陶瓷材料1028 - 图文

陶瓷材料

分类依据：吸水率。吸水率，反映陶瓷瓷胎气孔率的大小。 吸水率=（陶瓷胎体吸水后-陶瓷胎体干重）*100%

陶瓷胎体干重

举例：“陶瓷砖”按吸水率可分为五大类：

GB／T4100.1-1999 干压陶瓷砖—第1部分 瓷质砖 E ≤ 0.5 %

GB／T4100.2-1999 干压陶瓷砖—第2部分 炻瓷砖 0.5% < E≤3 % GB／T4100.3-1999 干压陶瓷砖—第3部分 细炻砖 3% < E≤6 % GB／T4100.4-1999 干压陶瓷砖—第4部分 炻质砖 6% < E≤10%

GB／T4100.5-1999 干压陶瓷砖—第5部分 陶质砖 E >10 %

陶瓷的发展与进步。陶瓷的发展经历了四个时期三个飞跃。四个时期：无釉陶器时期，原始瓷器时期，透明釉时期，半透明胎时期。三个大的飞跃：釉陶的出现为第一大飞跃（商代）；

不透明釉到透明釉为第二大飞跃（北宋）（汝、定、官、哥、均）；不透明胎到半透明胎为第三大飞跃（景德镇）。

1、原料的分类与作用

根据工艺特性分：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性），熔剂性原料。根据用途分：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。根据矿物组成分：粘土原料，硅质原料，长石原料，钙质原料，镁质原料。根据原料的获得方式分：矿物原料，化工原料。

原料是基础。传统陶瓷制品所用原料多为天然矿物原料；陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料的种类有关。瓷胎结构决定了陶瓷制品的性能，而瓷胎结构则则是由原料的种类和工艺决定。因此，原料的合理选择十分重要。

主要氧化物在坯料中的作用：

SiO2：主要由石英引入，也可由粘土，长石引入。是成瓷的主要成分。部分 SiO2与Al2O3在高温下生成莫来石；部分SiO2以残余石英形式存在，这是构成瓷体的骨架，提供瓷体的机械强度。 部分SiO2与碱性氧化物在高温下形成玻璃体，使坯体呈半透明性。 注意： SiO2含量高，热稳定性差，易于炸裂。工艺过程不易控制。

Al2O3 主要由粘土，长石引入，成瓷的主要成分。部分熔于莫来石中，部分与碱性氧化物形成玻璃体。相对提高Al2O3含量，可提高白度，热稳定性，化学稳定性，和机械强度。工艺过程： Al2O3含量高，烧成温度高； Al2O3含量低，烧成时易变形。

K2O 、Na2O 主要由长石（瓷土）引入。与Al2O3 SiO2形成玻璃相。 助熔作用， K2O 、 Na2O含量过高（>５％），急剧降低烧成温度， 热稳定性大大降低，一般控制含量在５％以下。可提高白度。

配方计算：从化学组成计算实验式

若知道了坯料的化学组成，可按下列步骤计算成为实验式。

1）若坯料中的化学组成包含有灼减量成分，首先应将其换算成不含灼减量化学组成； 2）以各氧化物的摩尔质量，分别除各该项氧化物的质量分数，得到各氧化物的物质的量n（mol）；

3）以碱性氧化物或中性氧化物总和，分别除各氧化物的量，即得到一套以碱性氧化物或中性氧化物为1 mol的各氧化物的数值；

4）将上述各氧化物的量按RO ·R2O3·RO2的顺序排列为实验式。

组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 总计 % 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100

