第五章 陶瓷坯体干燥.
陶瓷工艺学第五章全解
5.2.4 烧结参数对于烧结样品性能的影响
5.2.4.1 材料参数对烧结的影响
烧结粉体的特征，如颗粒尺寸、尺寸分布、颗粒形状、颗粒团聚 体以及团聚程度都严重影响着致密化过程以及烧结制品的显微结 构。理想的颗粒品质是尺寸小、无团聚、等轴颗粒形状、尺寸分 布范围小、纯度高。 (1) 颗粒尺寸对烧结的影响 原始粉料中的颗粒尺寸越小，致密化速率越快。这种观点可以根据 有关的分形理论来解释。该分形理论指出，对于由固相颗粒组成的 两相或多相系统中，颗粒具有相同的特征，但尺寸不同，在一定温 度下进行的烧结过程中，这些颗粒具有相似的几何特征变化，使这 些变化产生所需的时间可以通过简单的定律来判断。
2018年10月25日
(2) 粉体结块和团聚对烧结的影响
结块(agglomerates)的概念是指小部分的颗粒通过表面力和/或固体 桥接作用结合在一起；而团聚(aggregates)描述的是颗粒经过牢固 结合和/或严重反应形成的粗大颗粒。结块和团聚形成的粗大颗粒 都是通过表面力结合的。单位质量的表面力与颗粒尺寸成反比。 因此，对于亚微尺寸以下的粉体颗粒，结块和团聚问题非常严重。
2018年10月25日
在煅烧过程中形成的固相桥接主要是由于固相颗粒之间的部分烧 结或颈部生长。 如果在颗粒制备过程中已经形成了松散的结块体，煅烧过程的热 处理将使这些结块体转变成更加坚硬的团聚体。
由于烧结颈部的尺寸随着煅烧温度的升高而增大，团聚体的结合 强度随着温度的升高而提高。通常通过球磨，利用机械能来破坏 这些团聚体。
2018年10月25日
一般来讲，烧结样品的原始粉体粒度分布在0.1～100µm 之间；其总表面能为500～0.5 J/mol。而一般粉体氧化 后的表面能变化基本上在300～1500 kJ/mol范围。 因此这样的粉体的总表面能本身就比较小，如果要利用本身数 值就不大的总表面能的减小来完成烧结的话，控制烧结工艺参 数就显得非常必要。
陶瓷原理第五章
第五章干燥与排塑工艺1、干燥的定义、作用定义：干燥是借助热能使坯料中的水分汽化，并由干燥介质带走的过程。
这个过程是坯料和干燥介质间的传热传质过程。
干燥的作用：就是将坯体中所含的大部分机械结合水（自由水）排出，同时赋予坯体一定的干燥强度，使坯体能够以一定的强度适应运输、修坯、粘接及施釉等加工工序的要求，同时避免了在烧成时由子水分大量汽化而带来的能量损失和各种缺陷。
2、水与坯料的结合方式3、干燥过程四个阶段假定在干燥过程中坯体不发生任何化学变化，干燥介质恒温恒湿，则干燥过程包含了以下四个阶段。
1、升速干燥（O→A）：也叫加热阶段。
特征：坯体表面被加热升温，水分不断蒸发，直至表面温度达到干燥介质的湿球温度TA。
此阶段时间很短，排出水量不多。
当坯体吸收的热量与蒸发水分所消耗的热量达成动态平衡，则干燥过程进入了等速阶段。
2、等速干燥阶段（A→B）特征：干燥介质的条件（温度、湿度、速率等）恒定不变；水分由坯体内部迁移到表面的内扩散速度与表面水分蒸发扩散到周围介质中去的外扩散速度相等。
此阶段干燥速率和传热速率保持恒定不变，其干燥速率主要取决于干燥介质的条件。
3、降速干燥阶段（B→C）在干燥过程中，当坯体中的自由水大部分排除时，干燥速度即开始降低。
从等速至降速阶段过渡的含水量（一般取平均值）我们称为临界含水量。
在干燥速度曲线中表示为 B 点，B 点称为临界点。
测定临界点的含水率具有重要的意义。
