陶瓷烧结有哪些阶段

陶瓷烧结主要分为预热阶段（常温~300。C），氧化分解阶段（300~950。C），高温阶段（950。C ~最高烧成温度），高火保温阶段，冷却阶段。由于影响陶瓷烧成的因素很多，所以在操作中，要根据具体情况来确定不同的烧成制度，通过窑炉的设备来控制窑内各部分气体压力呈一定分布，来保证温度制度和气氛制度。

2、低温快烧的作用和条件？

答：（1）低温快烧的作用：节约能源和成本，充分利用原料资源，提高窑炉和窑具的使用寿命，缩短生产周期，提高生产效率。

（2）低温快烧的条件：坯釉的干燥收缩和烧成收缩均小，坯料热膨胀系数小，随温度的变化接近线性关系。希望坯料的导热性能好，希望坯料中含少量晶型转变的成分，快烧的釉料要求化学活性强；减少坯体入窑水分，提高坯体入窑温度；控制坯体厚度、形状和大小；选用温差小和保温良好的窑炉；选用抗热震性好的窑具。

氧化铝陶瓷的烧结过程一般可以分为升温、保温、降温三个阶段。其升温阶段的流程大致如下：

1、初温升温：将物料放入烧结炉中，最初的升温速度控制在10℃/min以内。在这个过程中，主要是为了蒸发物料中的水分，尽可能排除隐患。

2、中段升温：随着温度的逐渐升高，升温速度可以逐渐加快，一般控制在50℃/min到100℃/min左右，让物料逐渐达到烧结温度区间。

3、高温升温：当物料接近烧结温度时，升温速度开始减慢，控制在20℃或者10℃/min左右，尽可能保证物料温度均匀分布，避免烧结中出现大的温度梯度。

烧结过程是经过成型的固体粉状颗粒在加热到低于熔点温度的温度下，产生颗粒粘结；通过物质传递，使成型题逐渐变成具有一定几何形状和性能的整体的过程。

烧结初期：颗粒仅发生重排和键和，颗粒和空隙形状变化很小，颈部相对变化x/r<0.3，线收缩率小于0.06。

烧结中期：（1）烧结中期，颈部进一步扩大，颗粒变形较大，气孔由不规则的形状逐渐变成由三个颗粒包围的，近似圆柱形的气孔，且气孔是联通的。（2）晶界开始移动，颗粒正常长大。与气孔接触的颗粒表面为空位源，质点扩散以体积扩散和晶界扩散为主而扩散到气孔表面，空位返乡扩散而消失。（3）坯体气孔率降为5%左右，收缩达90%。

烧结末期：（1）进入烧结末期，气孔封闭，相互孤立，理想情况为四个颗粒包围，近似球状。（2）晶粒明显长大，只有扩散机理是重要的，质点通过晶界扩散和体积扩散，进入晶界间近似球状的气孔中。（3）收缩率达90~100%，密度达理论值的95%以上。

　瓷器是由瓷石、高岭土、石英石、莫来石等烧制而成，外表施有玻璃质釉或彩绘的物器。

瓷石和高岭土等原料实际上就是可塑性及其他性能较好的粘土。

而釉是由长石、石英、滑石、高岭土和少量其他原料按一定比例配置，研磨成釉浆，施在胚体表面。

瓷器的成形要通过在窑内经过高温(约1280℃-1400℃)烧制，瓷器表面的釉色会因为温度的不同从而发生各种化学变化。

制作瓷器的完整流程，一般要经过如下几道工序：

1.练泥：将瓷胎的原料——高岭土、瓷石经过磨洗、除杂揉匀后，调和成用于制作瓷器的瓷泥。

2.制坯：用模具或者手工，将泥制成需要的外形，将坯胎晾到半干的状态，再放到拉坯机上，用刀旋削表面，保证瓷器外表的光洁。最后依照需要，使用材质不同（铁、骨、木等材料）的雕花刀在外表刻出花纹。