从化学组成计算实验式

条件 分子量

0.0872 K2O 目标 0.1224 Na2O 0.9795 AL2O3 0.0205 Fe2O3 4.232 SiO2 0.0823 CaO 0.0319 MgO

从化学组成计算实验式 计算步骤：

1） 化学组成含灼减成分时，换算为不含灼减的化学组成。2） 计算各氧化物的摩尔数， 既是各氧化物的质量百分数除以各氧化物的摩尔质量。3）计算各氧化物的摩尔数值，既是各氧化物 摩尔数除以碱性氧化物或中性氧化物摩尔数的总和，得到一套以碱性氧化物（常用于釉式）或以中性氧化物（多用以坯式）为1 的各氧化物的数值。4）将各氧化物的摩尔数值按RO·R2O3·RO2的顺序排列为实验式。

例1：瓷坯的化学组成为（表 2—1）求瓷坯的实验式

组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 总计 % 63.37 24.87 0.81 1.15 0.32 2.05 1.89 5.54 100

? 解：

① 将该瓷坯的化学组成换算为不含灼减的化学组成百分数（表2—2）

组成 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计

% 67.09 26.33 0.8575 1.217 0.3388 2.170 2.001 100

? ② 将各氧化物百分数除以各氧化物的摩尔质量，得到各氧化物

的摩尔数（表2-3）

摩尔数 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O

mol 1.1600 0.2583 0.0054 0.0217 0.0084 0.0230 0.0323

? ③ 将中性氧化物的摩尔总数算出：

0.2583+0.0054 = 0.2637

? ④ 用0.2637分别除各氧化物的摩尔数，得到一套以R2O3系数为

1的各个氧化物的系数：表2-4。 表 2-4

氧化物 SiO2 AL2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O

系 数 4.232 0.9795 0.0205 0.0823 0.0319 0.0872 0.1224

? ⑤ 将所得的氧化物的系数按规定的顺序排列，得实验式：

0.0872 K2O

0.1224 Na2O 0.9795 AL2O3

0.0823 CaO 4.232 SiO2 0.0319 MgO

0.0205 Fe2O3

由实验式计算化学组成

组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总和 % 66.09 27.29 0.78 1.364 0.1099 3.081 1.301 100.00 目标 没有烧失量 分子量 条件 0.088 CaO 0.010 MgO 0.928 Al2O3 4.033SiO2 0.077 Na2O 0.018 Fe2O3 计算步骤：

1）实验式中各氧化物的摩尔数分别乘以各该氧化物的摩尔质量，得到氧化物的质量。

2）计算各氧化物的质量之和。3）分别用各氧化物的质量除以各氧化物质量之和，得到各氧化物所占质量的百分数。

例 2：某瓷胎实验式为： 0.088 CaO

0.010 MgO 0.928 Al2O3 4.033SiO2 0.077 Na2O 0.018 Fe2O3 0.120 K2O

试计算瓷胎的化学组成。

? 解：①计算各氧化物的质量及总和：表2-5

氧化物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总计

质 量 242.4 100.1 2.875 4.937 0.403 11.3 4.747 366.8

? ②计算各氧化物所占质量百分数（即各氧化物化学组成）表2-6

组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 总和

% 66.09 27.29 0.78 1.364 0.1099 3.081 1.301 100.00

作业1：某瓷胎实验式为：

0.086 K2O

0.120 Na2O 0.978 Al2O3 4.15SiO2

0.022 Fe2O3 0.082 CaO 0.030 MgO

试计算瓷胎的化学组成。 解：列表计算结果：

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O

K2O

坯式中分子数 4.15 0.978 0.022 0.082 0.030 0.120 0.086

分子量 60.1 102 160 56.1 40.3 62 94.2

氧化物重量 249 99.76 3.52 4.59 1.20 7.44 8.08

其重量和 373.59 各氧化物重量百分比 (％)

=66.67 26.65 0.91 1.25 0.33 2.00 2.15 所以所求坯式化学组成为 (％)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O 66.67 26.65 0.91 1.25 0.33 2.00 2.15