因为到达临界含水量以后，坯体的干燥是排除其中毛细管中的水分和含水矿物中的物理吸附水，坯体略有收缩，所以此阶段坯体内不会产生干燥收缩的应力．干燥过程进入安全状态。
在降速干燥阶段，坯体用以蒸发水分的热消耗降低，加热坯体的热量增加，因此坯体的温度将逐渐升高，力求达到坯体周围的介质的温度。
4、平衡阶段（C→D）特征：当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，表面干燥速度降为零。
此时表面蒸发与吸附达成动态平衡，平衡水分的多少取决于坯体的性质和周围介质的温度与湿度，这时坯体中的水分叫干燥终水分。
陶瓷坯料干燥
干燥定义：受热体水分（或液体）减少到使用标准为止的过程（广义）
水分（或液体）的加热蒸发过程（狭义）
干燥技术的基本要求：干燥速度快；节能；无污染
O→A 升速干燥阶段，收缩很小。
A→B等速干燥阶段收缩较大。
B → C降速干燥阶段，收缩—基本不收缩C→D平衡阶段干燥速度为0
▪B点称为临界点
▪C点平衡状态点
干燥速度取决与内部扩散速度和表面汽化速度两个过程
自然对流干燥：以空气(大气)作为干燥介质，由于空气密度不同而引起对流，进行干燥。
热空气干燥——强制对流干燥：采用强制通风手段，利用具有一定流速的热空气吹拂欲干燥的坯体表而，使其得到干燥的方法。
（1）间歇式室式干燥室（室式烘房（2）连续式干燥干燥缺陷：变形、开裂
产生缺陷的本质原因：干燥→颗粒表面自由水膜变薄→颗粒之间靠近→发生收缩；在收缩过程中，坯料部分颗粒的取向性排列→收缩的各向异性→产生内应力
解决干燥缺陷的措施：
1 坯体配方稳定；
2 控制水分；
3 成形按规程，且均匀、合理；
4 边缘隔湿处理；
5 双面干燥；
6 控制干燥制度；
7 加强质量监控；
8 产品形状设计合理。
陶瓷的简单制作过程
陶瓷的简单制作过程陶瓷制作的五个步骤：泥料制作、坯体制作、坯体干燥、上釉以及烧制。
1、泥料制作过程：从矿层中开采出的紫泥，俗称生泥。
似块状岩石，经露天摊晒风化，使其松散，然后经初碎、粉碎，按产品要求的颗粒数目，送风筛选。
筛选后的泥灰，由搅拌机搅拌成一块块泾泥，经堆放陈腐处理，再把腐泥进行真空练泥，这样便成为供制坯用的熟泥。
2、将陶土放在拉坏机上，调整拉坏机的速度和方向，开始制作坏体首先将陶土压扁，然后用手指在中心处挖一个小洞，再用手指沿着洞的边缘向外推，使陶土逐渐变薄，最后形成一个圆形的坯体。
3、陶瓷坯体干燥是指坯体中水分排除的过程。
坯体经干燥后强度得到提高。
这有利于搬运、装窑和烧成，水分减少能防止在烧成初期升温时因坯体水分大量排放而造成废品。
坯体经干燥后留有2%左右的残余水分即可。
4、上釉，就是所谓在烧制陶、瓷器时，首先应该烧制毛胚，烧好后拿出来上釉，然后再烧的一种方式。
在烧制好的毛坯上涂覆上一层玻璃质的釉层，主要起到保护和装饰作用。
5、烧制是指以粘土为胎，经过手捏、轮制、模塑等方法加工成型后，在1000-1200度左右的高温下焙烧而成的物品，陶艺的制作工艺按顺序可分为原料加工（包括配泥和配釉）、泥坯塑制、赋釉及煅烧四大工序，在中国陶器的产生距今已有11700多年的悠久历史。
陶瓷的原料：陶瓷及其他硅酸盐制品所用原料大部分是天然的矿物或岩石，其中多为硅酸盐矿物。
这些原料种类繁多，资源蕴藏丰富，在地壳中分布广泛，这为陶瓷工业的发展提供了有利的条件，早期的陶瓷制品，均是用单一的黏土矿物原料制作的。
后来，随着陶瓷工艺技术的发展及对制品性能要求的提高，人们逐渐地在坯料中加入了其他矿物原料，即除用黏土作为可塑性原料以外，还适当添入石英作为瘠性原料，添入长石以及其他含碱金属及碱土金属的矿物作为熔剂原料。
