2022年陶瓷烧成工艺与制度.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载陶瓷烧成工艺制度与窑炉一 陶瓷烧成烧成是指坯体在高温下发生一系列物理化学反应,使坯体矿物组成与显微结构发生显著变化, 外形尺寸固定, 强度提高, 最终获得某种特定使用性能陶瓷制品的过程；坯体在烧成过程中的物理化学反应,如表 1 所示：温度范畴 物化反应低温阶段（常温 ~300℃） 排除残余水分排除结构水、有机物,碳和无机物氧化,碳酸盐、硫氧化分解阶段（ 300~950℃）酸盐分解,晶型转变高温阶段（ 950~烧成温度）上述氧化、分解连续,生产液相；固相溶解,形成新 晶相和晶体长大,釉熔融；釉熔融冷却阶段（烧成温度~室温）液相析晶,液相过冷凝固,晶型转变；二烧成工艺制度烧成制度包括温度制度、 气氛制度和压力制度； 影响产品性能的重要因素是温度和气氛, 压力制度旨在温度和气氛制度的实现；成时间和保温时间,冷却速度等参数；温度制度包括升温速度、 烧2.1 烧成温度曲线的制定 烧成温度曲线表示由室温加热到烧成温度,再由烧成温度冷却至室温的烧成过程全部的温度—时间变化情形；烧成温度曲线的性质取决于以下因素： ①烧成时坯体中的反应速度； 坯体的组成、 原料性质以及高温中发生的化学 变化均影响反应的速度；②坯体的厚度、大小及坯体的热传导才能；③窑炉的结构、形式和热容,以及窑具的性质和装窑密度；2.1.1 升温速度的确定 低温阶段： 升温速度主要取决于坯体入窑时的水分；氧化分解阶段： 升温速度主要取决于原料的纯度和坯件的厚度, 此外,也与气体介质的流速和火焰性质有关；高温阶段： 升温速度主要取决于窑的结构、程度；装窑密度以及坯件收缩变化的2.1.2 烧成温度及保温时间的确定 烧成温度必需在坯体的烧结范畴之内,而烧结范畴必需掌握收缩〔体积收缩 〕达到最大而显气孔率接近于零（细瓷吸水率<0.5%）的一段温度范畴；最适宜的烧成温度或止火温度可依据坯料的加热收缩曲线和显气孔率变化曲线来确 定；保温时间的确定原就是保证所需液相量平稳地增加,不致使坯体变形；2.1.3 冷却速度的确定 冷却速度的确定主要取决于坯体厚度以及坯内液相的凝固速度；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载2.2 气氛制度 气体介质对含有较多铁的氧化物、硫化物、硫酸盐以及有机杂质等陶瓷坯料影响很大；同一坯体在不同气体介质中加热,其烧结温度、最终烧成收缩、过烧膨胀以及收缩速率、 气孔率均不同, 故要依据坯料化学矿物组成, 以及烧成过程各阶段的物理化学变化规律,恰当挑选气体介质（气氛） ；2.3 压力制度窑内合理的压力制度是实现温度制度和气氛制度的保证；为保持合理的压力制度,可实行调剂总烟道闸板和排烟孔小闸板来掌握抽力； 掌握好氧化幕、 急冷气幕以及抽余热风机的风量与风压,量等方法；三 陶瓷烧结方法并适当掌握烧嘴油量, 调剂车下风压和风3.1 常压烧结 常压烧结又称为一般烧结, 指烧结过程中无外加压力, 只在常压下即自然大 气条件下, 置于可加热的窑炉中, 在热能作用下, 坯体由粉末集合体变成晶粒结 合体,多孔体变成致密体；它是烧结工艺中最传统、最简便、最广泛使用的一种方法；3.2 热压烧结 热压是加压成型和加热烧结同时进行的工艺；热压的优点有：（1）热压时, 由于粉体处于热塑性状态, 形变阻力小, 易于塑性流淌和致密化,因此成型压力仅为冷压法的 1/10；（2）由于同时加温加压,有助于粉末颗粒的接触和扩散、流淌等传质过程,降 低烧结温度和缩短烧结时间,因而抑制晶粒的长大；（3）热压法简单获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体,简单得到细晶 粒的组织,简单实现晶粒的取向效应和掌握含有高蒸汽压成分的系统的组成变 化,因而简单得到具有良好机械性能、电学性能的产品；（4）能生产外形较复杂、尺寸较精确的产品；热压法的缺点：生产率低、成本高；3.3 热等静压（ HIP） 热等静压的热力传递介质为惰性气体,热等静压工艺是将粉末压坯或装入包 套的粉料放入高压容器中, 使粉料经高温顺均衡压力的作用下, 被烧结成致密体；图 1 为热等静压装置图；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载图 1 热等静压装置图1—压力容器； 2—气体介质； 3—压坯； 4—包套； 5—加热炉热等静压强化了压制和烧结过程, 降低烧结温度, 排除间隙,防止晶粒长大,可获得高的密度和强度；同热压法相比,热等静压温度低,制品密度提高；3.4 反应热压烧结 反应热压烧结是指在烧结传质过程中,除利用表面自由能下降和机械作用力推动外,再加上一种化学反应能作为推动力或激活能, 以降低烧结温度, 亦即降 低了烧结难度以获得致密陶瓷体；3.5 反应烧结（反应成型） 反应烧结（反应成型） 是通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应, 使坯体 质量增加, 孔隙减小, 并烧结成为具有肯定强度和尺寸精度的成品的工艺； 同其 它烧结工艺相比,反应烧结有如下几个特点：（1）反应烧结时,质量增加；其它烧结过程也可能发生化学反应,但质量不增 