郑州大学陶瓷工艺原理第七章7
陶瓷工艺学复习提纲
陶瓷工艺学复习提纲一、基本内容：每一章各有重点，表现在基本概念、工艺原理上。
二、复习要点0 章基本概念陶瓷:狭义陶瓷的定义(通过“制粉→成型→烧结”工艺路线制备的无机非金属材料)根据气孔率（材料中的气孔体积分数）的大小，狭义陶瓷可以分为陶与瓷。
广义的陶瓷(无机非金属材料) ,通常按照制造制品的主要工艺，广义的陶瓷分为三块：玻璃、水泥、陶瓷（狭义的陶瓷）；陶瓷工艺:制粉→成型→烧结粉末冶金:通过“制粉→成型→烧结”路线制备金属材料的技术；水泥:无机水硬性胶凝材料，即与适量的水拌和后形成塑性浆体，既能在水中硬化也能在空气中硬化，并能把砂、石或纤维等材料牢固地胶结在一起的无机粉状物的总称。
；固化原理：水泥中的各种矿物首先溶解于水，与水反应生成的水化产物；水化产物由于浓度超过了其溶解度，沉淀结晶出来；反应物继续溶解，水化产物不断沉淀。
如此溶解-沉淀不断进行，伴随结晶沉淀物的相互交联而凝结硬化玻璃:具有玻璃转变点的无机非晶材料；先进陶瓷:采用高度精选或合成的原料生产的、具有能精确控制化学成分的、采用便于控制的制造技术加工的、便于进行结构设计的、并且具有优异特性的陶瓷。
先进陶瓷按特性和用途分为两大类：结构陶瓷指能作为工程结构材料使用的陶瓷。
它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。
功能陶瓷指具有电、磁、光、声、超导、化学、生物等特性，且具有相互转化功能的陶瓷。
普通陶瓷:传统陶瓷主要采用一些天然的矿物原料制造，陶瓷的化学成分比较杂，但大体上属于硅酸盐系列；陶:指烧结程度不太高的陶瓷制品，其中通常含有15%左右的气孔率，且多为开孔。
陶有一定的吸水性,陶又分为粗陶器与精陶器炻：密度较陶器高的陶，接近瓷，但仍有3%以下的吸水率。
如日用炻器、卫生陶瓷、化工陶瓷、低压电瓷、地砖、锦砖、青瓷等。
瓷：指烧结程度比较高的陶瓷制品，其中的气孔率在5%以下，孔隙多为闭孔，基本不吸水。
1 章1.1基本概念粉：细小固体颗粒的集合，其中细小颗粒的含义通常是指直径小于100微米的颗粒，粉体可以直接作为材料使用，还可以通过“成型、烧结”的工艺路线制成块状材料使用。
陶瓷工艺学绪论
龙山黑陶
殷商时代——“第一次飞跃”
殷商时代的陶器从无釉到有釉，是制陶技术上的重大成就。
为从陶过渡到瓷创造了必要的条件，这一时期釉陶的出现是我
国陶瓷发展过程中的“第一次飞跃”。
商代彩陶 商代白陶
商代早期灰陶
商代釉陶
汉代以后——“第二次飞跃”
汉代以后：釉陶逐渐发展成瓷器，无论从釉面和胎质来看， 瓷器的出现无疑是釉陶（透明釉）的“第二次飞跃”。 在浙江出土的东汉越窑青瓷是迄今为止我国发掘的最早瓷 器，距今已有1700年。当时的釉具有半透明性，而胎还是欠致 密的。这种“重釉轻胎倾向”一直贯穿到宋代的五大名窑(汝、 定、官、越、钧 ) 。
上以及本国的科研成果，大力培养新生的技术力量。
作业：
1、陶瓷的概念？
2、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？ 3、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？ 4、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？ 5、宋代五大名窑及其代表产品？
6、普通陶瓷（长石质瓷）的岩相组成？
仰韶文化时期陶器
大口小底曲腹盆
彩陶双连壶
土地纹罐
人面鱼纹盆
中国的仰韶文化距今约五、六千年，这时的陶器是以红陶 为主，灰陶、黑陶次之。各种水器、甑、灶、鼎、碗、杯、盆、 罐、瓮等日用陶器以细泥红陶和夹砂红褐陶为主，主要呈红色， 多用手制法，用泥条盘成器形，然后将器壁拍平制造。红陶器 上常有彩绘的几何形图案或动物形花纹，是仰韶文化的最明显 特征，故也称彩陶文化。
二 普通陶瓷（不带釉）的岩相成分
１、晶相(crystalline phase)：(以长石质瓷为例）莫来石，石 英，方石英，少量原料残骸，熟料粒。 ２、玻璃相(glass phase)： 陶器：２５～７０％（少数大于７０％）玻璃相少， 只够粘接晶粒，胎体气孔多。 不致密炻器： 玻璃相增多，除粘接晶粒外，还填充部 分晶粒间隙，胎 体气孔减少。 致密炻器： 瓷器玻璃相很多，胎体几乎无气孔。 ３、气孔(gas phase) 闭气孔：与大气不通，不吸水。 开气孔：与大气相通，吸水。气孔率越大，吸水越大。
2021优选陶瓷工艺原理章陶瓷坯体的成型ppt
用于除去含铁杂质。 是一种基于电化学的原理除去混杂在原料颗粒中杂质的方法。
国家精品课程——陶瓷工艺原理
水的处理对坯料、制品性能的影响 1. 水中的离子 Ca2+、Mg2+、SO42-等易引起泥浆絮凝。 将硬水转化为软水的方法： （1）离子交换
（2）加入添加剂：磷酸钠、焦磷酸钠等，生成不溶性物质
1. 分级法 水簸(淘洗)、水力旋流、风选、筛选等。 目的：除去粗粒杂质；控制原料的颗粒组成。 原理：利用矿物颗粒直径或密度差别来进行。 湿法：效果好，精度高，但需要脱水。 干法：噪音和粉尘大，但处理能力大。