目前，陶瓷原料的分类尚无统一的方法，一般按原料的工艺特性划分为可塑性原料、瘠性原料、熔剂性原料和功能性原料四大类。
第五章 陶瓷工艺学 干燥
一般有脱模、翻坯、修坯、接把、上釉等工序，多为流水
作业。因此日用瓷的干燥主要使用链式干燥器。根据链条
的布置方式可分为:水平多层布置干燥器、水平单层布置
干燥器、垂直(立式)布置干燥器。
四、远红外干燥技术
大部分物体吸收红外的波长范围都在远红外区，水和
陶瓷坯体在远红外区也有强的吸收峰，能够强烈地吸收远
一般采用锅炉蒸汽加热的方法，它的特点是燃料成本
低，可以形成一定的干燥气氛。缺点:无横向空气流动； 排湿功能差，干燥时间长；无通风系统，工人工作条件差 ，能源消耗大等。因此比较先进的“恒温恒湿系统”被采 用。这种系统不需要改变原来的生产流程、生产工艺，还
可以加速干燥速度，它的另一大特点是具有强制通风功能
水分子从高湿处向低湿处移动。
影响生坯内扩散速度的主要因素：
组成坯体物料的性质； 生坯温度； 坯体表面与内部的湿度差。 热湿传导与湿传导两者方向一致时，则热湿传导 起加速的作用，则内扩散速度加快：反之热湿传导起
阻碍作用，降低内扩散速度。
（三）影响外扩散的因素
当干燥处于等速干燥阶段时，外扩散阻力成为左右整个干
按干燥制度是否连续分为：间歇式干燥器和连续式干
燥器。 连续式干燥器按干燥介质与坯体的运动方向不同
又分为：顺流、逆流和混流； 按干燥器的外形不同分为室式干燥器、隧道式干燥 器等。
一、建筑卫生陶瓷干燥器
恒温恒湿大空间干燥
卫生洁具的坯体在微压之后水分为18%左右，此时
强度低，不宜搬动，一般采取就地干燥的方法。
设备及主要工艺参数 间歇式干燥器，连续隧道式或链 ℃，热气流速 1m/s 至 10m/s～ 30m/s 以 0.02mm 厚锡箔纸或 40～80 目 铜丝网或直径小于 2.5mm 的铜丝 为电极;对坯体通以电流。干燥初 期电压 30～40V,干燥后期 220～ 500V
(陶瓷科学与工艺学)第五章1成型-压制成型
2.3.3加压制度对坯体质量的影响
5、添加剂的选用 （1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物又称润滑剂； （2）增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂； （3）促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用表面活性物质。
第二节 成型与成型前后工艺的关系
5.2.1 成型对粉体的要求 d)颗粒的大小、形状---粉料的拱桥效应(或称桥接) 球形颗粒有利于提高流动性和松装密度。 颗粒粒度分布窄的高于粒度分布宽的松装密度。
等径球体堆积形式及孔隙率 粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面 粗糙图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空 隙率。这种现象称为拱桥效应
第四节 冷等静压成型
5.4.3 等静压成型的缺陷和控制
1)填充不均匀而形成的颈部，这和粉料流动性差有关；
