10陶瓷烧成

原因：
氧化气氛下坯料中的Fe2O3仍主要以Fe2O3的形式存在，还 原气氛下坯料中的Fe2O3主要以FeO的形式存在；
FeO比Fe2O3的助熔能力强。
（3）气氛对瓷坯颜色、透光度及釉面质量影响
氧化气氛烧成后，瓷坯发黄。 还原气氛烧成后，瓷坯呈淡青色。
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。
(二)坯体形状、厚度、大小和入窑水分
坯体形状复杂，厚度大，规格尺寸大，入窑水分
高——应缓慢升降温或适当保温
建筑陶瓷？
卫生陶瓷？
日用陶瓷？
原因：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）。
(三)烧成方法 一次烧成/二次烧成
烧成制度
气氛制度（升温的高温阶段的气氛要求） （氧化、中性、还原）
压力制度（对窑内压力的调节）
二 制定烧成制度的依据
(一)坯体在加热过程中的物理化学(性状)变化
▲ 相图和综合热分析（膨胀收缩、多晶转变、 化学反应等） ▲ 测定烧结曲线和性能 ▲ 显微结构分析（SEM、TEM）和物相分析
注意：在坯体出现剧烈膨胀/收缩、化学反应、相变的温 度区域——应缓慢升降温或适当保温
一般规律：细颗粒粉料制成的陶瓷晶粒小，且均匀。
颗粒大小影响气孔的大小、多少 颗粒大小影响液相量：
2、粒度分布
粒度分布范围影响产品的密度：研究发现粒度分布范围 窄，减少了部分晶粒过分长大的几率，则密度高。 3、颗粒形状及团聚程度 颗粒形状及团聚程度影响产品的密度和结构均匀性。 • 如滑石是否预烧影响陶瓷的致密度。球形结构的颗粒 的烧结致密化程度要高于异形结构的颗粒
形成大量液相和莫来石
长石熔融+低共熔物+溶解石英和粘土 →大量液相+一次莫来石生成+二次莫来石
新相的重结晶和坯体的烧结 晶粒长大，晶界移动，致密烧结。
2 物理变化 气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高，颜色变化。
烧成制度
一、烧成制度 温度制度（包括各阶段的升温速率、降温 速率、最高烧成温度和保温时间）
特种陶瓷：常压烧结/热压烧结/高压烧结/热等静 压烧结;气氛烧结等
（四）根据坯料中氧化钛和氧化铁的含量确定气氛制度
▲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。
？
(五)窑炉的结构、燃料种类、装窑密度
窑炉结构
——窑内温度的均匀性，升温速度，烧成周期
燃料种类 ——装烧方法，升温速度，烧成周期 容量和装窑密度 ——窑内温度的均匀性，升温速度，烧成温度
形状分布等。
• 长石质瓷显微结构中各相的作用 1 莫来石（10-30%） 主晶相，构成瓷胎的骨架。
来源：
粘土分解——一次莫来石 玻璃相中析晶——二次莫来石
具有较高的力学强度，尤其是网状的莫来石强度更高。
2 玻璃相（40-65%）
存在形式： 石英颗粒周围的熔有石英的高硅玻璃相
中间生长有交织成网的莫来石晶体的长石玻璃相
组成。
如：TiO2在还原气氛下，颜色加深，Ti4+→Ti3+ O2-空位↑ Fe2O3在还原气氛下→FeO+O2 ，使气孔率↑
陶瓷胎体的显微结构 显微结构指利用各种显微镜才能观察到材料的组织结构， 是组成、工艺、过程等因素的反映，是决定材料性能的 基础。
一 显微结构的组成
陶瓷胎体的显微结构：晶相、玻璃相、气相。
晶相:研究种类，数量，形态，晶粒的大小、分布和取 向，晶体缺陷。 玻璃相：研究含量、分布、应力分布等。 气孔：研究大小、多少、分布、位置等及微裂纹的大小、
烧成制度烧成制度温度制度包括各阶段的升温速率降温速率最高烧成温度和保温时间气氛制度升温的高温阶段的气氛要求氧化中性还原压力制度对窑内压力的调节一烧成制度制定烧成制度的依据一坯体在加热过程中的物理化学性状变化相图和综合热分析膨胀收缩多晶转变化学反应等显微结构分析semtem和物相分析注意
概述
烧成：陶瓷坯体通过高温热处理，发生一系列物理化学变 化，矿物组成、显微结构发生变化，最终得到具有某种特 定要求的陶瓷制品的工艺过程。
4、冷却速度对产品质量的影响


