烧成
陶瓷烧成
烧成：陶瓷坯体通过高温热处理，发生一系列物理化学变化，矿物组成、显微结构发生变化，最终得到具有某种特定要求的陶瓷制品的工艺过程。
一次烧成：成形、干燥或施釉后的生坯，在陶瓷窑内一次烧成陶瓷产品的工艺路线。
二次烧成：即先素烧后施釉，再釉烧的工艺路线。
分为低温素烧高温釉烧和高温素烧低温釉烧。
坯体加热过程中的物理化学变化:（1）低温阶段——常温～300℃排除干燥残余水分和吸附水,少量收缩或不收缩，气孔率、强度略有增加；基本无化学变化。
（2）氧化分解阶段——300～950℃1化学变化（1）氧化反应：碳素和有机物氧化,黄铁矿（FeS2）等有害物质氧化（2）分解反应：结构水排除;碳酸盐、硫酸盐分解（3）石英晶型转变2 物理变化：（1）重量减轻，气孔率提高，有一定的收缩；（2）有少量液相产生，后期强度有一定提高。
（3）高温阶段——950℃～烧成温度一化学反应1在1050℃以前，继续上述的氧化分解反应并排除结构水；2硫酸盐的分解和高价铁的还原与分解（在还原气氛下）；3形成大量液相和莫来石；→大量液相+一次莫来石生成+二次莫来石4新相的重结晶和坯体的烧结；晶粒长大，晶界移动，致密烧结。
二物理变化：气孔率降低，坯体收缩较大，强度提高，颜色变化。
（4）冷却阶段——烧成温度～室温烧成制度包括：温度制度（包括各阶段的升温速率、降温速率、最高烧成温度和保温时间）气氛制度（升温的高温阶段的气氛要求）（氧化、中性、还原）压力制度（对窑内压力的调节）注意：1坯体出现剧烈膨胀/收缩、化学反应、相变的温度区域——应缓慢升降温或适当保温2坯体形状复杂，厚度大，规格尺寸大，入窑水分高——应缓慢升降温或适当保温3低铁高钛坯料（北方）常用氧化气氛烧成；4高铁低钛坯料（南方）常用还原气氛烧成5对于普通陶瓷产品冷却制度一般为：高温阶段应当快速冷却，低温阶段相对缓慢，晶型转变温度附近最慢。
陶瓷胎体的显微结构：晶相、玻璃相、气相。
长石质瓷显微结构中各相：1 莫来石（10-30%）2 玻璃相（40-65%）3 石英（10-25%）4.气孔工艺因素对显微结构的影响：（一）陶瓷原料及配比；（二）原料粉末的特征1、颗粒大小影响成瓷后晶粒尺寸：一般规律：细颗粒粉料制成的陶瓷晶粒小，且均匀。
陶瓷工艺学第十章烧成与窑具
第四节 窑具
4.1 窑具种类 匣钵、棚板、支柱、各种耐火垫、
托板、辊棒和窑车材料等。
现代窑炉的重要标志之一，就是大幅度 减少了窑具的用量，采用多种高级耐火材料 窑具，满足快速烧成的需要。
4.2窑具的性能要求 （1）足够的结构强度
常温强度和高温强度
（2）良好的抗热震性能 破坏机理：裂纹不断扩展； 热膨胀系数小，产生应力小，不易破坏 熟料和基质的相互关系；相对量的多少 影响较大。
理论温度制度曲线
1400 1200 1000 800 600 400
200
脆性生坯
厚坯 薄坯
热塑性范围
中火保温
脆性瓷器
时间
1.2.2.3 釉烧方法
（1）一次烧成时，釉料的熔化温度与坯料的氧化分解 温度相适应，中火保温防止针孔、橘釉、黑心、鼓泡 等缺陷。 （2）冷却初期依据釉料要求确定冷却速度
光泽釉——快速冷却 结晶釉——结晶温度保温处理 （3）二次烧成 高温素烧低温釉烧：釉烧时可以不考虑坯体的脱 结构水及 氧化分解排气，素烧 时不考虑与釉的关系。 低温素烧高温釉烧：釉烧时可以不考虑 坯体的脱结构 水，要考虑氧化分解，素 烧时不考虑与釉的关系。
不同烧结温度及高温保温时间对产品性能的影响
注：摘自《陶瓷研究》杨世源
烧成温度（℃） 保温时间（min） 平均吸水率（%）
1020
30
16.4
1040
30
15.7
1060
30
14.92
1080
30
14.10
1100
30
13.92
1080
5
14.96
1080
15
14.7
1080
30
烧成工序总结
烧成工序总结1. 简介烧成是一种重要的工序，在陶瓷、建材、玻璃等行业中广泛应用。
烧成工序通过高温处理原料，使其发生化学和物理变化，最终实现所需的产品特性和质量。
