无机非金属材料学第五节 陶瓷的烧成1

烧制陶瓷的化学反应方程式陶瓷是一种由非金属材料烧制而成的材料，其主要成分是氧化物。

烧制陶瓷的过程中涉及到多个化学反应方程式。

陶瓷的原料主要包括粘土、石英、长石等。

在烧制过程中，这些原料会发生化学反应，形成陶瓷的主要成分。

1. 粘土的化学反应方程式：粘土的主要成分是硅酸盐矿物，其中包含氧化硅、氧化铝等成分。

在高温下，粘土中的硅酸盐矿物会发生热分解反应，生成二氧化硅和氧化铝：2Al2Si2O5(OH)4 → Al2O3 + 2SiO2 + 4H2O2. 石英的化学反应方程式：石英是一种含有高纯度二氧化硅的矿石。

在高温下，石英会发生热分解反应，生成二氧化硅：SiO2 → SiO23. 长石的化学反应方程式：长石是一种含有铝、钠、钾等元素的矿石。

在高温下，长石会发生热分解反应，生成氧化铝和氧化钠或氧化钾：3KAlSi3O8 → 3Al2O3 + 3SiO2 + 3K2O以上是陶瓷原料中的主要成分的化学反应方程式。

在烧制陶瓷的过程中，这些原料经过混合、成型和烧结等步骤，最终形成陶瓷制品。

烧制陶瓷的过程中，主要涉及以下几个化学反应：1. 陶瓷的成型：在成型过程中，原料经过混合后进行模具成型。

这个过程中不涉及明显的化学反应，主要是物理过程，通过施加压力和/或挤压使原料具有一定的形状。

2. 烧结过程：烧结是烧制陶瓷的关键步骤之一。

在烧结过程中，陶瓷制品经过高温处理，使其形成致密的结构。

在这个过程中，原料中的氧化物会发生化学反应，形成陶瓷的晶体结构。

例如，氧化铝和二氧化硅会发生反应，形成莫来石（Mullite）晶体结构：3Al2O3 + 2SiO2 → 3Al2SiO5 + O2氧化钠或氧化钾也会与其他氧化物发生反应，形成不同的晶体结构。

3. 烧结过程中的氧化还原反应：在高温下，陶瓷中的某些金属元素可能发生氧化还原反应。

例如，氧化铁（Fe2O3）可以与氧化铝（Al2O3）发生反应，生成铁铝尖晶石（FeAl2O4）：Fe2O3 + Al2O3 → FeAl2O4这些化学反应在烧制陶瓷的过程中发生，对陶瓷的结构和性质产生重要影响。

7 烧成与烧结7.1 烧成原理为制定合理的煅烧工艺，就必须对物料在烧成时所发生的物理化学变化的类型和规律有深入的了解。

但是物料烧成时的变化较所用的原料单独加热时更为复杂，许多反应是同时进行的。

一般而言，物料的烧成变化首先取决于物料的化学组成，正确的说是物料中的矿物组成。

使用不同的地区的原料，即使物料的化学组成相同，也不能得到完全相同的烧成性质。

其次，物料的烧成变化在很大程度上还取决于物料中各组分的物理状态，即粉碎细度、混合的均匀程度、物料的致密度等，因为物料的烧成是属于液相参与的烧结过程，因此物料的分散性和各组分的接触的密切程度直接影响固相反应、液相的生成和晶体的形成。

此外，烧成温度、时间和气氛条件对物料的烧成变化影响也很大。

要将这些复杂的因素在物料烧成过程中的变化上反映出来是困难的。

为研究方便本书以长石质陶瓷坯体为例进行讨论。

7.1.1 陶瓷坯体在烧成过程中的物理化学变化陶瓷坯体在烧成过程中一般经过低温阶段、氧化分解阶段和高温阶段。

1.低温阶段(由室温～300℃)坯料在窑内进行烧成时，首先是排除在干燥过程中尚未除去的残余水分。

这些残余水分主要是吸附水和少量的游离水，其量约为2～5%。

随着水分排除固体颗粒紧密靠拢，发生少量的收缩。

但这种收缩并不能完全填补水分所遗留的空间，因此物料的强度和气孔率都相应的增加。

在120～140℃之前，由于坯体内颗粒间尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅速升温，随着温度进一步提高，坯体中毛细管逐渐变小，坯体内汽化加剧，使得开裂倾向增大。

