煅燒、燒成與熔化

1.5煅燒、燒成與熔化1.5.1概述

煅燒、燒成與熔化是高溫加工過程中的三種方式，絕大多數(shù)無機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)工序中都有高溫過程。對于大多數(shù)無機(jī)非金屬材料來說，在熱加工過程中都存在以下反應(yīng)：

燃料燃燒；

物料或坯體加熱；

自由水分的蒸發(fā)；

分解反應(yīng)；

固相反應(yīng)；

或燒成、或熔化；

冷卻。

2/3/20231合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系燒成——（無機(jī)非金屬材料中的磚瓦、陶瓷、耐火材料、磨具等）生產(chǎn)過程中要將初步密集定型（成形）的料塊（生坯）經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成致密的、具有足夠強(qiáng)度的燒結(jié)體的過程稱為燒成。煅燒——將尚未成形的物料經(jīng)過高溫合成某些礦物（水泥）或使礦物分解獲得某些中間產(chǎn)物（如石灰和粘土熟料）的過程。2/3/20232合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系煅燒和燒成是無機(jī)非金屬材料生產(chǎn)過程中的一道重要工序，進(jìn)行得如何直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，其復(fù)雜過程包括：燃料的燃燒物料、坯體的加熱

物料或坯體中發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)

伴隨存在三傳：熱量傳遞質(zhì)量傳遞

動量傳遞

三個過程互相影響2/3/20233合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.5.2無機(jī)非金屬材料的熱加工方法（1）傳統(tǒng)熱加工方法

升溫速度慢

熱能消耗高

設(shè)備龐大

環(huán)境污染嚴(yán)重

具有以下特點(diǎn)：（2）近代熱加工方法與設(shè)備

（自學(xué)）

2/3/20234合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.5.3

硅酸鹽水泥熟料的煅燒2/3/20235合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)成果，廣泛用于水泥生產(chǎn)全過程，使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、符合環(huán)保要求和大型化、自動化為特征的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法，并具有現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)新技術(shù)和與之相適應(yīng)的現(xiàn)代管理方法。新型干法水泥生產(chǎn)

2/3/20236合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系預(yù)分解窯工藝流程

2/3/20237合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系關(guān)鍵技術(shù)裝備旋風(fēng)筒

連接管道

分解爐

回轉(zhuǎn)窯

冷卻機(jī)

預(yù)

熱分解燒成冷卻2/3/20238合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料與襯料的消耗以及窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。熟料的煅燒過程

生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化

：

干燥與脫水

碳酸鹽分解

固相反應(yīng)

液相和熟料的燒結(jié)

冷卻2/3/20239合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（1）干燥與脫水

干燥即物料中自由水的蒸發(fā)。

100-150℃，熱耗極大。脫水是粘土礦物分解放出化合水。

高嶺石脫水后的產(chǎn)物為無定形物質(zhì)，脫水后具有的活性較高。如果提高脫水過程的溫度梯度，在急燒時，有利于熟料的形成。2/3/202310合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（2）碳酸鹽分解

生料中的碳酸鹽是指碳酸鈣與碳酸鎂，碳酸鹽分解是指碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中分解放出二氧化碳的反應(yīng)，此反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

MgCO3=MgO+CO2-1047~-1214J／g(590℃時)CaCO3=CaO+CO2-1645J／g(890℃時)

通常碳酸鈣在600℃時就開始有微弱的分解，至894℃時，分解速度加快，分解出的CO2分壓達(dá)一個大氣壓，1100~1200℃時，分解速度極為迅速。特點(diǎn)：可逆反應(yīng)、強(qiáng)吸熱反應(yīng)、起始溫度低但速度緩慢。

2/3/202311合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

碳酸鈣顆粒的分解過程：

氣流向顆粒表面的傳熱過程；熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f的過程；碳酸鈣在一定溫度下，吸收熱量并進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過程；分解放出CO2，穿透CaO層向表面擴(kuò)散的傳質(zhì)過程；表面的CO2向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)散的過程。正在分解的CaCO3顆粒

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)

懸浮預(yù)熱器和預(yù)分解爐內(nèi)

傳熱、傳質(zhì)

VS

分解反應(yīng)化學(xué)過程

2/3/202312合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

影響碳酸鈣分解速度的影響因素：

1．溫度：隨溫度升高，分解速度常數(shù)和壓力的倒數(shù)差都相應(yīng)增加，分解時間縮短，分解速度增加。但應(yīng)注意溫度過高，將增加廢氣溫度和熱耗；預(yù)熱器和分解爐結(jié)皮、堵塞的可能性亦大。2．窯系統(tǒng)的CO2分壓：通風(fēng)良好，CO2分壓較低，有利于碳酸鈣的分解。3．生料細(xì)度和顆粒級配：生料細(xì)度細(xì)，顆粒均勻，粗粒少，分解速度快。2/3/202313合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系4．生料懸浮分散程度：生料懸浮分散差，相對地增大了顆粒尺寸，減少了傳熱面積，降低了碳酸鈣的分解速度。5．石灰石的種類和物理性質(zhì)：結(jié)構(gòu)致密、結(jié)晶粗大的石灰石，分解速度慢。6．生料中粘土質(zhì)組分的性質(zhì)：高嶺土類活性大、蒙脫石、伊利石次之，石英砂較差?；钚栽酱蟮?，在800℃下越能和氧化鈣或直接與碳酸鈣進(jìn)行固相反應(yīng)，生成低鈣礦物，可以促進(jìn)碳酸鈣的分解過程。2/3/202314合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（3）固相反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn)：

多級反應(yīng)

放熱反應(yīng)影響因素：

生料細(xì)度及均勻程度

原料性質(zhì)

溫度和時間

礦化劑反應(yīng)產(chǎn)物：

C2S、C3A、C4AF2/3/202315合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系熟料燒結(jié)過程：

