工业陶瓷的种类和应用
1.氧化钙陶瓷(calcia ceramics)
氧化钙陶瓷(calcia ceramics)是指以氧化钙为主要成分的陶瓷。
性质:氧化钙具有NaCl型晶体结构,密度为3.08~3.40g/cm,熔点为2570℃,具有热力学稳定性,能在高温(2000℃)下使用,与高活性金属熔体的反应小,受氧或杂质元素的污染少。制品具有良好的抗熔融金属侵蚀性和抗熔融磷酸钙侵蚀的作用。可用干压法成型,也可注浆成型。
应用:
1)它抗金属侵蚀性优良,是冶炼有色金属,如高纯度铂、铀的重要容器;
2)经二氧化钛稳定化的氧化钙砖,可用作熔融磷酸盐矿的回转窑内衬材料;
3)从热力学的稳定性来看,CaO 超过SiO2、MgO、Al2O3和ZrO2等,在氧化物中最高。这种性质表明,它可作为熔融金属、合金用的坩埚;
4)在金属熔化过程中,可使用CaO质取样器和保护管,多用在高钛合金等活性金属熔体的质量管理或温度控制中;
5)CaO陶瓷在冶金方面的用途除上述之外,也适用于电弧熔化用的保温套或平衡实验角的容器等。
氧化钙有两个缺点:
①容易与空气中的水份或碳酸气发生反应;
②与氧化铁等氧化物在高温下能发生熔融反应。这种熔渣化作用,是陶瓷易腐蚀和强度低的原因,这些缺点也使得氧化钙陶瓷难以广泛应用。CaO作为陶瓷还处在初级阶段,它具有两面性,有时稳定,有时不稳定。今后可以通过原料、成形、烧成等技术的进步,更好地筹划其用途,使其真正加入陶瓷行列。
2.锆英石陶瓷(zircon ceramics)
锆英石陶瓷(zircon ceramics)是指以锆英石(ZrSiO4)为主要成分的陶瓷。
性质:锆英石(ZrSiO4)陶瓷具有良好的抗热震性、耐酸性、化学稳定性,但耐碱性不佳。锆英石陶瓷的热膨胀系数和导热系数较低,其抗弯强度可保持在1200~1400℃而不下降,但其力学性能较差,生产工艺与一般特种陶瓷相似。
应用:
1)锆英石作为酸性耐火材料,已在生产玻璃球及玻璃纤维的低碱铝硼硅酸盐玻璃窑炉上得到了广泛应用,锆英石陶瓷具有高的介电性能及机械性能,还可以用作电绝缘体及火花塞等;
2)主要用于制作高强度高温电瓷、瓷舟、坩埚、高温窑炉用的承烧板、熔制玻璃炉的炉衬、红外辐射陶瓷等;
3)可以制成薄壁制品—坩埚、热电偶套管、喷咀,厚壁制品—研钵等;
4)研究表明,锆英石具有化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和辐射稳定性,对U、Pu、Am、Np、Nd、Pa等锕系元素具有较好的包容能力,是固化钢系高放射性废物(HLW )理想的介质材料;
有关锆英石陶瓷的生产工艺与其力学性能之间关系的研究尚未见报道,在一定程度上妨碍了对其性能进一步深入的研究,使锆英石陶瓷的应用受到了一定的限制。
3.氧化锂陶瓷(lithia ceramics)
氧化锂陶瓷(lithia ceramics)是指主要成分为Li2O、Al2O3、SiO2的陶瓷制品。自然界中含Li2O的主要矿物原料有锂辉石、透锂长石、锂磷铝石、锂云母和锂霞石。
性质:氧化锂陶瓷制品的主晶相为锂霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)和锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2),其特点是热膨胀系数低(100~1000℃范围内为-0.03×10/℃~ 4.08×10/℃),抗热震性良好。Li2O是一种网络外体氧化物,有加强玻璃网络的作用,可有效提高玻璃的化学稳定性。
应用:可用于制作电炉(特别是感应电炉)的衬砖、热电偶保护管、恒温零件、实验室器皿、烹饪用具等。Li2O-A12O3-SiO2(LAS)系材料是典型的低膨胀陶瓷,可用作抗热震材料,Li2O还可以作陶瓷结合剂,在玻璃工业中也具有潜在的使用价值。
4.氧化铈陶瓷(ceria ceramics)
氧化铈陶瓷(ceria ceramics)是指以氧化铈为主要成分的陶瓷。
性能:该制品的比重为7.73,熔点为2600℃,它在还原气氛下会变成Ce2O3,熔点由2600℃降到1690℃。700℃时的电阻率为2×10欧姆·厘米,1200℃时为20欧姆·厘米。我国工业化生产氧化铈常用的工艺技术有如下几种:
