升温的关键。一般日用瓷坯体入窑水分控制在2%以下。因为温度以下。因为温度高于高于120 时坯体内部的水分发生时坯体内部的水分发生强烈汽强烈汽化化。蒸汽压力超过坯体的抗张强度极限时，造成制品开
4、裂，。蒸汽压力超过坯体的抗张强度极限时，造成制品开裂，对于厚壁制品尤为突出。对于厚壁制品尤为突出。1、坯体水分蒸发期（室温、坯体水分蒸发期（室温300）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化本阶段要加强通风，目的是使被水气饱和的烟气得到及时排本阶段要加强通风，目的是使被水气饱和的烟气得到及时排除，不致因其温度继续下降到露点而析出液态水，凝聚在制除，不致因其温度继续下降到露点而析出液态水，凝聚在制品表面造成品表面造成“水迹水迹”或开裂等缺陷。或开裂等缺陷。在这一阶段，坯体内部发生较复杂的物理化学变化：在这一阶段，坯体内部发生较复杂的物理化学变化：粘土中的结构水的排除；粘土中
5、的结构水的排除；碳酸盐分解；碳酸盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化；有机物、碳素和硫化物被氧化；石英晶型转变。石英晶型转变。这些变化与坯体组成、升温速度、窑炉气氛等因素有关。这些变化与坯体组成、升温速度、窑炉气氛等因素有关。2、氧化分解与晶型转变期（、氧化分解与晶型转变期（300950）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化粘土矿物因其类型、结晶完整程度和颗粒粘土矿物因其类型、结晶完整程度和颗粒度的不同，排除结构水的温度也有所差别。度的不同，排除结构水的温度也有所差别。高岭土高岭土 450-650 珍珠陶土珍珠陶土 500-700 蒙脱石蒙脱石 500-750 伊利石伊利
6、石 400-650 叶蜡石叶蜡石 600-750 瓷石瓷石 450-700 粘土矿物排除结构水也与升温速度有关。随着升温速度的加快残粘土矿物排除结构水也与升温速度有关。随着升温速度的加快残留结构水的排除向高温推移，甚至要到留结构水的排除向高温推移，甚至要到1000以上才能完成。以上才能完成。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（、氧化分解与晶型转变期（300950）（1）粘土结构矿物水的排除）粘土结构矿物水的排除CaCO3CaO+CO2 8501000 MgCO3 MgO+CO2 500850 4FeCO3 2Fe2O3+3CO2 8001000
7、 MgCO3.CaCO3 CaO+MgO+CO2 730950 氧化反应和反应温度如下：氧化反应和反应温度如下：C有机物有机物+O2 CO2 350 以上以上 C碳素碳素+O2 CO2 600 FeS2+O2 Fe+SO2 350-450 4FeS+7O2 2Fe2O3+4SO2 500-800 （2）碳酸盐的分解）碳酸盐的分解（3）碳素、有机物和硫化物的氧化）碳素、有机物和硫化物的氧化一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（、氧化分解与晶型转变期（300950）石英在石英在573 的晶型转变（的晶型转变（-石英石英 石英），伴有石英），伴有0.8
8、2%的体膨胀。的体膨胀。在在K2O-Al2O3-SiO2系统中，在系统中，在920 就会出现少量液相，就会出现少量液相，它的形成可起到黏结颗粒的作用，使坯体的机械强度增加。它的形成可起到黏结颗粒的作用，使坯体的机械强度增加。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化2、氧化分解与晶型转变期（、氧化分解与晶型转变期（300950）（4）石英的晶型转变和少量液相的形成）石英的晶型转变和少量液相的形成坯体在氧化分解期的氧化反应实际上是不完全的，由于水气坯体在氧化分解期的氧化反应实际上是不完全的，由于水气及其他气体的急剧排除，在坯体周围有及其他气体的急剧排除，在坯体周围有一层气膜，妨
9、碍氧气一层气膜，妨碍氧气继续向坯体内部渗透，继续向坯体内部渗透，从而使坯体气孔中的沉碳难以烧尽。从而使坯体气孔中的沉碳难以烧尽。800 以前水分排除以前水分排除3/4，1000 以上才能排除。以上才能排除。3、玻化成瓷期（、玻化成瓷期（950烧成温度）烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（1）在）在1020前继续氧化分解反应，排除残留结构水前继续氧化分解反应，排除残留结构水此阶段的烧成气氛对坯体的化学反应影响极大。在氧此阶段的烧成气氛对坯体的化学反应影响极大。在氧化气氛中，硫酸盐与高价铁的分解往往推迟到化气氛中，硫酸盐与高价铁的分解往往推迟到1300以后进行。