本文将对烧成工序进行总结，探讨其流程、影响因素以及常见问题和解决方案。
2. 烧成流程烧成工序一般包括以下几个主要步骤：2.1 上料准备在烧成工序开始之前，需要对原料进行准备和配比。
常见的原料有粉煤灰、黄土、石英、长石等。
根据产品要求和配方，将不同的原料按照一定比例进行混合，以达到所需的化学成分和物理性能。
2.2 成型成型是将混合好的原料通过模具或成型机具体成型成坯体的过程。
成型方式包括挤压、注塑、压制等。
2.3 干燥成型后的坯体通常需要进行干燥，以去除水分和挥发物。
干燥的目的是防止在烧成过程中坯体因内部水分蒸发而导致破损。
2.4 烧成烧成是整个工序的核心步骤，也是最关键的环节之一。
通过控制温度和时间，将干燥的坯体加热到一定温度范围内，使其发生化学和物理变化。
2.5 冷却烧成后的产品一般需要进行冷却处理，以防止因快速冷却引起的热应力导致产品破裂。
2.6 检验和包装冷却完成后，对产品进行质量检验，包括尺寸、强度、外观等方面的检查。
合格的产品将进行包装和存储，以待销售。
3. 影响因素烧成工序的品质和效果受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：3.1 温度温度是烧成过程中最关键的因素之一。
不同的产品和原料需要不同的烧成温度。
温度过高可能导致产品变形、开裂，温度过低则无法达到所需的物理性能。
3.2 时间烧成时间与温度密切相关。
时间过短可能导致产品成熟不充分，时间过长则可能造成过度烧结和能耗浪费。
3.3 加热速度加热速度也会对烧成结果产生影响。
过快的加热速度可能引起热应力，造成破损。
适当的加热速度可以提高生产效率，但需要注意控制。
3.4 环境气氛不同的产品需要在特定的气氛下进行烧成。
例如，某些产品需要在氧气氛下烧成，而另一些则需要在还原气氛下烧成。
正确的环境气氛可以保证产品达到所需的性能。
第4章 烧成工艺
a)
b)
浓 度
a)溶解-沉淀阶段的两晶粒接触示意图
①溶质的外扩散(□)
②和④：溶解物组分(○和△)向晶粒接触区域流动
③在接触区域的溶解-再沉淀
b)三个组分液相所对应浓度梯度作为r的函数，其中rc是接触半径，h是液
相膜厚度
16
4.1.5 烧结类型
配料量计算
坯料的制备
固相烧结
可分为三个阶段：初始段，主要表现为颗粒形状改变；中间段，主要表现为 气孔形状改变；最终段，主要表现为气孔尺寸减小。
3
第四章 烧成工艺及设备 4.1 烧结机理
4.2 烧成制度
4.3 主要的影响因素
4.4 烧结方法及设备
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4.1.1 概述
配料量计算
坯料的制备
陶瓷材料的性能不仅与化学组成有关，还与材料的 显微结构有关。 烧成是使陶瓷材料获得预期显微结构的关键工序。
定义： 对硅酸盐制品进行热处理，使之发生一系列物 理化学变化，并形成预期的矿物组成和显微结构，从而达 到固定外形并获得所要求性能的工序。
―
强的还原气氛可能导致：
SiO2被还原分解出Si黑斑； CO被还原C沉积黑斑或转变成气泡。
30
添加剂
陶瓷材料显微结构
― ― ―
晶相与玻璃相的分布； 晶粒大小、形状、取向等； 气孔尺寸、形状与分布；
―
各种杂质、缺陷与裂纹的存在形式与
分布； 晶界特征等。
―
31
晶粒
―
陶瓷材料由晶相、气相和玻璃相组成，可看做是方向各异的晶相 通过晶界集合而成。 晶相性能对陶瓷材料性能有非常重要的影响（如刚玉陶瓷，氧化 锆陶瓷） 按晶体生长受环境影响：自形晶、半自形晶、它形晶。 晶体的形貌对材料性能有影响。如：α-Si3N4 和β-Si3N4 晶型的陶 瓷
烧成陶瓷原理
烧成陶瓷原理
烧成陶瓷是一种将陶瓷制品形成坚硬的原理。
在制造陶瓷过程中，陶瓷原料首先需要形成定形的模具或手工成型。
成型后的陶瓷制品需要进行烧成，以使其变得坚硬、耐磨和耐高温。
烧成过程中，陶瓷制品在高温下经历多个阶段。
第一阶段是干燥，陶瓷制品在室温下被放置一段时间，以去除残留的水分。