3.按上釉分，瓷器分为“釉下彩”和“釉上彩”“釉中彩”三种不同的种类。

釉下彩：一般家用瓷器和中国元代青花瓷器都属于这一类：将颜料直接涂在未上釉的瓷胎上，再进行上釉。由于颜料被包裹在釉之下，使得色彩能够长期保存，并不易被磨损。但由于施加釉下彩将使颜料经过约1天的高温灼烧，会导致部分瓷器颜色变化，因而釉下彩的瓷器颜色变化较多。

釉下彩的颜色不够鲜艳。

釉上彩：将未上色的瓷胎涂釉后放入窑内烧结为素瓷，待冷却后再进行上色，并放入相对低温（约700℃–900℃）的窑炉中进行二次烧结。这样的做法能够保证釉彩的花纹和颜色丰富多彩，但长期暴晒或使用会导致表面磨损，导致颜色脱落。

釉上彩的颜色鲜艳，但是容易掉色。

釉中彩：按釉上彩方法施于器物釉面，通过1100～1260℃的高温快烧（一般在最高温阶段不超过半小时），釉面软件包化熔融，使颜料渗入釉内，冷却后釉面封闭。细腻晶莹、滋润恍目，抗腐蚀、耐磨损，具有釉下彩的效果。

既能保证颜色的鲜艳，又不容易掉色。

烧窑：首先把陶瓷制品装入匣钵，匣是陶瓷制品焙烧的容器,以耐火材料制成,作用是防止瓷坯与窑火直接接触,避免污染,尤其对白瓷烧造最为有利。烧窑时间过程约一昼夜，温度在1300度左右。

彩绘：釉上彩如五彩、粉彩等，是在已烧成瓷的釉面上描绘纹样、填彩，再入红炉以低温烧烘，温度约700—800度。

烧窑前即在坯体素胎上绘画，如青花、釉里红等，则称为釉下彩，其特点是彩在高温釉下，永不退色

陶瓷在制作过程中,一定发生化学变化的是烧结阶段。

烧结是粉末或粉末压坯加热到低于其中基本成分的熔点的温度，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械性能的制品或材料。

【烧结定义】

在高温下（不高于熔点），陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。

【烧结工艺阶段】

1、低温预烧阶段

在此阶段主要发生金属的回复及吸附气体和水分的挥发，压坯内成形剂的分解和排除等。

2、中温升温烧结阶段

此阶段开始出现再结晶，在颗粒内，变形的晶粒得以恢复，改组为新晶粒，同时表面的氧化物被还原，颗粒界面形成烧结颈。

3、高温保温完成烧结阶段

此阶段中的扩散和流动充分的进行和接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使孔隙尺寸和孔隙总数有所减少，烧结体密度明显增加。

1、陶器阶段

用黏土制成毛坯，经过高温(~1000 °C) 烧结而成，是原始人类制成的最重要的物品之一

2、瓷器阶段

发明了釉、发现并使用高铝质瓷土、高温技术的发展（>1200 °C ）

3、现代先进陶瓷阶段

原料纯化——从天然矿物原料为主发展到高纯人工合成原料为主

新工艺层出不穷——成型新工艺：等静压成型、热压成型、离心注浆成型、压力注浆成型、 流延成型等

烧结新工艺：热压烧结、热压等静压烧结、反应烧结、快速烧结、微波 烧结、等离子体烧结、自蔓燃烧结等

理论日趋成熟——从经验操作发展到科学控制、特定材料设计、工艺—结构—性质—使用性能

分析技术进步——显微结构分析技术如X射线衍射仪、电子显微镜、原子力显微镜、特殊性能测试仪器等

相邻学科发展——量子力学、固体物理、固体化学、配位化学、结晶化学、量子化学、半导体、微电子等

4、纳米陶瓷阶段

原料纳米化、陶瓷内部晶粒纳米化、性能高，度优化、正在深入研究，预期将引起重要

变化。

陶瓷一般以富含石英和绢云母等矿物质的高岭土为原料经过72道工序制成。

一般来说，陶瓷生产过程包括坯料制造、坯体成型、瓷器烧结等三个基本阶段。同时陶瓷生产过程的组成可按生产各阶段的不同作用分为生产技术准备过程、基本生产过程、辅助生产过程和生产服务过程。

