陶瓷烧成工艺原理
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一次烧成与二次烧成； 常压烧结与热压烧结、热等静压烧结的不同。
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总结：
（一）保温时间及其长短确定： 中火保温——进入950℃高火期之前，釉面开始封闭之
前，实行保温=>令坯体氧化分解反应充分完成，分解 气体及时排离制品。 高火保温：一方面使物理化学变化更趋完全，使坯体 具有足够的液相量和适当的晶粒尺寸，另一方面使组 织结构亦趋于均一。在生产实践中，适当地降低烧成 温度，通过一定的保温时间以完成烧结作用，常能保 证产品质量均匀和烧成损失减少。但保温时间过长则 晶粒溶解，不利于坯中形成坚强的骨架，会导致机械 性能的降低。对于特种陶瓷来说，过长的保温会使晶 体过分长大或发生二次重结晶，故保温时间要求适当。
总结：
烧成升降温速度的确定： a、低火期及氧化分解期，应适当控制升温速度
=>防止大量气体排出的冲击力，防止热应力 的破坏作用。 b、高火期应控制升温速度，否则=>液相产生太 快=>液相烧结过程的收缩与不均匀收缩应力 太大=>导致变形开裂
总结：
C、冷却速度： （1）冷却的高温阶段仍有高火保温作用，要快速冷却，否则=>小
– 成型操作（泥团应力松弛期）外力作用时间《应力松 弛期
– 干燥温度制度P314-318 – 烧成和装窑方法，窑具质量，耐火度 – 烧成时窑内温度场分布不均匀 – 制品本身造型设计不合理 – 烧成制度不合理
高温蠕变原因：
– 坯体组成耐火度低（Al2O3、SiO2含量低） – 坯料熔剂原料中，长石的钾钠比偏低 – 骨架原料石英的粒度偏小（太细） – 烧成温度偏高，操作失误等
凡是高温反应速度慢（晶体产生速度慢， 数量少）的坯料→液相量少，需加强高 温反应，增加晶体的数量→应提高烧成 温度→ T烧选择 T2→T3范围内靠T3一侧。
2、根据坯料的热分析曲线，参照烧成各阶段发 生的变化来拟定烧成制度。课本P348
图2 三成分陶瓷的 热分析综合图谱 DTA-差热曲线 TE-已烧坯体热膨 胀曲线 ITE-生坯的不可逆 热膨胀曲线
第六节 烧成新方法 P355-369
热压烧结 ：使坯体的成型和烧成同时完成的新 工艺。 晶界滑移传质，挤压蠕变传质——普通烧结中 基本不存在的烧结机制。
热等静压 真空烧结
第七节 烧成的综合性问题
产品变形产生原因及克服措施 （一）变形原因：不均匀收缩及高温蠕变
（二）不均匀收缩原因：
– 配方组成，有机物，层间水，熔剂等 – 坯料（定向排列） – 成型（应力）拱桥效应
图3 利用ITE及TE曲线绘制的理论烧成曲线
图4 利用DTA数据修改的烧成曲线
（二）坯体形状、厚度和入窑水分P349
同一组成的坯体，由于制品的形状、厚度和 入窑水分的不同，升温速度和烧成周期都应有 所不同。
（三）窑炉结构、燃料性质、装窑密度
它们是能否使要求的烧成制度得以实现的重 要因素。
（四）烧成方法P350
第五节 低温烧成与快速烧成
一、概念 低温烧成：一般来说，烧成温度有较大幅
度降低，且产品性能与通常烧成的性能相 近的烧成方法。 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。
二、降低烧成温度的措施P352 调整坯、釉料组成 提高坯料细度
三、快速烧成的工艺措施P352-353
粘度较大，烧成范围50-60℃，最高烧成温度可接近烧 成范围的上限温度T3。 ➢ 滑石瓷中液相随温度升高迅速增多，烧成范围10-20℃ 之间，最高烧成温度偏于下限温度T2。
图1 粘土加热过程气孔率和收缩率的变化(P32)
最高烧成温度的确定：
凡是高温反应速度快（液相产生快）坯 料→ 烧成本身液相量高，液相粘度正温 效应高→制品易软化变形→ T烧选择 T2→T3范围内靠T2一侧。
第四节 烧成制度及其确定
烧成制度构成：温度制度 气氛制度 压力制度
一、烧成制度确定的依据
(一)、根据坯料在加热过程中的性状变化 1、根据坯料系统有关的相图，可初步估计坯体烧结温度的
高低和烧结范围的宽窄。 例如：K2O-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点低(985± 20
℃ )MgO-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点高(1355 ℃) ➢ 钾长石质坯体：液相数随温度升高增加缓慢，液相高温
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晶粒溶解，骨架作用↓，过饱和析晶↓，晶核数量↓ ，重结晶增 长，晶粒长大。=>晶相/液相↓，晶体尺寸↑，数量↓=>性能↓ （2）冷却高温阶段的二次氧化现象，由于未实行急冷造成坯釉中 低价铁（FeO或FeO·SiO2）又重新氧化为高价铁，使制品泛黄 或青白泛阴黄。 （3）冷却阶段600℃以下，瓷坯中若有大量ZrO2或SiO2晶体，在 其晶型转化温度附近急冷时会加大晶粒与周围基质间的膨胀系 数差，使晶粒周围产生结构应力，导致结构裂纹的产生。 （4）对厚型、大件产品，由于陶瓷本身为热的不良导体，在Tg以 下（脆性状态时），冷却过快会导致制品外层承受内层给予的 张应力=>制品易产生炸裂。
