陶瓷烧成工艺原理
烧制陶瓷的化学过程
烧制陶瓷的化学过程
烧制陶瓷是一项古老而又精密的工艺，它涉及到复杂的化学过程。
在这个过程中，原始的陶土被加工和加热，最终形成坚固、美
丽的陶瓷制品。
让我们来看看这个过程的化学原理。
首先，陶瓷的原料主要是含有硅酸盐和氧化物的天然矿石，比
如黏土、瓷土、石英、长石和硅石等。
这些原料经过研磨和混合后，形成了陶瓷的原料混合物。
接下来，原料混合物被加入水中，形成泥浆状的混合物。
在这
个过程中，水分子渗透到原料颗粒之间，使得颗粒之间的化学键得
以断裂，从而使得原料更易于加工和成型。
然后，陶瓷制品的成型过程开始。
在成型过程中，原料混合物
被塑造成所需的形状，比如陶器、瓷砖、陶瓷餐具等。
这一步骤中，化学键的重新形成是非常重要的，因为它决定了制品的结构和性能。
最后，陶瓷制品被放入窑炉中进行烧制。
在高温下，原料混合
物中的有机物质和水分会被挥发掉，同时颗粒之间的化学键会重新
排列和形成新的化合物。
这个过程被称为烧结，它使得陶瓷制品变
得坚固、耐磨、耐高温。
总的来说，烧制陶瓷的化学过程是一个复杂而又精密的过程，它涉及到原料的选择、加工、成型和烧制等多个环节。
只有在这些环节中化学原理得以合理运用，才能制作出高质量的陶瓷制品。
陶瓷制造工艺烧成
烧结现象示意图 a-晶粒重排； b1-疏松堆积的颗粒系 统中颗粒中心靠近； b2-紧密堆积的系统中， 颗粒中心的靠近。
固相烧结传质机理 (1)蒸发－凝聚
烧结时颈部区域的扩大，球的形状逐步变为椭圆，气孔形状发生了变化 两个球形颗粒中心间的距离不变。 不导致坯体的收缩和气孔率的降低
烧结温度TS和熔融温度Tm之间的关系： 金属粉末TS≈(0.3~0.4) Tm， 盐类TS≈0.57Tm， 硅酸盐TS ≈(0.3~0.4) Tm。
烧结的推动力
1、能量差 粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能，即能量差是烧结的推 动力，但较小。烧结不能自发进行，必须对粉料加以高温，才能促 使粉末体转变为烧结体。 例如：
球形颗粒间颈部长大改变气孔形状与中心距
在球形颗粒表面有一正曲率半径，在二个颗粒连接处有一小的负曲率半径 的颈部。
根据开尔文公式：
ln P 2M P0 dRTr
x r
凸表面蒸气压>平表面蒸气压>凹表面蒸气压 质点从凸表面蒸发向凹表面（颈部）迁移、凝 聚，使颈部逐渐被填充。
蒸发－凝聚传质
球形颗粒连接处曲率半径ρ和接触颈部半径x之间的开尔文公式：
粒度为1m的材料烧结后，G降低约8.3J/g（无机材料等效于0.5 1.5 KJ/mol)；
α-石英与β-石英之间的多晶转变时，G为1.7 KJ/mol； 一般化学反应前后能量变化超过200 KJ/mol。
烧结的难易可以用GB晶界能/SV表面能比值来衡量： GB/SV越大，烧结越困难
2、压力差：颗粒的弯曲表面上存在有压力差
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 保留少量的倒焰窑继续用于生产。
烧结定义： 经过成型的粉末在加热到一定温度后开始收缩，在低于物质
陶艺烧制的原理_陶艺作品的烧制
陶艺烧制的原理_陶艺作品的烧制陶艺的烧制是陶艺制作过程中的一个重要组成部分，它的烧制非常的讲究技巧与特点。
那么，关于陶艺的烧制相关知识，你知道多少呢?以下是由店铺为大家整理的陶艺的烧制知识介绍，希望能帮到你。
烧制陶瓷工艺流程烧制陶瓷的关键因素是：泥、釉、火。
为什么有些陶、瓷器会莫明其妙的出现裂纹呢?为什么有时甚至会掉皮(釉)呢?这不外是在一定温度条件下泥和釉的收缩系数(又称膨胀系数)不相一致的结果。
有时人们亦会对这种缺陷特意加以利用，传统的开片釉及现代陶艺的一些肌理追求就是利用釉和泥收缩系数不相一致的原理配制出来的。