陶，是以粘性较高、可塑性较强的粘土为主要原料制成的，不透明、有细微气孔和微弱的吸水性，击之声浊。瓷是以粘土、长石和石英制成，半透明，不吸水、抗腐蚀，胎质坚硬紧密，叩之声脆。我国传统的陶瓷工艺美术品，质高形美，具有高度的艺术价值，闻名于世界。

扩展资料

传统陶瓷又称普通陶瓷，是以粘土等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品，现代陶瓷又称新型陶瓷、精细陶瓷或特种陶瓷。常用非硅酸盐类化工原料或人工合成原料，如氧化物（氧化铝、氧化锆、氧化钛等）和非氧化物（氮化硅、碳化硼等）制造。

陶瓷具有优异的绝缘、耐腐蚀、耐高温、硬度高、密度低、耐辐射等诸多优点，已在国民经济各领域得到广泛应用。传统陶瓷制品包括日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、工业美术陶瓷、化工陶瓷、电气陶瓷等，种类繁多，性能各异。

随着高新技术工业的兴起，各种新型特种陶瓷也获得较大发展，陶瓷已日趋成为卓越的结构材料和功能材料。它们具有比传统陶瓷更高的耐温性能，力学性能，特殊的电性能和优异的耐化学性能。

参考资料来源：百度百科-陶瓷 （陶器和瓷器的总称）

按传质分类：

固相烧结（只有固相传质）

液相烧结（出现液相）

气相烧结（蒸汽压较高）

按压力分类：常压烧结、压力烧结

按气氛分类：普通烧结、氢气烧结、真空烧结

按反应分类：

固相烧结

液相烧结

气相烧结

活化烧结

反应烧结

特种烧结包括：热压烧结、反应热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、超高压烧结、真空（加压）烧结、气氛烧结（气压烧结）、原位加压成型烧结法