国家精品课程——陶瓷工艺原理
（1）水簸 (淘洗) 根据颗粒沉降速度的差异进行分离。
淘洗系统由粉碎机、搅拌机、除砂机（沟）、沉淀池 与压滤机等组成。
国家精品课程——陶瓷工艺原理
泥浆的成型性能
陶瓷泥浆的流变特性 影响泥浆浇注性能的因素 注浆过程的物理化学变化
国家精品课程——陶瓷工艺原理
陶瓷泥浆的流变特性 1. 陶瓷泥浆的流动曲线 2. 影响泥浆流变性能的因素 (1) 泥浆的浓度 (2) 固相颗粒的粒度及粒度分布 (3) 电解质的加入
(4) 陈腐 (5) 有机物质 (6) 可溶性盐类
国家精品课程——陶瓷工艺原理
（3）离心盘转速和喷雾压力
国家精品课程——陶瓷工艺原理
6. 喷雾干燥的工艺特点 （1）工艺简单，可连续化生产，效率高。 （2）粉料性能稳定，可随时调节，颗粒呈球形，流动性好， 成型性能好。 （3）一次性投资较大，能量消耗大。
国家精品课程——陶瓷工艺原理
4.3.5 造粒（造粒过程－粒化过程）
国家精品课程——陶瓷工艺原理
4.4.1 概述
工艺过程：将制备好的坯料泥浆注入多孔性模型内， 由于多孔性模型的吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模子 吸水而形成一均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达 到所需厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱水
陶瓷工艺原理_郑州大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
陶瓷工艺原理_郑州大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.陶瓷材料的性能主要由其化学组成决定，与其显微结构关系不大。
参考答案:错误2.陶器的吸水率一般要低于瓷器的吸水率。
参考答案:错误3.陶瓷材料在常温下一般先发生塑性变形然后再发生断裂。
参考答案:错误4.关于陶瓷材料中裂纹产生的原因，下述说法正确的是：参考答案:陶瓷多相体热性质的不同引起裂纹_陶瓷晶体的生长缺陷会导致裂纹的形成_陶瓷材料的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹5.陶瓷材料中玻璃相的组成、数量与坯料的组成密切相关，而受该陶瓷的烧成工艺影响则很小。
参考答案:错误6.陶瓷的显微结构主要由生产工艺决定，与其化学组成关系不大。
参考答案:错误7.采用陶瓷生产工艺，可以制备出高质量的大理石墙地砖。
参考答案:错误8.干燥缺陷是由不均匀收缩引起的内应力造成的。
参考答案:正确9.微波干燥是以微波辐射使生坯内极性强的分子，主要是水分子运动随交变电场的变化而加剧，发生摩擦而转化为热能使生坯干燥的方法。
参考答案:正确10.采用圆形的泥浆搅拌池比采用六角形的搅拌效果好。
参考答案:错误11.注浆成型是指在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化、成型的过程。
参考答案:正确12.对于普通陶瓷来说，所含的晶相越多、玻璃相越少，则强度越高。
参考答案:正确13.按照概念和用途，特种陶瓷又可进一步划分为：参考答案:结构陶瓷_功能陶瓷14.为了提高陶瓷坯料的可塑性，加入的最佳矿物原料是：参考答案:膨润土15.下列属于釉中网络形成剂的组分是：参考答案:二氧化硅16.陶瓷工业中常用的长石类型有钾长石、钠长石、钙长石和钡长石。
参考答案:错误17.陶瓷材料的相变增韧主要是利用单斜相ZrO2向四方相ZrO2的转变实现的。
参考答案:错误18.多晶陶瓷材料的强度随晶粒尺寸的增大而升高。
参考答案:错误19.在釉料配方中提高Na2O或CaO的含量可使釉的熔融温度降低。
陶瓷工艺原理复习题答案版
陶瓷⼯艺原理复习题答案版1.粘⼟在陶瓷制备中的作⽤是什么？①在常温下可提⾼坯料的可塑性和结合性，⾼温下仍留在坯体中起结合作⽤；②坯体是Al2O3成分的主要提供者，烧成中形成⼀次莫来⽯和⼆次莫来⽯；③粘⼟使注浆泥料与釉料具有悬浮性和稳定性；④粘⼟原料亲⽔及⼲燥后多孔性与⼲燥强度，使坯、釉层具有良好吸釉、印花能⼒；⑤在⽣产中的不利因素：分解、收缩、杂质、有机物多、纯度低、定向排列。
2.⽯英在陶瓷制备中的作⽤是什么？①在烧成前是瘠性原料，对泥料的可塑性起调节作⽤，降低坯体的⼲燥收缩，缩短⼲燥时间并防⽌坯体变形；②烧成时，⽯英部分熔解于液相中，增加熔体粘度，未熔解⽯英构成坯体的⾻架，防⽌坯体软化变形；③在瓷器中，合理的⽯英颗粒能⼤⼤提⾼坯体的强度，否则效果相反。
同时能改善瓷坯的透光度和⽩度；④在釉料中⽯英是⽣成玻璃质的主要成分，能提⾼釉的熔融温度和粘度，赋予釉⾼的⼒学强度、硬度、耐磨性和耐化学腐蚀性。
3.对⽯英进⾏预处理时，⼀般在1000℃左右预烧，然后快速冷却，其⽬的是什么？天然⽯英是低温型的β-⽯英，其硬度为7，难于粉碎。
故有些⼯⼚在粉碎前先将⽯英煅烧到900－1000 ℃以强化晶型转变，然后急冷，产⽣内应⼒，造成裂纹或碎裂，有利于对⽯英的粉碎。
