第六章燒成與燒結(jié)（p139-154，p334-338）

第一節(jié)概述第二節(jié)成形坯體（釉）在燒成過程中的變化第三節(jié)燒成制度第四節(jié)燒成缺陷分析第五節(jié)陶瓷的快速燒成和燒成新技術(shù)第六節(jié)燒成裝窯和窯具、窯爐程繼貴jgcheng63@材料科學(xué)與工程學(xué)院SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251

第一節(jié)概述

一、基本概念●

燒成的概念（firing，Calcination

）

成形坯體經(jīng)高溫處理，發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，達(dá)到固定外形并獲得所需性能的過程?！癖容^：燒結(jié)、燒成、煅燒、固相反應(yīng)的概念燒結(jié)（Sintering）：粉末或粉末壓坯在一定的氣氛中，在低于其主要成分熔點的溫度下加熱而獲得具有一定組織和性能的材料或制品的過程。

燒結(jié)側(cè)重考察顯微組織（孔隙）變化SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20252煅燒（Calcination）：粉末或粉末壓坯在一定的氣氛中，在低于其主要成分熔點的溫度下加熱而獲得具有一定組織和性能的材料或制品的過程。

煅燒多對原料進(jìn)行，主要實現(xiàn)某些組分的排除（分解）和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變固相反應(yīng)（SSR）：有新物質(zhì)生成，范圍很廣：合成、分解……

陶瓷生產(chǎn)中，燒成（對傳統(tǒng)陶瓷）和燒結(jié)（對新型陶瓷）是最主要的工序之一!SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202531.不可缺少的基本工序之一

2.對制品的性能有決定的影響

燒成缺陷絕大部分難以消除3.燒成成本是產(chǎn)品成本的重要組成部分

設(shè)備、熱能、氣氛等二、燒成與燒結(jié)的重要性SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20254三、燒成過程的復(fù)雜性化學(xué)反應(yīng)（ChemicalReaction）分解、氧化、固相反應(yīng)、共熔、相變……2.熱量傳遞（HeatTransfer）對流、傳導(dǎo)、輻射傳熱……3.質(zhì)量傳遞（MassTransfer）

擴散……4.動量傳遞（MomentumTransfer）

氣體流動……

“三傳一反”SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20255四、坯料燒成過程的劃分1.低溫預(yù)燒階段：室溫-300℃±；2.分解及氧化階段：300~950℃±；3.高溫玻化成瓷階段：950℃±~燒成溫度4.冷卻階段：止火溫度~室溫SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20256

第二節(jié)成形坯體（釉）在燒成過程中的變化

一、燒成過程中的物理化學(xué)變化（一）低溫預(yù)燒階段（室溫-300℃±）

排除干燥后坯體中的殘余水分，坯體入窯水份屬大氣平衡吸附水，一般在2-3％左右，溫度達(dá)110-120℃時即能完全排除。排除此部分水分的主要變化：

1.坯體質(zhì)量減輕；

2.坯體發(fā)生少量收縮，顆?？繑n；

→

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20257一般干燥后坯體的水分（入窯）要求<5％，日用瓷<3％，對不同的燒成窯，坯體水分具體要求不同：隧道窯：<1%，輥道窯：<0.5%

低溫預(yù)燒階段為純物理過程，沒有化學(xué)變化

3.收縮往往不能完全填補水分所遺留的空間，因此粘土質(zhì)坯體經(jīng)過此階段后，坯體強度和氣孔率增加；但非可塑性原料制成的坯體則變得疏松多孔，強度降低；SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20258（二）分解及氧化階段SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202591.氧化反應(yīng)

1）

碳素和有機物的氧化

北方紫木節(jié)土、黑堿石、黑矽砂石和南方的黑泥等含有大量有機物和碳素，壓制成形時，坯料中添有有機粘合劑，坯體表面占有潤滑油，這類物質(zhì)加熱時都要發(fā)生氧化。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025102）

鐵的化合物（硫化物及硫酸鹽）的氧化：

FeS2、FeS、Fe2（SO4）3SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025112.分解反應(yīng)

1）

結(jié)構(gòu)（晶）水的分解、排除

入窯坯體含有兩種水分：大氣平衡吸附水一般在2-3％左右，溫度達(dá)110-120℃時即能完全排除。（低溫預(yù)燒階段即排除）粘土及其它含水礦物(例如滑石、云母等)的結(jié)晶水屬化學(xué)結(jié)合水。排除化學(xué)結(jié)合水的溫度范圍取決于礦物組成及其結(jié)晶完整性。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202512脫水分解總結(jié)：

粘土礦脫水分解起始溫度為200-300℃±，劇烈脫水溫度和脫水速度，取決于礦物組成，結(jié)晶程度、坯體厚度和升溫速度。

例，高嶺土脫水溫度為500-700℃，后期水分排除速度較快；蒙脫石脫水溫度為600-750℃，伊利石脫水溫度為400-600℃，后兩者水分排除速度較和緩。粘土礦脫水后都形成A12O3和SiO2及硅酸鹽?？焖偕郎貢r，結(jié)構(gòu)水排出移向高溫，而且比較集中。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202513SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025142）

碳酸鹽的分解

主要碳酸鹽：石灰石(CaC03)、白云石(MgCO3·CaCO3)等；

CaCO3分解：開始溫度550-600℃，結(jié)束溫度為960-1050℃。

MgCO3分解：開始溫度400-500℃，結(jié)束溫度為700-900℃。一般認(rèn)為碳酸鹽礦物在1000℃左右基本上分解完畢。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025153）硫酸鹽的分解

在氧化氣氛中，至高溫1300℃急劇分解：在還以氣氛中．則在910℃開始被還原成亞硫酸鈣，繼而較高溫分解：SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025164）氧化鐵的分解

Fe2O3的分解溫度因氣氛條件不同而異。在氧化氣氛中中1250℃開始分解，1370℃時劇烈分解：SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025173.石英的多晶轉(zhuǎn)化和少量液相的生成

β-石英→α-石英(573℃)；α-石英→方石英(870℃)

900℃附近長石與石英、長石與分解后的粘土顆粒，在接觸位置形成共熔體的熔滴。按照K2O-A12O3-SiO2三元相圖，985℃時才有三元共熔物出現(xiàn)，但由于雜質(zhì)的存在，該共熔點的溫度實際上較相圖所示溫度要低60℃以上。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202518分解與氧化階段:

結(jié)構(gòu)水和分解氣體排出，坯體的重量急速成輕，氣孔相應(yīng)增加。根據(jù)配方組成中粘土、石英含量的多少發(fā)生不同程度的體積變化。后期由于有少量熔體起膠結(jié)顆粒的作用，所以坯體強度相應(yīng)提高。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202519（三）高溫玻化和成瓷階段1.1050℃以前，繼續(xù)氧化分解反應(yīng)并排除結(jié)構(gòu)水有資料認(rèn)為，坯料中的結(jié)構(gòu)水在800℃前只排除3/4，其余要在更高溫度下才能排除，升溫快時殘留結(jié)構(gòu)水甚至?xí)舆t到1200℃才排除完全。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025202.硫酸鹽的分解和高價鐵的還原與分解SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025213.莫來石形成

由粘土礦分解出的無定形Al2O3和SiO2，在950℃左右開始轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，由X射線證實，1100℃已有微量莫來石。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202522高嶺石在高溫階段的主要反應(yīng)：

由高嶺石分解物形成的粒狀及片狀莫來石稱為一次莫來石，由長石熔體形成的針狀莫來石稱為二次莫來石。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025234.大量液相及莫來石形成

至1200℃以上長石熔完。熔化時不斷溶解粘土分解物和細(xì)粒石英，熔體組分不斷變化,這種高硅質(zhì)熔體可以溶解細(xì)小針狀莫來石。同時，三組分共熔物亦不斷增加。在還原焰中且系統(tǒng)含鐵又較高時，則堿和堿土金屬氧化物與低價鐵、石英等也形成低共熔物（表）

故,液相量大為增加。在長石瓷燒結(jié)坯中液相量可高達(dá)50-60％左右。

液相的作用之一:促使晶體發(fā)生重結(jié)晶，導(dǎo)致大晶粒進(jìn)一步長大。除二次莫來石長成較大針晶外，一次莫來石也可就地再結(jié)晶成針晶。

液相另一主要作用:

填充坯內(nèi)孔隙，促使晶粒重排、互相靠攏、彼此粘結(jié)成為整體。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202524SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202525

在高溫階段，坯體氣孔率迅速降低，體積急劇收縮，強度、硬度增大，坯體顏色由淡黃、青灰轉(zhuǎn)變成白色，坯體顯出光澤并具半透明感，標(biāo)志坯已瓷化燒結(jié)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202526（四）冷卻階段

冷卻時液相析晶、玻璃相凝固。因熔體粘度增大抑制晶芽的形成，且高溫熔體中硅量并未達(dá)到飽和，因此一般陶瓷在冷卻階段不會有方石英新相析出。冷卻過程中析出的莫來石都為粗大針狀晶，但所占比例不大。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202527總結(jié)：坯體燒成過程中的物理化學(xué)變化總結(jié)SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202528二、坯體的宏觀性能和顯微結(jié)構(gòu)在燒成中的變化

（一）實驗研究

日本濱野健曾測定了瓷還在升溫中的膨脹、收縮、體積密度和開口氣孔率等性能的變化，并由X-射線和掃描電鏡分析組織結(jié)構(gòu)。測試坯料組成以標(biāo)準(zhǔn)長石配方(50％高嶺石、25％石英、25％長石)為基礎(chǔ)，將石英、長石量各自在5-10％范圍內(nèi)增減配成10種坯料，用靜水壓法以80.0MPa壓力成形，燒成時的升溫速度為6-10℃/分。還用同樣方法分別測試了石英、長石和粘土原料的相應(yīng)性能以作對比。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202529

500℃前坯體是由帶棱角的石英、長石和細(xì)顆粒高嶺土集合體組成的多孔粗糙組織。

500℃附近高嶺土脫水，因而500-900℃之間，坯體由石英、長石和偏高嶺石的機械混合物組成。坯體體積變化特征表現(xiàn)為三種原料的膨脹和收縮量的綜合效應(yīng)。通過偏光和掃描電鏡的觀察，此時坯體除致密化以外，基本上沒有其它變化，因而組織結(jié)構(gòu)與未燒前并無多大差別。

1.950℃前的變化SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202530

1000℃附近產(chǎn)生的急劇收縮，僅以高嶺土的變化為主，且偏高嶺石顆粒界面擴散導(dǎo)致坯體的燒結(jié)。

1000-1100℃之間收縮較和緩，由偏高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)榧饩虚g相。坯體在1100℃左右及以上溫度發(fā)生急速收縮。

2.950℃-1100℃SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202531

1200-1300℃，莫來石量增加，石英由于溶解而逐漸減少；長石熔體粒子失去外形，坯體進(jìn)一步致密。

1300℃時粗石英顆粒變圓，外圍有1-2μm厚的玻璃質(zhì)(熔蝕邊)。針狀和細(xì)粒狀莫來石兩區(qū)域邊界更加靠近，坯體開始均勻化，其中氣孔幾乎全為閉口形。

3.1100℃以上SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202532

1350-1400℃坯體組織進(jìn)—步均質(zhì)化和致密化，兩種形態(tài)的莫來石都發(fā)育長大，彼此之間互相滲雜交錯并被玻璃質(zhì)連結(jié)成一整體。此時殘留石英熔蝕邊加厚至5-7μm左右，開口氣孔率為0，坯體燒結(jié)，強度顯著提高。

1400℃以上，液相粘度降低，閉口氣孔中的氣體擴散互相合并，莫來石數(shù)量減少，因而造成坯體膨脹、開口氣孔增加、強度降低，制品過燒。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202533（二）一般規(guī)律

1.宏觀性能

1）坯體尺寸收縮；

2）坯體密度增加；

3）

坯體強度增加；

4）

坯體物性改善。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025342.