坯料的成型

成形定义：对制备好的坯料，通过一定的方法和手段，迫使坯料发生形变，制成具有一定形状大小坯体的工艺过程称为成形，其中所用的方法或手段叫做成形方法。

成型方法分类

干燥与脱脂

干燥的定义：排除坯体中水分的工艺过程称为干燥。

通过干燥处理，坯体失去可塑性，具有一定的弹性与强度。随着温度的提高，含水量降低，坯体的抗折强度逐渐提高，一旦超过40 ℃ ，强度急剧上升；但干燥温度超过250 ℃ ，强度也会有所下降。

坯体成形含水率：

注浆法：30％～35％；可塑法：15％～26％； 压制法：3％～14％ ；等静压法：1％～3％。 坯体中水分的种类：化学结合水；吸附水；自由水（通过干燥排除）

干燥的目的：排除坯体中的水分，同时赋予坯体一定的干燥 强度，满足搬运以及后续工序（修坯、粘结、施釉）的要求。减少烧成开裂，节省燃料消耗。保证釉面质量。 一、干燥原理

1、坯体中所含水分的类型及其结合形式。

陶瓷坯体多为毛细孔物体，按其所含水分的结合特性，可分为化学结合水、大气吸附水和自由水等三大类。

1）化学结合水即物料矿物分子组成内的水分，故又称结构水，在干燥过程中不能除去。 2）大气吸附水指存在于物料内直径小于10-4 mm毛细管中、胶体颗粒表面及纤维皮壁所含的水份，这种吸附、渗透和结构水分与物料呈物理化学状态结合，它所产生的蒸汽压小于液态水在同温度时的蒸汽压，故又称物理化学结合水。干燥时较难除去。

3）自由水指存在于物料表面的润湿水份、孔隙中的水分以及直径大于10-4 mm毛细管中的水分。这种水分于物料间的结合力很弱，属机械混合，这是干燥的主要任务。

坯体所含水分与周围空气（外界条件）达到平衡状态，即坯体表面上的水蒸汽分压与周围空气中的水蒸汽分压相等时的大气吸附水称为平衡水。干燥工艺的处理对象是自由水。排除自由水的过程坯体体积发生收缩；而排除大气吸附水时，不发生收缩，不会产生应力。