此外通过煅烧可使着⾊氧化物显露出来。
便于拣选。
4.⼀次莫来⽯与⼆次莫来⽯的形貌⽣成机理有何不同？⼀次莫来⽯：鳞⽚状、短柱状。
固相反应，升温⾼⽕期。
⼆次莫来⽯：针状、交织成⽹状。
过饱和析晶，升温⾼⽕期。
5.可塑性；可塑性指数；可塑性指标可塑性：在超过屈服点的外⼒作⽤下，泥团发⽣塑性变形，但并不破裂，除去外⼒后，仍保持变形后形状的性质。
也可以说是可被塑造成为多种形状的性质。
?可塑性指数：表⽰粘⼟（坯泥）能形成可塑泥团的⽔分变化范围，从数值上是液限含⽔率减去塑限含⽔率。
可塑性指标：是指在⼯作⽔分下，粘⼟（或坯料）受外⼒作⽤最初出现裂纹时应⼒与应变的乘积。
6.试写出⾼岭⼟加热过程中的主要化学反应。
【大学】陶瓷材料工艺学 烧成ppt课件
;
2. 坯体外形、厚度和入窑水分 陶瓷制品由于外形、厚度和含水率不同，升温速
度和烧成周期都有所不同。 薄壁小制品入窑水分易于控制，普通可采取短周
期烧成。对大件厚壁制品，那么升温不能过快，周期 不能过短。假设坯体含有大量高可塑性粘土，那么由 于排水困难、升温速度更应放慢。
〔＋〕
4 3
压2 力1
0 1 2 3 4 〔－〕
预热带
烧成带
冷却带
油烧或气烧窑的压力曲线
;
倒焰窑烧成瓷器的温度曲线
;
隧道窑烧成瓷器的温度曲线
1—氧化气氛 2—强氧化气氛 3—复原气氛 4—中性气氛 5—氧化气氛〔大气中〕
;
❖ 烧成温度与保温时间确实定：高火保温，应控制温度不升
不降〔亦称平烧〕
❖冷却速度：800℃以下，400℃以上慢速冷却
;
2. 气氛制度：
烧成时，氧化分解期要求强氧化气氛；玻化成瓷期，
铁少、有机物、碳素多用氧化气氛；南方瓷，复原
气氛，要留意气氛转换温度。强氧化物
强复
原，釉始熔前150℃左右，强复原
弱复原，
;
陶瓷窑炉的种类很多。间歇式窑炉根据窑内火焰的流向可分为 直焰窑、平焰窑和倒焰窑。延续式窑炉有隧道窑、辊道窑和推板窑 等。快速烧成的间歇式窑有梭式窑和帽罩式窑等。
中国陶瓷窑炉有悠久的历史。著名的传统窑炉主要有景德镇窑、 龙窑和阶梯窑。目前，我国日用陶瓷工业广泛采用隧道窑、辊道窑 和推板窑，并保管少量的倒焰窑继续用于消费。
体强度和气孔率添加。 主要是物理变化，枯燥过程的继续。使坯 体入窑水分降低，提高窑炉消费效率。普通隧
;
2、氧化分解阶段〔300～950℃〕 ①. 粘土及其它含水矿物排除构造水； ②. 碳酸盐分解； ③. 碳素和有机物氧化； ④. 石英晶型转化和少量液相出现；
陶瓷实验——精选推荐
《陶瓷工艺原理课程实验》指导书郑州大学材料科学与工程学院无机复合材料实验室目录《陶瓷工艺原理实验》指导大纲…………………………………………………( 2)实验一球磨机磨细粉料…………………………………………………………( 3 )实验二干压成型制备坯件………………………………………………………(6 )实验三陶瓷坯体的烧结…………………………………………………………( 9 )实验四陶瓷制品体积密度的测定………………………………………………( 11 )《陶瓷工艺原理实验》指导大纲一、实验教学目标本课程为材料科学与工程专业（本科）无机非金属材料方向的必修环节。
内容包括熟悉陶瓷生产原料性质、坯体工艺基础、性能测试基础及陶瓷生产过程主要流程；以陶瓷制品的组成、结构、性质、工艺之间的关系为纲，熟悉和掌握陶瓷材料生产的共同性规律及特点。
学习本课程的目的为：（1）使学生熟悉陶瓷生产中共同性的工艺过程及过程中发生的物理—化学变化，理解工艺因素对陶瓷产品性质与结构的影响。
（2）能够从技术与经济角度分析陶瓷生产中的问题和提出改进生产的方案。
（3）培养学生研制开发新型陶瓷材料及其生产工艺的技能。
本课程的先修课程为：陶瓷工艺学、物理化学、材料科学基础、材料物理性能、材料研究方法等。
二、实验的基本要求本课程实验分为两部分：（1）参观性、演示性、认识性实验。
一般随课堂教学的进行，结合教学内容进行实验，加深学生对课堂知识的理解，掌握基本原理和实验设备、仪器的操作方法。
（2）综合性或设计性实验，安排在第七学期集中完成。
学生进行从原料选取直至制备陶瓷制品、性能分析等系列化综合实验，旨在巩固所学知识，提高、培养学生的动手能力、发现和解决问题的能力。
考核：每位学生必须提交实验报告，字数不少于5000字，手写或A4纸打印。
列出参考文献数篇。
参考文献按以下格式书写：期刊论文：作者姓名、文章、文献名、发表时间卷（期），迄起页；图书：作者姓名、书名、出版日期、出版社及地址。
第七章 陶瓷工艺学 烧成
烧成时，氧化分解期要求强氧化气氛；玻化成瓷期，
要注意气氛转换温度。强氧化物 前150℃左右，强还原 强还原，釉始熔
铁少、有机物、碳素多用氧化气氛；南方瓷，还原气氛， 弱还原，1200℃左右。
3.压力制度： 影响窑内温度和气氛。 倒焰窑：窑底处于零压，窑内处于微正压，烟道 内微负压。 隧道窑：预热带负压（—29.4Pa），烧成带正压
按照一次烧成法进行烧成。世界各国硬质精
细日用白瓷多采用此法。
低温素烧、高温釉烧
有 高温素烧、低温釉烧