陶艺的制作工艺按顺序可分为原料加工、泥坯塑制、赋釉及煅烧四大工序，我们从配泥、成型、配釉及煅烧四方面加以介绍：配泥：配泥的目的，一方面是为了清除杂质，另一方面是把产地来源不同，成型和煅烧性能不同的土搭配成符合制作者所需要的、具有一定烧成温度范围的、能和釉及煅烧温度相呼应的熟土。
有时为了加强泥质在高温煅烧情况下的支承力，使坯体不致下塌而适当渗些砂子。
有时为了追求陶土烧成后的色泽而加入一些着色原料成为"色胎"。
陶土和瓷土的化学成分基本是相同的，由于风化和再风化的原因，改变了它们的物理性能，使之出现了陶土具有较大的粘性和可塑性，瓷土具有脆性及高温状态下玻化程度较大的区别。
成型：石湾窑制品以手工拉坯为历时最长、产量最大的成型方法，其中手工拉坯成型是在转轮(辘轳、僧称“车面”)上制作圆形器皿的基本方法。
拉坯的准备工作是揉泥：就是把泥团放在车面的圆心部位，辘轳转动后，用手腕和手指的相反作用力把泥团把握在圆心之中，然后双手把泥团反复几次上下托拉，使其进一步排除里面的气泡，使泥更“熟”。
石湾窑的手工拉坯与其他瓷区不同之处在于所使用的是陶泥，可塑性较高。
石湾陶艺的艺术造型重视点、线、面的关系，陶塑属于雕塑的范畴，体积(俗称“面”)和线条，不但是组成石湾陶艺品的主要因素，而且还是决定作品质素的重要成分。
高三化学 陶瓷的烧制化学原理
陶瓷的烧制化学原理
(1)原料：纯净的高岭土。
主要成分表示为：Al2O3·2SiO2·2H2O
(2)瓷器的烧成温度：1200℃以上（陶器的烧成温度：大约950℃）
(3)瓷器胚体组织细腻，结构致密，强度较高，吸水率较低，瓷器的表面素色洁净，成半透明状。
陶器的烧制：
(1)陶器通常是用普通黏土做原料制成的
(2)黏土主要由铝硅酸盐组成，可表示为：xAl2O3·ySiO2·zH2O，还包含有铁、钛、钙、镁、钾、钠等元素
(3)铝、硅的氧化物起骨架材料的作用钾、钠、钙、镁的氧化物起助熔的作用铁、钛的氧化物起呈色作用，含量越多颜色越深
(4)步骤:制泥，成型，干燥，烧成
(5)陶器烧成中的主要工艺条件是温度和气氛
(6)需要控制的温度环节是烧成温度，升温温度，保温温度，降温温度。
烧成的温度大约是950℃，一般在烧到温度高于原料熔点的三分
之二时，胚体中的各种成分间开始发生各种复杂的化学反应，逐渐烧结。
温度太低，原料中的各种成分间未发生化学反应而不能烧结；温度太高，超过熔点，固态物质便会融化，使陶器的形状发生改变。
(7)气氛指烧成时使用的火焰是氧化气氛还是还原气氛。
(8)红陶和灰陶中铁的存在形式: 在氧化气氛中（氧气过量）烧成得到红陶,其中铁的氧化物以Fe2O3的形态存在；在还原气氛中（CO或H2）烧成得到灰陶，铁的氧化物以FeO的形态存在。
烧结工艺的目的和原理
烧结工艺的目的和原理烧结工艺是一种制备陶瓷、金属、合金等材料的工艺方法，其主要目的是将粉末材料在高温下加热，使其粒子之间产生相互结合和颗粒增大，从而形成致密的固体材料。
通过烧结，可以改善材料的力学性能和化学稳定性，提高材料的密度、硬度、强度和导电性等性能，并增加其使用寿命和可靠性。
1.粒子结合：烧结过程中，粉末颗粒间通过热作用力和压缩力相互结合，形成颗粒间的连接。
该连接可以是颗粒间的摩擦力和间隙力，也可以是颗粒间的化学键和晶格力。
当温度升高时，形成颗粒结合的力逐渐增强，使得粉末材料的孔隙度减小，粒径增大，颗粒之间的接触面积增大，从而提高材料的强度和致密度。
2.晶粒生长：烧结过程中，晶体表面的原子或分子在高温下扩散，并产生结晶生长。
这种晶粒生长包括晶核生成、晶体生长和晶界融合等过程。
随着温度的升高，晶粒生长速度加快，晶粒尺寸增大，从而使材料的晶界面积减少，晶格结构更加密集，提高材料的力学性能。
3.成分调整：烧结过程中，材料的成分会发生改变。
例如，由于一些元素会在高温下发生氧化、还原和挥发等反应，材料的成分可能发生偏离，从而改变材料的性能。