1)化学氧化法,包括空气氧化法和高锰酸钾氧化法;
2)焙烧氧化法;
3)萃取分离法。
应用:
1)可作为加热元件、熔炼金属及半导体的坩埚、热电偶套管等;
2)可作为氮化硅陶瓷的烧结助剂,还可对钛酸铝复相陶瓷进行改性,并且CeO2是一种较为理想的增韧稳定剂;
3)加入99.99% CeO2的稀土三基色荧光粉是制作节能灯的发光材料,其光效高,显色好,寿命长;
4)用质量分数大于99%的CeO2制成的高铈抛光粉硬度高,粒度小而均匀,晶体具有棱角,适合于玻璃的高速抛光;
5)用98%的CeO2作为玻璃脱色剂和澄清剂,可提高玻璃的质量和性能,使玻璃更为实用;
6)氧化铈陶瓷,其热稳定性差,对气氛敏感性也强,因而在一定程度上限制了它的使用。
5.氧化钍陶瓷(thoria ceramics)
氧化钍陶瓷(thoria ceramics)是指ThO2为主要成分的陶瓷。
性质:纯氧化钍为立方晶系,萤石型结构,氧化钍陶瓷制品热膨胀系数较大,25~1000℃时为9.2×10/℃;导热率较小,100℃时为0.105 J/(cm·s·℃),热稳定性较差,但熔融温度高,高温导电性能好,有放射性。成型方法可采用注浆成型(加10%聚乙烯醇水溶液作悬浮剂)或压制成型(加20%四氯化钍作黏结剂)。
应用:主要用作熔炼锇、纯铑和精炼镭的坩埚,也可作为加热元件,用于探照灯光源,白炽灯纱罩,或作为核燃料,还可用作电子管阴极、电弧熔融用电极等。
陶瓷有多种的分类方法,一般人们习惯按以下四个方面进行分类:
①按用途来分,可分为日用陶瓷,艺术(陈列)陶瓷,卫生陶瓷,建筑陶瓷,电器陶瓷,电子陶瓷,化工陶瓷,纺织陶瓷,透千(燃气输机)陶瓷等等。
②按是否施釉来分,可分为有釉陶瓷和无釉陶瓷两类。
⑧人们为了生产、研究和学习上的方便,有时不按化学组成,而根据陶瓷的性能,把它们分为高强度陶瓷,铁电陶瓷、耐酸陶瓷,高温陶瓷、压电陶瓷,高韧性陶瓷,电解质陶瓷、光学陶瓷(即透明陶瓷),磁性陶瓷,电介质陶瓷,磁性陶瓷和生物陶瓷等等。
④可简单分为硬质瓷,软质瓷、特种瓷三大类。
我国所产的瓷器以硬质瓷为主。硬质瓷器,坯体组成熔剂量少,烧成温度高,在1360℃以上色白质坚,呈半透明状,有好的强度,高的化学稳定性和热稳定性,又是电气的不良传导体,如电瓷、高级餐具瓷,化学用瓷,普通日用瓷等均属此类,也可叫长石釉瓷。
软质瓷器与硬质瓷不同点是坯体内含的熔剂较多,烧成温度稍低,在1300℃以下,因此它的化学稳定性,机械强度,介电强度均低,一般工业瓷中不用软质瓷,其特点是半透明度高,多制美术瓷,卫生用瓷,瓷砖及各种装饰瓷等,通常如骨灰瓷、熔块瓷属于此类。
特种瓷种类很多,多以各种氧化物为主体,如高铝质瓷,它是以氧化铝为主,镁质瓷,以氧化镁为主;滑石质瓷,以滑石为主;铍质瓷,以氧化铍或绿柱石为主;锆质瓷,以氧化锆为主;钛质瓷,以氧化钛为主。
上述特种瓷的特点多是,由不含粘土或含极少量的粘土的制品,成型多用干压、高压方法,在国防工业,重工业中多用此类瓷,如火箭,导弹上的挡板,飞机、汽车上用的火花塞,收音机,内用的半导体,快速切削用的瓷刀等等。
1.日用陶瓷:如餐具、茶具、缸,坛、盆。罐等。
2.艺术陶瓷:如花瓶、雕塑品.陈设品等。
3.工业陶瓷:指应用于各种工业的陶瓷制品。又分以下6各方面:
(1)、建筑一卫生陶瓷: 如砖瓦,排水管、面砖,外墙砖,卫生洁其等;
(2)、化工陶瓷: 用于各种化学工业的耐酸容器、管道,塔、泵、阀以及搪砌反应锅的耐酸砖、灰等;
(3)、化学瓷: 用于化学实验室的瓷坩埚、蒸发皿,燃烧舟,研体等;
(4)、电瓷: 用于电力工业高低压输电线路上的绝缘子。电机用套管,支柱绝缘于、低压电器和照明用绝缘子,以及
电讯用绝缘子,无线电用绝缘子等;
(5)、耐火材科: 用于各种高温工业窑炉的耐火材料;
(6)、特种陶瓷: 甩于各种现代工业和尖端科学技术的特种陶瓷制品,有高铝氧质瓷、镁石质瓷、钛镁石质瓷、锆英
石质瓷、锂质瓷、以及磁性瓷、金属陶瓷等。
(二)按所用原料及坯体的致密程度分类可分为:
土器 (brickware or terra-cotta), 陶器 (potttery),炻器 (stone Ware),半瓷器 (semivitreous china),以至瓷器(130relain),原料是从粗到精,坯体是从粗松多孔,逐步到达致密,烧结,烧成温度也是逐渐从低趋高。