低温素烧即用低温700-960℃左右，将已经干 燥的生坯烧成，然后施釉，再入窑用高温烧成。如 有些薄胎瓷、艺术瓷、釉下彩绘的日用瓷等。 高温素烧是先将坯高温素烧（1260-1280℃）， 再进行低温釉烧（950-1050℃），如一般精陶和英国 骨灰瓷等多采用此法。
第二节 坯体在烧成过程中的主要物理化学变化
一、低温阶段 （室温～300℃）
入窑水分低于5％以下，排除残余机械结合水和 吸附水，质量减轻，坯体体积收缩，坯体强度和气孔 率增加。
主要是物理变化，干燥过程的继续。使坯体入窑 水分降低，提高窑炉生产效率。一般隧道窑的坯体入 窑水分<1%，辊道窑0.5%以下。
（19.6～29.4Pa），冷却带正压（0～19.6Pa)，零压
位在预热带与烧成带之间。
第四节
快速烧成
一、传统烧成制度周期长的原因
1. 坯釉反应需要一定的时间；
2. 外部原因：如窑炉温差大、装窑密度、燃料、窑 具性能等条件所限制。
二、快速烧成的意义 烧成周期10h以上为常规烧成；4～10h以内称为加 速烧成；4h以下为快速烧成。 1.节约能源（燃料） 2.充分利用原料资源 3.提高窑炉和窑具的使用寿命 4.缩短生产周期，提高生产效率
陶瓷工艺学7第八章陶瓷的烧成
•MgCO3.CaCO3 → CaO+MgO+CO2 ↑ 730~950 ℃
•FeS2+O2 → Fe+SO2 ↑
•4FeS+7O2 → 2Fe2O3+4SO2 ↑
350-450 ℃
500-800 ℃
一、坯体在烧制过程中的物理变化
2、氧化分解与晶型转变期（300~950 ℃ ） （4）石英的晶型转变和少量液相的形成
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。
一、坯体在烧制过程中的物理变化
•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。随着水 分的排出，固体颗粒紧密靠拢，伴随着少量收缩。但这种收 缩不能完全填补水分排除后所遗留的空隙。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2%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。 •本阶段要加强通风，目的是使被水气饱和的烟气得到及时排 除，不致因其温度继续下降到露点而析出液态水，凝聚在制 品表面造成“水迹”或开裂等缺陷。
•瓷石 450-700 ℃ •粘土矿物排除结构水也与升温速度有关。随着升温速度的加快残 留结构水的排除向高温推移，甚至要到1000 ℃以上才能完成。
一、坯体在烧制过程中的物理变化
2、氧化分解与晶型转变期（300~950 ℃ ）
•（2）碳酸盐的分解 •CaCO3→CaO+CO2 ↑ •MgCO3 → MgO+CO2 ↑ •4FeCO3 → 2Fe2O3+3CO2 ↑ •（3）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 ↑ • C碳素+O2 → CO2 ↑ 350 ℃以上 600 ℃ 850~1000 ℃ 500~850 ℃ 800~1000 ℃
第七章-陶艺制品的烧成分解
第三节 陶艺的烧制
2．陶质氧化焰烧成曲线。氧化焰烧成的升温曲线是由陶泥的性质和具体配方决定 的，产地和配方不同其烧成曲线也不一样。这里我们按照通常烧造细陶的氧化焰烧成 曲线作介绍。
(1) 升温曲线：常温至300℃，每分钟约2℃，为加热蒸发期；300℃～950℃，每 分钟约4℃，为氧化分解及晶体转化期；950℃～1 200℃，每分钟约6℃，为玻化成陶 期。
第一节 坯体的干燥与收缩
2．坯体的烧成收缩比： 烧成收缩是作品在烧制过程中的受热收缩，其烧成收缩比是根据不同泥料和
颗粒粗细决定的。一般情况下，陶的收缩比比瓷大，其原因一方面是陶泥中水分 所占比例和陶泥颗粒间的缝隙比瓷大，另一方面是陶泥中所台有机物比重较瓷大， 在高温情况下，有机物会自然挥发。大体来讲，粗陶的烧成收缩比在10％左右， 普陶的烧成收缩比在9％左右，细陶的烧成收缩比在7％左右；炻瓷的烧成收缩比 在10％左右，普瓷的烧成收缩比在9％左右，细瓷的烧成收缩比在8％左右。 陶 与瓷的干燥及烧成收缩比总计约为：粗陶20％左右，普陶l8％左右，细陶15％左 右，炻瓷l8％左右．普瓷16％左右，细瓷14％左右。(图151)
第二节 陶艺的装窑技术
图152A 作品装窑
图152C 作品装窑烧制后 的出窑
图152B 作品的装窑过程
第二节 陶艺的装窑技术
3.大型作品的装窑方法。 大型、异形、较重的陶艺作品装窑就得采取特殊的方法和技巧完成。如一件大
型陶艺作品，人力搬不动要将作品放在窑底板车上是非常困难的。这就需要特殊的 技巧和方法。首先，作品的塑造须在结实的木板上完成，以便搬动。由于底板车有 一定高度，无法直接将作品品搬上去，就在紧靠底板车的边沿层层堆放砖块，筑成 台。将作品和木板同时抬上台．使作品底部与底板车上的棚板保持同等高度。用宽 布条套在作品底部；布条两端同时用力向棚扳方向推拉，可使作品无任何损伤、平 稳地放置在棚板上（图153A，B、C、D）
陶瓷烧结原理工艺 ppt课件