例如，当加热至120℃时，一克水占有的水蒸气容积为：22.4×(1+120/273)/18=1.79(升)。

如果坯体中含有4～5%的游离水，则100克坯体的水蒸气体积达7.16--8.95升，相当于坯体体积的155倍。

这些水蒸气主要由坯体的边角部位排出。

为了保证水分排出不致使坯体开裂，在此阶段应注意均匀升温，速度要慢（大制品30℃/时，中小制品50～60℃/时），尤其是厚度和形状复杂的坯体更应注意。

第三讲陶瓷烧成技术烧成是将陶瓷坯体在相应的窑炉中进行加热处理，使其发生一系列的物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，从而形成固定的外形并获得所要求性能的工序。

烧成时坯体将发生脱水、分解、化合等物理和化学变化，烧成后制品具有一定的机械强度及使用性能。

陶瓷烧成的窑炉主要有隧道窑、辊道窑、梭式窑等。

烧成时的温度制度、气氛制度、压力制度等与产品的质量有直接关系。

因此，烧成过程是陶瓷生产中重要的工序之一。

一、陶瓷坯体的烧成过程（一）烧成过程的阶段划分陶瓷坯体烧成时，根据不同温度区间的主要作用与主要变化反应可分为如下几个阶段（见表3-1）。

在整个烧成过程中，制品在窑内经历了不同的温度变化和气氛变化，既有氧化、分解、新的晶体生成等复杂的化学变化，也伴随有脱水、收缩、以及密度、颜色、强度与硬度的改变等物理变化。

并且这些变化总是相互交错地一起进行。

（二）影响坯体烧成时物理化学变化的主要因素影响坯体烧成时物理化学变化的主要因素主要有坯料的化学组成与矿物组成、坯料的物理状态等。

1．坯料的化学组成与矿物组成根据坯料的化学组成，可以推断坯体在烧成过程中产生膨胀或气泡的可能性，可以估计坯体的耐火度的高低，也可以推断坯体烧后的呈色等。

坯体在烧成过程中的物理化学变化与坯体的化学组成有关，但坯料的化学分析只能提供坯料性质的大致情况，不能完全说明问题的本质，因为化学分析是将泥料的化学组成用氧化物表示出来，实际上泥料的各种成分绝大部分不是以游离氧化物形式存在，而是各式各样的化合物。

更准确地说，坯体在烧成过程中的物理化学变化是取决于泥料的矿物组成。

例如高岭土和多水高岭土，它们的晶体结构基本相似，但在加热过程中的脱水反应是不相同的。

即使是同一氧化物，在两种不同的矿物组成中所起的作用也不一定相同，例如游离石英与黏土或长石中的氧化硅，其所起作用的性质就不一样。

同样是氧化硅，在以不同的晶态（石英、鳞石英、方石英）存在时，会表现出不同的特性。

复习与思考一1.材料的定义？材料是能够用以加工有用物质的物质。

2.无机非金属材料的定义？无机非金属材料是某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。

3.无机非金属材料与金属材料和有机高分子材料区别？⑴一般来说，无机非金属材料在化学组成以及化学键上与金属材料和有机高分子材料明显不同。

无机非金属材料的化学组成主要为元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质，其化学键主要为离子键或离子-共价混合键；金属材料的化学组成为单质金属元素或一种金属元素与其他元素组成的合金，其化学键为金属键；有机高分子材料是以C、H、O为主要元素和其他元素组成的聚合物其化学键为共价键。

⑵从力学性能上，金属材料有延展性，有机高分子材料有弹性，而大多数无机非金属材料却没有；从电学性能上，金属材料具有导电性，而无机非金属绝大多数是绝缘体；从结构上，金属材料有自由电子而无机非金属材料没有自由电子且具有复杂的晶体结构；金属材料抗拉强度高，而无机非金属材料抗拉强度低。

（以第一点为主）4.无机非金属的特性？具有复杂的晶体结构；没有自由电子（石墨除外）；高硬度；高熔点；较好的耐化学腐蚀能力；绝大多数是绝缘体；制成薄膜时大多是透明的；一般具有低导热性；大多数情况下变形微笑。