10、具体情况如下：以后进行。具体情况如下：3、玻化成瓷期（、玻化成瓷期（950烧成温度）烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（2）硫酸盐的分解和氧化铁的还原与分解）硫酸盐的分解和氧化铁的还原与分解MgSO4MgO+SO3 900以上以上 CaSO4CaO+SO3 1250-1370 Na2SO4Na2O+SO3 1200-1370 Fe2O3 FeO+O2 1250-1370还原焰下还原焰下 10801100 Fe2O3+CO FeO+CO210001100 还原焰还原焰长石长石石石英英高高岭土三组分瓷，随着温度的升高，高岭石岭土三组分瓷，随着温度的升高，高岭石在
11、在925 左右经过放热反应，生成铝硅尖晶石开始转化为莫左右经过放热反应，生成铝硅尖晶石开始转化为莫来石（来石（3Al2O32SiO2），），非晶态二氧化硅转化为方石英。非晶态二氧化硅转化为方石英。3、玻化成瓷期（、玻化成瓷期（950烧成温度）烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（3）形成大量液相和莫来石晶相）形成大量液相和莫来石晶相 长石约在长石约在1170 开始分解，析出白榴石开始分解，析出白榴石并生成液相。在高岭土和长石组成的二组并生成液相。在高岭土和长石组成的二组分混合物中，约在分混合物中，约在1000 莫来石开始形成。莫来石开始形成。首先是在高岭土的残
12、骸上，由于比较活泼首先是在高岭土的残骸上，由于比较活泼的钾、钠离子的侵入形成少量溶质而促使的钾、钠离子的侵入形成少量溶质而促使莫来石的生成。另一方面，由于莫来石的生成。另一方面，由于K2O与与Na2O含量降低，长石熔体组成向莫来石区含量降低，长石熔体组成向莫来石区析出方向变化，导致长石熔体中形成细小析出方向变化，导致长石熔体中形成细小的针状莫来石。这两种莫来石有明显的区的针状莫来石。这两种莫来石有明显的区别，别，由高岭石分解物形成的粒状或鳞片状由高岭石分解物形成的粒状或鳞片状莫来石成为一次莫来石；由长石熔体形成莫来石成为一次莫来石；由长石熔体形成的针状莫来石称为二次莫来石。的针状莫来石称为二次
13、莫来石。3、玻化成瓷期（、玻化成瓷期（950烧成温度）烧成温度）一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化（3）形成大量液相和莫来石晶相）形成大量液相和莫来石晶相在在1200 以后，随着温度的升高，石英的溶解度迅速增大。以后，随着温度的升高，石英的溶解度迅速增大。石英含量降低，从而熔体的成分不断变化。这种高硅质熔体将石英含量降低，从而熔体的成分不断变化。这种高硅质熔体将细小针状莫来石溶解，高温时粒状和片状莫来石也受到强烈的细小针状莫来石溶解，高温时粒状和片状莫来石也受到强烈的侵蚀。若铁含量较高，碱性氧化物与则低价铁、石英等将形成侵蚀。若铁含量较高，碱性氧化物与则低价铁、石英等
14、将形成更多的低共熔物，使坯体中液相量大为增加。更多的低共熔物，使坯体中液相量大为增加。（4）石英溶解、莫来石重结晶和坯体烧结）石英溶解、莫来石重结晶和坯体烧结瓷坯冷却前后的变化图瓷坯冷却前后的变化图1.石英石英 2.液相（玻璃相）液相（玻璃相）3.二次莫来石二次莫来石 4.粘土残骸及一次莫来石粘土残骸及一次莫来石一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化 一方面促使晶体发生重结晶。由于细晶溶解度大于粗晶，一方面促使晶体发生重结晶。由于细晶溶解度大于粗晶，因而小晶体溶解后就向大晶粒上沉积，导致大晶粒尺寸进因而小晶体溶解后就向大晶粒上沉积，导致大晶粒尺寸进一步长大。一步长大。另一
15、方面液相起着致密化的作用。由于表面张力的拉紧另一方面液相起着致密化的作用。由于表面张力的拉紧作用，使它能填充颗粒间隙，促使固体颗粒相互靠拢。最作用，使它能填充颗粒间隙，促使固体颗粒相互靠拢。最终使莫来石、残余石英与瓷坯中的其他组分彼此合成整体，终使莫来石、残余石英与瓷坯中的其他组分彼此合成整体，组成致密的具有较高机械强度的瓷坯。组成致密的具有较高机械强度的瓷坯。大量液相对坯体的成瓷作用表现在两个方面大量液相对坯体的成瓷作用表现在两个方面一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化冷却初期，即由烧成温度冷却至冷却初期，即由烧成温度冷却至800 ，这是冷却过程的重，这是冷却过程的重