顯微組織

1）冷卻后的陶瓷中存在著晶相、玻璃相，還有許多顯微大小的氣泡。晶相構(gòu)成坯體骨架，玻璃相為骨架間隙中的填充物。對長石質(zhì)瓷：玻璃相30-50％，莫來石10-30％，其余為石英晶體和氣孔。陶瓷是一種多晶相、多玻璃相、并具有少量氣孔的非均質(zhì)材料。2）在實際生產(chǎn)中，受到原料、燒成溫度、氣氛、升溫速度、燒成周期等限制，物理化學(xué)變化不可能達(dá)到平衡相圖的狀態(tài)，實際陶瓷坯體的組織結(jié)構(gòu)不僅復(fù)雜且極不均勻。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202535三、特種陶瓷的燒結(jié)

（一）燒結(jié)參數(shù)及其對燒結(jié)性影響1.燒結(jié)類型T1T3T2TmBTmA

液相燒結(jié)（Liquidphasesintering）固相燒結(jié)（Solidstatesintering）燒結(jié)過程示意相圖SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202536

(a)固相燒結(jié)(Al2O3)(b)液相燒結(jié)

(98W-1Ni-1Fe(wt%))的顯微結(jié)構(gòu)SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025372.燒結(jié)驅(qū)動力

燒結(jié)的驅(qū)動力就是總界面能的減少。粉末坯體的總界面能表示為γA，其中γ為界面能；A為總的比表面積。那么總界面能的減少為：

其中，界面能的變化（Δγ）是因為樣品的致密化，比表面積的變化是由于晶粒的長大。對于固相燒結(jié)，Δγ主要是固/固界面取代固/氣界面。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202538在燒結(jié)驅(qū)動力的作用下燒結(jié)過程中的基本現(xiàn)象

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025393.燒結(jié)參數(shù)材料參數(shù)粉體形貌，粒度，粒度分布，團聚，混合均勻性等化學(xué)特性化學(xué)組分，純度，非化學(xué)計量性，絕對均性等工藝參數(shù)燒結(jié)溫度，燒結(jié)時間，壓力氣氛，升溫和降溫度等SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025404.燒結(jié)參數(shù)對于燒結(jié)樣品性能的影響1）材料參數(shù)對燒結(jié)的影響

（1）顆粒尺寸對燒結(jié)的影響

在一定溫度下，半徑為r1的一列球形顆粒所需要的燒結(jié)時間為t1，半徑為r2的另一列排列相同的球形顆粒燒結(jié)時間為t2，則：

如果顆粒尺寸從1

m減小到0.01

m，則燒結(jié)時間降低106到108數(shù)量級。同時，小的顆粒尺寸可以使燒結(jié)體的密度提高，同時降低燒結(jié)溫度、減少燒結(jié)時間。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202541（2）粉體結(jié)塊和團聚對燒結(jié)的影響結(jié)塊的概念是指一小部分質(zhì)量的顆粒通過表面力和/或固體橋接作用結(jié)合在一起；而團聚描述的是顆粒經(jīng)過牢固結(jié)合和/或嚴(yán)重反應(yīng)形成的粗大顆粒。結(jié)塊和團聚形成的粗大顆粒都是通過表面力結(jié)合。細(xì)小顆粒在液體和固體介質(zhì)中承受吸引力和排斥力形成結(jié)塊和團聚體示意圖

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202542（3）顆粒形狀對燒結(jié)的影響顆粒形狀和液相體積含量對顆粒之間作用力的影響只有在大量液相存在的情況下，才能使具有一定棱角形狀的陶瓷粉體之間形成較高的結(jié)合強度。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202543（4）顆粒尺寸分布對燒結(jié)的影響顆粒尺寸分布對最終燒結(jié)樣品密度的影響可以通過分析有關(guān)的動力學(xué)過程來研究，即分析由不同尺寸分布的坯體內(nèi)部，在燒結(jié)過程中“拉出氣孔”（poredrag）和晶粒生長驅(qū)動力之間力的平衡作用。研究表明，較小的顆粒尺寸分布范圍是獲取高燒結(jié)密度的必要條件。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025442）影響陶瓷燒結(jié)的工藝參數(shù)（1）燒結(jié)（成）溫度對產(chǎn)品性能的影響燒成溫度是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)時的相應(yīng)溫度，即操作時的止火溫度。燒成溫度的高低直接影響晶粒尺寸和數(shù)量。對固相擴散或液相重結(jié)晶來說，提高燒成溫度是有益的。然而過高的燒成溫度對特瓷來說，會因總體晶粒過大或少數(shù)晶粒猛增，破壞組織結(jié)構(gòu)的均勻性，因而產(chǎn)品的機電性能變差。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202545（2）保溫時間對產(chǎn)品性能的影響在燒成的最高溫度保持一定的時間，一方面使物理化學(xué)變化更趨完全，使坯體具有足夠液相量和適當(dāng)?shù)木Я３叽纾硪环矫娼M織結(jié)構(gòu)亦趨均一。但保溫時間過長，則晶粒溶解，不利于在坯中形成堅強骨架，而降低機械性能。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202546（3）燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響①氣氛對陶瓷坯體過燒膨脹的影響②氣氛對坯體的收縮和燒結(jié)的影響（4）升溫與降溫速度對產(chǎn)品性能的影響③氣氛對坯的顏色和透光度以及釉層質(zhì)量的影響SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202547（二）固相燒結(jié)過程及機理初始階段中間階段最終階段

固相燒結(jié)一般可分為三個階段：初始階段:主要為顆粒形狀改變；中間階段:主要為氣孔形狀改變；最終階段:主要為氣孔尺寸減小。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025481.雙球模型（two-particlemodel）

圖

(a)為未收縮的模型，顆粒之間的距離不發(fā)生變化，但是隨著燒結(jié)時間的增加，頸部尺寸會不斷增加，燒結(jié)樣品開始收縮，其收縮后幾何模型如圖

(b)所示，頸部增大主要是顆粒接觸間物質(zhì)擴散和坯體收縮造成的。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202549

燒結(jié)的驅(qū)動力主要來源于由于顆粒表面曲率的變化而造成的體積壓力差、空位濃度差和蒸汽壓差。對于圖中的模型示意圖，體積壓力差ΔP為：空位濃度差為：蒸汽壓差為：其中，γs為固相的表面能，Vm’為空位摩爾體積，Vm為固相的摩爾體積。由于上述體積壓力差、空位濃度差和蒸汽壓差的存在，促使物質(zhì)擴散。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202550物質(zhì)擴散機理材料部位接觸部位相關(guān)參數(shù)

1．晶格擴散晶界頸部晶格擴散率,Dl

2．晶界擴散晶界頸部晶界擴散率,Db

3．粘性流動整體晶粒頸部粘度,η

4．表面擴散晶粒表面頸部表面擴散率,Ds5．氣相傳輸蒸發(fā)－凝聚晶粒表面頸部蒸汽壓差,Δp氣相擴散晶粒表面頸部氣相擴散率,Dg燒結(jié)中的物質(zhì)傳輸機理