當(dāng)物料溫度升高到最低共熔溫度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中，

C2S吸收CaO形成C3S。

反應(yīng)式：

C2S+CaO→C3S

隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液相粘度降低，

C2S、CaO不斷溶解、擴(kuò)散，

C3S晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。晶體不斷重排、收縮、密實(shí)化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。C3S的形成熟料燒結(jié)2/3/202316合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

C3S形成條件：

溫度：1300~1450~1300℃

液相量：

20%~30%

時間：

10~20min

影響熟料燒結(jié)過程的因素最低共熔溫度液相量液相粘度液相的表面張力C2S、CaO溶于液相的速率反應(yīng)物存在的狀態(tài)熟料形成的熱化學(xué)2/3/202317合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.5.4

陶瓷材料的高溫?zé)?/p>

經(jīng)過高溫?zé)蛇^程，陶瓷多孔性的坯體會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，最后達(dá)到所要求的性能。

這些物理化學(xué)變化包括膨脹、收縮、氣體的產(chǎn)生、液相的出現(xiàn)、舊晶相的消失和新晶相的出現(xiàn)等。

要獲得全瓷化的材料，就必須經(jīng)過完全燒結(jié)的過程；即坯體在燒成過程中收縮達(dá)到最大，顯氣孔率接近于零，致密度達(dá)到最高。此時的坯體性能達(dá)到最佳，這種現(xiàn)象又稱為“瓷化”。2/3/202318合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系一、坯體在燒成過程中的物理化學(xué)變化1.坯體的水分蒸發(fā)（室溫-300℃）2.氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期（300℃-950℃）3.成瓷期（950℃-燒成溫度）4.冷卻期（燒成溫度至室溫）2/3/202319合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

坯體在燒成窯的預(yù)熱段前部，300℃以下，主要是排除在干燥過程中所沒有除掉的殘余水分（主要是吸附水）。

入窯水分過高，易使制品開裂；另一個弊病是使坯體表面產(chǎn)生“白霜”缺陷。1.坯體的水分蒸發(fā)（室溫-300℃）2/3/202320合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

白霜——坯體中的水分與窯內(nèi)煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使坯體內(nèi)的鈣鹽在其表面生成硫酸鹽。硫酸鹽的分解溫度較高，使瓷器釉面蒙上一層“白霜”，降低了釉層表面的光澤度。硫酸鈣在高溫時分解可能造成釉層中嚴(yán)重的氣泡缺陷。這一點(diǎn)對含有高可塑性黏土的坯體，由于坯體吸附力強(qiáng)而更為突出。此階段要求加強(qiáng)通風(fēng)，其目的在于使飽和了水汽的爐氣得到及時的排除。加強(qiáng)通風(fēng)可以使被水汽飽和了的爐氣在溫度高于露點(diǎn)時排出窯外，從而避免“水跡”、“開裂”等缺陷。2/3/202321合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系2.氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期（300℃-950℃）

粘土中的結(jié)構(gòu)水得到排除；碳酸鹽分解;有機(jī)物、碳素和硫化物被氧化;石英晶型轉(zhuǎn)化。

這些變化與氧化溫度、升溫速度、窯爐內(nèi)氣氛等因素有關(guān)。若升溫速度過快，則分解與氧化的溫度相應(yīng)提高。下面討論各種分解發(fā)生的情況。

2/3/202322合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（1）粘土礦物結(jié)構(gòu)水的排除（2）碳酸鹽的分解（3）碳素、硫化物及有機(jī)物的氧化（4）石英晶型的轉(zhuǎn)變

2/3/202323合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

加熱

Al2O3·2SiO2·2H2OAl2O3·2SiO2+2H2O↑(高嶺土)（脫水高嶺）

（蒸汽）

粘土礦物脫水的溫度即與結(jié)構(gòu)有關(guān)也與升溫速度有關(guān)。

結(jié)晶不良的高嶺石在350℃溫度下，經(jīng)過較長時間的加熱也能脫水。但是強(qiáng)烈地排除結(jié)構(gòu)水仍在400～525℃之間，到525℃時還保留2～3％的少量結(jié)構(gòu)水，這一部分水一直要延長到750～800℃才脫完。

某些粘土隨著升溫速度的提高，最后的一些結(jié)構(gòu)水的脫去往往推遲，甚至1000℃以上才能排完。這種現(xiàn)象的主要原因?（1）粘土礦物結(jié)構(gòu)水的排除

2/3/202324合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：這一部分水的「OH」根與粘土結(jié)合較緊密；

I.在加熱時，排出的結(jié)構(gòu)水的水汽部分地被吸附在坯體空隙里，從而有可能溶解在新生成的液相中。

II.在坯體較厚，升溫速度較快的情況下，使粘土礦物脫水的溫度范圍拉的較寬。珍珠陶土晶體結(jié)構(gòu)完整，在差熱曲線上表現(xiàn)的吸熱效應(yīng)溫度比高嶺石稍高；反映在失重曲線上脫水溫度比高嶺石稍高。但珍珠陶土是粗粒晶片，脫水速度較慢；因此，有時在差熱曲線上的吸熱谷的形狀反而不明顯。粘土脫水后，繼而晶體的結(jié)構(gòu)被破壞，粘土失去了可塑性。

2/3/202325合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

坯料中CaCO3、MgCO3分解。

這類碳酸鹽必須在此階段分解，并將分解產(chǎn)物—二氧化碳?xì)怏w在釉層封閉之前逸出完畢；不然將會引起坯泡等缺陷。

在瓷坯中存在的碳酸鹽類一般在1000℃時基本上分解完畢。（2）

碳酸鹽的分解

2/3/202326合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

可塑性粘土(如紫木節(jié))及硬質(zhì)粘土(黑坩子、黑砂石等)往往含有碳素、硫化物及有機(jī)物，并帶入坯體中。

在燒成的低溫階段，坯體的氣孔率較高，煙氣中CO被分解，析出的碳素也被吸附在坯體中氣孔的表面。

CO的低溫沉碳作用，當(dāng)有氧化亞鐵存在時更為激烈，此反應(yīng)一直進(jìn)行到800～900℃才停止。

2CO→2C↓+O2↑（3）

碳素、硫化物及有機(jī)物的氧化2/3/202327合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