快速烧成的产品，缓慢冷却，二次莫来石异常生长，强 度降低；
缓慢升温的产品，缓慢冷却，强度提高； 高温阶段冷却速度慢，可能导致低价铁氧化产品泛黄， 釉析晶； 有晶型转变的产品，快速冷却可能导致产品炸裂。
对于普通陶瓷产品冷却制度一般为： 高温阶段应当快速冷却，低温阶段相对缓慢，晶型转 变温度附近最慢。
三、烧成制度与产品性能的关系
1、烧成温度对产品性能的影响 在达到烧结温度之前，温度越高，通常气孔率越低
，材料的强度越高，吸水率越低。
2、保温时间对产品性能的影响
3、升温速度对产品性能的影响 一种坯料烧成温度相同时： 慢速升温：气孔率较低，强度高，收缩率大。 快速升温：气孔率较高，强度低，收缩率小。
第一节 坯体加热过程中的物理化学变化 瓷质：长石质、滑石质、骨质瓷、…… 按照长石质瓷加热过程中的变化特点大致可分为四个
阶段：
（1）低温阶段——常温～300℃ （2）氧化分解阶段——300～950℃ （3）高温阶段——950℃～烧成温度 （4）冷却阶段——烧成温度～室温
低温阶段 排除干燥残余水分和吸附水，少量收缩或不收缩，
5、烧成气氛对产品性能的影响 A—瓷石质瓷 （1）气氛对烧结温度的影响 B—长石质瓷 A组Fe2O3含量A～A2分别为0.62、1.75、2.09 B组Fe2O3含量B～B3分别为0.43、0.49、0.54、1.69
规律：
Fe2O3含量提高烧结温度降低；— Fe2O3可作为熔剂 同一种坯料还原气氛的烧结温度一定低于氧化气氛；而且 Fe2O3含量越高相差越大。
方石英——富硅玻璃相中析出二次方石英；干环境中转 变成的方石英。
作用：
பைடு நூலகம்影响瓷坯的强度
石英与玻璃体的热膨胀系数相差较大，冷却时会在瓷坯 中产生应力。
合理的石英颗粒能提高瓷坯的强度。
改善瓷坯的透光度和白度—石英和玻璃折射率相近
4.气孔 存在状态： 在玻璃相基质中； 裹在大晶粒之中。 影响： 气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置影响
黄铁矿（FeS2）等有害物质氧化
（2）分解反应 结构水排除： 粘土原料和其它含水矿物进行结构水的排除。
碳酸盐、硫酸盐分解
（3）石英晶型转变
2 物理变化
位移型相变//重建型相变
（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。
高温阶段
1 化学反应
在1050℃以前，继续上述的氧化分解反应并排除结构水 硫酸盐的分解和高价铁的还原与分解（在还原气氛下）
气孔率、强度略有增加；
基本无化学变化。
阶段名称 低温阶段
温度范围 室温~300℃
重要变化 物理变化 1.排除机械水、吸附水 2.质量减小，气孔率增 大 化学变化 /
氧化与分解阶段 1 化学变化
（1）氧化反应
碳素和有机物氧化 C有机物+O2→CO2↑ C碳素+O2→CO2↑ （350℃以上） （约600℃以上）
• 粉体的团聚程度越高，则产品的结构越不均匀。
（三）外加剂
1、掺杂增加晶格缺陷，促进扩散，使坯体致密，气孔少；
2、外加剂与某些组分形成第二相（化合物或低共熔物）
促进烧结。如第二相不易移动，则阻碍晶界移动，抑制
晶粒长大。
（四）烧成制度
1、烧成温度
影响瓷坯的密度、晶粒大小及各相的比例。
2、升降温速率
在粘土分解产物区内，填充在间隙间的玻璃相。 作用：
玻璃相的高温粘度决定瓷坯抵御高温变形的能力。粘度高 低取决于长石种类、熔解石英的数量
玻璃相的力学强度影响瓷坯的力学强度。取决于玻璃相的 组成、网络结构 玻璃相的量影响陶瓷坯体的致密性、陶瓷的透光性。
3 石英（10-25%）
来源： 残余石英——在烧成过程残留下来。
瓷坯的强度、透光度、致密度、吸湿膨胀性能、介电性
能、热传导性能等。
三 工艺因素对显微结构的影响
（一）陶瓷原料及配比
1、选择原料的种类
2、所用原料的配比
（二）原料粉末的特征
其颗粒大小、分布、聚集程度影响最为明显。 1、颗粒大小影响成瓷后晶粒尺寸： 粗粒多：成瓷后晶粒尺寸平均增长幅度较小 细粒多：成瓷后晶粒尺寸平均增长幅度较大
一次烧成与二次烧成
一次烧成：成形、干燥或施釉后的生坯，在陶瓷窑内一 次烧成陶瓷产品的工艺路线。
特点：工艺流程简化；劳动生产率高；成本低，占地少 ；节约能源。 二次烧成：即先素烧后施釉，再釉烧的工艺路线。分为 低温素烧高温釉烧和高温素烧低温釉烧。 特点：避免气泡、针孔、吸釉、干釉等釉面缺陷，提高 坯体强度和密度，增加釉面的白度和光泽度，提高釉面质量 ，提高产品合格率。 提高釉面质量和产品合格率，保证产品质量
影响坯体密度，晶粒大小，相的分布。

控制速率煅烧，中间温度下维持较长时间－促进坯体致密。 快速烧成时高温下维持较短时间－抑制晶粒粗化。 冷却速度对显微结构影响表现在各相分布。 a、快速冷却：越过第二相的析出温度，第二相形成数量少 b、缓慢冷却：不同温度会析出不同的第二相
3 烧成气氛 影响气孔率、晶粒尺寸、缺位形成、阳离子价态、矿物