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025512.晶粒過渡生長現(xiàn)象

晶粒的異常長大是指在長大速度較慢的細(xì)晶基體內(nèi)有少部分區(qū)域快速長大形成粗大晶粒的現(xiàn)象。在燒結(jié)過程中發(fā)生異常長大與以下主要因素有關(guān)：①材料中含有雜質(zhì)或者第二相夾雜物②材料中存在高的各向異性的界面能，例如固/液界面能或者是薄膜的表面能等③材料內(nèi)存在高的化學(xué)不平衡性。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202552（三）液相燒結(jié)過程與機理

液相燒結(jié)（LiquidPhaseSintering，簡LPS）是指在燒結(jié)包含多種粉末的坯體中，燒結(jié)溫度至少高于其中的一種粉末的熔融溫度，從而在燒結(jié)過程中而出現(xiàn)液相的燒結(jié)過程。

優(yōu)點：１）提高燒結(jié)驅(qū)動力。２）可制備具有控制的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)化性能的陶瓷復(fù)合材料

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025531.液相燒結(jié)階段（過程）圖(a)液相燒結(jié)不同階段的示意圖(O:熔化；Ⅰ:重排；Ⅱ:溶解-沉淀；Ⅲ:氣孔排除)圖(b)在不同溫度下，氧化鋁-玻璃體系中，實際致密化作為燒結(jié)時間的函數(shù)所示意的不同LPS階段SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202554

三元相圖表示由SSS、LPS、粘滯復(fù)相燒結(jié)(VCS)以及粘滯玻璃相燒結(jié)(VGS)時的相的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系。箭頭表示初始密度為60％時，各相體積分?jǐn)?shù)變化方向。在IPS燒結(jié)區(qū)域ABCS．表示出此燒結(jié)機理的不同分階段Ⅰ：重排，Ⅱ：溶解-沉淀，Ⅲ：氣孔排除SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025552.液相燒結(jié)過程的致密化機理（1）顆粒重排（ParticlesRe-arrangement）

在LPS燒結(jié)過程中，顆粒間的液相膜起潤滑作用。顆粒重排向減少氣孔的方向進(jìn)行，同時減小系統(tǒng)的表面自由能。當(dāng)坯體的密度增加時，由于周圍顆粒的緊密接觸，顆粒進(jìn)一步重排的阻力增加，直至形成緊密堆積結(jié)構(gòu)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202556（2）

溶解-沉淀（disolvation–precipitation）濃度LPS燒結(jié)溶解-沉淀階段的兩晶粒接觸示意圖．物質(zhì)遷移的三個路徑，1：溶質(zhì)的外擴散(□)，2和4：溶解物組分(○和△)向晶粒接觸區(qū)域流動，以及3：在接觸區(qū)域的溶解-再沉淀。(b)三個組分液相所對應(yīng)濃度梯度作為r的函數(shù)，其中rc是接觸半徑，h是液相膜厚度SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202557（3）氣孔排除燒結(jié)中期，相互連續(xù)的氣孔通道開始收縮，形成封閉的氣孔，根據(jù)材料體系的不同，密度范圍從0.9至0.95。

LPS燒結(jié)比SSS燒結(jié)可以在較低的密度發(fā)生上述氣孔封閉。氣孔封閉后，LPS燒結(jié)進(jìn)入最后階段。封閉氣孔通常包含來源于燒結(jié)氣氛和液態(tài)蒸汽的氣體物質(zhì)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025583.晶粒生長和粗化

一般在大量液相中，球形顆粒的晶粒生長由下式給出：

式中，rs為在時間t時的晶粒平均半徑，為在時間為0時的晶粒平均半徑，k為晶粒生長速率常數(shù)。半徑（或晶粒尺寸）指數(shù)n取決于晶粒生長機理；n＝3和n＝2分別為擴散控制相界面反應(yīng)控制。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202559四、陶瓷燒結(jié)體的顯微組織（復(fù)習(xí)）（一）晶相（二）晶界（三）玻璃相（四）氣孔SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202560

第三節(jié)燒成制度

（p141-1143，p334-338）

燒成制度：是指燒成時所執(zhí)行的溫度、壓力和氣氛規(guī)范，包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。溫度制度：溫度隨時間變化的規(guī)律：升溫速度、燒成溫度、保溫時間、冷卻速度等。氣氛制度：燒成的不同時期、窯爐不同區(qū)域氣氛的組成和性質(zhì)。壓力制度：燒成的不同時期或窯爐不同區(qū)域氣氛的壓力。

燒成制度中，燒成的溫度制度、氣氛制度尤為重要，是影響產(chǎn)品性能的主要因素，而壓力制度旨在保證溫度和氣氛制度的實現(xiàn)。

8/31/202561一、燒成制度對產(chǎn)品性能的影響

（一）燒成溫度的影響

燒成溫度是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性能時的相應(yīng)溫度，即操作時的止火溫度。

實際操作時，止火溫度有一個允許的波動范圍，習(xí)慣上稱之為燒成（溫度）范圍。（復(fù)習(xí)→）T1T2T3SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025621.燒成溫度與產(chǎn)品性能的關(guān)系

1）影響燒結(jié)體的相組成和致密化

燒成溫度（℃）相組成（%）氣孔體積（%）玻璃相莫來石石英1210569323127058122821310611523113506218191長石質(zhì)瓷在不同燒成溫度下的相組成:SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025632）燒成溫度影響晶粒尺寸與數(shù)量——→陶瓷性能12SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202564SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025652.燒成溫度的確定

1）根據(jù)坯體配方組成、坯料細(xì)度；

2）根據(jù)對產(chǎn)品的性能要求；

3）根據(jù)坯體中的反應(yīng)速度、坯體形狀尺寸、窯爐結(jié)構(gòu)……

（影響燒成溫度曲線）SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202566（二）保溫時間的影響

坯體為不均勻多相系，燒成過程中各區(qū)域的反應(yīng)類型和速度都不相同，瓷坯的組織結(jié)構(gòu)由許多不同類型的晶相和玻璃相，以不同配比組合而成須在燒成的最高溫度保持一定的時間，目的:

●使物理化學(xué)變化進(jìn)行完全；

●使坯體形成足夠液相量、適當(dāng)?shù)木Я３叽?，●使成分?jǐn)U散均勻、組織結(jié)構(gòu)均一。但保溫時間過長→晶粒長大，降低機械性能。精陶坯中由于方石英晶相的減少還會引起釉裂。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202567SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202568（三）燒成氣氛的影響