粘土夾雜的硫化物在800℃左右被氧化完畢。

350～450℃FeS2+O2－－－→FeS+SO2

500～800℃4FeS+7O2－－－→2Fe2O3+4SO2

坯體中存在的碳素及有機(jī)物在600℃以上開始氧化分解，這個反應(yīng)一直要進(jìn)行到高溫。碳素、硫化物及有機(jī)物必須在本階段氧化，產(chǎn)生的氣體必須完全排除掉，不然將會引起坯體起泡。其反應(yīng)如下：

C+O2→CO2↑2/3/202328合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（4）石英晶型的轉(zhuǎn)變

573℃

β-石英

←→α-石英

++0.82％

石英在573℃的晶型轉(zhuǎn)變，使坯體的體積膨脹，比重下降。

此階段坯體的氣孔率較高，可以部分抵消因石英晶型轉(zhuǎn)變所引起的破壞應(yīng)力。并且隨溫度的升高，坯體的機(jī)械強(qiáng)度也得到提高，具有一定的強(qiáng)度來抵抗膨脹應(yīng)力。對于體小壁薄的日用瓷坯來說，石英的晶型轉(zhuǎn)變所引起的破壞應(yīng)力甚微，可以忽略不計。但是，對于厚的大件制品必須加以重視，而應(yīng)降低升溫速度。2/3/202329合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

在300-950℃的氧化分解和晶型轉(zhuǎn)化期可以采取快速升溫。坯體所發(fā)生的物理膨脹較小，同時隨著結(jié)構(gòu)水以及氧化分解反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體的排除，坯體的重量急速減小，氣孔率增加，能夠緩沖各種應(yīng)力作用。在低于坯體出現(xiàn)液相的溫度中，水氣和氣體產(chǎn)物可以自由排出，而無收縮現(xiàn)象發(fā)生，坯體的強(qiáng)度也有所增加。所以，這一階段可以采取快速升溫。2/3/202330合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

決定本階段升溫速度的主要因素是窯爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如果窯爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠保證工作截面上的溫度均勻分布，就可以在這階段快速升溫。如果窯爐的結(jié)構(gòu)不能保證工作截面上的溫度均勻分布，則升溫速度過快會引起窯爐內(nèi)較大溫差，使溫度較低處的產(chǎn)品因氧化分解不夠充分而進(jìn)入高溫成瓷期后，產(chǎn)生煙熏、起泡等弊病，造成局部產(chǎn)品報廢；因此，要適當(dāng)控制升溫速度，并保證窯內(nèi)氧化氣氛。2/3/202331合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系3.成瓷期（950℃~燒成溫度）

瓷坯在氧化分解期的氧化實(shí)際是不完全的。如果在進(jìn)入還原焰操作之前，以及在釉層封閉坯體之前燒不盡碳素，這些碳素將推遲到燒成的末期或冷卻的初期進(jìn)行，這就有可能引起發(fā)泡和煙熏。為此

對于燒成溫度為1300℃左右的坯體，在950-1020℃采取氧化保溫措施來補(bǔ)救。

氧化保溫

氧化保溫的溫度范圍

保溫時間2/3/202332合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

氧化保溫——即在950-1020℃之間采取低速升溫或保溫操作。加強(qiáng)煙氣流通量，提高空氣過剩系數(shù)，從而使碳素、有機(jī)物、硫化物充分氧化；碳酸鹽進(jìn)一步分解；殘余結(jié)構(gòu)水完全排除。同時，使全窯的溫差盡可能縮小，為全窯進(jìn)入?；纱善谧骱贸浞值臏?zhǔn)備。2/3/202333合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

氧化保溫的溫度范圍——要根據(jù)坯體的燒成溫度及窯爐的結(jié)構(gòu)來決定。對于在1300℃左右燒成的產(chǎn)品來說，在900-1020℃之間氧化溫度較為適宜。因?yàn)椋谶@一段溫度范圍內(nèi)，坯體的氣孔率最大，黏土物質(zhì)和碳酸鹽的分解，以及碳素的燒盡等反應(yīng)進(jìn)行的最為強(qiáng)烈。因此，在這一溫度范圍就可以在最短的時間內(nèi)完成氧化保溫。2/3/202334合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

保溫時間——取決于坯體的致密程度、厚度產(chǎn)品的燒成制度和窯的結(jié)構(gòu)。通常，裝窯密度越大，坯體越厚，碳素含量越高，而釉層的開始熔融溫度越低時，則保溫時間也越長（或升溫速度越慢）。2/3/202335合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

?；纱善诘淖畲筇攸c(diǎn)：是釉層?；?，坯體瓷化。正長石（K2O·Al2O3·6SiO2）與石英（SiO2）、高嶺石（Al2O3·2SiO2）在相圖上的三元最低共熔點(diǎn)為985℃。事實(shí)上，由于其它雜質(zhì)的存在，液相可能在較低溫度出現(xiàn)。隨著溫度的提高，液相量逐漸增多，液相對坯體成瓷的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面：它起著致密化的作用，由于液相表面張力的作用，使固體顆粒接近，促使坯體致密化。2/3/202336合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

另一方面：液相的存在促使了晶體的生長，由于液相不斷溶解固體顆粒，并從液相中析出新的比較穩(wěn)定的結(jié)晶相——莫來石，而這樣的溶解作用及析晶作用不斷進(jìn)行，使莫來石晶體不斷的得到線性方向上的長大。

