烧制陶瓷的原理

瓷器的制作，是人们对土与火的认识和运用。人们在长期制作陶器的实践中发现，选用不同的粘土，施以不同的火温，便可以烧制出与陶器有着本质区别的瓷器。土与火，是瓷器制作的两大条件。含高岭、长石、石英成分的瓷土，是瓷器生产的内在根据，火温则是瓷器生产的外部成因。

瓷器的制作是一个复杂而又完整的生产过程：选取和处理原料、制坯、干燥，对各种形体的坯胎进行装饰、上釉，最后人窑烧制，每个过程又有若干环节。

（一）选取和处理原料

主要选用与普通粘土不同的瓷土。中国瓷器的发明，是与高岭土分不开的。高岭土是一种除高岭石外，还含有多量的石英和云母的制瓷原料，它产于江西浮梁（今景德镇市）高岭村。高岭土含铁量低，可塑性弱，耐火度高，其矿物试验式为AI△O3 ·2SiO2·2H2O,

（二）制坯

制坯是指根据人们的各种需要，将原料制作成各种不同形状的坯胎。如碗、盘、壶、杯、瓶、缸等各种器皿的坯件。制作瓷器生产所需要的坯胎，又有拉坯、利坯、挖足等工艺环节。拉坯是制作瓷器坯胎成形环节。利坯是对粗坯进行修整，使坯件表面光洁、厚薄均匀的环节。挖足是指挖成瓷器器皿坯件的底足，如碗底、瓶底的圈足等。

（三）干燥

坯件制作好后，需要经过干燥使之定形。干燥的方法很多，如自然干燥法、烘干法等等。制作成型后的坯件为了使之美观好看，还需对瓷胎进行装饰。瓷器的装饰技法很多，如划花、刻花、印花、剔花、贴花、开光、描金等等。经过装饰后，瓷胎上便留下各种花纹，如卷叶纹、波浪纹、朵花纹、草叶纹、几何纹、云雷纹、锯齿纹、网纹、弦纹、蟹爪纹等等。瓷器烧成后，各种不同形体的器皿配以各种不同的装饰花纹，二者相得益彰，令人赏心悦目。

（四）施釉

这是瓷器生产过程中的一个重要方面。施釉可便制成的瓷器表面光洁滑腻，色彩缤纷艳丽，更具观赏价值。我国瓷器制作中的施釉技术是十分精湛的。施釉的工艺方法常见的有浸釉法、吹釉法、浇釉法、荡釉法等。釉色种类之多更是不胜枚举，如青、白、黑、红、卵白、甜白、粉青、兔毫，油滴、宝石红、郎窑红，豇豆红、鲜红、矾红、珊瑚红、孔雀绿、酒蓝、青花、釉里红、五彩、斗彩、粉彩、珐琅彩、匣皮紫、鳝鱼黄、娇黄、茶时末等等。这些釉色或素洁、或华丽、或浓艳、或淡雅、或雍容华贵、或精巧玲珑，与器物身上的各种纹饰、诗画图案互为表里，相映成趣。

（五）装烧

经过取料、制坯、干燥、装饰、施釉、瓷器制作的最后一道工序便是入窑装烧。控制和驾驭火候是瓷器烧成的关键。因此，烧制瓷器对瓷器的装烧方法和炉窑的形式缚构，都有很高的要求。我国瓷器生产常见的装烧方法有仰烧、叠烧覆烧、素烧等。炉窑形式则有龙窑、阶级窑、馒头窑、蛋形窑等。

《景德镇陶录》有14幅图画，这14幅图画的名称依次是：取土、练泥、镀匣、修模、洗料、做坯、印坯、镞坯、画坯、荡 （釉）、满熏、彩器、烧炉，形象地勾画出了清代陶瓷生科的全过程。

陶瓷的制作，是人民对土与火的认识和运用。人民在长期制作陶瓷的实践中发现，选择不同的粘土，施以不同的火温，便可以烧制出来与陶器有着本质区别的陶器。土和火，是陶器制作的俩大条件 。含高岭土，长石，石英成分的瓷土，是瓷器生产的内部根据，火温则是瓷器生产的外部成因。