迄今为止,陶瓷器的界说似可概括地作如下描述:陶瓷是用铝硅酸盐矿物或某些氧化物等为主要原料,依照人的意图通过特定的物理化学工艺在高温下以一定的温度和气氛制成的具有一定型式的工艺岩石。表面可施釉或不施釉,若干瓷质还具有不同程度的半透明度,通体是由一种或多种晶体或与无定形胶结物及气孔或与熟料包裹体等微观结构组成。
陶瓷工业是硅酸盐工业的主要分支之一,属于无机化学工业范围.但现代科学高度综合,互相渗透,从整个陶瓷工业制造工艺的内容来分析,它的错综复杂与牵涉之广,显然不是仅用无机化学的理论所能概括的。
陶瓷制品的品种繁多,它们之间的化学成分.矿物组成,物理性质,以及制造方法,常常互相接近交错,无明显的界限,而在应用上却有很大的区别。
2陶瓷干燥过程机理
2.1坯体中的水分
陶瓷坯体的含水率一般在5%-25%之间,坯体与水分的结合形式,物料在干燥过程中的变化以及影响干燥速率的因素是分析和改进干燥器的理论依据。当坯体与一定温度及湿度的静止空气相接触,势必释放出或吸收水分,使坯体含水率达到某一平衡数值。只要空气的状态不变,坯体中所达到的含水率就不再因接触时间增加而发生变化,此值就是坯体在该空气状态下的平衡水分。而到达平衡水分的湿坯体失去的水分为自由水分。也就是说,坯体水分是平衡水分和自由水分组成,在一定的空气状态下,干燥的极限就是使坯体达到平衡水分。
坯体内含有的水分可以分为物理水与化学水,干燥过程只涉及物理水,物理水又分为结合水与非结合水。非结合水存在于坯体的大毛细管内,与坯体结合松弛。坯体中非结合水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样,坯体表面水蒸汽的分压力,等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。坯体中非结合水排出时。物料的颗粒彼此靠拢,因此发生体积收缩,故非结合水又称为收缩水。结合水是存在于坯体微毛细管(直径小于o.1μm)内及胶体颗粒表面的水,与坯体结合比较牢固(属物理化学作用),因此当结合水排出时,坯体表面水蒸汽的分压将小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。在干燥过程中当坯体表面水蒸汽分压力等于周围干燥介质的水蒸汽分压力时,干燥过程即停止,水分不能继续排出,此时坯体中所含的水分即为平衡水,平衡水是结合水的一部分,它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。在排出结合水时,坯体体积不发生收缩,比较安全。
2.2坯体的干燥过程
以对流干燥过程为例,坯体的干燥过程可以分为:传热过程、外扩散过程、内扩散过程三个同时进行又相互联系的过程。
传热过程,干燥介质的热量以对流方式传给坯体表面,又以传导方式从表面传向坯体内部的过程。坯体表面的水分得到热量而汽化,由液态变为气态。
外扩散过程:坯体表面产生的水蒸汽,通过层流底层,在浓度差的作用下,以扩散方式,由坯体表面向干燥介质中移动。
内扩散过程:由于湿坯体表面水分蒸发。使其内部产生湿度梯度,促使水分由浓度高的内层向浓度较低的外层扩散,称湿传导或湿扩散。
在干燥条件稳定的情况下,坯体表面温度、水分含量、干燥速率与时间有一定的关系,根据它们之间关系的变化特征,可以将干燥过程分为:加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段三个过程。
加热阶段,由于干燥介质在单位时间内传给坯体表面的热量大于表面水分蒸发所消耗的热量,因此受热表面温度逐渐升高,直至等于干燥介质的湿球温度,此时表面获得热与蒸发消耗热达到动态平衡,温度不变。此阶段坯体水分减少,干燥速率增加。
等速干燥阶段,本阶段仍继续进行非结合水排出。由于坯体含水分较高,表面蒸发了多少水量,内部就能补充多少水量,即坯体内部水分移动速度(内扩散速度)等于表面水分蒸发速度,亦等于外扩散速度,所以表面维持潮湿状态。另外,介质传给坯体表面的热量等干水分汽化所需的热量,所以坯体表面温度不变,等于介质的湿球温度。坯体表面的水蒸汽分压等子表面温度下饱和水蒸汽分压,干燥速率稳定,故称等速干燥阶段。本阶段是排出非结合水,故坯体会产生体积收缩,收缩量与水分降低量成直线关系,若操作不当,干燥过快,坯体极容易变形,开裂,造成干燥废品。等速干燥阶段结束时,物料水分降低到临界值。此时尽管物料内部仍是非结合水,但在表面一层内开始出现结合水。