925～950℃2〔Al2O3·2SiO2〕－－－→2Al2O3·3SiO2+SiO2

（鋁硅尖晶石）（無定形）

1050℃3〔2Al2O3·3SiO2〕－－－→2〔3Al2O3·2SiO2〕+5SiO2

（鋁硅尖晶石）（莫來石）（方石英）2/3/202337合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

由于石英的晶型轉(zhuǎn)化以及粘土物質(zhì)的分解，提高了這些物質(zhì)的分散度。溫度高于1200℃，石英顆粒和粘土的分解產(chǎn)物不斷溶解。最終莫來石、殘留石英與瓷坯其他組成部分借助于玻璃狀物質(zhì)而連接在一起，組成了致密的、有較高機(jī)械強(qiáng)度的瓷坯。2/3/202338合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

玻化成瓷的主要物理現(xiàn)象：是收縮及致密化過程。坯體在950℃開始收縮，瓷坯早期收縮的主要原因是黏土在此溫度下結(jié)構(gòu)被破壞，以及少量液相出現(xiàn)所引起的收縮。坯體在未燒之前氣孔率約25%～40％。在燒結(jié)過程中，液相不斷填充氣孔，并把固體顆粒拉緊，使坯體致密化，顯氣孔率接近零，收縮一直進(jìn)行到燒結(jié)的終點(diǎn)。2/3/202339合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

進(jìn)一步加熱，瓷胎發(fā)生過燒膨脹。燒結(jié)后的瓷胎較未燒的坯體發(fā)生了約35％左右的體積收縮或12～15％的線收縮。瓷胎的玻璃相含量可以占40～50％以上；因此，日用瓷坯體的燒結(jié)過程是大量液相產(chǎn)生的過程。

2/3/202340合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

從瓷坯的線性變化曲線上可以看到：在1000～1200℃之間，坯體內(nèi)出現(xiàn)大量的液相，收縮率呈現(xiàn)最大值。在這一溫度范圍內(nèi)，升溫速度要嚴(yán)格控制。

對于壁厚的坯體，升溫速度過快會造成坯體內(nèi)部各部分的收縮不均勻，而導(dǎo)致坯體的開裂或變形；對于薄的制品，主要傾向是變形。

?；纱善谑钦麄€燒結(jié)過程的關(guān)鍵。為了保證瓷器的燒成質(zhì)量，往往將玻化成瓷期分為兩個階段進(jìn)行控制。2/3/202341合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（1）強(qiáng)還原階段（1020～1150℃）（2）弱還原階段（1150～燒成溫度）

2/3/202342合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（1）強(qiáng)還原階段（1020～1150℃）

硅酸鹽與三氧化二鐵一般在高于1300℃的氧化氣氛中進(jìn)行分解。很顯然，當(dāng)制品接近燒結(jié)溫度時，這些物質(zhì)大量分解所產(chǎn)生的氣體對釉面產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷。在高溫下，釉面液相的粘度減小，分解所產(chǎn)生的氣泡能沖破液相逸出來，破化了釉面的平整。有的氣泡即使沒逸出來，也使釉面產(chǎn)生氣泡等缺陷。

因此，在此階段必須采取強(qiáng)還原氣氛，使坯體內(nèi)的三氧化二鐵及硫酸鈣在釉層封閉坯體之前得到充分還原與分解。

Fe2O3+CO→FeO+CO2↑2Fe2O3+C→4FeO+CO2↑(此反應(yīng)在還原氣氛下進(jìn)行，1100℃即強(qiáng)烈反應(yīng))。

CaSO4+CO→CaSO3+CO2↑

↘CaO+SO2

↑(此反應(yīng)在還原氣氛下進(jìn)行，在800℃即強(qiáng)烈反應(yīng))。2/3/202343合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

如果強(qiáng)還原焰階段控制得不好，未能使氧化鐵完全還原，則瓷器的斷面呈淡黃色，并且粗糙。當(dāng)坯體得到充分還原時，斷面致密、發(fā)淡青色，有明顯的貝殼狀。因?yàn)檠趸瘉嗚F易與二氧化硅生成易熔的玻璃狀物質(zhì)，促使了坯體的燒結(jié)。

FeO+SiO2→FeSiO3(青色)2/3/202344合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

氧化鐵的還原以及硫酸鹽的分解，必須在釉層封閉坯體之前進(jìn)行才能取得良好的效果。釉層封閉坯體后，還原氣氛不易滲透到坯體內(nèi)部，這樣勢必造成坯體還原不足，釉層吸煙發(fā)灰。在這一階段，溫度應(yīng)平穩(wěn)上升，在控制氣氛時，要嚴(yán)格控制游離氧的含量，使之趨于零。一般說，將游離氧O2控制在0～1％，CO2～4％,CO214～17％，即能使坯體充分還原。含氧量過高，則必須加濃CO的含量，這就使坯體吸煙過多而發(fā)灰。2/3/202345合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

從空氣過剩系數(shù)

O2-0.5COα=（1-3.76—————）-1N2

的關(guān)系式中可以得出：當(dāng)O2=4％CO=8％則α=1

當(dāng)O2=1％CO=2％則α=12/3/202346合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

由此可見，影響還原氣氛的介質(zhì)主要是O2

，其次才是CO和CO2。應(yīng)根據(jù)原料的特性和釉的黏度變化范圍妥善控制“還原介質(zhì)濃度”和“還原作用時間”。一般從釉的加熱收縮曲線和氣孔率曲線中，取其發(fā)生強(qiáng)烈?；湛s的溫度作為還原的開始溫度,而顯氣孔率小于5%(或接近于零)作為還原結(jié)束的溫度。并用“延長還原作用的時間”來代替“提高還原介質(zhì)溫度”的還原方法.2/3/202347合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（2）弱還原階段（1150～燒成溫度）經(jīng)強(qiáng)還原階段以后，釉層基本上?；忾]了瓷胎的表面；坯體瓷化，莫來石不斷從液相中析出并長大。按理論上來說可以采取中性氣氛；但是，為了防止鐵的重新氧化，采取弱還原氣氛。為了使窯內(nèi)上下左右的溫度趨于一致，使瓷胎內(nèi)部的物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得更充分一些，以獲得優(yōu)質(zhì)瓷器，在燒結(jié)溫度下進(jìn)行高溫保溫是必要的。2/3/202348合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系二、燒成制度的制訂1.燒成制度與產(chǎn)品性能的關(guān)系2.擬定燒成制度的依據(jù)2/3/202349合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.燒成制度與產(chǎn)品性能的關(guān)系

燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。

影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵是溫度及其與時間的關(guān)系，以及燒成時的氣氛。

壓力制度旨在保證窯爐按照要求的溫度制度與氣氛制度進(jìn)行燒成。

溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時間及冷卻速度。

2/3/202350合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系(1)燒成溫度對產(chǎn)品性能的影響(2)保溫時間對產(chǎn)品性能的影響(3)燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響(4)升、降溫速度對產(chǎn)品性能的影響

2/3/202351合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系(1)燒成溫度對產(chǎn)品性能的影響

燒成溫度是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)時的相應(yīng)溫度，即燒成時的止火溫度。實(shí)際上是指一個允許的溫度范圍，習(xí)慣上稱之為燒成范圍。坯體技術(shù)性能開始達(dá)到要求指標(biāo)時的對應(yīng)溫度為下限溫度，坯體的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)開始劣化時的溫度為上限溫度。溫度是陶瓷坯體在高溫下所進(jìn)行的各種物理—化學(xué)變化最主要的影響因素。

2/3/202352合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系燒成溫度的影響因素坯料的種類、坯料的細(xì)度、燒成時間。顆粒細(xì)則比表面大、能量高，燒結(jié)活性大，易于燒結(jié)，燒成溫度可降低。若顆粒的堆積密度小，顆粒的接觸界面小，不利于傳質(zhì)，因而也不利于燒結(jié)。因此對同一種坯體，由于細(xì)度不同而有一個對應(yīng)于最高燒結(jié)程度的煅燒溫度，此溫度即為致密陶瓷體的燒成溫度或它的燒結(jié)溫度。2/3/202353合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

燒結(jié)溫度：同一種坯體，由于細(xì)度不同而有一個對應(yīng)于最高燒結(jié)程度的煅燒溫度，此溫度即為致密陶瓷體的燒成溫度或它的燒結(jié)溫度。燒結(jié)溫度或溫度范圍常根據(jù)燒成試驗(yàn)是試樣的相對密度、氣孔率或吸水率的變化曲線來確定。對于多孔制品，因?yàn)椴灰笾旅軣Y(jié)，達(dá)到一定的氣孔率及強(qiáng)度后即終止熱處理，所以燒成溫度并非其燒結(jié)溫度。2/3/202354合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

燒成溫度的高低，直接影響晶粒尺寸、相的組成、顯微結(jié)構(gòu)以及物理化學(xué)性質(zhì)

。

對固相擴(kuò)散或重結(jié)晶來說，提高燒成溫度是有益的。

然而過高的燒成溫度對特種陶瓷來說，會使晶粒過大或少數(shù)晶粒猛增，破壞組織結(jié)構(gòu)的均勻性，從而使制品的機(jī)電等性能劣化。

在一定的升溫速度和時間的約束下，一種坯體有一個最高燒成溫度或一個燒成溫度范圍。

不能孤立地考慮溫度的作用。燒成溫度的確定，

主要應(yīng)取決于配方組成、坯料的細(xì)度和產(chǎn)品的性能要求，同時還與燒成時間相互制約。2/3/202355合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系(2)保溫時間對產(chǎn)品性能的影響

目的：一方面使物理化學(xué)變化更趨完全，使坯體具有足夠的液相量和適當(dāng)?shù)木Я３叽?，另一方面使組織結(jié)構(gòu)亦趨于均一。在生產(chǎn)實(shí)踐中，適當(dāng)?shù)亟档蜔蓽囟韧ㄟ^一定的保溫時間以完成燒結(jié)作用，常能保證產(chǎn)品質(zhì)量均勻和燒成損失減少。但保溫時間過長則晶粒溶解，不利于坯中形成堅強(qiáng)的骨架，會導(dǎo)致機(jī)械性能的降低。精陶類產(chǎn)品由于坯體中方石英晶相的減少，導(dǎo)致膨脹系數(shù)變小還會引起釉裂。2/3/202356合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

保溫時間和保溫的溫度對希望釉面析晶的產(chǎn)品（如結(jié)晶釉等藝術(shù)釉產(chǎn)品），它們的作用更顯得重要。為了控制釉層中析出晶核的速率和數(shù)量，這類產(chǎn)品的保溫溫度往往比燒成溫度低得多。保溫時間直接關(guān)系到晶體的形成率和晶花的大小、形狀。對于特種陶瓷來說，保溫雖能促進(jìn)擴(kuò)散和重結(jié)晶，但過長的保溫卻使晶體過分長大或者說發(fā)生二次重結(jié)晶，反而起到有害的作用，故保溫時間也要求適當(dāng)。2/3/202357合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系(3)燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響

氣氛會影響陶瓷坯體高溫下的物化反應(yīng)速度，改變其體積變化、晶粒與氣孔大小、燒結(jié)溫度甚至相組成等，最終得到不同性質(zhì)的產(chǎn)品。

I.對日用瓷的影響

II.對特種陶瓷的影響

2/3/202358合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

I.對日用瓷的影響

日用瓷坯體在氧化氣氛和還原氣氛中燒成，會使它們在燒結(jié)溫度最大燒成收縮、過燒膨脹率、線收縮速率和釉面質(zhì)量等方面都有所變化。①不同氣氛對燒結(jié)溫度的影響②不同氣氛對最大燒結(jié)收縮的影響③不同氣氛對坯體過燒膨脹的影響④不同氣氛對瓷坯線收縮速率的影響⑤氣氛對瓷坯的顏色和透光度及釉面質(zhì)量的影響