16、要阶段。要阶段。采取快冷的方法采取快冷的方法冷却过慢冷却过慢主要变化：黏度不断增大，细晶减少粗晶增多，结构不均匀，主要变化：黏度不断增大，细晶减少粗晶增多，结构不均匀，导致机械性能下降导致机械性能下降;釉层细晶失透；低价铁重新氧化。釉层细晶失透；低价铁重新氧化。4、冷却阶段、冷却阶段一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化冷却后期冷却后期400 -室温。针对陶和瓷采取不同降温措施室温。针对陶和瓷采取不同降温措施一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化冷却中期，由冷却中期，由800-400，这是冷却的最危险的阶段。，这是冷却的最危险的阶段。主要变化，由塑性
17、变为固态。主要变化，由塑性变为固态。残余石英的晶型转变（残余石英的晶型转变（573）在在573-石英转变为石英转变为-石英，体积收缩石英，体积收缩0.82%。必须缓慢必须缓慢冷却过快：冷却过快：产生较大的结构应力产生较大的结构应力;内部和表面出现较大的热内部和表面出现较大的热应力应力瓷器中不会有方石英出现，冷却时因熔体粘度增大抑制了晶芽瓷器中不会有方石英出现，冷却时因熔体粘度增大抑制了晶芽的形成，而且高温熔体中硅量并未达到饱和，因此一般陶瓷在的形成，而且高温熔体中硅量并未达到饱和，因此一般陶瓷在冷却阶段不会有方石英新相析出。冷却阶段不会有方石英新相析出。陶炻质坯体中，由于液相数量少，可能有以固
18、体状态存在的方陶炻质坯体中，由于液相数量少，可能有以固体状态存在的方石英。冷却时要特别注意。石英。冷却时要特别注意。270时，时，-方石英转变为方石英转变为-方石英，体积收缩方石英，体积收缩2.8%。一、坯体在烧制过程中的物理变化一、坯体在烧制过程中的物理变化烧成温度烧成温度 （）相相 组组 成成 （%）气孔体积气孔体积 （%）玻璃相玻璃相 莫来石莫来石 石石 英英 1210121056569 932323 3127012705858636328282 2131013106161151523231 1135013506262101019191 1二二显微结构的组成显微结构的组成二二显微结构的组
19、成显微结构的组成陶瓷显微结构示意图陶瓷显微结构示意图二二显微结构的组成显微结构的组成1.晶相（结晶相）晶相（结晶相）同一坯体内可有多种晶相。同一坯体内可有多种晶相。主晶相主晶相、次晶相次晶相陶瓷材料烧结后的主要组成相之一。陶瓷材料烧结后的主要组成相之一。晶相的组成，特别是主晶相的组成往往决定着制品的物理晶相的组成，特别是主晶相的组成往往决定着制品的物理化学性能。化学性能。长石质瓷器的晶相为：莫来石、方石英和残余石英。长石质瓷器的晶相为：莫来石、方石英和残余石英。2.玻璃相玻璃相由坯料的组分及杂质或添加物所形成的非晶态低熔点固体由坯料的组分及杂质或添加物所形成的非晶态低熔点固体物质。物质。粘结晶
20、粒、填充气孔和空隙，促进坯体致密，增加透明粘结晶粒、填充气孔和空隙，促进坯体致密，增加透明度，降低坯体的烧结温度。度，降低坯体的烧结温度。高粘度玻璃相能抑制晶粒长大，防止晶型转变、扩大烧结高粘度玻璃相能抑制晶粒长大，防止晶型转变、扩大烧结范围。范围。作用：作用：不利影响：过量的玻璃相会降低陶瓷强度、抗热震性能，不利影响：过量的玻璃相会降低陶瓷强度、抗热震性能，引起产品变形。降低瓷件的绝缘电阻，增大介质损耗。引起产品变形。降低瓷件的绝缘电阻，增大介质损耗。玻璃相的组成、数量与坯料的组成和烧成工艺相关。玻璃相的组成、数量与坯料的组成和烧成工艺相关。二二显微结构的组成显微结构的组成3.气孔气孔一般陶
21、瓷制品的气孔率一般陶瓷制品的气孔率510（体积）。（体积）。气孔的存在与坯料的组成气孔的存在与坯料的组成和烧成制度有关。和烧成制度有关。提高烧成温度，总气孔率降低。提高烧成温度，总气孔率降低。过烧时？过烧时？重结晶作用，晶粒异常长大，或液重结晶作用，晶粒异常长大，或液相粘度降低，闭口气孔合并，开口相粘度降低，闭口气孔合并，开口气孔增加而使孔径及总气孔率增大。气孔增加而使孔径及总气孔率增大。热压、热等静压烧结，坯体的气孔率可下降至热压、热等静压烧结，坯体的气孔率可下降至1以下，甚至以下，甚至接近理论密度。接近理论密度。二二显微结构的组成显微结构的组成气孔分布：常在玻璃相基质中，气孔分布：常在玻璃
