第八章 陶瓷烧成

陶瓷生产工艺与装备作业指导书第1章陶瓷原料准备 (5)1.1 原料的选择与处理 (5)1.1.1 原料种类 (5)1.1.2 原料性质 (5)1.1.3 原料来源 (5)1.1.4 原料处理 (5)1.2 原料的破碎与磨粉 (5)1.2.1 破碎 (5)1.2.2 磨粉 (5)1.3 原料的质量检验与配料 (5)1.3.1 质量检验 (5)1.3.2 配料 (5)1.3.3 原料混合 (6)第2章坯料制备 (6)2.1 坯料混合 (6)2.1.1 原料选择 (6)2.1.2 配方设计 (6)2.1.3 混合设备 (6)2.1.4 混合工艺 (6)2.2 坯料塑化 (6)2.2.1 塑化剂选择 (6)2.2.2 塑化工艺 (6)2.2.3 塑化设备 (6)2.3 坯料成型 (7)2.3.1 成型方法 (7)2.3.2 成型设备 (7)2.3.3 成型工艺 (7)2.3.4 成型后处理 (7)第3章陶瓷成型工艺 (7)3.1 模具制备 (7)3.1.1 模具材料选择 (7)3.1.2 模具设计 (7)3.1.3 模具加工与处理 (7)3.2 成型方法 (8)3.2.1 挤压成型 (8)3.2.2 模压成型 (8)3.2.3 滚压成型 (8)3.2.4 浇注成型 (8)3.2.5 振动成型 (8)3.3 成型设备 (8)3.3.1 挤压机 (8)3.3.3 滚压机 (8)3.3.4 浇注设备 (8)3.3.5 振动平台 (9)第4章陶瓷干燥 (9)4.1 干燥原理 (9)4.1.1 水分迁移：水分在陶瓷坯体中的迁移主要依靠毛细管作用和温度梯度引起的扩散作用。