2/3/202359合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

①

不同氣氛對燒結(jié)溫度的影響

瓷石質(zhì)坯和長石質(zhì)坯兩種坯體在還原氣氛中的燒結(jié)溫度均比在氧化氣氛中低。隨著含鐵量的減少，降低的溫度亦遞減。A1A2A3B1B2B3B4

組成

A：瓷石質(zhì)坯；B：長石質(zhì)坯

溫度℃×1001112131415

日用瓷坯在不同氣氛下的燒結(jié)溫度變化的比較2/3/202360合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

②

不同氣氛對最大燒結(jié)收縮的影響

瓷石質(zhì)坯體（包括外加氧化鐵粉的坯體）在還原氣氛中的最大燒結(jié)線收縮都比氧化氣氛中要大。但長石質(zhì)坯體（包括含膨潤土的坯體）在還原氣氛中的最大燒結(jié)線收縮卻比在氧化氣氛中小。A1A2A3B1B2B3B4

組成

A：瓷石質(zhì)坯；B：長石質(zhì)坯

最大線收縮（%）05101520日用瓷坯在不同氣氛下燒成時的最大燒成線收縮之比較

2/3/202361合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系③

不同氣氛對坯體過燒膨脹的影響A1A2A3B1B2B3B4

組成

A：瓷石質(zhì)坯；B：長石質(zhì)坯過燒40℃時的最大線膨脹（%）010203040日用瓷坯在不同氣氛中加熱過燒40℃時發(fā)生的線膨脹比較

2/3/202362合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

所有瓷石質(zhì)坯與未加膨潤土的長石質(zhì)坯，在還原氣氛中過燒40℃的膨脹比在氧化氣氛中小得多。瓷坯中高嶺土含量增加則這種差別縮小。在長石質(zhì)坯體中加入一定量膨潤土，則所得結(jié)果正好相反（試樣B2），即在還原氣氛中過燒40℃的膨脹反而比氧化氣氛中要大，而且隨著膨潤土量的增加而增大。同是含膨潤土的坯體，在加入1.2%的Fe2O3時（試樣B3），它在還原氣氛中過燒時的膨脹仍大于氧化氣氛燒成，同時在氧化氣氛中過燒的膨脹也顯著增大。

2/3/202363合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

④

不同氣氛對瓷坯線收縮速率的影響

除個別瓷坯外，所有瓷坯在還原氣氛中的最大線收縮速率都比在氧化氣氛中要大。A1A2A3B1B2B3B4

組成

A：瓷石質(zhì)坯；B：長石質(zhì)坯最大線收縮速率（mm/20℃）00.51.01.52.0日用瓷坯在不同氣氛中加熱時最大線收縮速率的比較

2/3/202364合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

⑤氣氛對瓷坯的顏色和透光度及釉面質(zhì)量的影響

ⅰ）影響鐵和鈦的價數(shù)

ⅱ）使SiO2和CO還原

2/3/202365合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

ⅰ）影響鐵和鈦的價數(shù)

氧化焰燒成，冷卻時即由其中析出膠態(tài)的Fe2O3使瓷坯顯黃色。還原焰燒成時，形成的FeO熔化在玻璃相中而呈淡青色。液相增加和坯內(nèi)氣孔率降低都相應(yīng)提高瓷坯的透光性。當(dāng)坯體中的氧化鐵含量一定時，若用氧化焰燒成，被釉層所封閉的Fe2O3將有一部分與SiO2反應(yīng)生成鐵橄欖石并放出氧，其反應(yīng)如下：

2Fe2O3+2SiO2→2（2FeO·SiO2）+O2↑2/3/202366合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

反應(yīng)生成的氧會使釉面形成氣泡與孔洞，而殘留的Fe2O3會使瓷坯呈黃色。對含鈦較高的坯料應(yīng)避免燒還原焰，否則部分TiO2會變成藍(lán)至紫色的Ti2O3，還可能形成黑色的FeO.Ti2O3尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體，從而加深鐵的呈色。2/3/202367合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

ⅱ）使SiO2和CO還原

2SiO→SiO2+Si在制品表面形成Si的黑斑。

2CO≒CO2+CCO的分解速度在800℃以上比較明顯，低于800℃需要一定的催化劑。催化劑有碳和游離態(tài)的氧化鐵。

CO分解出碳沉積在坯、釉上形成黑斑。在繼續(xù)升高溫度的燒成中，碳被封閉在坯體中，若再有機(jī)會被氧化成CO2就會形成氣泡。對吸附性能強(qiáng)的坯體尤應(yīng)注意這一問題。

2/3/202368合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

II.對特種陶瓷的影響還原氣氛對氧化物陶瓷的燒結(jié)有促進(jìn)作用。氣氛中的水蒸氣對某些氧化物陶瓷也有很大影響。對于BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷，在還原性（例如H2氣或含H2氣氛）、中性（例如N2氣）和惰性（例如Ar氣）氣氛中燒成都有利于BaTiO3陶瓷的半導(dǎo)體化，即有利于陶瓷材料室溫電阻值的降低。

對于含揮發(fā)組分的壓電陶瓷等坯料，燒成時的氣氛影響組成，導(dǎo)致燒結(jié)和產(chǎn)品性能發(fā)生變化。2/3/202369合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系(4)升、降溫速度對產(chǎn)品性能的影響

普通陶瓷體在快速加熱時的收縮要比緩慢加熱的小。致密的坯體慢速升溫（24-48小時加熱至1300℃）其抗張強(qiáng)度比快速升溫的坯體（用18小時加熱到1300℃）約增加30%。而氣孔率則減少?？焖偕郎嘏黧w氣孔率為3.0%，慢速升溫坯體氣孔率為1.5%，兩者相差一半。普通陶瓷燒成后緩慢冷卻時，收縮率會大些，相對的氣孔率小些。2/3/202370合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