二、干燥过程

升速阶段 等速阶段 降速阶段

1

介质温度

B

A

2 3

C

D

1—坯体含水率 2—干燥速度 3—坯体表面温度

时间

干燥过程各阶段的特征： R →A 升速干燥阶段

温度—逐渐升高至干燥介质湿球温度TA。干燥速度—由室温升至最大，蒸发表面水分。 吸热：蒸发水分，提高坯体温度。 收缩：很小。

A → B等速干燥阶段

表面温度—不变，干燥速度—保持衡定，内扩散速度等于外 扩散速度。

吸热：全部用于蒸发水分。

收缩：较大，相当于成份水分的体积 B → C降速干燥阶段

表面温度—升高至介质温度。干燥速度—逐渐减小至零，与介质达到平衡。 吸热:蒸发水分，提高坯体温度。 收缩:基本不收缩。 C → D平衡阶段

坯体与介质达到平衡状态，干燥过程完成。

三、干燥收缩与变形 收缩与变形的原因

干燥? 颗粒表面自由水膜变薄? 颗粒之间靠近? 发生收缩?坯料部分颗粒的取向性排列?收缩的各向异性?产生内应力

内应力大于塑性状态屈服值时?变形；内应力大于塑性状态的破裂值或弹性状态抗拉强度时?开裂

四、干燥制度的确定

干燥制度：确定干燥制度时，是由干燥速度；干燥介质湿度与温度；干燥介质流速与流量 影响干燥速度的因素：外扩散和内扩散

干燥过程中的水分扩散主要是通过坯体内扩散和外扩散排除水分。外扩散是坯体水份向介质移动的过程，外扩散的动力是坯体表面水蒸汽压与周围介质的水蒸汽分压之差。内扩散是坯

体内部水份移至表面的过程，主要借助于扩散渗透力和毛细管的作用力，服从扩散定律。 其它因素

1）干燥方式； 2）坯体厚度和形状 3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。

釉料及装饰

一、釉的作用、特点及分类 1、 釉的作用

釉：指的是附着陶瓷在坯体表面的玻璃状或玻璃与晶体的连续粘着薄层。 施釉的目的：改善坯体表面性能，提高产品的使用性能，增加美感。 2、釉的特点

与玻璃相似的物理、化学性质：

各向同性，无固定熔点，具有光泽，硬度大，耐酸、碱腐蚀（氢氟酸、热碱除外）。 与玻璃的不同之处：

（1）显微结构：玻璃相为主，还有少量晶相、气泡。

（2）釉不单纯是硅酸盐，还常含有硼酸盐、磷酸盐及其它。 （3）含较多的Al2O3。既可改善性能，又可提高熔融温度。 （4）熔融温度范围宽。 （3）坯釉中间层的形成

釉附着在坯体表面，在烧成过程中，必然与坯相互作用。一方面釉中碱性组分通过溶解和渗透不断向坯中扩散；另一方面坯中组分也逐渐向釉熔体中迁移。其结果是坯、釉之间形成一个中间层，厚度一般为15~20um。

1）坯、釉间的反应及中间层的形成对坯、釉适应性的影响

a. 降低釉的膨胀系数，消除釉裂釉中碱性成份渗入坯中，坯中铝硅成份渗入釉中的结果。 b. 若中间层生成与坯体性质相近的晶体则有利于坯、釉结合 c. 釉料熔解坯体表面，使接触面粗糙，增加釉料的粘附能力 2）影响中间层发育的主要因素

a. 坯、釉料的组成相差大，反应剧烈，有利于中间层的生成。 b. 烧成制度，烧成温度高，保温时间长，有利于中间层的形成。 c. 釉料的细度和厚度细，适当薄，有利于中间层的形成

（4）釉层的厚度。薄釉层坯釉结合性好，薄釉层在锻烧时组分的改变比厚釉层相对大，釉的膨胀系数降低也多，使坯釉膨胀系数相接近，釉层厚度愈小，釉内压应力愈大，而坯体中张应力愈小，有利于坯釉结合。同时中间层相对厚度增加，故有利于提高釉的压应力，使坯釉结合良好。

釉层厚度对釉应力的影响

注意：釉层太薄，容易发生干釉现象. 一般 透明釉厚度为0.1～0.2mm；乳浊釉、色釉0.2～0.4mm。

吸湿膨胀对坯釉适应性的影响：

气孔——吸水：陶瓷产品（多孔陶瓷）胎体会吸附水分和可溶性盐类 吸湿膨胀 胎体会膨胀而釉层一般不随之膨胀，使釉层承受压应力可逐渐变成张应力。若超过中间层的缓冲及抗张强度，则引起釉面开裂 即精陶的后期龟裂。 三、 确定釉料组成的原则

首先，要考虑制品对釉层性能的要求，如透明、乳浊、光泽、硬度等。其次，坯体类型与组成和烧成工艺（一次烧成、二次烧成、烧成温度、烧成温度范围、烧成气氛等）。 1. 釉料组成要适应坯体性能及烧成工艺要求： 1）釉的熔融性质

2）坯、釉的膨胀系数、弹性模量相适应

3）坯、釉的化学组成相适应，有一定差别，但不宜过大，以形成稳定的中间层。

2. 釉料对釉下彩、釉中彩不致溶解或使其变色；3. 综合考虑原料对制釉过程、釉浆性能、釉层性能的作用、影响，合理选用原料；4. 熔块釉的配制。 配制原因：（1）易溶于水的Na2CO3、 K2CO3、硼酸、硼砂等原料，施釉过程中易被坯体吸收，降低坯体烧结温度，提高釉的成熟温度；（2）一些有毒原料（铅的化合物、钡盐、锑盐等），易使人中毒。 熔块釉的配制原则：