降速干燥阶段,这一阶段中,坯体含水量减少,内扩散速度赶不上表面水分蒸发速度和外扩散速度,表面不再维持潮湿,干燥速率逐渐降低。由于表面水分蒸发所需热量减少,物料温度开始逐渐升高。物料表面水蒸汽分压小于表面温度下饱和水蒸汽分压。此阶段是排出结合水,坯体不产生体积收缩,不会产生干燥废品。当物料排水分下降等于平衡水分时,干燥速率变为零,干燥过程终止,即使延长干燥时间,物料水分也不再发生变化。此时物料表面温度等于介质的干球温度,表面水蒸汽分压等于介质的水蒸汽分压。降速干燥阶段的干燥速度,取决于内扩散速率,故又称内扩散控制阶段,此时物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。
2.3影响干燥速率的因素
影响干燥速率的因素有,传热速率、外扩散速率、内扩散速率。
(一)加快传热速率
为加快传热速率,应做到:①提高干燥介质温度,如提高干燥窑中的热气体温度,增加热风炉等,但不能使坯体表面温度升高太快,避免开裂,②增加传热面积:如改单面干燥为双面干燥,分层码坯或减少码坯层数,增加于与热气体接触面,③提高对流传热系数。
(二)提高外扩散速率当干燥处于等速干燥阶段时,外扩散阻力成为左右整个干燥速率的主要矛盾,因此降低外扩散阻力,提高外扩散速率,对缩短整个干燥周期影响最大。外扩散阻力主要发生在边界层里,因此应做到:①增大介质流速,减薄边界层厚度等,提高对流传热系数。也可提高对流传质系数,利于提高干燥速度,②降低介质的水蒸汽浓度,增加传质面积,亦可提高干燥速度。
(三)提高水分的内扩散速率
水分的内扩散速率是由湿扩散和热扩散共同作用的。湿扩散是物料中由于湿度梯度引起的水分移动,热扩散是物理中存在温度梯度而引起的水分移动。要提高内扩散速率应做到:①使热扩散与湿扩散方向一致,即设法使物料中心温度高于表面温度,如远红外加热、微波加热方式,②当热扩散与湿扩散方向一致时,强化传热,提高物料中的温度梯度,当两者相反时,加强温度梯度虽然扩大了热扩散的阻力,但可以增强传热,物料温度提高,湿扩散得以增加,故能加快干燥,③减薄坯体厚度,变单面干燥为双面干燥,④降低介质的总压力,有利子提高湿扩散系数,从而提高湿扩散速率,⑤其他坯体性质和形状等方面的因素。
3干燥技术分类
按干燥制度是否进行控制可分为,自然干燥和人工干燥,由于人工干燥是人为控制干燥过程,所以又称为强制干燥。
按干燥方法不同进行分类,可分为:
①对流干燥,其特点是利用气体作为干燥介质,以一定的速度吹拂坯体表面,使坯体得以干燥。
②辐射干燥,其特点是利用红外线、微波等电磁波的辐射能,照射被干燥的坯体使其得以干燥。
③真空干燥,这是一种在真空(负压)下干燥坯体的方法。坯体不需要升温,但需利用抽气设备产生一定的负压,因此系统需要密闭,难以连续生产。
④联合干燥,其特点是综合利用两种以上干燥方法发挥它们各自的特长,优势互补,往往可以得到更理想的干燥效果。
还有一些干燥方法,按干燥制度是否连续分为间歇式干燥器和连续式干燥器。连续式干燥器又可按干燥介质与坯体的运动方向不同分为顺流、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。
4 各瓷种所用干燥器特点
4.1 建筑卫生陶瓷干燥器
1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。一般厂家采用锅炉蒸汽加热的方法系统,它的特点是燃料成本低,可以形成一定的干燥气氛。同时缺点很多,如无横向空气流动;排湿功能差,干燥时间长;无通风系统,工人工作条件差。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。这一系统也存在一系列的问题,如能源消耗大;参数滞后;干燥不同步等。尤其是近年来石膏模有变大趋势,那么坯体的干燥时间和要求就不一样,为了保证每一班的生产安排。石膏模的干燥成为生产安排的主要矛盾。在解决这一问题上采用密封式干燥系统,即石膏摸出坯后整个成型线密封,在这个小的空间内使用小型的恒温恒湿系统。
2热风快速干燥
