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陶瓷的烧成——“土”与“火”的艺术——本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用PowerPoint可以跟踪演示时的即席反应,•在幻灯片放映中,右键单击鼠标•请选择“会议记录”•选择“即席反应”选项卡•必要时输入即席反应•单击“确定”撤消此框此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片,包括您的观点。主讲人:吴任平教授思考题1、何谓氧化气氛烧成,何谓还原气氛烧成,试述不同气氛烧成的产品外观有什么不同?原因何在?2、坯体在烧成过程中有那些物理变化?烧结程度可用哪些指标来衡量?3、为什么说在陶瓷生产中烧窑是关键?4、制定烧成制度的依据有哪些?烧成1、概述:烧成是陶瓷工艺的第三个重要工序。烧结是把粉末坯块加热到低于其基本组元的熔点温度以下进行保温,然后冷却到室温的热处理工艺。定义: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效果的工序。烧结现象示意图2.烧结过程在烧结过程中,烧结坯发生一系列物理、化学变化,坯块由粉末颗粒聚集体变成晶粒结合体,多孔体变成致密体,从而得到具有所需物理、机械性能的产品。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。坯体在烧结过程中会发生哪些宏观上的变化呢?问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化?陶瓷生产是一个复杂的过程,其中以由泥坯烧成至瓷器这一环节最为重要。随着温度的不断升高,坯体内部会发生一系列的物理、化学反应。其中物理反应的大小主要取决于泥料的各种组分含量,其物理反应大致有如下几种:一、重量的变化在低温阶段,坯体的失重等于排出的机械吸附水的重量,至中温阶段由于化学结晶水的排除而使坯体急剧失重。此外,由于有机物和矿物杂质的氧化与分解,也会失去一定的重量。而这些失重的多少视各种坯体的组成不同而不同,一般变化在3%~8%之间。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化?二、体积的收缩在低温阶段,由于机械吸附水的蒸发,体积有微小收缩。当到570℃时,β--石英转化为α--石英,到870℃时,a--石英又转化为a--鳞石英,这些多晶转变会使石英比重降低,从而影响到坯体的收缩,但因日用瓷中坯料石英的含量不多,因而此阶段体积变化也不大。到了900℃以后,坯体内液相逐渐形成,结晶颗料由于表面张力而互相靠拢,收缩逐渐加剧,一直烧结时收缩最大,一般日用瓷器烧成收缩在8~14%左右。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化?三、气孔率的变化气孔率由低温阶段逐渐增加,到氧化阶段末期达最高峰。以后由于液相的形成和体积的收缩而逐步降低,到达烧成温度时为最低。如温度持续升高(即发生过烧现象时)气孔率又随着坯体的膨胀而增加。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化?四、颜色的变化未烧前生坯的颜色取决于坯体中的杂质。有多量有机物存在时呈灰色,有铁质存在时呈浅黄色。烧成过程中至中温阶段结束,由于有机物都已挥发,只有铁质被氧化为Fe2O3,所以一般呈粉红色。以后经高温烧成后,如是氧化焰则呈浅黄色或红色如是还原焰则由于Fe2O3被还原为FeO并生成硅酸亚铁,所以呈泛青或白色,而发生过烧则FeO再次被氧化成Fe2O3而造成制品发黄。日用瓷中因坯料含铁量一般在0.6%以下,所以无论用氧化焰或还原焰烧成都能得到较高的白度。问题1、坯体在烧成过程中有那些物理变化?五、强度与硬度的变化低温阶段随着机械吸附水的消失,强度略有提高结晶水排除阶段则无明显变化。到了570℃石英转变时,强度则有所下降750℃以后强度才逐渐增加,此时应控制好烧成温度防止过烧。坯体在750℃以前是非常脆弱的,750℃以后,由于长石-石英玻璃质及莫来石晶体开始形成,硬度逐渐增加,在良好的烧成温度下冷却后,陶瓷器的硬度一般可达莫氏7-8级2.烧结过程坯体宏观上的变化:体积收缩、气孔减少、致密度提高,强度增加,颜色改变;烧结程度可以用坯体的:等指标来衡量;烧结是一个不可逆的过程。烧结是一个复杂的物理、化学变化过程;收缩率、气孔率、体积密度和机械强度2.烧结与烧成烧成温度: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。3、烧成制度温度制度:指升温速度、烧成温度、保温时间及冷却速度;气氛制度:氧化、还原、中性或其他气氛;压力制度:窑炉内气体的压力大小;实际生产中还要考虑窑炉加热类型、内部结构和装窑方式等因素。1)烧成制度包括的内容:2)烧成制度对产品性能的影响①升、降温速度坯体慢速升温(24~48h加热至1300℃),其抗张强度比快速升温(18h内加热到1300℃)的坯体约增加30%,并且气孔率为1.5%,快速升温则为3.0%;缓慢冷却收缩率大,相对气孔率小。2)烧成制度对产品性能的影响②烧成温度烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸、液相的组成和数量以及气孔的形貌和数量;过高的烧成温度使新型陶瓷的晶粒过大或少数晶粒猛增,破坏组织结构的均匀性,使制品的机电等性能劣化。