陶瓷的制作是一个复杂而完整的生产过程：选取和处理原料，制坯，干燥，对各种形状的坯胎进行装饰，上釉，最后由人窑烧制，每个过程又有若干环节。

一、淘泥 高岭土是烧制瓷器的最佳原料，千百年来，多少精品陶瓷都是从这些不起眼的瓷土演变而来，制瓷的第一道工序：淘泥，就是把瓷土淘成可用的瓷泥。

二、摞泥 淘好的瓷泥并不能立即使用，要将其分割开来，摞成柱状，以便于储存和拉坯用。

三、拉坯 将摞好的瓷泥放入大转盘内，通过旋转转盘，用手和拉坯工具，将瓷泥拉成瓷坯。

四、印坯 拉好的瓷坯只是一个雏形，还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。

五、修坯 刚印好的毛坯厚薄不均，需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称。

六、捺水 捺水是一道必不可少的工序，即用清水洗去坯上的尘土，为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。

七、画坯 在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色，画坯有好多种，有写意的、有贴好画纸勾画的，无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔。

八、上釉 画好的瓷坯，粗糙而又呆涩，上好釉后则全然不同，光滑而又明亮：不同的上釉手法，又有全然不同的效果。

九、烧窑 千年窑火，延绵不息，经过数十道工具精雕细 的瓷坯，在窑内经受千度高温的烧炼，就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。

十、成瓷 经过几天的烧炼，窑内的瓷坯已变成了件件精美的瓷器，从打开的窑门中迫不及待地脱颖而出。

陶瓷烧制的八个过程是：

1、练泥：采取瓷石，用铁锤敲碎到鸡蛋大小的块状，再用水碓舂打成粉状，经过淘洗，去除杂质，沉淀后制成砖状的泥块。

2、拉坯：把泥团摔在辘轳车的转盘中心，顺着手法的屈伸收放，拉制出坯体的基本模样。

3、印坯：印模外形是按坯体内形弧线旋削而成，把晾到半干的坯，覆盖在模种上，均匀按拍坯体外壁，再脱模即可。

4、利坯：把坯覆放在辘轳车的利桶上，边转动车盘，边用刀旋削，当坯体的厚度适当即可。

5、晒坯：把加工成型的坯，摆放在木架上进行晾晒。

6、刻花：使用竹子、骨或铁制的刀具，在干坯体上刻画花纹。

7、施釉：普通圆器一般采用醮釉或荡釉，琢器或大型圆器是用吹釉。

8、烧窑：先把陶瓷制品装进匣钵里，烧窑时间约一昼夜，温度在1300度左右，还要测看火候，由此决定停火时间。

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。

一次烧成就是将陶瓷生坯施釉入窑高温煅烧一次而成制品的烧成方法。经过成型、干燥和施釉后的生坯，在烧成窑内一次烧成陶瓷产品的工艺路线。

二次烧成是指陶瓷坯体在施釉前后各进行一次高温处理的烧成方法。未上釉的生坯烧成称素烧，素烧后的坯称素坯。低温素烧（600-900℃）的主要目的在于使坯体具有足够的强度，施釉减少破损，并具有良好的吸附釉层的能力，此外部分氧化分解反应，减少了釉烧时的物质交换数量。一般精陶制品进行二次烧成时多是素烧温度比釉烧温度高，这种情况下以素烧为主，素烧的最终温度即是该种陶瓷的烧成温度，釉烧作用是将熔融温度较低的釉料熔化，均匀分布于坯体表面，形成紧密釉面。

　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

陶瓷窑炉烧成技术是我国的传统文化重要的组成部分。

陶瓷烧成窑分类如下：

（一）隧道窑

隧道窑因其产量高，燃耗低，劳动条件好，易机械化、自动化，是目前陶瓷及耐火材料工业应用较多的现代化窑炉。

隧道窑的窑顶用耐火砖砌筑，或用耐火浇注料预制块砌筑。窑底则由多台窑车组成。窑车沿固定的导轨移动。料坯放在窑车上由窑头推入窑内，经过预热、烧成和冷却，最后从窑尾出窑而获得成品。

（二）倒焰窑

倒焰窑是陶瓷工业目前常用的一种火焰窑炉，亦是烧制耐火制品的热工设备。因为火焰在窑内是自窑顶倒向窑底的，所以叫倒焰窑。

倒焰窑为间歇操作。其容积随生产的需要和工艺条件而变化，容量小的只有几立方米，大的可达200?300立方米。其外形可以分为圆窑和方窑两种。圆窑窑内上下温差较小，约20℃左右，上下温度分布比较均匀，目前使用较多。窑的烧成制度、亦随烧成制品的材质而变动。

（三）梭式窑

梭式窑是一种窑车式的倒焰窑，其结构与传统的矩形倒焰窑基本相似。

梭式窑烧嘴安设在两侧窑墙上，窑底用耐火材料砌筑在窑车钢架结构上，即窑底吸火孔、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；窑车在窑室底部轨道移动，窑车数视窑的容积而定；窑车之间及窑车与窑墙之间设有曲封和砂封。