第一节 陶瓷的烧结理论 第二节 陶瓷的烧结方法 第三节 陶瓷烧结后的处理
陶瓷烧结原理工艺
第一节 陶瓷的烧结理论
概述
➢ 定 义：
烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降 低、机械性能提高的致密化过程。
➢ 烧结驱动力：
粉体的表面能降低和系统自由能降低。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 热压烧结
热压烧结是在烧结过程中同时对坯料施加压力，加 速了致密化的过程。所以热压烧结的温度更低，烧结时 间更短。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 热等静压烧结
将粉体压坯或装入包套的粉体放入高压容器中，在 高温和均衡的气体压力作用下，烧结成致密的陶瓷体。
➢ 真空烧结
将粉体压坯放入到真空炉中进行烧结。真空烧结有 利于粘结剂的脱除和坯体内气体的排除，有利于实现高 致密化。
陶瓷烧结原理工艺
➢ 其他烧结方法
反应烧结、气相沉积成形、高温自蔓延（SHS）烧 结、等离子烧结、电火花烧结、电场烧结、超高压烧结、 微波烧结等
陶瓷烧结原理工艺
第三节 陶瓷烧结的后处理
表面施釉
表面施釉是通过高温加热，在陶瓷表面烧附一层玻 璃状物质使其表面具有光亮、美观、绝缘、防水等优异 性能的工艺方法。
影响因素
原料粉末的粒度 烧结温度 烧结时间 烧结气氛
陶瓷烧结原理工艺
第二节 陶瓷的烧结方法
烧结分类
按压力分类
常压烧结 压力烧结
普通烧结
按气氛分类
氢气烧结 真空烧结
陶瓷烧结原理工艺
按反应分类
固相烧结 液相烧结 气相烧结 活化烧结 反应烧结
陶瓷烧结原理工艺
常见的烧结方法
➢ 普通烧结
传统陶瓷在隧道窑中进行烧结，特种陶瓷大都在电 窑中进行烧结。
《陶瓷工艺原理》课程教学大纲
《陶瓷工艺原理》教学大纲课程名称：陶瓷工艺原理学分：3.0 总学时：48 讲课学时：40 实验学时： 8考核方式：考试先修课程：《材料科学基础》、《材料物理性能》适用专业：材料科学与工程专业开课系或教研室：无机非金属材料教研室（一）课程性质与任务1．课程性质：本课程是材料科学与工程专业的专业核心课2．课程任务：本课程主要讲述陶瓷原料、粉体的制备与合成、坯体和釉的配料计算、陶瓷坯体的成型及干燥、陶瓷材料的烧结、陶瓷的加工及改性等。
目的在于使学生熟悉陶瓷生产中共同性的工艺过程及过程中发生的物理—化学变化，掌握工艺因素对陶瓷产品结构与性能的影响和基本的实验技能，能够从技术与经济的角度分析陶瓷生产中的问题和提出改进生产的方案，为毕业后从事专业工作打下必要的基础。
（二）课程教学基本要求对课程教学环节的要求：课程理论课时40学时；实验8学时；成绩考核形式=平时考勤及作业30%+实验10%+闭卷考试60%。
（三）课程教学内容本课程共分四篇15章，第一篇含第1章至第2章，第二篇含第3章至第6章，第三篇含第7章至第9章，第四篇含第10章至第15章。
第一篇为原料，第1章讲授坯体组成的确定；第2章讲授坯料的成型性能。
第二篇为坯体的工艺基础，第3章讲授坯体组成的确定；第4章讲授坯料的成型性能；第5章讲授坯体的结构与形成；第6章讲授坯体性质的控制。
第三篇为釉层的工艺基础，第7章讲授釉料的组成；第8章讲授釉层的形成；第9章讲授釉层的性质。
第四篇为生产过程，第10章讲授原料的处理；第11章讲授坯料的制备；第12章讲授陶瓷成型方法与模具；第13章讲授生坯的干燥；第14章讲授施釉；第15章讲授烧成。
应重点掌握的内容：※熟练掌握陶瓷主要原料的性能、用途，掌握部分新型陶瓷原料的性能、用途，对其它原料的性能和用途有所了解；※熟练掌握陶瓷制品的生产工艺流程，以及一些新型的工艺技术；※掌握陶瓷制品的化学组成、显微结构和产品性能之间的相互关系。
陶瓷工艺学之第七章
烧成：对陶瓷生坯进行高温焙烧，使之发生质变成为陶瓷产品的过程高火保温：为了促使坯体内部的物理化学变化更趋完善，确保产品的质量和性能，实际生产中往往使坯体在烧成温度附近适当保温一定时间，工艺上称为高火保温阶段制品过烧:在坯体到达充分烧结后继续使之加热焙烧，由于液相粘度降级，莫来石溶解，数量减少，闭口气孔的气体扩散，相互聚集，以及液相过多等，造成坯体膨胀、气孔率增大，强度降低而出现软化变形烧成温度：指陶瓷坯体烧成时获得最优性质时的相应温度，即烧成时的止火温度一次烧成：将施好釉的生坯（也称釉坯）经一次煅烧直接得到产品的方法二次烧成：生坯先经素烧，然后施釉再进行釉烧的烧成方法低温烧成：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快速烧成：产品性能无变化，而烧成时间大量缩短的烧成方法常压烧结：在通常的大气压下(无特殊气氛、常压下)，在没有外加动力作用下坯体自由烧结热压烧结：高温高压下成型和烧结同时完成的烧结方法烧成分为低温阶段、氧化分解阶段、高温阶段、冷却阶段四个阶段在氧化分解阶段中“氧化”主要是指碳素及有机物的氧化和硫化铁的氧化；而“分解”包括结构水的排除和碳酸盐的分解烧成时如果采用还原焰，则高温阶段又包括氧化保温、强还原和弱还原普通陶瓷的烧成窑炉分为连续式窑和间歇式窑，常见的窑炉有隧道窑、辊道窑、推板窑和倒焰窑陶瓷材料的烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度氧化分解阶段坯体物理化学变化碳素及有机物的氧化、硫化铁的氧化、结构水的排除、碳酸盐的分解、晶型转变；坯体失重明显，气孔率进一步增大。