（1）熔块中的 (RO2+R2O3)的摩尔数/(R2O+RO)摩尔数 =1:1~3:1，可避免因熔制温度太高而使PbO、B2O3及碱性成分大量挥发；（2）以化工原料引入的Na2O、K2O和含硼化合物均应配于熔块中；（3）熔块中的 (Na2O+ K2O)摩尔数应小于其它碱性氧化物之和，这时熔块才不致溶于水中；（4）含硼熔块中SiO2/B2O3应≥ 2：1，以降低熔块溶解度；（5）熔块中Al2O3的摩尔数应≤ 0.2，以防熔体粘度大，熔化不透。

装饰

装饰方法：釉上装饰；釉下装饰；釉中装饰；釉层装饰；坯体装饰；综合装饰。

1、釉上装饰： 在烧成后的制品上进行彩饰加工的方法。通过彩绘、贴花等方法加彩后，进行低温烧成（750-850），获得丰富多采的效果。由于颜料固定在制品釉的表面，没有固定的保护层，画面容易磨损变色，铅的溶出对人有害。手工彩绘，贴花，喷花，印花，热喷涂，彩色镀膜。

2、釉下装饰：在生坯或素坯上加彩后，施以透明釉经高温1200度一次烧成的装饰方法。 其特点是色料与坯料在高温下同时烧成，色料渗透于坯体中，使图案光泽滋润、表面光滑、

色泽晶莹艳丽、有釉层的保护。手工彩绘，贴花，印花。 有“看得见，摸不着，永不褪色”之神秘感

3、釉中装饰：在釉坯或烧成制品的釉面上加彩后，高温（1100-1250）一次烧成使装饰图案渗入釉层中的方法。

高温快烧工艺：采用的是高温快速原料，解决了铅溶出问题，有了保护层，画面耐酸碱。 丝网印花，喷彩，贴花。 4、釉层装饰

通过改变整个釉层的色泽，结构形式、物理性能而达到彩饰效果。透明釉、无光釉、结晶釉、裂纹釉、乳浊釉、颜色釉、艺术釉。 5、坯体装饰

色料已以不同的方式加入坯料中，使坯体全部、局部或按一定的图案着色，以达到装饰效果。色坯、压花、辊花、浮雕、渗花、化装土磨光。 施釉方法 1、浸釉

浸釉是将坯体浸入静止的釉浆中，然后迅速提起。适合于日用瓷及其它小件制品。 2、荡釉

是将釉浆舀入空心坯件之内，然后摇荡坯件，使釉浆上下、左右流动而涂敷于坯件的内表面。适合于空心制品。 3、浇釉

是利用浇洒的方法，把釉浆浇于坯件之上。适合于大件制品。 ４、刷釉

是用毛笔蘸取釉浆途刷于坯体之上。适合于同一坯体上施几种不同的釉或用于补釉。 ５、喷釉

是利用压缩空气将釉浆雾化于坯体的表面。适合于薄壁、易碎的高档制品、釉下彩装饰的制品。

陶瓷的烧成

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。表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高. 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1/3-1/4，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。 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。

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错进行的过程。可以将日用陶瓷的烧成过程分为四个阶段。

1、坯体水分蒸发期（室温-300 ℃ ）

坯体在这一阶段主要任务是排除干燥后的残余水。控制坯体入窑水分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1%以下。因为温度高于120 ℃时坯体内部的水分发生强烈汽化。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。在这一阶段，坯体强度变化很小，无化学变化 2、氧化分解与晶型转变期（300-950 ℃ ）

在这一阶段，坯体内部发生较复杂的物理化学变化：粘土和其它含水矿物排除结构水： Al2O3·2SiO2 · 2H2O → Al2O3·2SiO2 · 2H2O + 2H2O↑（500～700 ℃） 3MgO · 4SiO2 ·H2O → 3(MgO · SiO2)+SiO2 + H2O↑(900 ℃)

碳酸盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化；石英晶型转变。化学变化：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。 碳酸盐的分解