接下来是预烧阶段，使陶瓷制品在较低温度下逐渐失去其中的有机物质，减少烧结过程中产生的气泡和开裂。
随后是烧结阶段，陶瓷制品被加热到较高温度，使其中的颗粒逐渐结合，形成致密的结构。
在这个阶段，原子和分子之间发生了化学反应和离子迁移，使陶瓷制品逐渐变得坚硬。
温度的上升和保持时间的延长有助于提高陶瓷产品的致密度和力学性能。
最后是冷却阶段，陶瓷制品从高温环境中取出，并在室温下逐渐冷却。
冷却速度对于陶瓷制品的性能同样重要，过快的冷却可能导致开裂。
通过上述烧成过程，陶瓷原料中的颗粒之间得以结合并形成致密的结构，从而使陶瓷制品获得了较好的硬度、强度和耐用性。
烧成也有助于改变陶瓷原料的颜色和表面质感，使其具有更多的装饰性和艺术价值。
因此，烧成是制造陶瓷制品的至关重要的步骤。
烧成
陶瓷材料工艺学
K2O-Al2O3-SiO2相图低共熔点985±20℃，烧
结温度范围宽50～60℃；
MgO-Al2O3-SiO2相图低共熔点1355℃，烧结
温度范围窄10～20℃；
热分析曲线DTA、 TE 、ITE拟定烧成制度。
Ｐ379 图10－9 ，10－10
陶瓷材料工艺学
方石英
1300～1400℃
3Al2O3 • 2SiO2＋SiO2
陶瓷材料工艺学
第二种看法：
Al2O3•2SiO2
Al2O3＋SiO2
约950℃
Al2O3（无定形） 3γ －Al2O3 ＋2SiO2
γ －Al2O3 3Al2O3 • 2SiO2
＞1000℃
陶瓷材料工艺学
4、冷却阶段
①. 液相析晶，玻璃相物质凝固； ②. 游离石英晶型转变。
2. 坯体形状、厚度和入窑水分
陶瓷制品由于形状、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，一般可采取短周 期烧成。对大件厚壁制品，则升温不能过快，周期不 能过短。如果坯体含有大量高可塑性粘土，则由于排 水困难、升温速度更应放慢。
陶瓷材料工艺学
3. 窑炉结构、燃料类型和装窑密度
3、高温玻化成瓷阶段（950℃～最高烧成温度） ①.1050℃以前继续氧化分解反应及排除少量残余 结构水； ②.硫酸盐分解和高价铁的还原与分解； ③.形成大量液相和莫来石新相； ④.新相的重结晶和坯体的烧结； ⑤.釉料熔融成玻璃体。 制品强度增加，气孔率减少，坯体急剧收缩。
陶瓷材料工艺学
980～1000℃
陶瓷材料工艺学
二、烧成制度的确定
1. 温度制度：
陶瓷工艺学第8章 烧成
第八章 烧 成
第三篇 陶瓷工艺学
3、弱还原阶段 要求：CO为1.5%~2.5%，空气过剩系数α＝0.95 从强还原气氛转换到弱还原气氛温度约1250 ℃。 此阶段，液相增加，颗粒排列紧密，颗粒间距缩小，坯体逐
渐致密。
4、高温阶段物理变化 a) 强度提高； b) 气孔率下降到最小值，吸水率下降； c) 体积收缩，密度增大； d) 色泽改变。
1、氧化保温阶段
目的：使坯体内氧化分解反应在釉层封闭以前进行彻底。 从氧化保温到强还原的气氛转换温度十分重要，一般控制在釉面熔 融前150 ℃左右，约1000~1100 ℃ 。
2、强还原阶段
要求：CO为3%~6%，无过剩氧存在，空气过剩系数α＝0.9 作用：使坯体中Fe2O3还原成FeO；使硫酸盐分解放出SO2。
ห้องสมุดไป่ตู้
第三篇 陶瓷工艺学
8.2、坯体在烧成过程中的物理化学变化
一、低温阶段（室温~300℃） 作用：是排除坯体内的残余水分。 结果：粘土质坯体表现为气孔率增加、强度提高；
非可塑性原料制成的坯体则表现为疏松多孔、强度 降低。 特点：坯体内基本不发生化学变化，故对气氛性质无特殊 要求。
第八章 烧 成
第三篇 陶瓷工艺学
第三篇 陶瓷工艺学
二、间歇式窑
特点：生产分批间歇进行，窑 炉安装、烧、冷、出四个阶段 顺序循环。 倒焰窑
生产方式灵活，由于火焰自上而下 加热制品，故水平温度均匀；但倒 焰窑热利用较差，燃料消耗高，劳 动强度大。这种窑适合烧成批量不 大，大件或特殊制品。