1.氣氛的分類與作用

普通陶瓷燒成氣氛按燃燒產(chǎn)物中游離氧和還原成分的量分為：

普通氧化氣氛（焰）：游離氧4-5%

強氧化氣氛（焰）：游離氧8-10%

中性氣氛（焰）：游離氧1-1.5%

還原氣氛（焰）：游離氧0-1%，CO：4-8%

比較：金屬、特種陶瓷燒結(jié)氣氛的分類——常用分類依據(jù)？SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202569燒成氣氛作用：

氧化氣氛（焰）：低溫預(yù)燒和氧化分解階段采用

（1）燒除沉積于坯體上的碳素及有機物分解（2）氧化硫化鐵SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202570還原氣氛（焰）作用：高溫?zé)呻A段采用避免Fe2O3高溫分解放出O2使坯體發(fā)泡：

Fe2O3→FeO+O2（1250-1370℃）還原氣氛中，則：Fe2O3+CO→FeO+CO2（1100℃）

FeO+SiO2→FeSiO3

（硅酸亞鐵，淡青色）白如玉

比較：金屬、特種陶瓷的燒結(jié)氣氛的作用？SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202571

2.燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響氣氛對產(chǎn)品的燒成和性能都有重要影響含鐵量多、吸附性差的傳統(tǒng)配方坯體應(yīng)在高溫階段采用還原焰燒成，含少量鐵和較多鈦及碳，且吸附性又較強的坯體宜采用氧化焰燒成，燒成氣氛對這類瓷坯發(fā)生如下一些影響：

1）對傳統(tǒng)陶瓷的影響

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202572N3SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202573由高嶺土-長石-石英-膨潤土配制的瓷坯，在還原氣氛下的過燒比氧化氣氛要大，尤其膨潤土含量多時差別更明顯(1）影響坯體的過燒膨脹SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202574

硫酸鹽、Fe2O3、磁鐵礦和云母中所含的鐵質(zhì)，在氧化氣氛中它們都在接近于坯體的燒結(jié)和釉層熔化的高溫下才能分解。此時氣孔封閉，氣體不能排出引起膨脹起泡。在還原氣氛中，這些物質(zhì)的分解可提前到坯、釉尚屬多孔狀態(tài)下完成，這時氣體能自由放出，過燒膨脹大為減輕。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202575(2）影響燒成溫度

兩種坯體在還原氣氛中的燒成溫度比在氧化氣氛中低。降低程度隨著含鐵量的減少而減小。Why？思考SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202576(3）影響坯體的燒成收縮

兩種坯體在還原氣氛中的燒成溫度比在氧化氣氛中低，降低程度隨著含鐵量的減少而減小。兩者的最大收縮卻不相同，瓷石質(zhì)坯在還原氣氛中的收縮較氧化氣氛中大，而長石與膨潤土質(zhì)坯在氧化氣氛中的收縮較大。

氣氛對燒成收縮的影響主要是坯中Fe2O3被還原為FeO所致。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202577(4）影響瓷坯的顏色、透光度以及釉面質(zhì)量

a.影響鈦和鐵的價態(tài)——瓷坯顏色、透光度

●

氧化焰中，F(xiàn)e2O3溶解度低，冷卻時析出Fe2O3→黃色還原焰中，F(xiàn)e2O3→FeO→FeSiO3→淡青色（前述）

●

若Ti含量較高，應(yīng)避免還原焰：

TiO2（白色）→Ti2O3：藍(lán)、紫、黑色或→FeO?Ti2O3尖晶石（黑色）●不同氣氛中，F(xiàn)e的價態(tài)不同，液相量不同，液相流動和坯內(nèi)氣孔降低，有利于提高透光度SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202578b.使SiO2和CO還原

在一定溫度下，還原氣氛使SiO2還原成SiO，在更低的溫度下它將按2SiO→SiO2+Si分解，因而在制品表面形成Si的黑斑；CO則分解出C沉積，在坯、釉上形成黑斑。c.形成氮化合物氮在高溫還原氣氛中可以形成化合物溶于坯、釉熔體中，遇到氧化氣氛或有Fe2O3的氧化作用時，又會重新分離產(chǎn)生氣泡。

綜上，氣氛對坯釉質(zhì)量起復(fù)雜影響?？偟膩碚f，凡能降低坯體起泡的氣氛都能提高釉面質(zhì)量。還原氣氛能提高熔液(低鐵硅酸鹽)表面張力約達(dá)20％，因而提高釉層的平整性。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202579

A12O3瓷，在氫氣氛中燒成時不僅燒成溫度可降低300℃，而且瓷坯致密度也有提高。

（2）燒結(jié)氣氛對新型陶瓷燒結(jié)的影響

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202580（四）升溫和降溫速度的影響燒成時的升溫速度對產(chǎn)品性能有極明顯的影響，例75％Al2O3瓷的燒結(jié)：SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202581

由高溫至常溫的降溫速度對坯體白度和性能都有關(guān)系。含玻璃相多的陶瓷，應(yīng)采取高溫快冷(數(shù)百度/分)和低溫慢冷的制度：

●冷卻初期溫度高，快冷影響晶粒數(shù)量和尺寸，快冷可避免釉面析晶、提高光澤。緩冷易使低價鐵重新氧化制品泛黃。

●當(dāng)熔液轉(zhuǎn)向玻璃態(tài)時，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，溫差會造成應(yīng)力，加上多晶轉(zhuǎn)化的體積變化，都可能使制品變形開裂。尤其是膨脹系數(shù)較大的瓷坯或含有大量SiO2、ZrO2、TiO2等晶體的瓷坯，由于晶形轉(zhuǎn)變時伴隨有較大的體積變化，因而就更須慢冷。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202582二、擬訂燒成制度的依據(jù)（一）根據(jù)坯料在加熱過程中的性狀變化首先根據(jù)坯料所屬相圖，初步估計燒結(jié)溫度高低和燒結(jié)范圍的寬窄。例：如由K2O-A12O3-SiO2和MgO-A12O3-SiO2圖可知：