莫来石由高岭石分解物形成的粒状及片状莫来石称为一次莫来石，由长石熔体形成的针状莫来石称为二次莫来石烧成过程长石作用长石熔体碱离子迁移，组成移向莫来石的析晶区，形成二次莫来石；一次莫来石熔融，并在二次莫来石上长大，为针状。
温度继续升高，长石不断熔化至1200℃以上几乎熔完。
陶瓷工艺原理
2. 特种陶瓷（先进陶瓷、精细陶瓷）
（1）结构陶瓷：Al2O3, ZrO2, BeO, MgO, Si3N4，SiC等 （2）功能陶瓷：压电陶瓷，压敏陶瓷等
三. 陶瓷材料的应用领域
1. 日用陶瓷 2. 结构陶瓷：具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、 高韧性等特点，因此可应用于化工、汽车、电力和宇 航等工业 3. 功能陶瓷：电子计算机、集成电路、铁电陶瓷、压电 陶瓷、半导体材料与器件等
二、Al 二、Al2O3(Alumina)
地壳中的含量15.34％。来源：铝土矿、高岭土等矿物 1、氧化铝的主要晶型 α- Al2O3 三方柱状晶体：高温稳定型 熔点高，硬度大（9），耐化学腐蚀，优良的介电性能
Al2O3陶瓷：具有较好的机械性能、高温性能、介电性能及耐化学腐蚀性
γ- Al2O3
等轴晶系：低温稳定型，结构松散，堆积密度小 γ- Al2O3
1.2 氧化物类原料（Oxides) 氧化物类原料（Oxides)
SiO2 Al2O3 ZrO2 TiO2 其它氧化物
一、石英（Quartz) 一、石英（Quartz)
普通结晶质的二氧化硅矿石通称石英 SiO2存在的方式（60％）：
以硅酸盐矿物的形式存在，构成矿物岩石 以独立状态存在，单矿物实体 1、石英矿石的种类： 水晶、脉石英、硅质砂岩、 石英岩、石英砂、 燧石、硅藻土 2、物理性能： 乳白色（或灰色）、半透明状、玻璃光泽 莫氏硬度 ：7 密度：21 概述
影响陶瓷产品性能、 质量的因素
原料质量（内因）
生产过程（外因）
传统原材料：粘土、长石、石英（天然矿物） 化工原料：将天然原料通过化学方法或物理方法进行加工提 纯，使化学组成得以富集，以达到一定性能和纯度要求的原 料。 各种氧化物
陶瓷工艺原理概述
? 对浙江上虞越窑出土青瓷片的研究，李家治先生考古
认为我国在公元 1～2世纪的东汉已经出现瓷器，因为 找到的瓷片的吸水率为 0.42% 和0.28% ，烧成温度已达 1300 － 1310 ℃，颜色灰白色（ Fe2O3 、TiO2 含量较高）。 ? “瓷”这字开始出现于魏晋（公元 3～5世纪），可以 认为在此之前在中国已经出现了瓷，比西方早 11～ 13
与饮食有关，为了保存食物，需要一些容器，可
能先以土制作土器。
第九页，编辑于星期三：十二点 十分。
前元公
3000 1000
冯端 师昌绪 刘治国《材料科学导论》
第十页，编辑于星期三：十二点 十分。
陶瓷的起源
? 陶器是由于用粘土涂在编制或者木制的容器上而
出现的（恩格斯）。竹木涂上粘土后能耐火。
? 粘在脚上的粘土被火烧后变硬，变结实？
故宫十大镇宫之宝 —陶瓷之宝
郎窑红釉穿带直口瓶
清康熙，高 20.8cm ，口径 6.1cm，足径 9.1cm
第二十七页，编辑于星期三：十二点 十分。
中国航天技术研究
院防防静静电陶厂瓷房
中国联通机房
第二十八页，编辑于星期三：十二点 十分。
美国发现号航天飞机
升空倒计时于 2005 年7月 10日下午 6点(北京时间 7月 11日早上6点)开始。发现
? 国际上， ceramic 通常是指陶瓷，但在不同国家 的含义不完全相同。
? porcelain 瓷器， pottery 陶瓷。
? 德国陶瓷协会认为，陶瓷是化学工业或化学生产 工艺的一个分支，陶瓷材料属于无机非金属材料，
最少含有 30 ％的晶体，在室温中将原材料成形通
过 80 0℃以上高温处理。
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晶型：滑石瓷，正常生成情况下，主晶相为原顽辉石（斜方
晶系），控制不当时会转变为斜顽辉石（单斜晶系），伴随 着2.8% 的体积变化，并产生裂纹，导致坯体碎裂、粉化。
晶粒形貌的影响： 晶粒形貌的影响：
α-Si3N4，低温稳定型，六 方晶系，等轴状、短柱状 晶体。 β-Si3N4，高温稳定型， 六方晶系，针状、长柱 状晶体。
2011-2-16
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晶界中的杂质、第二相晶粒对强度也有或好或坏的影响。
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3. 玻璃相对陶瓷强度的影响 普通陶瓷： 玻璃相是主体，其强度对陶瓷强度起主要作用；构成 玻璃相的组成的键强显得较重要。玻璃相数量少，晶相 多，则陶瓷强度高。 氧化物和非氧化物陶瓷： 生产中加入添加剂，以促进坯体烧结，但会生成少量的 玻璃相，使陶瓷的强度下降很多。一般需要进行热处理， 使玻璃相转化为晶相。