第八章 烧 成
第三篇 陶瓷工艺学
三．连续式窑
第八章 烧 成
第三篇 陶瓷工艺学
二次烧成的特点 1. 有利于提高釉面光泽度和白度。 2. 容易上釉，且釉面质量好。 3. 经素烧后坯体机械强度进一步提高，能适应施釉、印
陶瓷的烧成详细分析
陶瓷的烧成详细分析陶瓷是一种古老而重要的材料，广泛应用于建筑、餐饮、装饰等领域。
其制作过程中的最重要的环节之一就是烧成。
烧成是指将陶瓷原料在高温下进行加热处理，使之形成坚硬、致密、耐磨的陶瓷材料。
下面将对陶瓷烧成的详细过程进行分析。
1.选择合适的陶瓷原料：陶瓷原料主要包括粘土、石英、长石等。
粘土是最重要的原料，它负责提供胶结剂，使陶瓷坯体形成。
而石英和长石则起到增强陶瓷硬度和稳定性的作用。
不同种类的陶瓷所需的原料比例有所不同，需要根据具体情况进行调整。
2.粉碎和混合：将陶瓷原料进行粉碎，使之成为细粉。
通过细粉的混合，可以获得均匀的成分分布。
混合的方式可以采用干法或湿法，具体方法视原料性质而定。
3.成型：将混合好的陶瓷原料放入模具中进行成型。
根据需要，可以采用注塑、挤压、挤出等成型方法。
不同的成型方法可以获得不同形状和尺寸的陶瓷坯体。
4.干燥：成型完成后，将陶瓷坯体置于通风良好的环境中进行干燥，以去除其中的水分。
干燥需要适度控制，过快或过慢都会对后续的烧成质量产生负面影响。
5.烧成：干燥后的陶瓷坯体放入窑炉中进行烧成。
烧成温度一般在1000℃以上，会使陶瓷原料发生多种化学反应，形成新的结构和晶相。
烧成温度和时间会影响陶瓷的性质，如硬度、耐磨性和抗冲击性等。
6.冷却：烧成完成后，窑炉的温度逐渐降低，陶瓷坯体从高温中冷却下来。
冷却的速度和方式也会影响陶瓷的性质。
快速冷却会导致烧结不充分，陶瓷易碎；而过慢的冷却则会增加制造成本。
总体来说，陶瓷烧成是一个复杂的过程，需要掌握合适的材料、调配方法和烧成条件。
只有在良好的技术控制下，才能获得质量稳定的陶瓷制品。
因此，烧成工艺是陶瓷生产中不可忽视的环节之一。
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(三）烧成气氛对产品性能的影响
气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度，改 变其体积变化、晶粒与气孔大小、烧结温度甚至相组 成等，最终得到不同性质的产品。
1.对日用瓷的影响
烧成温度的 高低，直接影响 晶粒尺寸，液相 的组成和数量， 以及气孔的形貌 和数量。它们综 合地对陶瓷产品 的物化性能有重 大影响。
对传统配方的烧结陶瓷来说，烧成温度决 定瓷坯的显微结构与相组成。
长石质日用瓷坯在不同温度下的相组成
烧成温度
（℃）
1210 1270 1310 1350
相 组 成 （%）
对于含挥发组分（铅、铋等）的压电陶瓷等坯料， 一定要控制窑炉内铅的分压，让炉内耐火材料中吸收 一定量的铅。
（四）升、降温速度对产 品性能的影响
普通陶瓷坯体在快速加 热时的收缩要比缓慢加热的 小，因为快速烧成时，熔体 为粘土及石英所饱和的时间 不长，而这类低粘度的熔体 尚需一定时间以发挥其表面 张力的最大效果。
油烧隧道窑煅烧日用瓷的温度曲线
曲线：实线－窑顶温度曲线； —·—车面温度曲线；
虚线－设计温度曲线； —×—车下温度曲线
§ 12.2 低温烧成与快速烧成
一、低温烧成与快速烧成的作用
（一）低温烧成与快速烧成的含义
一般来说，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可称为低温烧成。
第12章 烧成
§ 12.1 烧成制度的制定
一、烧成制度与产品性能的关系
烧成过程是将坯体在一定的条件下进行热 处理，使之发生质变成为陶瓷产品的过程。
烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力 制度。影响产品性能的关键是温度及其与时 间的关系，以及烧成时的气氛。压力制度旨 在保证窑炉按照要求的温度制度与气氛制度 进行烧成。