通过调整烧结条件，可以控制材料的成分，以获得所需的性能和化学稳定性。
4.特殊效应：在烧结工艺中，还存在一些特殊的效应，如颗粒饱满、表面收缩、孔隙扩散等。
这些效应通过烧结过程中的物理和化学变化，导致材料的结构和性能发生变化。
根据材料的需求，可以通过调整烧结条件来控制这些效应，以实现所需的材料性能。
总的来说，烧结工艺的目的是通过高温加热粉末材料，使其粒子间相互结合和颗粒增大，形成致密的固体材料；其原理主要包括粒子结合、晶粒生长、成分调整和特殊效应等。
通过控制烧结条件和方法，可以实现对材料性能的调控和优化，满足不同领域的应用需求。
陶瓷烧结原理
陶瓷烧结原理陶瓷烧结是指将陶瓷粉末在一定的温度下进行烧结，使其颗粒之间发生结合，形成致密的块状材料的过程。
烧结是陶瓷工艺中的重要环节，其原理和过程对最终产品的性能和质量具有重要影响。
下面将从烧结原理、影响因素和应用范围等方面进行详细介绍。
一、烧结原理。
陶瓷烧结的原理是在一定温度下，陶瓷粉末颗粒之间发生表面扩散和颗粒间扩散，使颗粒之间结合成块状材料。
在烧结过程中，首先是颗粒间扩散，即颗粒表面的原子或分子向颗粒内部扩散，使颗粒之间产生结合力。
随着温度的升高，颗粒表面扩散加剧，颗粒间的结合力增强，最终形成致密的块状材料。
二、影响因素。
1. 温度，烧结温度是影响烧结效果的关键因素，过低的温度会导致颗粒间扩散不足，无法形成致密材料；过高的温度则可能导致材料烧结过度，出现变形或开裂的情况。
2. 时间，烧结时间也是影响烧结效果的重要因素，过短的时间会导致烧结不完全，材料性能不达标；过长的时间则可能造成能耗浪费和生产效率低下。
3. 压力，在烧结过程中施加一定的压力可以促进颗粒间的结合，提高烧结效率和材料密度。
4. 添加剂，适量的添加剂可以改善陶瓷粉末的流动性和烧结性能，提高最终产品的质量。
三、应用范围。
陶瓷烧结广泛应用于陶瓷制品的生产过程中，如陶瓷砖、陶瓷器皿、陶瓷瓷砖等。
通过烧结工艺，可以使陶瓷制品具有较高的强度、硬度和耐磨性，满足不同领域的需求。
总结，陶瓷烧结是一项重要的陶瓷加工工艺，其原理是在一定温度下实现颗粒间的结合，影响因素包括温度、时间、压力和添加剂等，应用范围广泛，可用于生产各种陶瓷制品。
掌握烧结原理和技术，对于提高陶瓷制品的质量和性能具有重要意义。
陶瓷烧制原理
陶瓷烧制原理
陶瓷是一种古老而又神奇的工艺品，它被广泛应用于建筑、餐具、装饰等领域。
而陶瓷制作的核心就是烧制，下面我们就来深入了解一下陶瓷烧制的原理。
首先，陶瓷烧制的原料主要包括粘土、瓷石、瓷土等。
这些原料经过混合、粉碎、过筛等工艺处理后，形成了陶瓷的坯料。
在烧制过程中，坯料的成分和比例对陶瓷的质量和性能有着至关重要的影响。
其次，陶瓷烧制的温度也是至关重要的。
一般来说，陶瓷的烧制温度分为干燥、初烧和终烧三个阶段。
在干燥阶段，要将坯料中的水分蒸发掉，以免在高温下产生裂纹。
初烧阶段是将坯料中的有机物和无机物烧结成坚硬的胎体。
而终烧阶段则是将胎体中的氧化物还原成金属，使陶瓷获得较高的密度和强度。
另外，陶瓷烧制还需要考虑烧窑的选择和操作。
烧窑的种类有很多种，如电窑、气窑、木窑等，不同的烧窑对陶瓷的成品质量和效果有着不同的影响。
而烧窑的操作技术也是至关重要的，包括控制升温速度、保持恒温时间、冷却速度等，都会对陶瓷的成品产生重要影响。
最后，陶瓷烧制的原理还涉及到烧制气氛的控制。
在烧制过程中，烧窑内的气
氛对陶瓷的色泽、质地、釉面等都有着重要的影响。
因此，控制烧窑内的氧气、二氧化碳、水蒸气等气体的含量，对于陶瓷的成品质量至关重要。
综上所述，陶瓷烧制是一个复杂而又精细的工艺过程，它需要对原料、温度、
烧窑和气氛等因素进行精准的控制，才能制作出质量优良的陶瓷制品。
只有深入了解陶瓷烧制的原理，才能更好地掌握陶瓷制作的技艺，创作出更加精美的陶瓷作品。