22、相基质中，晶粒重结晶时会将气孔包含到大晶粒重结晶时会将气孔包含到大晶粒之中。晶粒之中。气孔存在与否、形状、大小、气孔存在与否、形状、大小、含量、分布和气孔间的连通情含量、分布和气孔间的连通情况等，对制品的性能、质量及况等，对制品的性能、质量及使用均有显著影响，甚至起决使用均有显著影响，甚至起决定作用。定作用。气孔能增大制品的介电损耗，降低机械强度、透明度、抗击气孔能增大制品的介电损耗，降低机械强度、透明度、抗击穿强度等。穿强度等。含大量气孔、甚至以气孔为主相的制品（如保温材料、隔热含大量气孔、甚至以气孔为主相的制品（如保温材料、隔热材料等），又具有质轻、隔热、隔音、保温等作用。材料等），又具有
23、质轻、隔热、隔音、保温等作用。二二显微结构的组成显微结构的组成气泡气泡4.晶界晶界（1）晶界的定义晶界的定义晶界：晶界：结晶方向不同的、直接接触的同成分晶粒间的交界处，结晶方向不同的、直接接触的同成分晶粒间的交界处，称为晶界（晶粒间界或粒界）。称为晶界（晶粒间界或粒界）。相界：相界：不同成分晶粒间的交界处或不同相间的交界处称为不同成分晶粒间的交界处或不同相间的交界处称为相界面。相界面。晶界结构：晶界处物晶界结构：晶界处物质的结构特点。质的结构特点。晶界的厚度：取决于晶界的厚度：取决于相邻晶粒的取向之差相邻晶粒的取向之差及所含杂质的种类和及所含杂质的种类和数量。数量。二二显微结构的组成显微结构的
24、组成晶界结构示意图晶界结构示意图（2）晶界的异相偏析效应晶界的异相偏析效应在高温条件下的烧结和冷却过程中，异性在高温条件下的烧结和冷却过程中，异性杂质离子从晶粒内部向晶界扩散和迁移，杂质离子从晶粒内部向晶界扩散和迁移，使之在晶界部位富集的现象，称为使之在晶界部位富集的现象，称为晶界异晶界异相偏析效应。相偏析效应。晶界上的杂质往往以三种形式存在：晶界上的杂质往往以三种形式存在：二二显微结构的组成显微结构的组成陶瓷显微结构中杂质在晶界上存在的状态陶瓷显微结构中杂质在晶界上存在的状态（3）晶界的物质迁移效应晶界的物质迁移效应二二显微结构的组成显微结构的组成晶界物质迁移效应引起的再结晶晶界物质迁移效应
25、引起的再结晶(A)及其示意图及其示意图(B)(A)(B)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，影响产品性能影响产品性能的关键是温度及其与时间的关系，以及烧成时的气氛。其中温的关键是温度及其与时间的关系，以及烧成时的气氛。其中温度制度，气氛制度需要根据不同产品要求而定，而压力制度是度制度，气氛制度需要根据不同产品要求而定，而压力制度是保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度进行烧成。保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度进行烧成。（1）以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为）以坯釉的化学组成及其在烧成过程中的物理化学变化为依据。如氧化铁和氧化钛的
26、含量决定了采用不同的烧成气氛；依据。如氧化铁和氧化钛的含量决定了采用不同的烧成气氛；又如坯釉中氧化分解反应、收缩变化、密度变化以及热重变又如坯釉中氧化分解反应、收缩变化、密度变化以及热重变化等决定采用不同的烧成制度。化等决定采用不同的烧成制度。（2）以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。）以坯件的种类、大小、形状和薄厚为依据。（3）以窑炉的结构、类型、燃料种类以及装窑方式和装窑疏）以窑炉的结构、类型、燃料种类以及装窑方式和装窑疏密为依据。密为依据。（4）以相似产品的成功烧成经验为依据。）以相似产品的成功烧成经验为依据。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定制定烧成制度的依据：制定烧成制度