快速干燥就是干燥气氛按坯体的不同及坯体干燥程度而变化,时刻保持最佳干燥气氛,提高干燥速度。温湿度自动调节快速干燥室具有以下几个特点,①空间小,参数调整时响应快,精确度高;②可以根据坯体的情况,设定不同的干燥曲线;③工控机控制,自动化程度高,减少人为失误的因素,坯体干燥合格率高。这一系统由房体结构、热风炉、布风系统、搅拌系统、控制系统、湿度系统等六部分组成。
3蒸汽快速干燥
这里讨论的是蒸汽直接干燥,就是坯体出模后,沿轨道进入末端封闭的干燥室中,关闭干燥室后将蒸汽沿顶部的管道直接进入密封干燥室中,蒸汽在密室中膨胀降压,湿蒸汽由密室底部的管道排出回收。它的最大的优点是干燥快,正品率高。
4工频电干燥
就是将工频电(50Hz)通过坯体,由于坯体的电阻作用使得整个坯体均匀升温干燥,使达到了既升温又无温度梯度的目的。工频电干燥的缺点是干燥前的准备工作很麻烦,而且它只适合单件产品干燥。
4.2墙地砖干燥
墙地砖的坯体从压机出来后一般都是由窑炉的余热来进行干燥,但随着产品的规格尺寸越来越大,最大达1.2×2mm,甚至更大,厚度越来越厚,从8mm增大到60mm,靠窑炉的余热已经不能满足干燥的要求。而且随着产品的高档化、色彩多样化,对窑内的气氛的控制要求越来越精确和严格,用余热来干燥坯体时,干燥段的调整会引起窑内气氛的变化,甚至增加窑炉烧成燃料的消耗,有的增加1-2吨燃料。于是便出现了立式干燥器、干燥窑、多层干燥窑等。
1立式干燥窑
它是应用比较广泛的干燥设备,它占地面积小,干操小规格的墙地砖,具有较好的效果。
2干燥窑
干燥窑是直接加在烧成窑之前,外观上是窑炉的一部分(称为预热带)或是在窑的旁边独立建造一条长宽相当的干燥窑。坯体从压机出来或施釉后出来直接进入干燥窑干燥,干燥完坯体直接进入预热带或经传动进入烧成密进行烧成。它由热风炉、布风系统、窑体结构三个部分组成,干燥窑热利用率好的一般只采用烧成窑的热风基本上能满足干燥要求,有的差一点或要求干燥水分低一点的,除了用烧成密的热风外,还需要另外烧热风炉,每天消耗燃料2~3吨。
3多层干燥窑
随着技术的进步,坯体中含水率越来越低,干燥过程需将含水率从8%降低到1%,使用一般干燥窑不能达到这个目标。多层干燥窑就能解决这个问题。它是由窑头排队器,窑尾收集器及若干干燥单元组成,每个单元都是独立的,它们的温度、湿度调节,通风量调节,单独由热风炉。它的优点是:足够的干燥时间;外表面积小,散热损失小;出风口贴近砖面。干燥强度高;调节温度时通风量不会受到影响,因此热风吹过砖坯表面的速度及范围都不会因温度的调整而变动,但是多层干燥窑的调控相对比较困难,特别是窑宽增加,无法保证窑内温度的均匀,引起干燥效果不一。
4.3日用陶瓷干燥
日用陶瓷干燥与卫生陶瓷或墙地砖坯体的干燥不同,其具有的特点是:①坯体的种类繁多、数量大、尺寸小、形状复杂。变形和开裂是最常见的两种缺陷:②生产工艺过程中常常要拌入脱模、翻坯、修坯、接把、上釉等工序而成为流水作业完成。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。
5远红外干燥技术
红外辐射干燥技术越来越受到各行各业人们的重视,在食品干燥、烟草、木材、中草药、纸板、汽车、自行车、金属体烤漆等方面发挥很大作用。此外,远红外干燥也被应用于陶瓷干燥中。大部分物体吸收红外线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,能够强烈地吸收远红外线,产主激烈的共振现象,使坯体迅速变热而使之干燥。且远红外对被照物体的穿透深度比近、中红外深。因此采用远红外干燥陶瓷更合理。远红外干燥比一般的热风、电热等加热方法具有高效快干、节约能源、节省时间、使用方便、干燥均匀、占地面积小等优点,从而达到了高产、优质、低消耗的优良效果。
据陶瓷厂生产实践证明,采用远红外干燥比近红外线干燥时间可缩短一半,是热风干燥的1/10,成坯率达90%以上,比近红外干燥节电20~60%[1]。郑州瓷厂对10寸平盘进行远红外干燥技术实施,结果证明,生产周期提高一倍,通常干燥时间为2.5~3小时,缩短为1小时,成本低、投资小、见效快、卫生条件好、占地面积小。远红外材料的研究近年来很活跃,而且取得了很大进展,在各行各业也有很多成功应用的例子,为什么在建筑卫生陶瓷的干燥线上却少有人问津呢?