5.为什么金属材料有延展性，有机高分子材料有弹性，而大多数无机非金属材料却没有？金属材料有延展性是因为其含有自由电子，可以移动；有机高分子材料有弹性是因为高分子材料多为链状，可以扭曲；大多数无机非金属材料却没有是因为其化学键主要为离子键或离子-共价混合键，而共价键有方向性。

6.为什么绝大多数原料都需要破碎？无机非金属材料生产所用的主要原料，绝大多数是质地坚硬的大块状物料。

为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要进行破碎。

陶瓷烧制原理陶瓷烧制是指将陶土经过成型后，经过高温烧制而成的一种工艺。

陶瓷制品广泛应用于建筑、日用器皿、工艺品等领域，其独特的材质和艺术性受到人们的喜爱。

了解陶瓷烧制的原理，可以帮助我们更好地掌握陶瓷制作的技术和艺术特点。

首先，陶瓷烧制的原理基础是陶土的矿物成分和结构特点。

陶土主要由硅酸盐矿物组成，其主要成分是硅氧化合物。

在高温下，硅氧化合物会发生变化，形成玻璃质结构，从而使陶瓷制品具有一定的透明度和光泽。

此外，陶土中的氧化铁、氧化钙等成分也会在高温下发生化学反应，促进陶瓷制品的烧结和致密化。

其次，陶瓷烧制的原理还涉及烧制过程中的物理和化学变化。

在烧制过程中，陶土经历干燥、初烧、成熟三个阶段。

在干燥阶段，陶土中的水分逐渐蒸发，使陶瓷制品逐渐变得干燥。

在初烧阶段，陶瓷制品经过较低温度的烧制，使其表面形成一层致密的氧化膜，从而增强其抗压强度和耐磨性。

最后，在成熟阶段，陶瓷制品经过高温烧制，使其内部结构发生变化，形成均匀致密的晶体结构，从而使陶瓷制品具有较高的强度和耐用性。

此外，陶瓷烧制的原理还与烧窑的设计和操作有关。

烧窑的设计和操作直接影响着陶瓷制品的烧制质量。

烧窑的温度控制、气氛控制、升温速率等参数都需要严格控制，以确保陶瓷制品能够在高温下均匀烧结，避免出现开裂、变形等质量问题。

总的来说，陶瓷烧制的原理是一个复杂的过程，涉及到陶土的物理和化学特性、烧制过程中的物理和化学变化以及烧窑的设计和操作等多个方面。

只有深入了解陶瓷烧制的原理，才能够更好地掌握陶瓷制作的技术要领，提高陶瓷制品的质量和艺术水平。

希望通过本文的介绍，读者能够对陶瓷烧制的原理有一个初步的了解，为进一步学习和实践打下基础。

陶瓷的烧成详细分析陶瓷是一种古老而重要的材料，广泛应用于建筑、餐饮、装饰等领域。

其制作过程中的最重要的环节之一就是烧成。

烧成是指将陶瓷原料在高温下进行加热处理，使之形成坚硬、致密、耐磨的陶瓷材料。

下面将对陶瓷烧成的详细过程进行分析。

1.选择合适的陶瓷原料：陶瓷原料主要包括粘土、石英、长石等。

粘土是最重要的原料，它负责提供胶结剂，使陶瓷坯体形成。

而石英和长石则起到增强陶瓷硬度和稳定性的作用。

不同种类的陶瓷所需的原料比例有所不同，需要根据具体情况进行调整。

2.粉碎和混合：将陶瓷原料进行粉碎，使之成为细粉。

通过细粉的混合，可以获得均匀的成分分布。

混合的方式可以采用干法或湿法，具体方法视原料性质而定。

3.成型：将混合好的陶瓷原料放入模具中进行成型。

根据需要，可以采用注塑、挤压、挤出等成型方法。

不同的成型方法可以获得不同形状和尺寸的陶瓷坯体。

4.干燥：成型完成后，将陶瓷坯体置于通风良好的环境中进行干燥，以去除其中的水分。

干燥需要适度控制，过快或过慢都会对后续的烧成质量产生负面影响。