普通陶瓷燒成后緩慢冷卻時，收縮率會大些，相對的氣孔率小些。快速燒成的坯體緩慢冷卻時，由于次生莫來石的成長，會在一定程度上降低其抗張程度；緩慢燒成的坯體緩慢冷卻后，其抗張強(qiáng)度可提高20%。對于某些特種陶瓷，由于急冷（甚至是淬火急冷）能防止某些化合物的分解、固溶體的脫溶及粗晶的形成，因此能改善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品的電氣性能，還能較大幅度地提高瓷坯的抗折強(qiáng)度。

2/3/202371合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

冷卻速度的快慢對坯體中晶相的大小，尤其是對晶體的應(yīng)力狀態(tài)有很大的影響。含玻璃相多的致密坯體，當(dāng)冷卻至玻璃相由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時，瓷坯結(jié)構(gòu)上有顯著的變化，從而引起較大的應(yīng)力。因此，這種坯體應(yīng)采取高溫快冷和低溫緩冷的制度。

2/3/202372合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

冷卻初期冷卻速度慢，影響晶粒的數(shù)量和大小，也易使低價鐵重新氧化，使制品泛黃?？炖溥€可以避免釉面析晶，提高釉面光澤度。但對于膨脹系數(shù)較大的瓷坯或含有大量SiO2、ZrO2等晶體的瓷坯，由于晶形轉(zhuǎn)變伴隨時有較大的體積變化，因而在轉(zhuǎn)變溫度附近冷卻速度不能太快。對于厚而大的坯件，若冷卻太快，由于內(nèi)外散熱不易均勻，也會造成應(yīng)力不均勻而引起開裂。

2/3/202373合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

2.擬定燒成制度的依據(jù)

(1)坯料在加熱過程中的性狀變化

(2)坯體形狀、厚度和入窯水分

(3)窯爐結(jié)構(gòu)、燃料性質(zhì)、裝窯密度

(4)燒成方法2/3/202374合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.5.5玻璃的熔化

一、熔化過程二、玻璃的熔制設(shè)備三、影響玻璃熔化過程的因素四、玻璃池窯耐火材料的蝕變五、玻璃熔體的質(zhì)量缺陷2/3/202375合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系一、熔化過程定義：玻璃的熔化又稱為玻璃的熔制或熔煉，是指玻璃配合料

經(jīng)過高溫加熱轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)組成均勻的、無氣泡的、并符

合成型要求的玻璃液的過程。

玻璃的熔化過程是一個很復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。大體上可分為以下五個階段：

1.燒結(jié)體的形成

2.玻璃液的形成

3.玻璃液的澄清

4.玻璃液的均化

5.玻璃液的冷卻

2/3/202376合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.燒結(jié)體的形成

質(zhì)量合乎要求的配合料加入玻璃窯爐中，在高溫作用下，發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，形成不透明燒結(jié)物。物

理

變

化化學(xué)變化配合料加熱升溫固相反應(yīng)配合料脫水碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽的分解各組分的熔化水化物的分解晶相轉(zhuǎn)變化學(xué)結(jié)合水的分解個別組分的揮發(fā)硅酸鹽的形成與相互作用

對于普通鈉-鈣硅酸鹽玻璃而言，這一階段結(jié)束后，配合料轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒杷猁}和殘余石英顆粒組成的燒結(jié)體。2/3/202377合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系2.玻璃液的形成

燒結(jié)物進(jìn)一步加熱后開始熔融，并相互熔融、擴(kuò)散，并最終由不透明體變?yōu)橥该鞑Ａб骸?/p>

但此時的玻璃液含有大量可見氣泡，且玻璃液的化學(xué)成分很不均勻，這需要澄清和均化過程去完成。2/3/202378合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系3.玻璃液的澄清

玻璃液的澄清是指氣體夾雜物從玻璃液中消除的過程。

在玻璃熔制過程中，硅酸鹽的形成階段將放出玻璃配合料重量的18%左右的氣體，其中大部分可以通過配合料間的縫隙排出，剩余的部分將被包裹在此階段生成的液相和玻璃形成階段生成的玻璃相中。

（1）氣體的來源（2）氣體的種類（3）存在形式（3）

澄清過程2/3/202379合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（1）氣體的來源

配合料中原料的分解；

部分組分的揮發(fā)；

組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體；

配合料粉體空隙中夾帶的氣體；

玻璃液與耐火材料相互作用產(chǎn)生的氣體；

玻璃液從窯爐火焰空間中吸收、溶解的氣體。2/3/202380合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（2）氣體種類

隨著玻璃組成、原料種類、窯爐氣氛、壓力、溫度等的變化，存在于玻璃液中的氣體的種類也不盡相同。常見的有N2、O2、CO2、H2O、CO、SOx、NOx等。2/3/202381合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（3）存在形式

殘留在玻璃液中的氣體存在三種形式：

可見氣泡

物理溶解

化學(xué)結(jié)合

其中可見氣泡中的氣體和以物理狀態(tài)溶解的氣體與窯爐中氣體之間存在一定的平衡。2/3/202382合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系氣體在熔窯中的平衡狀態(tài)：窯爐氣泡玻璃液①②③④⑤①②從過飽和的玻璃液中析出氣體，進(jìn)入氣泡或爐氣；③④氣泡中分離出來的氣體，進(jìn)入爐氣或溶解在玻璃中；氣體從爐氣進(jìn)入到玻璃液中。⑤2/3/202383合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系（4）澄清過程

通常所說的玻璃液的澄清過程是指排除玻璃液中可見氣泡中的氣體。根據(jù)以上所述的氣體平衡關(guān)系，要消除可見氣泡，有兩種途徑：

使可見氣泡上浮到液面破裂，氣體進(jìn)入爐氣中；

使可見氣泡中的氣體溶解到玻璃液中。通常不可行2/3/202384合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

