【大学课件】陶瓷材料工艺学 烧成

陶瓷材料工艺学烧成陶瓷材料工艺学烧成是陶瓷材料生产过程中的重要环节，涉及多种工艺和参数本课程将深入探讨烧成过程中的物理化学变化、工艺控制、质量管理等方面内容烧成的定义与目的定义目的烧成是指将陶瓷坯体在高温下进行热处理，使坯体中的原料发烧成的目的是将陶瓷坯体中的水分蒸发，使坯体中的粉末颗粒生物理化学变化，从而获得具有一定强度、密度和性能的陶瓷发生烧结，形成致密的陶瓷结构，从而提高陶瓷制品的强度、制品的过程硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能烧成的分类及工艺特点一次烧成二次烧成12一次性烧成，坯体与釉料一先烧坯体，再烧釉料，工艺起烧成，效率高，但工艺要相对简单，适用于釉料性能求高要求高的陶瓷多次烧成3特殊陶瓷，例如多层结构，需要多次烧成，以控制每个层的烧结温度烧成温度的确定因素描述陶瓷材料不同陶瓷材料的熔点和烧结温度不同，需要根据材料特性确定烧成温度坯体配方坯体中不同组分的比例和性质会影响烧成温度烧成气氛氧化性气氛和还原性气氛对烧成温度有影响产品要求不同产品的性能要求，例如强度、气密性、耐热性等，也会影响烧成温度慢烧与快烧慢烧1烧成时间长，升温速度慢快烧2烧成时间短，升温速度快慢烧可以使坯体均匀受热，减少坯体内部应力，提高制品强度和致密度快烧可以缩短烧成周期，提高生产效率选择慢烧还是快烧取决于产品类型和生产要求氧化性烧成与还原性烧成氧化性烧成还原性烧成在过量空气或氧化气氛下进行烧成在缺氧或还原性气氛下进行烧成，，有利于氧化物的形成，提高陶瓷有利于金属元素的还原，改变陶瓷材料的强度和耐用性材料的色泽和性能烧成过程中的相变固相转变液相转变气相转变陶瓷材料在烧成过程中，会经历一系列对于含有多种氧化物的陶瓷材料，在高一些陶瓷材料在烧成过程中会发生气相的固相转变，包括晶型转变、晶粒长大温下会形成液相，液相的形成会促进材转变，例如，某些氧化物在高温下会挥、固溶体形成等料的致密化和烧结发，从而改变材料的成分和性能烧成过程中的物理化学变化烧成过程是陶瓷材料发生物理化学变化的关键阶段高温下，坯体中的水分蒸发，有机物分解，无机物发生固相反应，形成新的矿物相同时，坯体发生收缩，孔隙率降低，强度和硬度提高主要物理变化包括水分蒸发、有机物分解、收缩、孔隙率降低、强度和硬度提高等主要化学变化包括无机物发生固相反应，形成新的矿物相烧成温度控制的重要性产品质量能源消耗温度直接影响陶瓷的物理性质温度控制可优化烧成过程，降，如密度、强度和气孔率，控低能源消耗，提升生产效率制温度可确保产品质量稳定环境保护控制温度可以减少有害气体的排放，降低环境污染烧成温度测量方法12热电偶光学高温计3红外测温仪烧成温度测量的注意事项准确性位置保护选择合适的温度计和测量方法，并定期选择合适的测量位置，确保温度计能准保护温度计免受高温、灰尘和振动的影校准以确保测量结果的准确性确反映窑炉内的实际温度响，以延长使用寿命可控烧成的关键因素温度控制气氛控制12精确控制温度曲线，确保材通过调节窑炉内气氛，控制料在每个阶段获得最佳热处材料的氧化还原反应理升温速率保温时间34控制升温速率，避免材料内根据材料特性和烧成温度，部产生热应力，确保均匀烧确定合适的保温时间，保证结烧成效果可控烧成的工艺流程原材料准备选择优质原材料，并进行预处理，如粉碎、混合等，以确保原料的均匀性和一致性成型根据陶瓷产品的形状和尺寸，采用不同的成型方法，如压制、注浆、挤出等，制成坯体干燥将成型后的坯体进行干燥，以去除坯体中的水分，防止烧成过程中出现裂纹或变形预烧在正式烧成之前，对坯体进行预烧，以提高坯体的强度和稳定性，降低烧成过程中产生的应力正式烧成将预烧后的坯体放入窑炉中，按照预定的温度曲线进行烧成，使坯体发生物理和化学变化，形成陶瓷产品冷却烧成完成后，将陶瓷产品缓慢冷却，以防止因温度骤降而产生裂纹检验对烧成后的陶瓷产品进行检验，确保产品符合质量标准可控烧成的特点与优势精确控制温度和