27、的依据：（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制 温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间以及冷却速度等温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间以及冷却速度等参数。参数。（1）坯体水分蒸发期（室温）坯体水分蒸发期（室温300 ）这阶段实际是干燥的延续，升温速度主要取决于坯体的含水这阶段实际是干燥的延续，升温速度主要取决于坯体的含水率、致密度、厚度和窑内实际温度以及装坯量。入窑水分率、致密度、厚度和窑内实际温度以及装坯量。入窑水分2%的坯件能较快升温。当坯件入窑水分较高，坯件厚度及装窑的坯件能较快升温。当坯件入窑水分较高，坯件厚度及装窑密度大时，应采取慢速升温。特别对于含结合粘土多的致密密度
28、大时，应采取慢速升温。特别对于含结合粘土多的致密坯体，水份排除困难，在温差大时更应慢速升温。坯体，水份排除困难，在温差大时更应慢速升温。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定1、各阶段的升温速度、各阶段的升温速度升温速度主要根据窑内温差以及坯料组成、细度，坯体的厚度、升温速度主要根据窑内温差以及坯料组成、细度，坯体的厚度、大小和装窑密度等因素来确定。排除结晶水的温度范围大小和装窑密度等因素来确定。排除结晶水的温度范围（400600 ）内，坯体无收缩，且保持较大的气孔率，结晶）内，坯体无收缩，且保持较大的气孔率，结晶水和分解气体的排除可自由进行，有机物中的碳素也能顺利氧水和分解气体的排除可
29、自由进行，有机物中的碳素也能顺利氧化。化。较多高岭石粘土的坯体不能升温太快。较多高岭石粘土的坯体不能升温太快。隧道窑控制在隧道窑控制在80150 。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定（2）氧化分解与晶型转化期（）氧化分解与晶型转化期（300950）这一阶段初始，坯体开始收缩，釉层开始熔化，除要严格这一阶段初始，坯体开始收缩，釉层开始熔化，除要严格控制升温速度外，还应根据坯釉性能和含铁、钛的多少，确定控制升温速度外，还应根据坯釉性能和含铁、钛的多少，确定是否需要转换气氛。一个氧化保温过程是否需要转换气氛。一个氧化保温过程.氧化保温结束后，坯体
30、中液相量逐渐增加，发生急剧收氧化保温结束后，坯体中液相量逐渐增加，发生急剧收缩。坯体各部分收缩不一致或收缩过大，都会引起变形或开裂，缩。坯体各部分收缩不一致或收缩过大，都会引起变形或开裂，因而升温速度应慢而均匀因而升温速度应慢而均匀（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定（3）玻化成瓷期（）玻化成瓷期（950烧成温度）烧成温度）确定烧成温度应考虑坯料的化学组成与细度、坯料烧结温度范确定烧成温度应考虑坯料的化学组成与细度、坯料烧结温度范围、升温速度和保温时间等因素。围、升温速度和保温时间等因素。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧
31、成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成温度（止火温度）与、烧成温度（止火温度）与保温时间的确定保温时间的确定气孔率和烧成收缩率与温度的关系气孔率和烧成收缩率与温度的关系1线收缩曲线线收缩曲线2显气孔率曲线显气孔率曲线 坯体随着温度升高，坯体随着温度升高，950 以后显以后显气孔率急剧降低，收缩增大并趋向致密。气孔率急剧降低，收缩增大并趋向致密。这一开始剧烈变化的温度称为这一开始剧烈变化的温度称为开始烧结开始烧结温度。温度。当气孔率接近零时，坯体致密度达当气孔率接近零时，坯体致密度达到最大，这种状态成为到最大，这种状态成为“烧结烧结”。相应。相应的温度称为的温度称为“烧结温度烧结温度”。温度
32、继续升高，坯体发生软化变形温度继续升高，坯体发生软化变形甚至发泡膨胀，这种现象称为甚至发泡膨胀，这种现象称为“过烧过烧”。通常把烧结开始过烧软化的温度区通常把烧结开始过烧软化的温度区间称为间称为“烧结温度范围烧结温度范围”。在此范围内烧成制品的体积密度及收缩率都没有显著变在此范围内烧成制品的体积密度及收缩率都没有显著变化。对于烧结范围窄的坯体，适宜选择下限温度以较长的时化。对于烧结范围窄的坯体，适宜选择下限温度以较长的时间保温烧成。间保温烧成。高火保温高火保温 其目的是缩小窑内各处及制品内外的温差，是坯内的物其目的是缩小窑内各处及制品内外的温差，是坯内的物理化学变化更加完全，坯体组织趋于均一。