對于第一種方式，可見氣泡從玻璃液中上浮過程符合Stocks定律：r----氣泡的半徑v----氣泡上浮速度g----重力加速度ρ、ρ`----玻璃液和氣泡的密度η----熔融玻璃液的粘度2r2.g.(ρ-ρ`）9ηV=2/3/202385合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系在等溫等壓下，使氣泡變大的兩個因素：

使多個小氣泡匯集合成一個大氣泡；但實(shí)際上氣泡

間距遠(yuǎn)，加之玻液表面張力大，難以實(shí)現(xiàn)。

使玻璃液中溶解的氣體滲入氣泡，使之增大。澄清劑原理：

澄清劑是指在玻璃熔化高溫階段釋放出氣體，促進(jìn)玻璃液中已有的可見氣泡長大，并加速上浮，玻璃液的澄清過程因而明顯加速的物質(zhì)。硝酸鹽分解(500℃以下開始）

↓O2↑As2O3+As2O5As2O3+O2↑600-1200℃>1200℃作用過程:澄清劑原理：

澄清劑是指在玻璃熔化高溫階段釋放出氣體，促進(jìn)玻璃液中已有的可見氣泡長大，并加速上浮，玻璃液的澄清過程因而明顯加速的物質(zhì)。2/3/202386合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系4.玻璃液的均化

澄清后的玻璃液中存在著條紋及其它不均勻體，需經(jīng)過均化過程才能獲得化學(xué)組成均勻一致的玻璃液。

保證原料和配合料質(zhì)量,對配合料進(jìn)行粒化、燒結(jié)等預(yù)處理；

進(jìn)行人工均化(如機(jī)械攪拌、池底鼓泡等)，加強(qiáng)擴(kuò)散；

采用先進(jìn)的熔制技術(shù)(如電熔窯可減少揮發(fā))；

對揮發(fā)量大的玻璃液可采用密封和液面擋料、撇料、定期池底放料

等方法；

均化過程就是不均勻體在玻璃液中溶解、擴(kuò)散的過程。改善玻璃液均化效果的措施主要有：

保證原料和配合料質(zhì)量,對配合料進(jìn)行?；?、燒結(jié)等預(yù)處理；

進(jìn)行人工均化(如機(jī)械攪拌、池底鼓泡等)，加強(qiáng)擴(kuò)散；

采用先進(jìn)的熔制技術(shù)(如電熔窯可減少揮發(fā))；

對揮發(fā)量大的玻璃液可采用密封和液面擋料、撇料、定期池底放料

等方法；

2/3/202387合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系5.玻璃液的冷卻

為使玻璃液滿足成型所需的粘度要求，經(jīng)高溫澄清、均化后的玻璃液需進(jìn)一步降溫冷卻。整個冷卻過程應(yīng)力求平穩(wěn)進(jìn)行，以保證玻璃液的熱均勻性，并防止出現(xiàn)溫度波動，以免引起二次氣泡。

2/3/202388合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

需要指出的，玻璃熔制過程的五個階段，在實(shí)際生產(chǎn)中，是難以完全分開的，有時甚至是同步發(fā)生的。池窯中玻璃熔融過程模型圖2/3/202389合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系二、玻璃的熔制設(shè)備

工業(yè)上用于玻璃熔制的設(shè)備有坩鍋窯和池窯。前者產(chǎn)量低、耗能大，主要用于手工生產(chǎn)小批量的玻璃制品；后者用于玻璃產(chǎn)品的工業(yè)化大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)。池窯的分類

1.按使用熱源分

（1）火焰窯

以燃料燃燒為熱能來源。燃料可以是煤氣，

重油和水；（2）電熱窯

以電能作為熱量來源；（3）火焰－電熱窯

以燃料為主要熱源，電能為輔助熱源。2/3/202390合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系2.按窯內(nèi)火焰流動的方向分

（1）

橫焰窯

窯內(nèi)火焰作橫向流動、與玻璃液流動

方向垂直；（2）

馬蹄焰窯

窯內(nèi)火焰呈馬蹄形流動；（3）

縱焰窯

窯內(nèi)火焰作縱向流動、與玻璃液流動

方向相平行。2/3/202391合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系三、影響玻璃熔化過程的因素

配合料經(jīng)高溫加熱熔融最終轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合成型要求的玻璃液的過程是極其復(fù)雜的，所有與這一過程有關(guān)聯(lián)的因素都將影響玻璃熔制的質(zhì)量。玻璃組成

玻璃液的黏度、表面張力的影響

原料

配合料的質(zhì)量

熔化作業(yè)制度的影響

加速玻璃熔化的輔助手段

2/3/202392合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1.玻璃組成

玻璃組成是配方計算的依據(jù)，并最終決定了玻璃制品的性質(zhì)。另一方面，它從本質(zhì)上決定了玻璃的熔制的難易程度。其中的難熔氧化物如SiO2、Al2O3等越高，易熔成分如Na2O等越少，則玻璃熔化溫度越高。

Volf據(jù)此提出硅酸鹽玻璃熔化速度常數(shù)（τ）的概念，以評估玻璃的熔化速度。2/3/202393合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系對于普通硅酸鹽玻璃，τ＝SiO2+Al2O3Na2O+K2O對于含硼硅酸鹽玻璃，τ＝

對于含鉛硅酸鹽玻璃，τ＝SiO2＋Al2O3Na2O+K2O＋0.5B2O3SiO2＋Al2O3Na2O+0.5B2O3＋0.125PbO其中：氧化物—各氧化物在玻璃中的重量百分?jǐn)?shù)；

—表示玻璃相對難熔的特征值；2/3/202394合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系

值65.54.84.2熔化溫度℃1450~146014201380~14001320~1340與值相應(yīng)的熔化溫度

注意：常數(shù)是一經(jīng)驗(yàn)值，確定熔制溫度時，此常數(shù)不能認(rèn)為是唯一的