气氛缩短烧成时间提高产品质量节约能源消耗可控烧成在实际中的应用可控烧成技术广泛应用于各种陶瓷产品的生产中，例如:•日用陶瓷•建筑陶瓷•电子陶瓷•结构陶瓷窑炉结构与分类隧道窑梭式窑连续生产，节能环保适用于小批量、多品种生产辊道窑匣钵窑适合大规模生产，效率高用于生产特殊陶瓷制品窑炉传热的基本原理传导对流辐射热量通过物质直接接触传递，温度高的热量通过流体介质的运动传递，例如窑热量通过电磁波传递，例如窑炉内高温物体将热量传递给温度低的物体，例如炉内热气流对陶瓷坯体的加热燃烧火焰或发热元件对陶瓷坯体的辐射窑炉内壁与陶瓷坯体的直接接触加热不同类型窑炉的特点隧道窑辊道窑梭式窑电窑连续生产，效率高，节能环适用于生产板状、管状等形结构紧凑，可实现快速升温加热均匀，温度控制精确，保，适用于大批量生产状的陶瓷制品降温，适用于生产小型陶瓷适用于生产高精度陶瓷制品制品窑炉结构设计的要求耐高温性热效率易于维护窑炉需要承受高温，结构材料必须具有窑炉结构设计应优化热效率，减少热量窑炉结构应方便维修和保养，减少停机良好的耐高温性能损失，提高燃料利用率时间和维护成本窑炉工艺参数的优化温度控制升温速度保温时间根据陶瓷材料种类和烧成工艺要求，优控制升温速度，避免坯体因热应力过大根据坯体烧结特性，控制保温时间，确化温度曲线，确保坯体均匀烧成而开裂或变形保坯体充分烧结，达到最佳性能烧成过程中的能量消耗燃料电力其他烧成是陶瓷生产中最耗能的环节之一，燃料消耗占总能耗的60%烧成过程中的环境影响空气污染水污染烧成过程中产生的烟气和粉尘烧成过程中产生的废水会污染会污染空气，影响周围环境和水体，影响水质和生态环境居民健康噪声污染烧成过程中的设备运行会产生噪声，影响周围环境和居民生活烧成过程中的质量控制原料控制成型控制12严格控制原料的成分、粒度控制坯体的尺寸、形状和密和水分，确保原料的均匀性度，确保成型后的坯体符合和稳定性要求烧成过程控制3控制烧成温度、升温速率和保温时间，确保烧成过程的稳定性和可控性烧成质量问题的诊断与预防仔细观察分析原因检查陶瓷产品表面是否有裂纹、气根据缺陷类型和位置，分析烧成过泡、变形等缺陷程中的问题，例如温度控制、原料配比、窑炉设计等方面预防措施针对分析结果，采取有效的预防措施，例如调整烧成曲线、优化原料配比、改进窑炉结构等常见烧成缺陷及其原因分析裂纹釉面缺陷变形色差烧成温度过高或升温过快、釉料配比不当、烧成温度过坯体配方不合理、烧成温度原料质量波动、烧成温度不冷却速度过快、坯体干燥不高或过低、釉层过厚或过薄过高、坯体干燥不充分、支稳定、窑炉气氛控制不当、充分、釉料配比不当等、窑炉气氛控制不当等撑物不稳定等釉料配比不合理等烧成质量提升的措施工艺优化材料控制设备维护质量检测调整烧成温度曲线，优化升严格控制原料的质量，特别定期维护和保养窑炉设备，建立完善的质量检测体系，温速率和保温时间，以确保是粒度、成分和水分，以减确保其正常运行，并及时更对烧成过程进行实时监控，陶瓷坯体充分烧结少烧成过程中的缺陷换磨损的部件及时发现和处理质量问题烧成工艺的发展趋势智能化节能环保定制化烧成工艺正在朝着智能化方向发展，随着能源成本上升和环保意识增强，随着个性化需求的增加，烧成工艺需采用传感器和人工智能技术监测和控节能环保成为烧成工艺发展的重要方要更加灵活和定制化，满足不同产品制烧成过程，提高效率和产品质量向，例如使用新型节能窑炉和优化烧和用户的特殊要求成工艺参数烧成工艺的未来展望智能化节能环保12自动化、数字化控制烧成过开发新型窑炉和烧成技术，程，提高效率和稳定性降低能耗，减少污染排放个性化定制3满足市场对陶瓷产品个性化、多样化的需求本章小结与复习烧成工艺概述关键概念回顾本章所学知识，包括烧成定义、分类、工艺特点、温度控•可控烧成制、窑炉结构等•窑炉传热原理•烧成质量控制参考文献陶瓷材料工艺学陶瓷材料科学与工程12刘洪来等编著，清华大学出王晓燕等编著，科学出版社版社，2010年，2015年陶瓷工艺学3张云川等编著，机械工业出版社，2018年。