33、理化学变化更加完全，坯体组织趋于均一。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成温度（止火温度）与、烧成温度（止火温度）与保温时间的确定保温时间的确定 800 以上坯内液相还处于塑性状态，故可进行快速冷却。以上坯内液相还处于塑性状态，故可进行快速冷却。这样既可这样既可防止液相析晶、晶体长大及低价铁的氧化，防止液相析晶、晶体长大及低价铁的氧化，又可又可提高制品的机械强度、白度及釉面光泽度。急冷时的降温速度提高制品的机械强度、白度及釉面光泽度。急冷时的降温速度一般控制在一般控制在150300 。800 以下，由于液相开始凝固转变成脆性的固体状态
34、，以下，由于液相开始凝固转变成脆性的固体状态，同时有石英晶型转化，需要同时有石英晶型转化，需要缓慢冷却。缓慢冷却。冷却速度一般在冷却速度一般在4070 。至。至400 以下，热应力变小，又可以较快速度冷却，降温以下，热应力变小，又可以较快速度冷却，降温速度可达速度可达100 以上。但对以上。但对含大量方石英的陶器含大量方石英的陶器制品，在晶型制品，在晶型转化温度下转化温度下仍需缓慢冷却。仍需缓慢冷却。（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定3、冷却速度、冷却速度素烧温度曲线素烧温度曲线釉烧温度曲线釉烧温度曲线（一）、温度制度及控制（一）、温度制度
35、及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定隧道窑烧成陶瓷的温度曲线隧道窑烧成陶瓷的温度曲线1-窑顶温度曲线窑顶温度曲线3-车面温度曲线车面温度曲线4-车面温度曲线车面温度曲线2-设计温度曲线设计温度曲线4、升、降温速度对产品、升、降温速度对产品性能的影响性能的影响普通陶瓷坯体在快速加热普通陶瓷坯体在快速加热时的收缩要比缓慢加热的小，时的收缩要比缓慢加热的小，因为快速烧成时，熔体为粘土因为快速烧成时，熔体为粘土及石英所饱和的时间不长，而及石英所饱和的时间不长，而这类低粘度的熔体尚需一定时这类低粘度的熔体尚需一定时间以发挥其表面张力的最大效间以发挥其表面张力的最大效果。果。（一）、温度制度
36、及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定普通陶瓷烧成后缓慢冷却时，收缩率会大些，相对的气孔普通陶瓷烧成后缓慢冷却时，收缩率会大些，相对的气孔率小些。冷却速度对机械强度的影响复杂得多。率小些。冷却速度对机械强度的影响复杂得多。冷却速度的快慢对坯体中晶相的大小，尤其是对晶体的冷却速度的快慢对坯体中晶相的大小，尤其是对晶体的应力状态有很大的影响。应力状态有很大的影响。坯体名称坯体名称抗折强度（抗折强度（MPa）急冷（急冷（400/分）分）缓冷（缓冷（15/分）分）75%Al2O3357-408204-285滑滑石石瓷瓷184-224143-163金金红红石石瓷瓷285
37、-327122-143钛钛酸酸钙钙瓷瓷153-255133-184几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系（一）、温度制度及控制（一）、温度制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制 普通陶瓷根据坯料性能不普通陶瓷根据坯料性能不同，烧成时可采用同，烧成时可采用氧化气氛、氧化气氛、中性气氛或还原气氛。中性气氛或还原气氛。按烧成时的焰性也称作氧按烧成时的焰性也称作氧化焰、中性焰和还原焰。化焰、中性焰和还原焰。氧的含量氧的含量8-10%，强氧化，强氧化焰焰 4-5%，普通氧化焰，普通氧化焰，1-1.5%中性焰，一氧化
38、碳中性焰，一氧化碳1.5-2.5%，弱还原焰，弱还原焰，2.5-7%强还原焰。强还原焰。三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定 陶瓷制品各阶段的烧成气氛必须根据原料性能和制品的不陶瓷制品各阶段的烧成气氛必须根据原料性能和制品的不同要求来确定。同要求来确定。坯体水分蒸发期（室温坯体水分蒸发期（室温300 ）对气氛没特殊要求。）对气氛没特殊要求。在氧化分解与晶型转变期（在氧化分解与晶型转变期（300950 ），为使坯体氧化分解），为使坯体氧化分解充分，要求氧化气氛。充分，要求氧化气氛。在玻化成瓷期，（在玻化成瓷期，（950 烧成温度），陶器、炻器均应采用烧成温度），陶器、炻器均应采用氧化气氛