6微波干燥技术
微波是指介于高频与远红外线之间的电磁波,波长为O.001—1m,频率为300-300000MHz。微波干燥是用微波照射湿坯体,电磁场方向和大小随时间作周期性变化使坯体内极性水分子随着交变的高频电场变化,使分子产生剧烈的转动,发生摩擦转化为热能,达到坯体整体均匀升温、干燥的目的[2、3、4]。微波的穿透能力比远红外线大得多,而且频率越小,微波的半功率深度越大。微波干燥的特点:
(1)均匀快速,这是微波干燥的主要特点。由于微波具有较大的穿透能力,加热时可使介质内部直接产生热量。不管坯体的形状如何复杂,加热也是均匀快速的,这使得坯体脱水快,脱模均匀,变形小,不易产生裂纹。
(2)具有选择性,微波加热与物质的本身性质有关、在一定频率的微波场中,水由于其介质损耗比其它物料大,故水分比其它干物料的吸热量大得多;同时由于微波加热是表里同时进行,内部水份可以很快地被加热并直接蒸发出来,这样陶瓷坯体可以在很短的时间内经加热而脱模。
(3)热效率高、反应灵敏,由于热量直接来自于干燥物料内部,热量在周围介质中的损耗极少,加上微波加热腔本身不吸热,不吸收微波,全部发射作用于坯体,热效率高。
微波加热设备主要由直流电源、微波管、连接波导、加热器及冷却系统等几个部分组成微波加热器按照加热物和微波场作用的形式可分为驻波场谐振加热器、行波场波导加热器、辐射型加热器、慢波型加热器等几大类。
6.1微波干燥在日用陶瓷中应用
湖南国光瓷业集团股份有限公司,根据日用陶瓷的工艺特点,设计了一条日用陶瓷快速脱水干燥线用于生产中,实践证明,与传统链式干燥线相比,成坯率提高10%以上,脱石膏模时间从35~45分钟缩短到5~8分钟,使用模具数量由400~500件下降致100~120件,微波干燥线所占地面积小,生产无污染.其效率式链式干燥的6.5倍,除了可大量节约石膏模具外,与二次快速干燥线配合使用,对于10.5寸平盘总干燥成本可下降350元/万件[5]。
6.2微波干燥在电瓷中的应用
辽宁抚顺石油化工公司,李春原对电瓷干燥工艺采用微波加热干燥技术、重量鉴读控制技术、红外测温鉴读控制技术,对复杂形状的电瓷进行干燥,与常规蒸汽干燥方法相比较,可提高生产率24~30倍,提高成品率15%~35%,相同产量占地面积仅是现有工艺的二十分之一左右,可大幅度地提高经济效益。这对建筑卫生陶瓷、墙地砖等一些异型产品的干燥可提供借鉴。
6.3多孔陶瓷的干燥多孔陶瓷由于具有机械强度高、易于再生、化学稳定性好、耐热性好、孔道分布均匀等优点,具有广阔的应用前景,并被广泛应用于化工。环保、能源、冶金、电子、石油、冶炼、纺织、制药、食品机械、水泥等领域。作为吸声材料敏感元件和人工骨、齿根等材料也越来越受到人们的重视。由于多孔材料成型时含水分较多,孔隙多,且坯体内孔壁特别薄,用传统的方法因加热不均匀,极难干燥,加之这些多孔材料导热系数差,其干燥过程要求特别严格,特别是用于环保汽车等方面的蜂窝陶瓷,干燥过程控制不好,易变形,影响孔隙率及比表面积。微波干燥技术已成功地应用于多孔陶瓷的干燥,其能很容易地把坯体的水分从18%~25%降低到3%一下,降水率达到0.7~1.5kg,大大缩短干燥时间、提高成品率。我们亦把微波干燥应用于劈开砖的温坯干燥,效果亦非常明显。
7展望