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2. 陶瓷的复合增韧 （1）金属与陶瓷的复合：金属陶瓷 条件： a. 金属相与陶瓷相能均匀分散组成交错的网络结构。 b. 金属对陶瓷的润湿性良好。 此外，金属在高温煅烧时易氧化，降低材料的高温性能。 （2）纤维与陶瓷的复合 纤维类型： 金属纤维：难熔金属丝（钨丝、钼丝等） 非金属纤维：碳、B的纤维 陶瓷纤维：BN、SiC、Al2O3、ZrO2纤维等
第7章 陶瓷材料强度的控制 章
陶瓷材料使用过程中所要求达到的一些有关力学、光 学、电磁学方面的技术性能，一方面受材料的本征物理量 所影响，同时又受材料的显微结构以及制约着显微结构形 成的工艺因素的支配。
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7.1 陶瓷材料强度的特征
1. 陶瓷材料的强度 Orowan提出，固体材料的理论强度σth ：
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气孔的大小、形状及分布都 气孔的大小、
会对陶瓷强度产生影响。
气孔率<10%，强度基本不变； 气孔率>10%，强度下降。
原因：气孔率<10%时，主要为闭口气孔，尺寸小，呈圆形，
阻止裂纹扩展。 气孔率>10%时，开口气孔增多，呈狭长的通道，类似裂纹， 成为断裂的引发剂，造成强度下降。
主晶相及含量
抗折强度/MPa
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（1）晶粒尺寸对强度的影响 多晶陶瓷强度σf与晶粒直径d的关系符合半经验公式： σf ＝ Kd-α K — 与晶体结构及材料显微结构有关的比例常数； α — 与材料特性和实验常数有关的经验常数。 部分研究结果显示，α的取值为α＝1/8～1；当d值小时， α的取值也小；当d值大时，α的取值也大。因此，陶瓷强 度对晶粒尺寸的依赖性很强。
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纤维对陶瓷的补强、增韧取决与以下因素： a. 纤维与基体的性质：弹性模量、热膨胀性的匹配及 二者的化学相容性。 b. 纤维与基体的配比：二者承受的应力和其体积分数 呈正比。 c. 纤维的排列方向：一维、二维、三维 d. 纤维与基体的结合力：适中 e. 纤维的尺寸：与基体中晶粒尺寸同一数量级，低于微 裂纹出现的临界半径。
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2. 晶相对陶瓷强度的影响 主晶相不同及含量不同对强度有影响。 普通陶瓷：晶相越多，玻璃相越少，强度越高。 晶相种类及含量对陶瓷强度的影响 瓷质 长石质瓷 莫来石 20～30% 80 强化长石质瓷 莫来石、刚玉 40～60% 100 刚玉瓷 刚玉 >90%
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3. 陶瓷的相变增韧 主要是利用氧化锆（ZrO2，Zirconia）相变时发生的体积变化 增韧陶瓷。 1160℃,收缩 单斜相(monoclinic) 5.68 g/cm3 膨胀 四方相(tetragonal) 6.1 g/cm3 2300℃ 立方相(Cubic) 6.27 g/cm3
由四方相转变为单斜相，伴随着3～5%的体积膨胀和8%的剪 切应变。
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（1）应力诱导相变增韧 a. ZrO2受周围陶瓷基体的约束会抑制其相变，使相变温度向低 温方向移动。如果室温下有未相变的t-ZrO2，受张应力后，基体 对t-ZrO2的束缚减弱，使之转变为m-ZrO2。转化时吸收了能量， 伴随的体积膨胀减少了裂纹尖端集中的应力。因此，裂纹扩展 甚至断裂所需要的应力增大， 从而提高陶瓷的断裂韧性。 b. t-ZrO2的相变温度随其 粒度降低而下降，一直 可降至室温以下。
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3. 烧成方法与制度的影响 采用通常烧成方法和制度煅烧陶瓷制品时，坯体中的气孔 难以完全排除。如果提高烧成温度或是延长保温时间，则会增 加液相量，增加晶粒尺寸，甚至降低密度和强度。