1、烧成气氛的概念 陶瓷产品的烧成气氛是指在烧制的过程中，窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。一般将烧成气氛分为氧化气氛和还原气氛两种。游离氧含量在8%以上的称为强氧化气氛，游离氧含量在4%~5%的称为普通氧化气氛，游离氧含量1%~1.5%的称为中性气氛当游离氧的含量小于1%，并且co含量在3%以下时，称为弱还原气氛，co含量在5%以上的称为强还原气氛。在实际生产中，采用何种气氛制度来烧制陶瓷产品，要根据产品配方中原料的组成以及烧制过程中各阶段的物化反映情况来确定。当原料中所含有机物和碳较少，且粘性低、吸附性弱、含铁量较高时，适合与还原气氛烧成反之，则适合与氧化气氛烧成。　2、烧成气氛对产品性能的影响众所周知，气氛会影响陶瓷坯体在高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸与气孔大小等，尤其对陶瓷坯的颜色、透光度和釉面质量的影响，更显突出。　① 影响铁和钛的化合价在实际生产中，当氧化气氛烧成时，坯料中的fe2o3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低，可析出胶态的fe2o3使坯显黄色当还原气氛烧成时，形成的feo熔化在玻璃相中呈淡青色。另外，当坯体中的氧化铁含量一定时，若用氧化气氛烧成，被釉层所封闭的fe2o3将有一部分与sio2反应生成铁橄榄石并放出氧，其反应如下：（2fe2o3+2 sio2→2（2feo·sio2）+o2↑）反应生成的氧会使釉面形成气泡与孔洞，而残留的fe2o3会使坯体呈黄色。对含钛较高的坯料应避免用还原气氛烧成，否则部分tio2会变成蓝至紫色ti2o3，还可能形成黑色2feo·ti2o3尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而呈色加深。　② 使sio2还原和co分解在一定的温度下，还原气氛可使sio2还原为气态的sio，在较低的温度下它将按2sio→sio2+si 分解，因而在制品表面形成si的黑斑。还原气氛中的co在一定的温度下会按2co→co2+c分解。在400℃时co2是稳定的，而在1000℃时，仅有0.7%（体积）co2。co的分解在800℃以下才速度较快，而高于800℃时需要一定的催化剂。碳虽也有催化作用，但要求一定的表面积，游离态的氧化铁催化作用则与表面积无关，因此在还原气氛中很可能因co分解出碳沉积在坯、釉上形成黑斑。若再继续升高温度烧成，在碳被封闭在坯体中若再被氧化成co2就会形成气泡，对吸附性能强的坯体尤为严重。　3、烧成气氛对产品缺陷的影响陶瓷产品在烧成过程中会发生一系列的物理化学反应，如水分的蒸发，盐类的分解，有机物、碳和硫化物的氧化，晶型的转变，晶相的形成等。这些物理化学反应的速度，除了受温度影响之外，气氛对其也有很大的影响，如果控制不当，就会使陶瓷产品产生各种缺陷，下面介绍最常见的几种缺陷。　① 黑心陶瓷产品的黑心是指在坯体的烧成过程中，有机物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和铁质的还原物，致使坯体中间呈黑色或者灰色、黄色等现象。黑心缺陷的存在会影响陶瓷产品的强度、吸水率、色泽等性能指标。陶瓷产品产生黑心缺陷的关键是有机物、碳化物、硫化物氧化不足，陶瓷产品在烧成过程的低温阶段发生有机物的分解和如下的氧化反应：（fes2+o2→fes+so2↑（350~450℃））、（4fes+7o2→2fe2o3+4so2↑（500~800℃））、（c+o2→co2↑（600℃以上））在此阶段如果氧化气氛不足，有机物的分解和上述的氧化反应就无法完全地进行，c、fes2和feo等过多地残留积聚在坯体内而使坯体呈黑色、灰色、黄色。在实际生产中要消除产品黑心，须在600~650℃让有机物开始燃烧，在300~850℃让有机物、铁化合物和碳充分氧化，也就是说，应在预热带保证足够强的氧化气氛。另外，在烧成的低温阶段，烟气中的co会被分解，反应式如下：（2co→2c↓+o2↑）这一分解在800℃以上时会比较明显，而800℃以下时，在有一定催化剂的情况下反映也很明显（游离态的feo就是很好的催化剂）。如果在低温阶段窑内的氧化气氛不足，且存在还原气氛的情况下，由于在还原气氛中存在的feo，因此co会激烈分解而析出c。在低温阶段由于坯体的气孔率较高，析出的c很容易被吸附在坯体气孔的表面而形成黑斑缺陷。　② 气泡和针孔陶瓷产品在烧成过程的低温阶段，除了发生前面所述的氧化反应外，还伴随着碳酸盐的分解：（mgco3→mgo+co2↑（500~750℃））、（caco3→cao+co2↑（550~1000℃））这些反应的速度和完全程度都受到气氛的影响，氧化气氛足够时，反应会快且进行得更完全反之，反应速度变缓且不完全。当烧成过程进入高温阶段后，坯体出现液相，反应所产生的气体无法自由排出坯体外，于是便出现针孔、气泡等缺陷。在低温阶段将坯体内的气体成分全部氧化分解是不可能的，因为碳酸盐和fe2o3在氧化气氛中要在高于1300℃以上才进行分解，但是在这样高的温度区域，坯体已经有液相存在，粘度减小，分解出来的气泡会冲破液相逸出，造成釉面不平，或者残留在釉层内，形成气泡缺陷。为解决这一问题，在高温前（1000℃左右）要将烧成气氛控制为还原气氛，让fe2o3及硫酸盐类发生如下还原分解：（fe2o3+co→2feo+co2↑）、（caso4+co→caso3+co2↑）、（caso4→cao+so2↑）　③ 色差陶瓷产品的色差是指单件产品的各部位或单件（批）产品之间的呈色深浅不一的显现。在陶瓷坯体和釉料的原料中，总会或多或少地引入一些铁、钛化合物，在烧结过程中烧成气氛的不同会影响到铁、钛存在的价数，不同价数的铁、钛会有不同的呈色，当烧成气氛不稳定时，坯体的呈色相应改变，从而形成产品的色差。目前，市场上流行的钒钛金属砖，由于其坯料含钛较高，如在还原气氛下会有部分tio2转变成蓝色至紫色的ti2o3，形成色差，也有可能形成黑色的feo·ti2o3尖晶石和铁钛混合晶体，从而加深铁的呈色，形成砖面颜色深浅不一，其反应式如下：（tio2+co→ti2o3+co2↑）、（feo+2tio2+co→feo·ti2o3+co2↑）　4、烧成气氛的控制烧成气氛的控制受到窑炉结构和设备配置的限制，比如风机风量的大小，风管直径的大小，排烟口、抽热口、抽湿口位置的设置等，都会影响到烧成气氛的控制。但是，最关键的还是稳定压力制度和合理操作燃烧器。　① 稳定压力制度压力变化会影响到气体的流动状态，因此窑内压力制度的波动会引起气氛的波动，要控制好气氛，就必须稳定好压力制度，而稳定压力制度的关键在于控制好零压面。在窑炉预热带，因要排走水分和燃烧时产生的烟气，故压力相对比窑外环境的低，对比之下窑内气压处于负压状态在冷却带要鼓入冷空气使制品冷却，压力相对比窑外环境的高，对比之下窑内气压处于正压状态在正负压之间有一零压面，烧成带就处在预热带和冷却带之间，因而零压面的移动就会引起烧成带气氛的变化。当零压面位于烧成带前段，处于烧成带与预热带之间时，烧成带的气压为微正压状态，气氛为还原气氛当零压面位于烧成带的后端时，烧成带处于微负压状态，气氛为氧化气氛。　② 合理操作燃烧器烧成的燃料是否完全燃烧将会影响到窑炉气氛，特别是烧成带的气氛。因此合理地操作燃烧器，控制好燃料的燃烧程度，是控制窑内气氛的重要手段。在燃料完全燃烧的情况下，燃料中的全部可燃成分在空气充足时能完全氧化，燃烧产物中没有游离c及co、h2、ch4等可燃成分，保证氧化气氛的实现当燃料不完全燃烧时，燃烧产物中存在一些游离c及co、h2、ch4等，使窑内气氛呈还原性。要使燃料完全燃烧，须注意以下三点：①确保燃料与空气充分，均匀地混合②保证充足的空气供给，并保持一定的过剩空气量③确保燃烧过程在较高的温度下进行。