陶瓷烧成机理
1、概述 2、烧结定义 3、烧结的驱动力 4、烧结的机理 5、烧结的过程 6、陶瓷烧结方法
1、概述
烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧 结过程在许多工业部门得到广泛应用，如 陶瓷、耐火材料、粉末冶金、超高温材料 等生产过程中都含有烧结过程。烧结的目 的是把粉状材料转变为致密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学 变化。对指导生产、控制产品质量，研制 新型材料显得特别重要。
4.2.3蒸发-冷凝
由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式: (8) 式中d为液体密度，M为摩尔质量，R为气体常数。 可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从高 能阶的凸处（如表面）蒸发，然后通过气相传递到低能 阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒的接触面增大，颗粒 和空隙形状改变而使成型体变成具有一定几何形状和性 能的烧结体。这一过程也称气相传质。
6、陶瓷烧结方法
陶瓷烧结方法很多，必须根据对材料烧结 的要求以及具体的实验条件和成本等来进行选 择，以下介绍其中的几种烧结方法。 6.1热压烧结法
将粉体置于压模中，加高温并单轴加压(10~50Mpa), 通过模具热辐射和加压形成塑性变形进行烧结。此法可 以得到高强度和低空隙率的产品，如切削工具等。但是 由于单轴向加压，因此难以进行形状复杂的陶瓷产品的 烧结。
烧结中期晶粒间的界面增大，晶粒开始长大，烧 结温度一般大于0.25Tm（Tm为熔点）。颈的生长以 扩散为主，此时气孔在表面和界面张力作用下达到平 衡并相互连通成连续网络，而颗粒间的界面互相孤立， 未形成连续网络。烧结中期占了整个烧结过程的大部 分时间，通常以烧结体的密度达到理论密度的90%时 标志烧结中期结束。
图1
因此，粘附作用是烧结初始阶段，导致粉体 颗粒间产生键合、靠拢和重排，并开始形成接触 区的一个原因。
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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
– 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
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。
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
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
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。
知识回顾 Knowledg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
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
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
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。
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。