周玉等（1988年）认为，这是由于烧成温度升高后，使MgO在晶 界上偏析，ZrO2晶体内固溶的MgO量减少、晶粒长大、晶格畸变 程度减少、变形与裂纹扩展阻力减少所致。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3) 若采用压制法成型，则对细粉料进行造粒处理，使之适应成 型需要。 （4）原料配比时要选择合适的添加剂，这对氧化物和非氧化物 陶瓷非常重要。 添加剂的作用主要有：？ 选择添加剂的原则： 选择添加剂的原则 （R.J.Brook） a.添加剂的金属离子大小和主晶相的金属离子相近，以促进形成 固溶体； b. 添加剂浓度和固溶体的极限要接近，以增强致密化效果； c. 添加剂和主晶相金属离子电价之差为1，以保证缺陷浓度和 适当的溶解度； d. 添加剂有适当的挥发性，使其在高温下能均匀分布在坯体中。
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玻璃相含量多的三组分陶瓷中，晶粒大小也会影响其机 械强度。玻璃相和石英的热膨胀系数存在差异，随着石英 颗粒尺寸的增加，玻璃相由承受压应力转变为承受张应力， 故其强度下降。
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通过讨论晶粒大小对强度的影响，可以从以下几方 面提高陶瓷强度：
①提高原料微粉的品质，特别是对氧化物与非氧化物 陶瓷。要求粉体尽量细；大小、形状均一，化学纯度和 相结构的单一性好； ②科学选择烧结温度，选择最佳工艺条件，防止晶粒 长大； ③选择适当的添加物质和加入量，抑制晶粒异常长大， 促进致密化。
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（2）晶型和晶粒形貌对强度的影响
σ th =
Eγ a
E — 材料的弹性模量，Pa； γ — 材料的表面断裂能，J/m2； a — 原子间的平衡距离或晶格常数。 σth ≈ 0.1 E 实验表明，陶瓷材料的实际强度远小于其理论强度。?
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Griffith微裂纹理论： 材料中总存在着许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下裂 纹或缺陷处易产生应力集中，当达到一定程度时（远小于原子 间的结合力），裂纹扩展连接而导致材料整体破坏。裂纹扩展 的动力是材料内弹性应变能的释放或降低。 裂纹扩展的临界应力：
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坯体中出现的裂纹往往和晶粒尺寸呈正比。
a. 裂纹长度大，则出现断裂所需的负荷小； b. 裂纹有一定长度时，尖端部分出现应力集中，尖端的曲率 半径愈小则应力愈集中，小的负荷即可使裂纹扩展断裂。
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晶粒尺寸增大对强度影响的原因： ①大晶粒出现裂纹的几率增大； ②大晶粒的各向异性导致内应力加剧。 晶粒尺寸减小，为什么会使陶瓷材料的强度提高？ ①晶粒尺寸减小，比表面积增加，晶界面积增加，裂纹扩 展的阻力愈大，或者说外加破坏负荷衰减愈多，因此强 度增加； ②细晶粒的应力集中效应小于粗晶粒的； ③非立方结构的陶瓷材料中，粗颗粒的各向异性使晶界产 生裂纹，增大内应力，降低断裂能，从而降低强度。
TiO2制备方法 传统工艺 以四乙醇钛为 原料制备 以四异醇钛为 原料制备
粒度 /µm > 10 < 0.3 < 0.08
烧结温度 晶粒大小 相对密度 / µm /% /℃ 1300~1400 10~50 70~80 1050 800 1.2 0.15 99 99
（2）采用严格的保障措施，防止杂质进入原料中，保证纯度。
2 Eγ σ = πc
E — 材料的弹性模量，Pa； γ — 材料的表面断裂能，J/m2； c — 裂纹长度的一半。
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2. 陶瓷材料中裂纹产生的原因 （1）因动力学条件不满足，晶体生长存在着许多缺陷，如位 错，它们在运动过程中受晶界制约形成塞积，产生应力集中 而形成裂纹。 （2）陶瓷材料的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。 （3）陶瓷多相体热性质的不同引起裂纹。晶相各向异性与晶 粒取向不同产生应力，晶相与玻璃相的膨胀系数差异等。 （4）不规则气孔的存在，其作用相当于裂纹。这与烧结程度、 密度有关。 （5）材料表面的粗糙度会影响表面裂纹的大小变化。
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（二）工艺因素与常温强度的关系 高强度陶瓷显微结构的特点是：密度要高，气孔和 裂纹要少，晶粒尺寸要适当。
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控制坯体致密化与晶粒粗化过程的分析： 致密化速率：ρ 晶粒的粗化速率：Ā 提高ρ /Ā速率的方法： （1）选用适当的添加剂； （2）采用细粒易烧结的粉末； （3）采用有效的烧成工艺与方法。
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7.2 影响常温强度的因素