2)粉料填充不均匀或装料的橡胶袋无支撑而导致的不规则表面 3) 湿式等静压中因模具橡胶袋太硬或因粉料压缩性太大而形成的“象脚”形； 4)湿式等静压中因橡胶模具无支撑而形成的“香蕉”行； 5)成型中轴向弹性回弹形成的压缩裂纹，硬粉料更是如此； 6)由于压缩裂纹而形成分层，这来源于不合适的或过厚的橡胶材料或较弱的坯块； 7)不规则表面形状：与密封橡胶袋材料不合适或太厚，坯体强度低或小的角半径有关； 由于不充分的弹性而形成的轴向裂纹。
(陶瓷科学与工艺学)第五章1成型-压 制成型
5 陶瓷坯体的成形
课后习题
1.列举陶瓷坯体的基本成型方法。 2.试分析注浆成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？ 3.干压成型中，怎样的粉体有利于获得高密度的成型坯体？ 4.简述干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。 5.弹性后效定义 6.简述成型对烧结有哪些影响？ 7.简述干燥过程的不同阶段及影响因素。
生坯干燥——精选推荐
（5）高频干燥：采用高频电场 或相应频率的电磁波（107Hz ） 辐射于坯体，使坯体内的分子、 电子及离子发生振动产生弛张 式极化，转化为热能进行干燥。
（6）微波干燥：微波是介于红 外线和无线电波的电磁波，波 长1~1000mm，频率300~ 300000MHz，微波加热原理基 于微波与物质相互作用吸收而 产生的热效应。均匀快速，有 选择性，热效率高。
（7）远红外干燥：红外线的波 长为0.75~1000um，是一种介于 可见光和微波间的电磁波，坯 体能够吸收红外线并将之转化 为热能。
管中，结合松驰，较易排除。 物理化学结合水（吸附水）：附着于颗粒表面，其
数量与环境温度和湿度相关，并有一定的平衡关 系，即随周围介质条件可逆性地变化。 化学结合水：包含在矿物的分子结构中，结合牢 固，排除时需要较大能量。
一 干燥的工艺问题
粘土的干燥敏感性： 粘土原料或制品在干燥收缩阶段出现裂纹倾向性， 可用干燥敏感系数表示：K==(W1-W2) / W2 W1为试样成型时绝对水分，W2为收缩停止时的临
4
60℃
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
18.7%
0.4
相对 湿度
21.0
0.3
37.3
0.2
52.7
75.5
0.1
0.0 0
5Leabharlann 10152025
30
35
40
空气温度、相对湿度、
空气流动速度与干
燥速率的影响
1.00 0.75 0.50 0.25 0.00
0
2m/s 1.5m/s
1m/s 0.5m/s
5
精选陶瓷生产技术及设备之坯体的干燥培训课件
0 ①——坯体含水率
②——干燥速度 ③——坯体表面温度
即在干燥后期使坯体接触高温、低湿的热风。
F
K 平衡水分
C
时间，t
4.3 干燥方法及设备
● 干燥方法分类：
热风干燥（对流干燥） 电干燥——工频电干燥、高频电干燥 辐射干燥—— 微波干燥、远红外干燥
4.3 干燥方法及设备
一、热风干燥（对流干燥）
根据干燥器的结构不同，对流式干燥器有：室式、隧道式、 链式、推板式干燥器等几种形式。
4.3 干燥方法与设备
三、辐射干燥
（二）远红外干燥
水分子也是红外敏感物质。当入射的红外线频率与含水物质的固有 振动频率一致时，就会大量吸收红外线，从而改变和加剧其极性分 子的振动与偶极矩的转动，使物体温度升高。
远红外干燥就是利用远红外辐射器发出的远红外线为湿坯体所吸收， 直接转变为热能而使生坯干燥的方法。 水分在远红外区域有很宽的吸收带，因此远红外的干燥效果要比近红 外干燥好的多。