在干燥过程中，水分从坯体内部向表面迁移，并在表面蒸发。

(9)4.1.2 蒸发：水分在陶瓷坯体表面蒸发，转化为水蒸气，散发到周围环境中。

(9)4.1.3 热量传递：干燥过程中，热量从干燥介质（如热空气）传递到陶瓷坯体，使坯体中的水分得以蒸发。

(9)4.1.4 干燥速率：干燥速率受到干燥介质温度、湿度、流速以及陶瓷坯体性质等因素的影响。

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。

陶瓷烧成工艺技术陶瓷烧成工艺技术是指将陶瓷原料经过成型、干燥等工序后，通过高温烧制，使其变为坚硬、致密、具有一定物理和化学性能的制品的过程和技术。

陶瓷烧成工艺技术主要包括烧成温度控制、烧成周期设计以及烧成气氛控制等方面。

首先，烧成温度控制是陶瓷烧成工艺中非常重要的一环。

陶瓷材料的烧成温度直接影响着制品的物理和化学性能。

过低的烧成温度无法使陶瓷材料充分熔化，从而导致制品的容易破碎和抗压强度低等问题。

而过高的烧成温度则会导致陶瓷制品变形、烧裂等问题。

因此，在烧成过程中，必须严格控制烧成温度，以确保陶瓷制品的质量。

其次，烧成周期的合理设计也对陶瓷制品的质量有着重要的影响。

烧成周期包括加热阶段、保温阶段和冷却阶段。

加热阶段是指将陶瓷原料从室温加热到烧成温度的过程。

在这一过程中，需要适当控制加热速率，避免因温度变化过快而导致制品破裂。

保温阶段是指将陶瓷制品在烧成温度下保持一定时间以使其均匀烧结的过程。

而冷却阶段则是将烧成完的陶瓷制品从高温环境中冷却下来的过程。

在这一过程中，需要逐渐降温，避免因温度变化过快而导致制品破裂。

最后，烧成气氛的控制也是影响陶瓷制品质量的重要因素之一。

烧成气氛是指在烧成过程中制造的气氛，包括氧气浓度、气氛性质等。

不同的陶瓷制品对烧成气氛有不同的要求。

例如，釉上瓷需要弱还原性的气氛，而瓷砖则需要强氧化性的气氛。

因此，在烧成过程中，需要控制燃烧炉内的气氛，并根据不同的陶瓷制品要求做出相应的调整。

综上所述，陶瓷烧成工艺技术是一门研究如何控制陶瓷材料在高温下进行烧结的技术。

通过合理设计烧成温度，烧成周期和烧成气氛，可以得到质量更加优良的陶瓷制品。

在实践中，还需要结合不同的陶瓷材料以及制品的特点，对烧成工艺技术进行进一步的优化和改进，以满足不断变化的市场需求。

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。

陶瓷烧成工艺的历史陶瓷烧成工艺的历史可以追溯到公元前5000年左右的新石器时代。

当时人们发现了使用粘土制作陶器的方法，并通过烧制使其变得坚硬，成为日常生活中常用的容器和器皿。

随着文明的发展，陶瓷烧成工艺逐渐成为独特的艺术形式，在不同国家和地区形成了各具特色的陶瓷文化。

在中国，陶瓷的烧成工艺源远流长。

早在新石器时代的仰韶文化和龙山文化时期，人们就开始使用简单的手工制陶技术。

到了商周时期，出现了使用轮盘制陶的技术，使陶器的制作更为规范化和效率化。

在宋代，中国的瓷器工艺达到了巅峰，成为世界各地皇宫和贵族收藏的珍品。

瓷器的烧成主要包括釉下彩、五彩烧和青花烧等不同的工艺。

釉下彩是将不同颜色的彩料直接涂在瓷器表面，然后用高温烧制，使彩料与胎体完全融合。

五彩烧是在釉下彩的基础上，添加更多的颜色和纹饰，创造出更为丰富的艺术效果。

青花烧则是在白瓷的表面上绘制青花纹饰，形成独特的艺术风格。

在欧洲，瓷器的烧成工艺起初受到中国的影响，但随着贸易的发展和技术的进步，欧洲开始发展自己的瓷器工艺。

最早的陶瓷工艺中心可以追溯到意大利的佛罗伦萨和威尼斯等地。

随后，荷兰、法国、英国和德国等国家也相继形成了自己独特的瓷器烧成工艺。

在日本，陶瓷的烧成工艺起源于公元7世纪的飞鸟时代。

日本的陶瓷工艺主要包括烧制白瓷、青瓷和黑瓷等不同类型。

其中，白瓷主要以清水寺瓷和繁盛寺瓷为代表，青瓷则以利休瓷、九谷瓷和石州瓷等为代表，黑瓷则以唐津瓷和越前瓷为代表。

日本的陶瓷工艺注重自然的简约美，以及富有禅意和茶道文化的特点。

除了东亚和欧洲，印度、伊朗、埃及和阿拉伯等地也有悠久的陶瓷烧成工艺历史。

这些地区的陶瓷工艺有着浓厚的地方特色和文化内涵。

例如，印度的陶瓷工艺以图案的多样性和色彩的丰富性而闻名，伊朗的陶瓷工艺则以民间艺术和蓝色的花纹为特色。

随着工业化和科技进步的发展，传统的手工制陶工艺逐渐被机械化和自动化的生产方式所取代。

然而，传统的陶瓷烧成工艺依然具有独特的魅力，吸引着许多艺术家和收藏家的关注。

实验5.5 陶瓷高温烧成1 目的意义1.1 意义烧成是通过高温处理，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。

陶瓷烧成是制备陶瓷材料最重要的工艺步骤之一。

1.2 目的① 进一步了解陶瓷烧成温度和温度制度对材料性能的影响；② 掌握实验室常用高温实验仪器、设备的使用方法；③ 通过实验学会分析材料的烧成缺陷，制定材料合理的烧成温度制度。

2 基本原理陶瓷材料在烧成过程中，随着温度的升高，将发生一系列的物理化学变化。

例如，原料的脱水和分解，原料之间新化合物的生成，易熔物的熔融等。

随着温度的逐步升高，新生成的化合物量不断变化，液相的组成、数量及粘度也不断变化，坯体的气孔率逐渐降低，坯体逐渐致密，直至密度达到最大值，此种状态称为“烧结”。

坯体在烧结时的温度称为“烧结温度”。

陶瓷材料的烧结过程将成型后的可密实化的粉末，转化为一种通过晶界相互联系的致密晶体结构。

陶瓷生坯经过烧结后，其烧结物往往就是最终产品。

陶瓷材料的质量与其原料、配方以及成型工艺、陶瓷制品的性能、烧结过程等有很大关系。

因此，一般建筑卫生瓷的烧结除了要通过控制烧结条件，以形成所需要的物相和防止晶粒异常长大外，还要严格控制高温下生成的液相量。

液相量过少，制品难以密实；液相量过多，则易引起制品变形，甚至产生废品。

烧结后若继续加热，温度升高，坯体会逐渐软化(烧成工艺上称为过烧)，甚至局部熔融，这时的温度称为“软化温度”。

烧结温度和软化温度之间的温度范围称为“烧结温度范围”。

3 实验器材①坩埚钳，石棉手套、护目镜；②高温电阻炉(最高温度1350℃±)；③垫砂(煅烧SiO2或A12O3粉)。

④坯料：高岭土、滑石、长石、化学试剂等4 实验步骤① 试样制备：参见实验九；② 按编号将试样置人高温炉内。

装炉时，试样与炉底间以煅烧过的石英粉或A12O3粉隔离。

试样之间的距离为10mm。

③ 检查电炉正常后，开始按设定的升温曲线加热(烧结温度按照实验五计算结果)，按预定的温度保温后取样。