? CaCO3→CaO+CO2 ↑ 850~1000 ℃ ? MgCO3 → MgO+CO2 ↑ 500~850 ℃

? 4FeCO3 → 2Fe2O3+3CO2 ↑ 800~1000 ℃ ? MgCO3.CaCO3 → CaO+MgO+CO2 ↑ 730~950 ℃ 碳素、有机物和硫化物的氧化

? 氧化反应和反应温度如下：

? C有机物+O2 →CO2 ↑ 350 ℃以上 ? C碳素+O2 → CO2 ↑ 600 ℃ ? FeS2+O2 → Fe+SO2 ↑ 350-450 ℃ ? 4FeS+7O2 → 2Fe2O3+4SO2 ↑ 500-800 ℃ 石英的晶型转变和少量液相的形成

? 石英在573 ℃的晶型转变（β-石英→ α石英），伴有0.82%的体膨胀。

? 在K2O-Al2O3-SiO2系统中，在920 ℃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。

3、玻化成瓷期（950 ℃ -烧成温度）

（1）在1020 ℃前继续氧化分解反应，排除残留结构水 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，在坯体周围有一层气膜，妨碍氧气继续向坯体内部渗透，从而使坯体气孔中的沉碳难以烧尽。800 ℃以前水分排除3/4，1000 ℃以上能排除。 （2）硫酸盐的分解和氧化铁的还原与分解

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1300 ℃以后进行。具体情况如下： MgSO4→MgO+SO3↑ 900℃以上

还原焰下 CaSO4→CaO+SO3↑ 1250-1370℃

1080～1100 ℃Na2SO4→Na2O+SO3↑ 1200-1370℃

Fe2O3 →FeO+O2 ↑ 1250-1370℃

Fe2O3+CO →FeO+CO2↑1000～1100℃ 还原焰 （3）形成大量液相和莫来石晶相

长石—石英—高岭土三组分瓷，随着温度的升高，高岭石在925 ℃左右经过放热反应，生成铝硅尖晶石开始转化为莫来石（3Al2O3?2SiO2），非晶态二氧化硅转化为方石英。

长石约在1170 ℃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分混合物中，约在1000 ℃莫来石开始形成。 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莫来石的生成。另一方面，由于K2O与Na2O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的针状莫来石。这两种莫来石有明显的区别，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；由长石熔体形成的针状莫来石称为二次莫来石。

（4）石英溶解、莫来石重结晶和坯体烧结及坯釉中间层形成

在1200 ℃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、石英等将形成更多的低共熔物，使坯体中液相量大为增加。坯体中各成分发生反应，釉中各成分发生反应，坯釉接触面也发生物理和化学反应形成坯釉中间层。物理变化就是坯体气孔率迅速下降，力学性能提高，具有光泽和半透明感。大量液相对坯体的成瓷作用表现在两个方面：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，导致大晶粒尺寸进一步长大。 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。 4、冷却阶段

冷却初期，即由烧成温度冷却至800 ℃ ，这是冷却过程的重要阶段。 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，导致机械性能下降; 釉层细晶失透；低价铁重新氧化。冷却中期，由800-400 ℃ ，这是冷却的最危险的阶段。 主要变化，由塑性变为固态。残余石英的晶型转变（573 ℃ ），在573℃α-石英转变为β-石英，体积收缩0.82%。必须缓慢。冷却过快：产生较大的结构应力; 内部和表面出现较大的热应力。冷却后期400 ℃ -室温。针对陶和瓷采取不同降温措施。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，可能有以固体状态存在的方石英。冷却时要特别注意。270℃时，α-方石英转变为β-方石英，体积收缩2.8%。物理变化：800开始坯釉中液相有塑性状态转变为固态结构变化产生一定应力。

三、最佳烧成制度的确定 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，而压力制度是保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度进行烧成。 制定烧成制度的依据：