2. 浇（淋）釉
● 概念。适用于 墙地砖、圆形浅底 盘（碟、碗）类制 品。
5.1 施釉方法与设备
一、传统施釉方法
2. 浇（淋）釉
● 特点：施釉效率高；釉 面光滑平整、少有波纹。
● 影响釉层厚度及均匀性 的因素
--坯体含水率 --釉浆浓度 --施釉时间（传送带速）
钟罩式浇釉法示意图
5.1 施釉方法与设备
2. 坯体的形状、大小及厚薄。 3. 干燥强度——干燥介质（热风）的温度、湿度、流速及流量。 4. 坯体的受热面积（与热风接触面积）。 5. 干燥平衡水分的高低。 6. 干燥器的结构与热工性能。
4.2 干燥制度的制定
二、影响坯体干燥质量的因素
● 坯体干燥质量的衡量标准：各部位干燥比较均匀，平衡水分 （干燥残余水分）达到要求，无变形或开裂现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
人工干燥的加热方式：
（1）外热源法；
（2）内热源法。
外热源法：是指在物料的外部对物料表面加热使物料受热，
蒸发水分，而得以干燥。外热源法的加热方式：
（a）对流加热;
（b）辐射加热;
（c）对流-辐射加热。
内热源法：是将湿物料放在高频交变的电磁场中或微波场中，
使物料本身的分子产生剧烈的热运动发热或使交变电流通过物料 而产生热量，物料中水分蒸发，得以干燥。 微波干燥 红外干燥 电干燥 最为广泛的还是外热源法中的对流加热，加热物料的介质为 干燥介质，干燥介质通常是热空气或热烟气。
干燥介质及生坯表面的蒸气分压、干燥介质及生 坯表面的温度，干燥介质的流速和方向，生坯表面粘 滞气膜的厚度、热量的供给方式、干燥方法
1、干燥介质的温度 干燥介质的温度t↑，物料与介质的温度差△t↑，传热速 度↑，传热量Q↑，干燥速度v↑ 2、干燥介质的湿度
介质的相对湿度Ψ↓，水分汽化速度↑，干燥速度w↑。
3.自由水
润湿水、大孔隙水及粗毛细管水（半径大于10-5m）。 与物料的结合最弱，干燥过程中被排除，存在吸附水层之外、 颗粒之间，是成型所需的外加水分，干燥最易排的自由水体积，固又称
收缩水。 注意收缩。 按干燥过程中水分排除的限度来分，可以将物料中的水 分为平衡水分和可排除水分。
3、干燥介质的流速 介质的流速w↑，q对流↑，干燥速度v↑；流体与物料表 面的层流底层厚度δ层↓，对传热、传质都有利。 w↑↑，物料飞扬损失↑，介质热利用率↓，流体阻力↑， 能耗↑。 一般出口风速：1.5～3.0m/s。
4、干燥介质与物料的接触面 干燥介质与物料的接触面F↑，干燥速度v↑。 增加接触面的方法：①将固体物料破碎
最为牢固，干燥工艺中一般不予考虑。
2.大气吸附水
又称为物理化学结合水
吸附水（通过物料表面吸附形成的水膜以及水与物料颗粒
形成的多分子和单分子吸附层水膜）、渗透水（依靠物料组织壁
内外间的水分浓度差渗透形成的水）、微孔水（半径小于108m）、毛细管水（半径介于10-8～10-6m）以及结构水（存在于物
料组织内部的水分，如胶体中水或层间水）。 吸附水与物料的结合为最强。 受组成和环境（温度、湿度）影响，干燥时较难除去。
（一）加热阶段
在干燥的初期阶段，干燥介质传给物料的热量大于物料中水 分蒸发所需热量，物料温度升高，水分蒸发量升高，达到一种动
态平衡。
（二）等速干燥阶段
在等速干燥阶段，干燥介质传给物料的热量等于物料中水分 蒸发所需热量，所以物料温度保持不变。内扩散速率大于外扩散 速率，又称为外扩散控制阶段。 特点：内扩散控制阶段；自由水大量排除，坯体收缩量近似