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总结：
（一）保温时间及其长短确定： 中火保温——进入950℃高火期之前，釉面开始封闭之
前，实行保温=>令坯体氧化分解反应充分完成，分解 气体及时排离制品。 高火保温：一方面使物理化学变化更趋完全，使坯体 具有足够的液相量和适当的晶粒尺寸，另一方面使组 织结构亦趋于均一。在生产实践中，适当地降低烧成 温度，通过一定的保温时间以完成烧结作用，常能保 证产品质量均匀和烧成损失减少。但保温时间过长则 晶粒溶解，不利于坯中形成坚强的骨架，会导致机械 性能的降低。对于特种陶瓷来说，过长的保温会使晶 体过分长大或发生二次重结晶，故保温时间要求适当。
总结：
烧成升降温速度的确定： a、低火期及氧化分解期，应适当控制升温速度
=>防止大量气体排出的冲击力，防止热应力 的破坏作用。 b、高火期应控制升温速度，否则=>液相产生太 快=>液相烧结过程的收缩与不均匀收缩应力 太大=>导致变形开裂
总结：
C、冷却速度： （1）冷却的高温阶段仍有高火保温作用，要快速冷却，否则=>小
– 成型操作（泥团应力松弛期）外力作用时间《应力松 弛期
– 干燥温度制度P314-318 – 烧成和装窑方法，窑具质量，耐火度 – 烧成时窑内温度场分布不均匀 – 制品本身造型设计不合理 – 烧成制度不合理
高温蠕变原因：
– 坯体组成耐火度低（Al2O3、SiO2含量低） – 坯料熔剂原料中，长石的钾钠比偏低 – 骨架原料石英的粒度偏小（太细） – 烧成温度偏高，操作失误等
凡是高温反应速度慢（晶体产生速度慢， 数量少）的坯料→液相量少，需加强高 温反应，增加晶体的数量→应提高烧成 温度→ T烧选择 T2→T3范围内靠T3一侧。
2、根据坯料的热分析曲线，参照烧成各阶段发 生的变化来拟定烧成制度。课本P348
图2 三成分陶瓷的 热分析综合图谱 DTA-差热曲线 TE-已烧坯体热膨 胀曲线 ITE-生坯的不可逆 热膨胀曲线
第六节 烧成新方法 P355-369
热压烧结 ：使坯体的成型和烧成同时完成的新 工艺。 晶界滑移传质，挤压蠕变传质——普通烧结中 基本不存在的烧结机制。
热等静压 真空烧结
第七节 烧成的综合性问题
产品变形产生原因及克服措施 （一）变形原因：不均匀收缩及高温蠕变
（二）不均匀收缩原因：
– 配方组成，有机物，层间水，熔剂等 – 坯料（定向排列） – 成型（应力）拱桥效应
图3 利用ITE及TE曲线绘制的理论烧成曲线
图4 利用DTA数据修改的烧成曲线
（二）坯体形状、厚度和入窑水分P349
同一组成的坯体，由于制品的形状、厚度和 入窑水分的不同，升温速度和烧成周期都应有 所不同。
（三）窑炉结构、燃料性质、装窑密度
它们是能否使要求的烧成制度得以实现的重 要因素。
（四）烧成方法P350
第五节 低温烧成与快速烧成
一、概念 低温烧成：一般来说，烧成温度有较大幅
度降低，且产品性能与通常烧成的性能相 近的烧成方法。 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。
二、降低烧成温度的措施P352 调整坯、釉料组成 提高坯料细度
三、快速烧成的工艺措施P352-353
粘度较大，烧成范围50-60℃，最高烧成温度可接近烧 成范围的上限温度T3。 ➢ 滑石瓷中液相随温度升高迅速增多，烧成范围10-20℃ 之间，最高烧成温度偏于下限温度T2。
图1 粘土加热过程气孔率和收缩率的变化(P32)
最高烧成温度的确定：
凡是高温反应速度快（液相产生快）坯 料→ 烧成本身液相量高，液相粘度正温 效应高→制品易软化变形→ T烧选择 T2→T3范围内靠T2一侧。
第四节 烧成制度及其确定
烧成制度构成：温度制度 气氛制度 压力制度
一、烧成制度确定的依据
(一)、根据坯料在加热过程中的性状变化 1、根据坯料系统有关的相图，可初步估计坯体烧结温度的
高低和烧结范围的宽窄。 例如：K2O-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点低(985± 20
℃ )MgO-Al2O3-SiO2系统中的低共熔点高(1355 ℃) ➢ 钾长石质坯体：液相数随温度升高增加缓慢，液相高温
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晶粒溶解，骨架作用↓，过饱和析晶↓，晶核数量↓ ，重结晶增 长，晶粒长大。=>晶相/液相↓，晶体尺寸↑，数量↓=>性能↓ （2）冷却高温阶段的二次氧化现象，由于未实行急冷造成坯釉中 低价铁（FeO或FeO·SiO2）又重新氧化为高价铁，使制品泛黄 或青白泛阴黄。 （3）冷却阶段600℃以下，瓷坯中若有大量ZrO2或SiO2晶体，在 其晶型转化温度附近急冷时会加大晶粒与周围基质间的膨胀系 数差，使晶粒周围产生结构应力，导致结构裂纹的产生。 （4）对厚型、大件产品，由于陶瓷本身为热的不良导体，在Tg以 下（脆性状态时），冷却过快会导致制品外层承受内层给予的 张应力=>制品易产生炸裂。