2)烧成制度对产品性能的影响③保温时间使窑炉内部各处温度均匀;使产品(大件)内部温度均匀,同时烧结;保温能促进新型陶瓷的扩散和重结晶,过长时间的保温可使晶体过分长大或发生二次重结晶。2)烧成制度对产品性能的影响④气氛制度还原气氛对氧化物陶瓷的烧结有促进作用,在氧分压低的气氛中,如在氢气、一氧化碳、惰性气体或真空中烧成的,可得到良好的氧化物陶瓷烧结体;气氛中存在的水蒸气能促进氧化镁陶瓷坯体的初期烧结;在还原性(如氢气)、中性(如氮气)和惰性(如氩气)气氛中烧成都有利于BaTiO3陶瓷的半导体化,即有利于陶瓷材料室温阻值的降低。2)烧成制度对产品性能的影响⑤压力制度是实现气氛制度的保障,二者相辅相成;参见热压烧结。问题2:何谓氧化气氛烧成,何谓还原气氛烧成,试述不同气氛烧成的产品外观有什么不同?原因何在?在烧窑时火焰在不同时期有不同的性质。火焰的性质大致可分为三种:氧化焰、还原焰和中性焰,不同性质的火焰有不同的作用。1、氧化焰:是指燃料完全燃烧的火焰,火焰完全燃烧必须有大量空气供给,这时窑中的氧气充足,CO较少。为了使坯中水分及一切有机物都蒸发和挥发排出,使坯体得到正常的收缩,所以在烧窑过程中必须有氧化焰阶段。2、还原焰:还原焰是不完全燃烧的火焰。这时窑中所产生的一氧化碳和氢气多,没有或者极少游离氧的存在。由于还原焰能使坯体内的高价铁(Fe2O3)得到充分还原变为氧化亚铁(FeO),而变成青色,消灭瓷色发黄的现象,因此在日用瓷的烧窑过程中,多采用还原焰烧成。3、中性焰:烧中性焰时,窑内所产生的一氧化碳加氢气与进入窑中的空气化合量几乎相等,处于平衡状态,其作用是使氧化亚铁不再受氧化作用而恢复成高价铁,最后使坯体达到完全玻化的目的。但控制中性焰非常困难,常用弱还原焰代替它。4.1坯料在加热过程中的性状变化4.2烧结曲线和高温物相分析4.3制品的大小和形状4.4釉烧方法4.5坯料中氧化钛和氧化铁的含量4.6窑炉结构、容量、燃料和装窑密度4制定烧成制度的依据4.1制定烧成制度的依据一、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(差热曲线DTA、失重曲线TG、热膨胀曲线TE、ITE)。是确定升、降温速度的依据之一。20040060080010001200℃粘土石英长石线膨胀ITETEDTA热分析综合图谱4.1制定烧成制度的依据ITEDTATE-石英脱OH碳素燃烧脱吸附水-石英热塑性范围坯脆性生脆性瓷器时间14001000600200利用热分析综合图谱绘制理论烧成曲线低温阶段注意:100~150℃脱吸附水升温不能太快;500~600℃脱OH、晶型转变升、降温不能太快;二、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。4.2制定烧成制度的依据1.烧结范围宽、液相粘度大、且随温度变化小的坯料,烧成温度可以确定在烧结范围上限附近(T2);2.烧结范围窄、液相粘度小、且随温度变化大的坯料,烧成温度只能定在烧结范围下限附近(T1)三、制品的大小和形状4.3制定烧成制度的依据升温速度快时,坯体的断面形成温度梯度、坯体在膨胀或收缩过程中均产生不均匀应力,导致坯体的变形(塑性状态)和开裂(弹性状态)。坯体越厚、形状越复杂越容易变形或开裂,升温速度不能太快。四、釉烧方法4.4制定烧成制度的依据41、釉料的熔化温度与坯料的氧化分解温度相适应,中火保温防止针孔、橘釉、黑心、鼓泡等缺陷。2、冷却初期依据釉料要求确定冷却速度光泽釉——快速冷却结晶釉——结晶温度保温处理3、二次烧成高温素烧低温釉烧:釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水及氧化分解排气,素烧时不考虑釉的作用。低温素烧高温釉烧:釉烧时可以不考虑坯体的脱结构水,素烧时不考虑釉的作用。二次烧成其它优点:1)减少缺陷,提高合格率,避免浪费。2)坯体强度提高,有利于施釉、装饰3)工序的机械化。五、根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度4.5-4.6制定烧成制度的依据低铁高钛坯料(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。六、窑炉结构、容量、燃料和装窑密度窑炉结构——窑内温度的均匀性,升温速度,烧成温度。燃料种类——装烧方法,升温速度,烧成温度。容量和装窑密度——窑内温度的均匀性,升温速度。陶瓷在制造上,最重要的操作就是烧窑。因为陶瓷的制造,从选择原料到制成成品的工序很多,古人说过手七十二,方克成器,现在大概也有二十到六十左右的工序。在这些工序中,当然都各有相当的重要性,尤其是最后的烧窑操作更为重要,稍不注意就会前功尽弃,既浪费了原材料和燃料,又浪费了大量人力,在陶瓷工艺方面,就重要性来说,可以分为一烧,二土,三制作,烧窑是关键之关键。陶瓷生产上,一般的破损率及合格率大多数是在烧窑方面,由于烧窑的操作及烧成气氛不合理,造成破损而降低等级的产品百分率非常多。尤其是颜色釉的烧成,更要强调烧窑,颜色釉的烧成火焰性质、温度、烧成时间及燃料种类对颜色的呈色变化有重要影响,有人说颜色釉的烧成是一门火的艺术,也确有其道理。要最后得到陶瓷珍品,必然掌握烧窑的科学规律,闯过最后关键工序--烧窑。小结:为什么说在陶瓷生产过程中烧窑是关键?
本文标题:30陶瓷烧成
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