5.烧成：干燥后的陶瓷坯体放入窑炉中进行烧成。

烧成温度一般在1000℃以上，会使陶瓷原料发生多种化学反应，形成新的结构和晶相。

烧成温度和时间会影响陶瓷的性质，如硬度、耐磨性和抗冲击性等。

6.冷却：烧成完成后，窑炉的温度逐渐降低，陶瓷坯体从高温中冷却下来。

冷却的速度和方式也会影响陶瓷的性质。

快速冷却会导致烧结不充分，陶瓷易碎；而过慢的冷却则会增加制造成本。

总体来说，陶瓷烧成是一个复杂的过程，需要掌握合适的材料、调配方法和烧成条件。

只有在良好的技术控制下，才能获得质量稳定的陶瓷制品。

因此，烧成工艺是陶瓷生产中不可忽视的环节之一。

陶瓷烧成原理
陶瓷烧成是指将陶瓷原料在高温条件下进行加热处理，使其发生化学和物理改变，最终得到坚硬、致密的陶瓷制品的过程。

陶瓷烧成的原理主要涉及以下几个方面：
1. 结晶相变：陶瓷原料中的各种氧化物通过烧结作用在高温下发生结晶相变。

例如，氧化铝在高温下会转变为α-Al2O3，氯化钠会转变为氯化镁，这些结晶相变过程会使陶瓷材料的结构更加致密和稳定。

2. 高温反应：陶瓷原料与燃料或气体在高温条件下发生反应，产生新的化合物或物质。

例如，硅石与石英在高温下反应生成二氧化硅，氧化铝与氧化硅在高温下反应生成熔点较低的玻璃相。

3. 粒子烧结：陶瓷原料颗粒在高温下发生相互结合与扩散，使颗粒间的孔隙逐渐减少并最终闭合。

这种粒子的烧结过程是陶瓷制品形成的核心过程，通过颗粒间的结合，使陶瓷制品具有一定的致密性和强度。

4. 物理变化：在烧成过程中，原料中的水分和其他挥发性物质会发生蒸发，从而改变了陶瓷的结构和性质。

同时，陶瓷原料的体积也会发生变化，经过烧结后形成固体的制品。

总的来说，陶瓷烧成是通过高温作用下的化学反应、物理变化和结晶相变等多种过程，使陶瓷原料形成致密、坚硬的陶瓷制
品。

这些制品具有优异的耐高温、耐磨损、绝缘性和化学稳定性等特点，因此在各个领域得到广泛应用。

陶瓷烧成是将陶瓷原料通过高温加热处理，使其发生化学和物理变化，最终形成坚硬、耐热、耐化学腐蚀的陶瓷制品。

陶瓷烧成方式可以分为以下几种常见的方法：
1. 干燥（Drying）：在制作陶瓷制品之前，陶瓷原料需要经过干燥过程。

这一步骤旨在去除原料中的水分，防止在高温烧成过程中产生裂纹和变形。

干燥可以通过自然风干或利用干燥设备（如烘箱）进行。

2. 烧结（Sintering）：烧结是最常见的陶瓷烧成方式之一。

在烧结过程中，陶瓷制品被置于高温下，使原料中的颗粒相互结合，形成致密的陶瓷结构。

烧结温度通常接近或略高于原料的熔点，但不足以完全熔化。

烧结过程中，原料中的颗粒会发生固相反应和晶粒长大，从而增加制品的密度和强度。

3. 熔融（Melting）：某些陶瓷制品需要通过熔融过程来制作，例如玻璃和一些特殊陶瓷。

在熔融过程中，原料被加热到高温，使其完全熔化形成液态。

然后，将熔融物冷却固化，形成坚硬的陶瓷制品。

4. 包覆（Coating）：在一些特殊的陶瓷制品中，采用包覆的方式进行烧成。

这意味着在陶瓷表面涂覆一层特殊材料，如釉料。

然后，将包覆的陶瓷制品放入烧炉中进行烧成，使釉料熔化并与陶瓷表面结合，形成光滑、耐磨的表面。

不同的陶瓷烧成方式适用于不同类型的陶瓷制品和应用需求。

选择合适的烧成方式是实现所需陶瓷特性的重要因素。

在实际生产中，需要根据具体的陶瓷材料和产品设计要求选择适当的烧成方式，并进行相关工艺参数的控制。