　5、实际生产中烧成气氛的调整对于上述稳定气氛的理论要点，许多人都很清楚，但在实际的操作中，会因为要解决某些烧成问题而不自觉地改变窑炉的气氛，这种变化往往容易被人忽视，以下是常见出现的问题。　① 为了提高烧成温度而改变空气过剩系数有些多企业为了追求单窑产量的最大化，不断地加快烧成速度，缩短烧成周期。而操作工最常用的手段就是加大燃料供应量，但燃料供应量增加后往往没有及时调节助燃空气的供应量和助燃风机总闸的调节，造成烧成气氛由氧化气氛变为还原气氛。　② 为解决预热带出现的缺陷而改变其气氛一些操作工为了降低预热带后段的温度而减小排烟闸的开度，影响了窑炉压力平衡和气体流速，使预热带的氧化气氛减弱，如控制不好容易造成前炉燃烧状态不良，使气氛出现波动。　③ 为解决冷却带出现的缺陷而改变冷风量这样操作不仅影响到全窑压力制度的变化，而且会使气氛发生变化。比如加大冷风，容易使零压面向预热带移动，反之零压面又会向冷却带方向移动，这些都会使气氛发生改变。为了稳定压力，必须相应调节抽热闸的开度，以平衡全窑的气体进出量，稳定零压面。