第二节 干燥制度的确定
干燥制度：
根据产品的质量要求确定干燥方法及干燥过程中各阶段应
选用的干燥参数（保证质量）
干燥参数：
干燥速度（kg/(h.m2)、干燥介质种类、湿度、温度、流量、
流速等
原则：
最短的时间内获得无干燥缺陷生坯
一、干燥速度
指单位时间内，单位面积上水分的排出量。
影响因素：
（一）外扩散速度
平衡水分: 湿物料在干燥过程中其表面水蒸气
分压与干燥介质中水蒸气分压达到动态平稳时，物
料中的水分就不会继续减少，此时物料中的水分就
称为平衡水分，
可排除水分: 高于平衡水分的水分称为可排除
水分。温度越高，湿度越低，物料中的平衡水分越
低。
自由水与大气吸附水平衡图
二、干燥过程
既是传热过程，也是传质过程 ，由此可归为三个
②使物料悬浮在干燥介质中干燥
③在回转烘干机内增加扬料板 5、物料的性质、结构 物料的性质、结构不同，它的化学组成与水的结合方式不同， 有的物料以非结合水为主，有的物料以结合水为主。
物料中结合水↑，干燥时间↑，干燥速度↓。
6、物料的水分量 物料的初水分、终水分、临界水分决定着等速阶段、降速阶段 的长短，影响干燥时间，即影响干燥速度。 7、干燥机的构造 合理的尺寸、结构型式，良好的密封和操作情况，以及适当地 提高回转烘干机的转速，将有利于提高干燥速度速度，缩短干燥时 间。
第五章 生坯的干燥
定义： 依靠蒸发而使成型后的坯体脱水的过程。 目的： 1. 提高生坯强度，便于修坯、搬运、施釉、
烧成等后序加工；
2. 提高吸釉能力； 3. 缩短烧成周期，降低能耗
第一节 干燥原理
一、坯体中水分类型和干燥关系
按生坯与水结合形式：化学结合水、吸附水、
自由水；
1.化学结合水
原料矿物分子结构内的水分，如结晶水、结构 水等。 如高岭土(Al2O3· 2H2O）中的结晶水。结合 2SiO2·
度高于表面温度，热扩散成为干燥的动力。应尽可能采用内部
加热方式或其它使热扩散能够成为干燥动力的加热方式。
第三节 干燥方法
分为： 自然干燥和人工干燥（机械干燥）。 自然干燥特点：不消耗动力和燃料，操作简便，但是干燥速 度慢，产量低，劳动强度高，受气候条件的影响大，不适合于工 业规模的生产 。
人工干燥特点：干燥速度快，产量大，不受气候条件的限制，
过程：
1）传热过程 -- 水获得热量而汽化；
2）外扩散过程 -- 蒸发水分由生坯表面扩散到外
界去； 3）内扩散过程 -- 水分自生坯内部向表面扩散； 三过程同时进行，既与干燥条件有关，也与生坯 结构、特性有关；
干燥过程可以分为四个阶段：
（1）加热阶段； （2）等速干燥阶段； （3）降速干燥阶段。 （4）平衡阶段
（二）内扩散速率 内因：含水率、生坯的组成与结构等。
外因：生坯温度
内扩散：湿扩散、热扩散。
湿扩散是指在水分浓度差的作用下，水分从物料内浓度高
的的地方向浓度低的地方的迁移过程。湿扩散速率与物料制品 的厚度有关，因此减薄制品的厚度可以提高干燥速率。 热扩散是指在温度差的作用下，水分从物料内温度高的地 方向温度低的地方的迁移过程。用内部加热方式，物料内部温
等于排除自由水体积，如操作不当，坯体易变形开裂。
（三）降速干燥阶段
内扩散速率小于外扩散速率，物料表面不再保持湿润， 称为内扩散控制阶段。 当物料的水分达到平衡水分时，干燥速率降到零，这时 干燥过程终止。 特点：内扩散控制阶段；排除的是大气吸附水，坯体 体积不收缩，不会造成废品。
（四）平衡阶段
平衡水分（温度、湿度）