●以長石作熔劑和瓷石配制的傳統(tǒng)配方瓷較滑石瓷易于燒成：

前者中鉀長石(K2O?Al2O3?6SiO2-鱗石英(SiO2）-莫來石

(3Al2O3?2SiO2）的低共熔溫度低(985±20℃)；

后者中堇青石（MgO?2Al2O3?5SiO2)-鱗石英（SiO2）-斜頑輝石

(MgO?SiO2）的低共熔溫度為1355℃

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202583

從液相數(shù)量的變化來看，隨著溫度提高傳統(tǒng)瓷中液相數(shù)量增長緩慢，坯體燒結(jié)時液相量高達(dá)50％都不變形。而滑石瓷從開始出現(xiàn)液相至燒結(jié)終了，最大液相量只能在45％以內(nèi)，而且從開始熔化(產(chǎn)生30％液相)至燒結(jié)終了的溫度間隔極為狹窄?！?/p>

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202584

●

滑石瓷燒成工藝要求特別嚴(yán)格，燒成范圍僅10-20℃之間，燒成最高溫度只能偏于下限溫度。長石質(zhì)瓷燒結(jié)范圍可在60℃上下波動，因而最高燒成溫度可選在近上限溫度。

實際情況與相圖有較大差別，必須結(jié)合坯料的差熱、失重和燒成收縮、開口氣孔等的實測情況進(jìn)行考慮。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202585.（二）根據(jù)坯體的形狀、厚度和含水率

同一組成的坯體，由于制品形狀、厚度和含水率不同，升溫速度和燒成周期都應(yīng)有所不同：薄壁小制品入窯前水分易于控制，一般可采取短周期快燒；大件、厚壁制品，制定燒成制度時，厚度和形狀的因素很重要，此時升溫不能過快，周期不能過短。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202586

倒焰窯燒日用瓷須10-40多小時；傳統(tǒng)隧道窯從進(jìn)窯到出窯為20-40多小時扁形小截面輥道窯，推板窯的燒成時間甚至只需幾個小時。（三）根據(jù)窯爐結(jié)構(gòu)、容量、燃料和裝窯密度

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202587（四）根據(jù)燒成方法（p334）

燒成方法的分類（1）基本燒成方法（對普陶）：

●一次燒成(本燒)：施釉后的生坯一次直接燒成得到產(chǎn)品。我國，日用瓷、電瓷等高溫傳統(tǒng)配方瓷都采用一次燒成(或稱本燒)；●二次燒成(此時將一次燒制稱為“素?zé)?、二次燒制稱為“釉燒”)：

a.高溫素?zé)?，低（中）溫釉燒：將生坯燒至足夠高的溫度使之成瓷，然后施釉后較低溫度下釉燒

b.低溫素?zé)邷赜詿簩⑸髟谳^低溫度下燒成素坯，然后施釉后在較高溫度下釉燒得到產(chǎn)品。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202588

二次燒成中，以后一種（b）居多：藝術(shù)瓷、薄胎瓷或進(jìn)行釉下彩繪的日用制品多采用，此時素?zé)郎囟瓤偸堑陀诒緹郎囟?。例如：瓷件?300℃左右燒成時，素?zé)郎囟纫话銥?00℃左右；燒成溫度為1410-1450℃時，素?zé)郎囟染蜑?00℃。陶瓷制品除素?zé)?、釉燒外，在采用釉上或釉中彩進(jìn)行裝飾時還須經(jīng)過彩燒工序。（2）其他燒成方法熱壓燒結(jié)、近期發(fā)展的高溫和常溫等靜壓燒成、電火花燒成等各種新的燒成方法。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202589三、燒成制度實例及說明（一）溫度和氣氛制度

一般用溫度、氣氛以及壓力三者與時間的關(guān)系來表示燒成制度，并將溫度—時間曲線稱之為燒成溫度曲線。

溫度曲線的四大特性指標(biāo)是燒成各階段的升溫速度、最高燒成溫度、保溫時間以及冷卻速度。下兩圖為傳統(tǒng)配方日用瓷、高壓電瓷分別在間歇式和連續(xù)式窯爐中，以不同氣氛進(jìn)行一次燒成所采用的制度。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202590SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202591SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202592

上兩圖表明：配方組成基本相同，但品種和燒成條件等不同，燒成曲線不全然相同。但燒成方法相同時曲線變化的總趨勢大致相同，都包括有低溫階段、氧化分解、高溫和冷卻等階段。下面以還原氣氛燒成為重點（圖1-7-24（a））對傳統(tǒng)配方瓷器的燒成制度介紹如下：SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025931.低溫階段(室溫-300℃)

升溫速度主要取決于坯體的含水量、致密度、厚度和窯內(nèi)實際溫差以及裝坯量：

●入窯水分不大于1-2％的坯件干燥時幾乎無收縮，且強度略有增加，能較快升溫。

●如入窯坯件較濕，120-140℃以后，坯內(nèi)強烈汽化，毛細(xì)管逐漸變小，易使坯件扭曲變形甚至開裂，故須均勻緩慢升溫。

●入窯水分高的大件厚壁坯件，如電瓷，升溫速度控制在30℃/h左右；薄壁小件制品如日用瓷，升溫速度可為100-150℃/h。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202594升溫階段對氣氛沒有特殊要求—一般氧化氣氛。升溫速度還與窯爐結(jié)構(gòu)有關(guān)：

一般倒焰窯的升溫速度控制在(30—70)℃／h，隧道窯為(100一150℃/’hSchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025952.氧化分解和晶型轉(zhuǎn)化階段(300-950℃)

此階段的主要化學(xué)反應(yīng)有：

結(jié)晶水的排除，有機物、硫化物的氧化，碳酸鹽分解，石英晶型轉(zhuǎn)化等。物理變化有坯的重量減輕，氣孔率不斷增大至最大值，強度略增。但因石英多晶轉(zhuǎn)化發(fā)生體積膨脹，故坯體總收縮并不大。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202596

本階段的升溫速度與氣氛濃度主要根據(jù)坯料細(xì)度、組成、坯件厚度、形狀大小以及裝窯密度等因素來決定。

一般，本階段可以快速升溫，但下述情況下升溫速度應(yīng)適當(dāng)放慢：

A．高嶺石類粘土含量高的坯體的排除結(jié)晶水濕度范圍(400-600℃）

B．原料雜質(zhì)含量多，且坯體大而厚

C．氧化氣氛弱，煙氣流速小，氧化分解反應(yīng)緩慢。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202597

一般，倒焰窯在850℃以前升溫速度控制在（50-120）℃／h左右，強氧化階段為(30一50)℃／h

隧道窯在850℃以前的升濕速度可高達(dá)(150—200)℃／h

強氧化階段按制在(50一80)℃／h

●此階段升溫過快或氧化氣氛不強或煙氣流速較小，都會造成不完全氧化分解而影響質(zhì)量。一般要求煙氣中O2含量在5％左右。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025983.高溫階段(950℃至最高燒成溫度)