加；（2）烧结坯件不收缩,尺寸不变,因此可制造尺寸精确的制品；（3）一般烧结,物质迁移发生在颗粒之间,在颗粒尺度范畴内；而反应烧结的 物质迁移过程发生在长距离范畴内,反应速度取决于传质和传热过程；（4）液相反应烧结工艺,在形式上同粉末冶金中的熔浸法类似,但是熔浸法中 的液相和固相不发生化学反应,也不发生相互溶解,或只答应有稍微的溶解度； 通过气相的反应烧结陶瓷有反应烧结氮化硅 通过液相的反应烧结陶瓷有反应烧结碳化硅；图（RBSN）和氮氧化硅（Si2ON2）；2 为碳化硅反应烧结炉示意图；图 2 碳化硅反应烧结炉示意图1—石英窗口； 2—碳化硅坯件；3—石墨屏； 4—氧化硅铝； 5—冷却水； 6—支座； 7—接泵； 8—冷却水泵； 9—石墨坩埚； 10—感应线圈； 11—密封圈 3.6 气氛烧结对于空气中很难烧结的制品（如透光体或非氧化物）,为防止其氧化等,在炉膛内通入肯定的气体, 形成所要求的气氛, 在此气氛下烧结； 气氛烧结主要有 三种形式：制备透光性陶瓷的气氛烧结（ Al 2O3、MgO、Y 2O3、BeO 等透光体）、防止氧化的气氛烧结（ Si3N4、SiC 陶瓷）、引入气氛片的烧结（锆钛酸铅等压电 陶瓷）；3.7 电火花烧结 电火花烧结也称为电活化压力烧结, 它是利用粉末间火花放电产生高温顺同名师归纳总结 时施加压力的烧结方法； 电火花烧结经受放电活化和热塑形变致密化两阶段,烧第 3 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载结时间短,烧结所用压力比一般热压低,广泛用于铍、硬质合金、氮化物、金刚 石制品的生产；3.8 放电等离子烧结 放电等离子烧结（ SPS）技术利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬 时高温场来实现烧结过程,具有升温速度快、烧结时间短、晶粒匀称、有利于控 制烧结体的微小结构、获得材料致密度高、性能好等优点；四 影响烧结的因素4.1 原始粉料的粒度 细颗粒可以增加烧结的推动力, 缩短原子扩散距离和提高颗粒在液相中的溶 解度而导致烧结过程的加速；4.2 添加剂的作用4.2.1 外加剂与烧结主体形成固溶体 外加剂与烧结主体形成固溶体,元移动而促进烧结；4.2.2 外加剂与烧结主体形成液相使主晶相晶格畸变, 缺陷增加, 便于结构基 由于液相中扩散传质阻力小、流淌传质速度快儿降低了烧结温度和提高坯 体的密度；4.2.3 外加剂与烧结主体形成化合物 在烧结透亮的 Al 2O3制品时,为抑制二次再结晶,排除晶界上的气孔,一般 加入 MgO 或 MgF 2,高温下形成镁铝尖晶石（ MgAl 2O4）而包裹在 Al 2O3 晶粒表 面,抑制晶界移动速率,充分排除晶界上的气孔,促进坯体烧结致密化；4.2.4 扩大烧结范畴 4.3 烧结温度和保温时间 4.4 盐类的挑选及其煅烧条件 4.5 气氛的影响 4.6 成型压力的影响五 陶瓷烧成设备——窑炉5.1 隧道窑 隧道窑是陶瓷生产中使用最普遍的窑型,其基本特点是窑体外形像一条隧道,其特点是连续性生产,产量高；一般隧道窑的工作系统包括排烟系统、冷却系统、助燃系统、气幕隔离系统和搅拌系统等；隧道窑包括四个部分：窑体、窑内输送设备、燃烧设备和通风设备；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载图 3 隧道窑内部示意图5.2 辊道窑 辊道窑也称为辊底式隧道窑或辊底窑；它是利用一系列的辊子作为制品的输送工具；辊道窑的特点：加热温度匀称,且窑内断面温差小,有利于实现自动化和机械化,降低能耗,便于保护和检修；图 4 辊道窑外部示意图5.3 梭式窑梭式窑是一种窑车式的倒焰窑； 烧嘴安放在两侧窑墙上, 并视窑的高矮设置一层或数层烧嘴； 窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上； 窑底吸火孔、 支烟道设于窑车上, 并使窑墙下部的烟道和窑车上的支烟道相连接； 利用卷扬机或其它牵引机械设备； 使装载制品的窑车在窑室底部轨道上移动,为充分利用梭式窑的生产才能, 通常配备窑内可容纳 2倍,甚至3倍以上数量的窑车； 窑车之间以及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封；图5为梭式窑结构示意图；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀办公范文 欢迎下载图 5 1 — 窑室； 2 — 窑墙； 3 — 窑顶； 4 — 烧嘴； 5 — 升降窑门；6 — 支烟道； 7 — 窑车； 8 — 轨道六 蜂窝陶瓷蜂窝陶瓷的制备工艺流程为：主原料合成→混练 ↑→陈腐→挤出→成型→干燥→烧成、检验包装 粘结剂 蜂窝陶瓷的烧成 蜂窝陶瓷含有大量的有机成型粘结剂, 在烧成时应特殊留意低温阶段 （120℃~600℃）的升温速度和气氛的掌握；低温阶段升温速度一般为 10℃~20℃/h,如 升温过快易引起坯体开裂或孔道壁起泡, 特殊是外壁的起泡； 另外,有机物应在 坯体显现液相前使用充分的氧化气氛,使之充分排尽,否就易产生黑心现象； 李廷龙 2022 年 09 月 04 日名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页。