微波加热虽然有许多优点,但其固定投资和纯生产费用较其它加热方法为高,特别是耗电较多,使生产成本增加;微波在大能量长时间的照射下,对人体健康带来不利影响,微波加热是有选择性的。因此单独采用微波干燥或对流干燥都有它们的优劣之处。如果综合两者将会使两种方法的优点得到充分的发挥。即在快速干燥室内,增加微波发生器。在坯体的升温阶段,微波发生器以最大功率运行,在很短的时间内使坯体温度升高。然后逐渐减少微波功率,而热风干燥以最大强度运行,这样总的加热时间将减少50%,总能耗并没有增加,而且坯体合格率高。而且,我们应该尽可能使微波炉结构设什合理,防辐射措施得当,可使微波辐射减至最小,对人体完全没有影响[6]。所以为了更好地发挥微波技术的优点,除了采用混和加热或混合干燥技术外,加强完善陶瓷材料与微波之间的作用机理的研究,加强陶瓷材料的介电性能、介质消耗与微波频率及温度关系的基础数据试验,及完善微波干燥的工艺及设备,使这一技术委陶瓷行业服务。
1、日用陶瓷:如餐具、茶具、缸,坛、盆、罐、盘、碟、碗等。
2、艺术(工艺)陶瓷:如花瓶、雕塑品、园林陶瓷、器皿、相框、壁画、陈设品等。
3、工业陶瓷:指应用于各种工业的陶瓷制品。
高温颜色釉品种之一。指在生坯上彩绘,施釉入窑高温烧成,彩色花纹在釉下,永不脱落,故名。最早见于唐代长沙窑的青釉褐绿色彩绘器物。宋代北方磁州窑、南方吉州窑烧制出白地黑花、白地赭褐色花纹的瓷器。元代景德镇窑烧制的青花、釉里红瓷使釉下彩工艺技巧达到新水平。青花瓷在明清两代成为瓷器生产的主流。近代以来湖南醴陵釉下彩瓷具有独特风格。
红釉
也称“铜红釉”。高温颜色釉品种之一。指以铜为呈色剂的釉施于坯体,在高温还原气氛下烧制而成。
出现于元代景德镇窑的红釉瓷器多呈猪肝色,不够鲜艳。明初烧成永乐“鲜红”与宣德“宝石红”名贵品种,质料细腻,红而深沉,釉汁莹厚,器口一周洁白宛如玉带,为后人所重,有“以鲜红为宝”的评价。
明代中期以后铜红釉一度断烧,《大明会典》说:“嘉靖二年令江西烧造瓷器,内鲜红改作矾红。”至清康熙三十年(1691)后,在郎廷极督管景德镇窑务时,“铜红釉”得以恢复,有“郎窑红”之称。并创烧出豇豆红、霁红等新品种。
窑变花釉
高温颜色釉品种之一。指在素坯上施较厚的含铜底釉,再施同样的面釉,并涂点少量含钴而流动性较强的釉料,经高温还原焰烧制而成,因釉中红色色调偏重,间有蓝紫色条形结晶,有如火焰跃动,故名。系清代景德镇窑仿烧宋钧窑釉色中一种。
结晶釉
高温颜色釉品种之一。指利用高温下釉料中金属的饱和溶液在缓冷过程中析出的晶体密集形成线状、点状、斑块状、花朵状的形态,故名。
早期结晶釉是宋代建窑、吉州窑和北方瓷窑烧制的铁黑釉结晶,黑釉上半露银白色如兔毫状的细丝,称“兔毫”;银灰色光泽的小圆点称“油滴”;还有玳瑁斑、鹧鸪斑、铁绣花等多种结晶釉。清代又出现茶叶末、鳝鱼黄、蟹甲青等新品种。
青釉
高温颜色釉品种之一。指釉中含有3%左右的铁在高温还原气氛中呈现青色,使瓷器表面挂釉有一层锃亮的青光,故名。商周时原始瓷器的青黄釉色是青釉的初期阶段;汉代瓷器的青釉较为纯正;六朝时的青釉,呈色青绿匀净光润;唐宋时臻于成熟。后由于配釉、施釉、烧窑技术的不断提高,青釉中又出现了千峰翠色、艾色、粉青、梅子青、冬青等不少名贵品种。
蓝釉
高温颜色釉品种之一。指以氧化钴为着色剂经高温焙烧而成。创烧于元代景德镇窑,蓝色娇艳,光泽莹润,在蓝釉上描金花或与白色花纹组合装饰器物为其特点。制品传世不多,有瓶、盘、碗等,出土物以蓝釉白龙纹梅瓶等最为精美。
胭脂红
也称“胭脂水”。低温颜色釉品种之一。在烧好的白瓷上,吹上一层极薄的含金的铅釉,再经800℃低温烘烤而成,胎薄,体轻,里釉洁白,外釉鲜艳,明丽如胭脂,故名。烧成于清康熙(1662—1722)时,雍正(1723—1735)时制品最美;传世品稀少,仅见小盘、小碗和小瓶等,造型均小巧秀丽。
珊瑚红
低温颜色釉品种之一。是以铁为呈色剂经低温烘烤而成,因色近于红珊瑚,故名。有纯然一色的红釉小碗,有在珊瑚红釉上绘粉彩纹饰或描金彩花纹。清代景德镇窑烧制。雍正(1723—1735)时珊瑚红地粉彩牡丹纹瓶、珊瑚红地粉彩花鸟纹瓶,皆为罕见精品。