此階段坯體開始燒結(jié)，釉層開始熔化。除要嚴(yán)格控制溫度制度外，還要根據(jù)釉坯性能和含鐵、鈦量的多少，確定是否要轉(zhuǎn)換燒成氣氛。對于還原燒制瓷器時，此階段分為三個階段：氧化保溫期——保證有機物分解，防止積C；強還原——還原鐵的氧化物Fe3O4→FeO；弱還原——還原結(jié)束、釉面成熟

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/202599高溫階段關(guān)鍵“兩點一度”：

●氧化轉(zhuǎn)強還原的溫度點●強還原轉(zhuǎn)弱還原●還原氣氛的溫度SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025100

可以用坯、釉加熱時的收縮和氣孔率的變化，來確定還原期的溫度范圍，即從釉試塊的加熱收縮和氣孔率曲線中，取其發(fā)生強烈收縮的起始溫度作為還原開始，氣孔率＜5％或近于零時為還原結(jié)束(下圖)。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025101

本階段的升溫速度應(yīng)根據(jù)坯釉料的性質(zhì)、窯爐結(jié)構(gòu)以及裝窯情況而定。對含可塑粘土和熔劑量多的坯或者燒結(jié)范圍窄的坯，由于總的收縮量以及收縮率都大，因此升溫速度應(yīng)慢而均勻，坯厚、窯爐容積或溫差大時，尤應(yīng)溫升慢。一般制品在此階段的升溫率宜控制在50-80℃/h，倒焰窯燒制厚壁電瓷時，最好不大于15℃/h。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251024.高火保溫

為使坯內(nèi)的物理化學(xué)變化進(jìn)行更加完全，促使還內(nèi)組織結(jié)構(gòu)趨于均一，縮小制品內(nèi)外和窯爐各處溫差，高溫時升溫速度應(yīng)慢，還須進(jìn)行高火保溫和選擇合理的止火溫度。對于燒結(jié)范圍寬的坯料可選在上限溫度以較短時間燒成，燒結(jié)范圍狹的坯料，則宜在下限溫度內(nèi)以較長時間燒成。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025103一般：

陶器最高燒成溫度為1150-1250℃，t<1h；精陶素?zé)郎囟葹?220-1250℃，t=2-3h；日用瓷燒成溫度為1280-1400℃，t=1-2h；電瓷類t=4-6h。同類制品的最高燒成溫度最好波動在20℃以內(nèi)，當(dāng)裝窯密度改變時，止火溫度亦應(yīng)作出相應(yīng)調(diào)整。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251045.冷卻階段

850℃以上坯內(nèi)液相還處于塑性狀態(tài)，故可進(jìn)行快冷。降溫速度可控制在150-300℃/h。

850℃以下由于液相開始凝固，石英晶形轉(zhuǎn)化，放應(yīng)緩冷。緩冷階段的速率為40-70℃/h。瓷器在400℃以下可適當(dāng)快冷，降溫速度可達(dá)100℃/h以上；對含大量方石英類的陶坯，在晶型轉(zhuǎn)化溫度下仍須慢冷。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025105

在隧道窯中燒成時，習(xí)慣上將燒還原氣氛以前階段統(tǒng)稱為預(yù)熱帶，還原至高火保溫階段統(tǒng)稱為燒成帶。在倒焰窯燒成時，燒還原氣氛以前稱為小火或前火期，強還原時稱大火或攻燒期，弱還原至最高溫度稱后火期。高火保溫時，用少量燃料，保持溫度在極小范圍內(nèi)波動，最好不升不降，因而有時叫做平燒。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025106(二)壓力制度

壓力制度起保證溫度和氣氛制度的作用。

一般隧道窯的預(yù)熱帶都為負(fù)壓，使排煙通暢，吸入少量二次風(fēng)，保證轉(zhuǎn)換氣幕前為氧化氣氛。窯頭壓力最好控制在0-1mm水柱，因負(fù)壓過大，窯頭密封不好會吸入過多冷風(fēng)，增大預(yù)熱帶前段上下溫差，預(yù)熱帶中部一般控制在-1-4mm水柱，末端為0-2mm水柱。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025107燒成帶保持微正壓，使外界冷空氣難以人窯，穩(wěn)定窯內(nèi)氣氛和高溫。高火保溫區(qū)保持微正壓以利于保證弱還原防止制品二次氧化。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025108

零壓位控制在預(yù)熱、燒成兩帶之間，便于分隔焰性，使氧化、還原階段分明。零壓位的穩(wěn)定與否影響氣氛，零壓位向后移就會延長氧化時間、縮短還原、造成還原不足的廢品；零壓位往前移又會造成制件氧化不足。冷卻帶一般處于正壓下，要求正壓不宜過大，窯尾正壓最大為1.5mm水柱。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025109實例一100m3燒煤倒焰窯SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025110實例二92m油燒隧道窯SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025111SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025112

第四節(jié)燒成缺陷分析

（p334-338）

一、變形（一）特征

變形是陶瓷生產(chǎn)中最常見毛病之一。薄壁或平板器皿最容易產(chǎn)生。

變形一般表現(xiàn)為扭曲歪斜、翹角、扁口以及底部凸出凹入等（二）產(chǎn)生原因

造成變形的原因極為復(fù)雜，幾乎整個生產(chǎn)過程都會引起變形?！?/p>

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025113產(chǎn)生變形的主要原因

1.塑性粘土用量大；

2.泥料過細(xì)，擠泥質(zhì)量差；

3.泥條斷面顆粒排列缺乏對稱性；

4.坯料顆粒呈定向排列

以上都會使坯體在干燥、燒成時產(chǎn)生過大的不均勻收縮而變形。

5.器型結(jié)構(gòu)不合理、成型操作不正確、也都是產(chǎn)生變形的潛在原因

對有較大變形的坯件，在素?zé)龝r可采用與產(chǎn)品相同器型的匣缽或加撐托等方法來防止變形；平板制件燒成時可在上面加壓片；SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025114SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025115SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025116

由以上分析可知．導(dǎo)致變形的三個根本原因是機械應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和坯料組成。當(dāng)破壞應(yīng)力不大于坯體強度時，導(dǎo)致制品變形當(dāng)破壞應(yīng)力超過坯體強度則發(fā)生開裂。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025117二、起泡（一）特征表面凸起，可產(chǎn)生于無釉或有釉產(chǎn)品，包括開口泡（表面已破）和閉口泡。