39、烧成。氧化气氛烧成。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定1、各阶段的气氛要求、各阶段的气氛要求 还原气氛烧成时转换温度的确定还原气氛烧成时转换温度的确定 由强氧化气氛转强还原气氛的温度是烧成中极重要的温度由强氧化气氛转强还原气氛的温度是烧成中极重要的温度点。点。坯、釉配方不同，该温度亦完全不同，还原过早，则坯、坯、釉配方不同，该温度亦完全不同，还原过早，则坯、釉料的分解氧化反应不完全，沉碳烧不尽，容易造成釉泡或釉料的分解氧化反应不完全，沉碳烧不尽，容易造成釉泡或烟熏缺陷。烟熏缺陷。气氛转化温度过高，表明还原过迟，此时坯体烧结，釉层气氛转化温度
40、过高，表明还原过迟，此时坯体烧结，釉层封闭，还原介质就难以渗入坯体，起不到还原作用，并易造封闭，还原介质就难以渗入坯体，起不到还原作用，并易造成高温沉碳，从而产生阴黄、花脸、釉泡、针孔及烟熏缺陷。成高温沉碳，从而产生阴黄、花脸、釉泡、针孔及烟熏缺陷。一般确定釉始熔前一般确定釉始熔前150 左右的温度为转换温度。左右的温度为转换温度。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定 强还原转弱还原的温度也很重要。强还原转弱还原的温度也很重要。它标志着还原结束，它标志着还原结束，釉料开始成熟，此时还原气氛过强，不仅沾污釉面而且浪费釉料开始成熟，此时还原气氛过
41、强，不仅沾污釉面而且浪费燃料。采用氧化气氛低价铁又会重新氧化使制品发黄。采用燃料。采用氧化气氛低价铁又会重新氧化使制品发黄。采用中性气氛虽较理想，但却难以控制。故强还原后改烧弱还原中性气氛虽较理想，但却难以控制。故强还原后改烧弱还原焰效果较好。强还原必须在釉料开始熔融时（或釉层始熔后焰效果较好。强还原必须在釉料开始熔融时（或釉层始熔后1020 ）结束。并及时转换为弱还原气氛，转换温度约在）结束。并及时转换为弱还原气氛，转换温度约在1200 左右。左右。隧道窑烧成瓷器温度曲线隧道窑烧成瓷器温度曲线1-氧化气氛氧化气氛2-强还原气氛强还原气氛3-还原气氛还原气氛4-中性气氛中性气氛5-氧化气氛氧化
42、气氛（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响 气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度，改变其体积气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度，改变其体积变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组成等，最终得到不变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组成等，最终得到不同性质的产品。同性质的产品。（1）.对日用瓷的影响对日用瓷的影响日用瓷坯体在氧化气氛和还原气氛中烧成，会使它们在日用瓷坯体在氧化气氛和还原气氛中烧成，会使它们在烧结温度、最大烧成收缩、过烧膨胀率、线收缩速率和釉面烧结温度、最大烧成收缩、过烧膨胀
43、率、线收缩速率和釉面质量等方面都有所变化。质量等方面都有所变化。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定1）不同气氛对烧结温度影响）不同气氛对烧结温度影响坯体在还原气氛中的烧结温度比氧化氛围中低。坯体在还原气氛中的烧结温度比氧化氛围中低。产生这种现象的原因在于产生这种现象的原因在于还原气氛使瓷坯中的铁大多数以还原气氛使瓷坯中的铁大多数以FeOFeO存在，存在，Fe OFe O比比Fe2O3Fe2O3的助熔能力强，的助熔能力强，与与SiO2SiO2生成低熔点的硅生成低熔点的硅酸盐玻璃（酸盐玻璃（FeSiO3FeSiO3）。）。这样，液相的表面张力较
44、在氧化气氛下这样，液相的表面张力较在氧化气氛下提高提高20%左右，这就促进了坯体能在较低的温度下烧结并产生左右，这就促进了坯体能在较低的温度下烧结并产生较大的收缩。较大的收缩。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响2)不同气氛对坯体过烧膨胀的影响不同气氛对坯体过烧膨胀的影响 所有瓷石质坯与未加膨润土的长石质坯所有瓷石质坯与未加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧在还原气氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气的膨胀比在氧化气氛中要小的多，氛中要小的多，但加入后反而大。但加入后反而大。产生这种现象的主要原