普通陶瓷烧成后缓慢冷却时，收缩率会大些，相对的 气孔率小些。冷却速度对机械强度的影响复杂得多。
几种瓷坯的冷却速度与抗弯强度的关系
坯体（15 ℃/分）
75%Al2O3 滑石瓷 金红石瓷 钛酸钙瓷
357-408 184-224 285-327 153-255
2. 对特种陶瓷的影响
在还原气氛中，对氧化物陶瓷的烧结有促进作用。氧化 物之间的反应速度随烧成气氛中氧分压的减小而增大。
气氛中的水蒸气对某些氧化物陶瓷也有很大影响。气氛 中存在的水蒸气能促进氧化镁陶瓷坯体的初期烧结。
对于BaTiO3半导体陶瓷， 在还原性、中性和惰性气氛 中烧成都有利于BaTiO3陶瓷 的半导体化，即有利于陶瓷 材料室温阻值的降低。对于 施主掺杂的高纯BaTiO3陶瓷 来说，在缺氧气氛中烧成时， 不仅可以使陶瓷材料半导体 化更充分，而且往往可以有 效地拉宽促使陶瓷半导体的 施主掺杂的浓度范围。
（二）坯体形状、厚度和入窑水分 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
同一种坯体采用不同的烧成方法时，要求的烧 成制度各不相同。
温度和气氛以及压力三者之间互有影响，一般用三者与时间的 关系来表示烧成制度，并将温度-时间曲线称之为烧成曲线。
204-285 143-163 122-143 133-184
冷却速度的快慢对坯体中晶相的大小，尤其是对晶 体的应力状态有很大的影响。
二、拟定烧成制度的依据
（一）坯料在加热过程中的性状变化
通过分析坯料在加 热过程中的性状变化， 初步得出坯体在各温度 或时间阶段可以允许的 升、降温速率等。这些 是拟定烧成制度的重要 依据之一。具体可利用 现有的相图、热分析资 料、高温相分析、烧结 曲线等技术资料。
日用瓷坯体在氧化气氛和还原气氛中烧成，会 使它们在烧结温度、最大烧成收缩、过烧膨胀率、 线收缩速率和釉面质量等方面都有所变化。
（1）不同气氛对烧结温度影响 坯体在还原气氛中的烧结温度比氧化氛围中低。
(2) 不同气氛对最大烧结收缩的影响
瓷石质坯体在还原气氛中的最大烧结线收缩都 比氧化气氛中要大，但是长石质坯体在还原气氛中 的最大线收缩却比氧化气氛中小。
烧成温度的确定，主要应取决于配方组成、 坯料的细度和产品的性能要求，同时还与烧成 时间相互制约。
（二）保温时间对产品性能的影响
在止火温度或稍低于此温度的某一特定温度下保 持一定的时间，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。
对希望釉面析晶的产品(如结晶釉等艺术釉产品)， 保温时间和保温温度的作用显得更重要。
(3) 不同气氛对坯体过烧膨胀的影响
所有瓷石质坯与未加膨润土的长石质坯在还原气 氛中过烧40oC的膨胀比在氧化气氛中要小的多， 但 加入后反而大。
(4) 不同气氛对瓷体线收缩率的影响
所有瓷坯在还原气氛中的最大线收缩速率都比 在氧化气氛中大。
(5) 气氛对瓷坯的颜色和透光度及釉面质量的影响 a.影响铁和钛的价数。 b.还原气氛使氧化硅和一氧化碳还原。
玻璃相 莫来石 石 英
56
9
32
58
63
28
61
15
23
62
10
19
气孔体积
（%）
3 2 1 1
在烧成范围内，适当提高烧成温度，有时却 会有利于电瓷的机电性能和日用细瓷的透光度。
由于硅酸盐系统的反应是在颗粒接触不十 分充分的条件下进行的，反应的速度也较低， 因此影响高温反应速度的因素，除温度外，不 能忽视时间的作用。总而言之，不能孤立地考 虑温度的作用。
温度制度包括升温速度、烧成温度、保温 时间及冷却速度。
（一）烧成温度对产品性能的影响
从理论上说，烧成温度是指陶瓷坯体烧成 时获得最优性质时的相应温度，即烧成时的 止火温度。
由于坯体性能随温度的变化有一个渐变过 程，所以烧成温度实际上是指一个允许的温 度范围，习惯上称之为烧成范围。
烧成温度的高低除了与坯料的种类有关外， 还与坯料的细度及烧成时间密切相关。