矾红
低温颜色釉品种之一。是以铁为呈色剂经低温烘烤而成的釉上红。宋代磁州窑系的瓷器上常见红彩与绿彩相配的花纹;明清两代景德镇窑把这一装饰技法加以发展,出现矾红与多种色彩相配:与青花相配或单一红色描绘的云龙、飞凤、人物、游鱼、花草等各种纹饰,色彩鲜艳,画笔精工。《江西省大志》有“矾红,用青矾炼红,每一两用铅粉五两,用广胶合成”的记载。
黄釉
低温颜色釉品种之一。指以铁锑元素为着色剂,素坯挂釉,经低温氧化焰烧制而成,釉色黄润晶莹。盛烧于明清时景德镇窑。明弘治(1488—1505)时的黄釉,色淡雅,匀净明亮,加绘金彩异常娇艳;清代的黄釉,色调有娇黄、姜黄、蜜腊黄、蛋黄等。
绿釉
颜色釉品种之一。指含铜的釉料在氧化焰中呈绿色。有高温绿釉、低温绿釉两种。高温绿釉瓷器烧成于明嘉靖(1522—1566)时,釉色深翠明亮,有划花飞凤纹样的器物;清康熙时绿釉呈色浅淡葱翠。低温绿釉瓷器烧成于明成化时,如孔雀绿;此外清代还有秋葵绿、水绿、葱绿等新品种。
陶瓷品种 釉上彩
低温颜色釉品种之一。指在烧好的素器上彩绘,再经低温烘烤而成,因彩附着于釉面之上,故名。
最早见于宋代,北方民间磁窑烧制的白地上有红绿黑彩绘盘碗或捏塑的彩绘人像。元明清三代景德镇釉上彩日益发展,出现了金彩、斗彩、五彩、素三彩、粉彩、珐琅彩、黑彩、墨彩、杂彩、广彩等许多名贵品种。
金彩
釉上彩品种之一。指用笔蘸金粉在釉面上描画花纹,经700—850℃的炉火烘烤而成,以金光熠熠,故名。辽墓出土有朱红地金彩云龙纹直颈瓶。
宋代定窑有白釉金彩、黑釉金彩器物,但金彩已大部脱落。元明清时期景德镇窑制品均有金彩装饰,如在蓝釉、红釉、洒蓝釉和乌金釉上描绘金彩,五彩和广彩瓷器上也有金彩装饰。
斗彩
釉下青花与釉上彩相结合的一个品种。指在坯体上以青花钩绘花纹轮廓线,施釉烧成后,于轮廓线内填以红黄绿紫等多种色彩,再经炉火二次烧成,画面呈现釉下青花与釉上色彩相斗媲美,故名。
创烧于明成化(1465—1487)时。画彩技法不仅填彩,还有点彩、加彩、染彩等多种。
制品胎薄透体,釉脂莹润,彩色鲜艳,画面清澹雅逸,鸡缸杯、高士杯、三秋杯、婴戏杯、葡萄杯等均为绝代精品。
五彩
釉上彩品种之一。在烧好的白瓷上施用红绿黄紫等多种彩料绘画,经炉火二次烧制而成。系明清两代景德镇窑烧制的新品种。
明代五彩以嘉靖、万历(1522—1620)时的制品为代表,特点是釉下青花与釉上彩料相结合,装饰器物。
清代五彩以康熙(1662—1722)时最负盛名,用新配制的釉上蓝彩取代釉下青花,金彩和黑彩也大量出现于画面,增加了工笔彩画的艺术效果。题材广泛,举凡人物、山水、花鸟、草虫等无所不有,造型也多种多样。
康熙五彩以民窑产品为多,纹饰画笔生动,彩色浓艳,加金彩的更加显得富丽堂皇,别称“硬彩”。
素三彩
釉上彩品种之一。是在坯胎上刻划线纹烧成后再施以黄绿紫三色二次烧成,色调素雅,故名。
创烧于明正德(1506—1521)时景德镇窑,器物有高足碗、三足炉、三足洗等。
清康熙时制作技法有发展,加彩方法多种多样,制品有白地素三彩与色地素三彩两种。前者以暗龙花果盘、碗居多;后者是在黑黄绿紫等色地上加绘素雅色彩,器物有熏炉、笔洗、笔筒、攒盘、盘、碗、盖盒、观音塑像等。色彩温雅,别具一格。
粉彩
亦称“软彩”。釉上彩品种之一。是借鉴国画中的用粉及渲染技法,在素器上以“玻璃白”打底,彩料晕染作画。再经炉火烘烤而成,色彩丰富,色调淡雅柔和,故名。
粉彩瓷器胎薄透体,釉白如玉,画笔纤细有力,画面工整秀丽。创烧于清康熙晚期,传世品很少;雍正(1723—1735)时盛行,作品精致。