（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。

（3）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。 （4）以相似产品的成功烧成经验为依据。

（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参数。 1、各阶段的升温速度

（1）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率、致密度、厚度和窑内实际温度以及装坯量。入窑水分1%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坯体，水份排除困难，在温差大时更应慢速升温

（2）氧化分解与晶型转化期（300~950 ℃ ）

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（400~600 ℃ ）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化。 较多高岭石粘土的坯体不能升温太快。 隧道窑控制在80~150 ℃ 。

（3）玻化成瓷期（950 ℃ ~烧成温度）

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，因而升温速度应慢而均匀。 2、烧成温度（止火温度）与 保温时间的确定 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。

气孔率和烧成收缩率与温度的关系 1—线收缩曲线 2—显气孔率曲线

坯体随着温度升高，950 ℃以后显气孔率急剧降低，收缩增大并趋向致密。这一开始剧烈变化的温度称为开始烧结温度。

当气孔率接近零时，坯体致密度达到最大，这种状态成为“烧结”。相应的温度称为“烧结温度”。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“过烧”。 通常把烧结开始过烧软化的温度区间称为“烧结温度范围”。 2、烧成温度（止火温度）与 保温时间的确定

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间保温烧成。

高火保温，其目的是缩小窑内各处及制品内外的温差，是坯内的物理化学变化更加完全，坯体组织趋于均一。

3、冷却速度，800 ℃以上坯内液相还处于塑性状态，故可进行快速冷却。这样既可防止液相析晶、晶体长大及低价铁的氧化，又可提高制品的机械强度、白度及釉面光泽度。急冷时

的降温速度一般控制在150~300 ℃ 。800 ℃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，需要缓慢冷却。冷却速度一般在40~70 ℃ 。至400 ℃以下，热应力变小，又可以较快速度冷却，降温速度可达100 ℃以上。但对含大量方石英的陶器制品，在晶型转化温度下仍需缓慢冷却。

素烧温度曲线

釉烧温度曲线

隧道窑烧成陶瓷的温度曲线

1-窑顶温度曲线 2-设计温度曲线 3-车面温度曲线 4-车面温度曲线

4、升、降温速度对产品性能的影响

普通陶瓷坯体在快速加热时的收缩要比缓慢加热的小，因为快速烧成时，熔体为粘土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间以发挥其表面张力的最大效果。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。

几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系A

坯体名称 75%Al2O3 滑 石 瓷 金 红 石 瓷 钛 酸 钙 瓷 抗折强度（MPa） 急冷（400℃/分） 357-408 184-224 285-327 153-255 缓冷（15 ℃/分） 204-285 143-163 122-143 133-184 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。 （二）、气氛制度及控制

普通陶瓷根据坯料性能不同，烧成时可采用氧化气氛、中性气氛或还原气氛。按烧成时的焰性也称作氧化焰、中性焰和还原焰。 氧的含量8-10%，强氧化焰 4-5%，普通氧化焰，1-1.5%中性焰，一氧化碳1.5-2.5%，弱还原焰，2.5-7%强还原焰。 1、各阶段的气氛要求

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。坯体水分蒸发期（室温~300 ℃ ）对气氛没特殊要求。在氧化分解与晶型转变期（300~950 ℃ ），为使坯体氧化分解充分，要求氧化气氛。在玻化成瓷期，（950 ℃ ~烧成温度），陶器、炻器均应采用氧化气氛烧成。

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点。 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。一般确定釉始熔前150 ℃左右的温度为转换温度。 （二）、气氛制度及控制

强还原转弱还原的温度也很重要。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焰效果较好。强还原必须在釉料开始熔融时（或釉层始熔后10~20 ℃ ）结束。并及时转换为弱还原气氛，转换温度约在1200 ℃左右。

隧道窑烧成瓷器温度曲线

1-氧化气氛 2-强还原气氛 3-还原气氛 4-中性气氛 5-氧化气氛

2、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，改变其体积变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至影响相组成等，最终得到不同性质的产品。 （1）.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，会使它们在烧结温度、最大烧成收缩、过烧膨胀率、线收缩速率和釉面质量等方面都有所变化。 1）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气氛中低。