45、因是：产生这种现象的主要原因是：在氧化气氛中，坯中的硫酸盐和在氧化气氛中，坯中的硫酸盐和Fe2O3Fe2O3要到接近坯体烧结和釉层融化的温度下才能分解，此时气要到接近坯体烧结和釉层融化的温度下才能分解，此时气孔已被封闭，气体不能排出，导致过烧孔已被封闭，气体不能排出，导致过烧40 40 膨胀就十分显著膨胀就十分显著。而在还原气氛下，这些物质的分解温度可提前到坯、釉处于而在还原气氛下，这些物质的分解温度可提前到坯、釉处于多孔状态时进行，气体可以自由逸出。多孔状态时进行，气体可以自由逸出。坯料中含铁量较高时，对碳素的吸附性也较小，所以还原气坯料中含铁量较高时，对碳素的吸附性也较小，所以还原气氛中过
46、烧膨胀值较小。氛中过烧膨胀值较小。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响产生这种现象的主要原因是：产生这种现象的主要原因是：坯料中含铁量不高，但坯料中含铁量不高，但彭润土对碳素的吸附性很强彭润土对碳素的吸附性很强，在还，在还原气氛中烧成的坯体原气氛中烧成的坯体容易吸附碳素容易吸附碳素。这些碳素的氧化要推迟到。这些碳素的氧化要推迟到烧成末期，当过烧烧成末期，当过烧40时，由于碳素的氧化和少量时，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的的分解，就使过烧膨胀十分显著分解，就使过烧膨胀十分显著。而在氧化气氛
47、中加热有助于。而在氧化气氛中加热有助于在瓷化前烧尽碳素，过烧在瓷化前烧尽碳素，过烧40虽有少量虽有少量Fe2O3分解，过烧膨分解，过烧膨胀也不明显。胀也不明显。加膨润土的长石质坯在还原气加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧氛中过烧40oC的膨胀比在氧化的膨胀比在氧化气氛中要大的多气氛中要大的多（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响3)不同气氛对瓷体线收缩率的影响不同气氛对瓷体线收缩率的影响所有瓷坯在还原气氛中的最大线收缩速率都比在氧化气氛中大。所有瓷坯在还原气氛中的最大线收缩速率都比在氧化气氛
48、中大。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响4)气氛对瓷坯的颜色和透光度及釉面质量的影响气氛对瓷坯的颜色和透光度及釉面质量的影响a.影响铁和钛的价数。影响铁和钛的价数。b.还原气氛使氧化硅和一氧化碳还原。还原气氛使氧化硅和一氧化碳还原。陶瓷坯料中大多程度不等的含有铁、钛等着色化合物。在氧化陶瓷坯料中大多程度不等的含有铁、钛等着色化合物。在氧化气氛中烧成，是制品呈现黄、红、棕、褐和紫灰等颜色。气氛中烧成，是制品呈现黄、红、棕、褐和紫灰等颜色。在还原气氛中，坯釉的在还原气氛中，坯釉的Fe2O3绝
49、大部分被还原为绝大部分被还原为FeO在较低在较低的温度下与的温度下与SiO2结合淡青色易熔的低铁硅酸盐，促进坯体在较结合淡青色易熔的低铁硅酸盐，促进坯体在较低温度下烧结，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相应提高了瓷的透低温度下烧结，使瓷胎呈白里泛青的玉色，相应提高了瓷的透光性。光性。但对含钛量较多的坯料则应避免还原烧成，否则部分但对含钛量较多的坯料则应避免还原烧成，否则部分TiO2变为变为蓝紫色的蓝紫色的Ti2O3,有时还生成黑色有时还生成黑色FeO.Ti2O3尖晶石和一系列铁钛尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而加深了铁的着色作用。混合晶体，从而加深了铁的着色作用。（二）、气氛制度及控制（二）、气氛制度
50、及控制三、最佳烧成制度的确定三、最佳烧成制度的确定2、烧成气氛对产品性能的影响、烧成气氛对产品性能的影响 还原气氛在一定温度下也可能使还原气氛在一定温度下也可能使SiO2还原生成气态的还原生成气态的SiO.在较低温度下也会按在较低温度下也会按2SiO-SiO2+Si分解。分解。Si在陶瓷制品中会形成黑斑。在陶瓷制品中会形成黑斑。还原气氛中一般含还原气氛中一般含CO，在一定温度下按，在一定温度下按2CO-CO2+C分解。分解。CO的分解速度在的分解速度在800 以上才比较明显，低于以上才比较明显，低于800 时要有碳时要有碳和氧化铁的催化作用才有可能。因此在还原气氛中，很可能在和氧化铁的催化作用