（二）產(chǎn)生原因

坯料內(nèi)氣體（因氧化、分解等產(chǎn)生）由坯體向外排出受阻，引起坯體或釉層發(fā)生局部膨脹。

SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025118SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025119產(chǎn)生氣泡的具體原因：

1.坯體中水分過高而燒成時預(yù)熱階段升溫過快；

2.氧化泡——高溫下起泡：氧化時間不夠、升溫速度過快、含水率高；

3.還原泡；——斷面呈黃色

4.過燒泡；——燒成溫度過高

5.水邊泡——制品邊緣形成一連串的小泡，稱之為水邊泡SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025120三、桔釉和釉面針孔（豬毛孔）（一）特征

制件釉面分散著細(xì)微小孔時，浴稱“豬毛孔”或棕眼。若釉面密集著針孔群，外觀似桔皮，稱之為桔釉。

針孔是各類陶瓷所共有的缺陷，即使是優(yōu)質(zhì)的瓷器，針孔平均面積也會占總釉面的1.25％左右。它是降低釉面質(zhì)量的主要原因。很多產(chǎn)品都由于針孔而降低等級。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025121（二）針孔產(chǎn)生原因

針孔產(chǎn)生的原因總起來有四方面：①在燒成的高溫階段，從坯釉排出較多氣體，沖破粘稠釉而后，釉面未能完全熔合或釉液表面張力過小而留下小孔；②釉料始熔溫度過低，部分熔釉被多孔坯體吸收；③生釉面的微裂未能完全熔合；④釉料熔化不透。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025122四、坯體染色、煙熏和形成黑斑陶瓷產(chǎn)品燒成后呈現(xiàn)的顏色，主要是由坯體中所含的鐵質(zhì)造成。

Fe2O3在低溫下穩(wěn)定，它的顏色是由紅到棕色調(diào)，和它的細(xì)度、數(shù)量有關(guān)。高溫或還原焰下，F(xiàn)e2O3會還原成黑色的Fe3O4、FeO甚至金屬鐵。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251232.煙熏又稱吃煙，即在釉面形成密集成片的黑點。主要是由于燒成氣氛控制不當(dāng)、以及坯釉配方不合理所致。

氧化期溫度過低、時間過短則低溫沉碳和坯料內(nèi)的有機物都不能燒盡。還原階段氣氛過濃、時間過長，則氣氛中的CO在800℃以上高溫發(fā)生分解也在釉面沉碳。坯釉中的CaO量不宜過多，以免過早產(chǎn)生液相形成煙熏。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025124五、釉裂、釉縷、缺釉和縮釉

1.釉裂亦稱炸釉或驚釉主要是由于坯釉膨脹系數(shù)不相適應(yīng)、釉層過厚，或800℃以下冷卻過快、或生成有害坯釉中間層所致。此時釉裂坯不裂。下圖為元大都出土瓷片斷面的顯微結(jié)構(gòu)，中間層中密集著短柱狀鈣斜長石晶體。該瓷片釉面布滿著裂紋。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025125SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251262.釉縷：燒成溫度過高或釉的熔化溫度過低，造成熔釉向下流淌呈現(xiàn)縷狀。有時因施釉太厚或上釉不勻，釉料堆積，燒后也會出現(xiàn)這一缺陷。3.缺釉：產(chǎn)品局部表面無釉的現(xiàn)象稱之為缺釉，它的面積較之針孔要大得多?？s釉或稱滾釉也是一種缺釉形式，但在無釉區(qū)的邊緣上，釉突起呈卷縮樣。4.花釉：“花釉”缺陷是由于上釉操作不當(dāng)，釉漿不均勻，坯體各處濕度不一，燒后釉面具有厚薄明顯不勻的花痕。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025127六、開裂和落渣（一）開裂炸坯是由于生坯含水量過大，低溫時升溫過快產(chǎn)生的開裂。其特征為裂紋向縱深發(fā)展，坯釉同時裂開，斷面粗糙不鋒利。高溫階段升溫太快，收縮過大(8％以上)而引起的開裂，也向縱深發(fā)展，但四周并不開裂，斷面亦不鋒利。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/20251283.冷卻過快引起的開裂，裂紋細(xì)小，但大多分布于瓷件四周，斷口光滑而鋒利。4.瓷件內(nèi)部發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變引起過大的體積變化，或燒前具有裂紋等都是開裂的重要原因。（二）落渣是因裝窯不慎或匣缽質(zhì)量差，使碎缽粒落在釉面，燒后與釉層粘結(jié)造成廢品。SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025129

思考題

p155：16-19,P352：151、陶瓷坯體在燒成過程中要經(jīng)歷哪些物理、化學(xué)反應(yīng)？

2、為什么低溫階段對氣氛性質(zhì)無特殊要求？3、為什么在500~700時升溫速度要慢，而制品冷卻時在700以前要急冷？4、間歇式窯和連續(xù)式窯各有何優(yōu)缺點？5、零壓位在隧道窯的什么部位？零壓位的變化對生產(chǎn)有何影響？

6、什么是中性焰、氧化焰、還原焰？7、燒還原焰的作用是什么？

8、燒成過程中出現(xiàn)的液相其何作用？9、隧道窯的壓力制度應(yīng)如何控制？正壓或負(fù)壓過大、過小有什么危害？

10、什么是一次燒成和二次燒成？它們各自的優(yōu)缺點是什么？11、陶瓷制品表面釉層無玻璃質(zhì)光澤，產(chǎn)生的原因是什么？

12、陶瓷生產(chǎn)中，什么叫“兩點一度”？13、陶瓷制品在燒成過程中容易產(chǎn)生的缺陷有哪些？產(chǎn)生的原因是什么？如何排除？SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025130第五節(jié)陶瓷的快速燒成和燒成新技術(shù)

一、陶瓷的快速燒成

燒成是陶瓷生產(chǎn)周期較長，能耗較大的工序：

●

二次燒成（素?zé)?釉燒）制釉面磚：

t燒

=70%t總●一次燒成制釉面磚：

t燒

=（1/3~1/4）t總SchoolofMaterialsScienceandEngineering8/31/2025131一般按燒成周期長短將燒成分為三類：正常燒成：燒成周期>10h；加速燒成：燒成周期4~10h；快速燒成：燒成周期<4h8/3