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FeO存在， Fe O比Fe2O3的助熔能力强，与SiO2生成低熔点的硅酸盐玻璃（FeSiO3）。液相的表面张力较在氧化气氛下提高20%左右，这就促进了坯体能在较低的温度下烧结并产生较大的收缩。

2)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在还原气氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气氛中要小的多， 但加入膨润土后反而大。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Fe2O3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40 ℃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，所以还原气氛中过烧膨胀值较小。加膨润土的长石质坯在还原气氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气氛中要大的多

产生这种现象的主要原因是：坯料中含铁量不高，但彭润土对碳素的吸附性很强，在还原气氛中烧成的坯体容易吸附碳素。这些碳素的氧化要推迟到烧成末期，当过烧40 ℃时，由于碳素的氧化和少量Fe2O3的分解，就使过烧膨胀十分显著 。而在氧化气氛中加热有助于在瓷化前烧尽碳素，过烧40 ℃虽有少量Fe2O3分解，过烧膨胀也不明显。 3) 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。

4) 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。b.还原气氛使氧化硅和一氧化碳还原。 在还原气氛中，坯釉的Fe2O3绝大部分被还原为FeO在较低的温度下与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。但对含钛量较多的坯料则应避免还原烧成，否则部分TiO2变为蓝紫色的Ti2O3,有时还生成黑色FeO.Ti2O3尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而加深了铁的着色作用。还原气氛在一定温度下也可能使SiO2还原生成气态的SiO。在较低温度下也会按2SiO→SiO2+Si分解。Si在陶瓷制品中会形成黑斑。 2CO→ CO2+C分解。CO的分解速度在800 ℃以上才比较明显。因此在还原气氛中，很可能在坯釉中析出碳而形成黑斑，继续升温将形成坯泡、釉泡和针孔。

我国北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火粘土，含铁较少而含氧化钛、有机物较多，坯体粘性和吸附性较强，适宜用氧化气氛烧成。南方制瓷原料大多采用原生高岭土和瓷石，含铁量较多而含氧化钛、有机物较少，粘性和吸附性较小，适宜用还原气氛烧成。 （三）压力制度及控制

压力制度起着保证温度和气氛制度的作用。

五、 低温烧成与快速

1、低温烧成与快速烧成的作用 （1）低温烧成与快速烧成的含义

一般来说，凡烧成温度有较大幅度降低（如降低幅度在80～100℃以上者）且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。

快速烧成指的是产品性能无变化，而烧成时间大量缩短的烧成方法 （2）低温与快烧的作用 1）节约能源

烧成温度对燃料消耗的影响，可用下式表示F=100-0.13（t2-t1） 式中 F为温度t1时的单位燃耗与温度t2时的单位燃耗之比，（%）。 2）充分利用原料资源

促进新型陶瓷原料的开发利用 3）.提高窑炉与窑具的使用寿命 4）.缩短生产周期、提高生产效率

5）.低温烧成，有利于提高色料的显色效果，丰富釉下彩和色釉的品种。

6）.快速烧成可使坯体中晶粒细小，从而提高瓷件的强度、改善某些介电性能。 并非任何品种都值得采用低温烧成或快速烧成。 2、降低烧成温度的工艺措施

1）调整坯、釉料组成；2）提高坯料细度；3、快速烧成的工艺措施

坯、釉料能适应快速烧成的要求

坯料：1）干燥收缩和烧成收缩均小；2）坯料的热膨胀系数要小，最好它随温度的变化呈线性关系；3）希望坯料的导热性能好；4）希望坯料中少含晶型转变的成分

釉料：釉的始熔温度较高，高温粘度小且随温度变化大。另外，减少入窑坯水分，提高入窑坯温度；控制坯体形状、大小和厚度；窑炉温差小保温好；窑具耐火度较高、热稳定性好。

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