【大學(xué)課件】陶瓷材料工藝學(xué) 燒成

陶瓷材料工藝學(xué)燒成陶瓷材料工藝學(xué)燒成是陶瓷材料生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，涉及多種工藝和參數(shù)。本課程將深入探討燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化、工藝控制、質(zhì)量管理等方面內(nèi)容。燒成的定義與目的定義燒成是指將陶瓷坯體在高溫下進(jìn)行熱處理，使坯體中的原料發(fā)生物理化學(xué)變化，從而獲得具有一定強(qiáng)度、密度和性能的陶瓷制品的過(guò)程。目的燒成的目的是將陶瓷坯體中的水分蒸發(fā)，使坯體中的粉末顆粒發(fā)生燒結(jié)，形成致密的陶瓷結(jié)構(gòu)，從而提高陶瓷制品的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性等性能。燒成的分類及工藝特點(diǎn)1一次燒成一次性燒成，坯體與釉料一起燒成，效率高，但工藝要求高。2二次燒成先燒坯體，再燒釉料，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于釉料性能要求高的陶瓷。3多次燒成特殊陶瓷，例如多層結(jié)構(gòu)，需要多次燒成，以控制每個(gè)層的燒結(jié)溫度。燒成溫度的確定因素描述陶瓷材料不同陶瓷材料的熔點(diǎn)和燒結(jié)溫度不同，需要根據(jù)材料特性確定燒成溫度。坯體配方坯體中不同組分的比例和性質(zhì)會(huì)影響燒成溫度。燒成氣氛氧化性氣氛和還原性氣氛對(duì)燒成溫度有影響。產(chǎn)品要求不同產(chǎn)品的性能要求，例如強(qiáng)度、氣密性、耐熱性等，也會(huì)影響燒成溫度。慢燒與快燒1慢燒燒成時(shí)間長(zhǎng)，升溫速度慢2快燒燒成時(shí)間短，升溫速度快慢燒可以使坯體均勻受熱，減少坯體內(nèi)部應(yīng)力，提高制品強(qiáng)度和致密度?？鞜梢钥s短燒成周期，提高生產(chǎn)效率。選擇慢燒還是快燒取決于產(chǎn)品類型和生產(chǎn)要求。氧化性燒成與還原性燒成氧化性燒成在過(guò)量空氣或氧化氣氛下進(jìn)行燒成，有利于氧化物的形成，提高陶瓷材料的強(qiáng)度和耐用性。還原性燒成在缺氧或還原性氣氛下進(jìn)行燒成，有利于金屬元素的還原，改變陶瓷材料的色澤和性能。燒成過(guò)程中的相變固相轉(zhuǎn)變陶瓷材料在燒成過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷一系列的固相轉(zhuǎn)變，包括晶型轉(zhuǎn)變、晶粒長(zhǎng)大、固溶體形成等。液相轉(zhuǎn)變對(duì)于含有多種氧化物的陶瓷材料，在高溫下會(huì)形成液相，液相的形成會(huì)促進(jìn)材料的致密化和燒結(jié)。氣相轉(zhuǎn)變一些陶瓷材料在燒成過(guò)程中會(huì)發(fā)生氣相轉(zhuǎn)變，例如，某些氧化物在高溫下會(huì)揮發(fā)，從而改變材料的成分和性能。燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化燒成過(guò)程是陶瓷材料發(fā)生物理化學(xué)變化的關(guān)鍵階段。高溫下，坯體中的水分蒸發(fā)，有機(jī)物分解，無(wú)機(jī)物發(fā)生固相反應(yīng)，形成新的礦物相。同時(shí)，坯體發(fā)生收縮，孔隙率降低，強(qiáng)度和硬度提高。主要物理變化包括：水分蒸發(fā)、有機(jī)物分解、收縮、孔隙率降低、強(qiáng)度和硬度提高等。主要化學(xué)變化包括：無(wú)機(jī)物發(fā)生固相反應(yīng)，形成新的礦物相。燒成溫度控制的重要性產(chǎn)品質(zhì)量溫度直接影響陶瓷的物理性質(zhì)，如密度、強(qiáng)度和氣孔率，控制溫度可確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。能源消耗溫度控制可優(yōu)化燒成過(guò)程，降低能源消耗，提升生產(chǎn)效率。環(huán)境保護(hù)控制溫度可以減少有害氣體的排放，降低環(huán)境污染。燒成溫度測(cè)量方法1熱電偶2光學(xué)高溫計(jì)3紅外測(cè)溫儀燒成溫度測(cè)量的注意事項(xiàng)準(zhǔn)確性選擇合適的溫度計(jì)和測(cè)量方法，并定期校準(zhǔn)以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。位置選擇合適的測(cè)量位置，確保溫度計(jì)能準(zhǔn)確反映窯爐內(nèi)的實(shí)際溫度。保護(hù)保護(hù)溫度計(jì)免受高溫、灰塵和振動(dòng)的影響，以延長(zhǎng)使用壽命?？煽?zé)傻年P(guān)鍵因素1溫度控制精確控制溫度曲線，確保材料在每個(gè)階段獲得最佳熱處理。2氣氛控制通過(guò)調(diào)節(jié)窯爐內(nèi)氣氛，控制材料的氧化還原反應(yīng)。3升溫速率控制升溫速率，避免材料內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，確保均勻燒結(jié)。4保溫時(shí)間根據(jù)材料特性和燒成溫度，確定合適的保溫時(shí)間，保證燒成效果?？煽?zé)傻墓に嚵鞒淘牧蠝?zhǔn)備選擇優(yōu)質(zhì)原材料，并進(jìn)行預(yù)處理，如粉碎、混合等，以確保原料的均勻性和一致性。成型根據(jù)陶瓷產(chǎn)品的形狀和尺寸，采用不同的成型方法，如壓制、注漿、擠出等，制成坯體。干燥將成型后的坯體進(jìn)行干燥，以去除坯體中的水分，防止燒成過(guò)程中出現(xiàn)裂紋或變形。預(yù)燒在正式燒成之前，對(duì)坯體進(jìn)行預(yù)燒，以提高坯體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低燒成過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力。正式燒成將預(yù)燒后的坯體放入窯爐中，按照預(yù)定的溫度曲線進(jìn)行燒成，使坯體發(fā)生物理和化學(xué)變化，形成陶瓷產(chǎn)品。冷卻燒成完成后，將陶瓷產(chǎn)品緩慢冷卻，以防止因溫度驟降而產(chǎn)生裂紋。檢驗(yàn)對(duì)燒成后的陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，確保產(chǎn)品符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?？煽?zé)傻奶攸c(diǎn)與優(yōu)勢(shì)精確控制溫度和氣氛。縮短燒成時(shí)間。提高產(chǎn)品質(zhì)量。節(jié)約能源消耗?？煽?zé)稍趯?shí)際中的應(yīng)用可控?zé)杉夹g(shù)廣泛應(yīng)用于各種陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)中，例如:日用陶瓷建筑陶瓷電子陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷窯爐結(jié)構(gòu)與分類隧道窯連續(xù)生產(chǎn)，節(jié)能環(huán)保梭式窯適用于小批量、多品種生產(chǎn)輥道窯適合大規(guī)模生產(chǎn)，效率高匣缽窯用于生產(chǎn)特殊陶瓷制品窯爐傳熱的基本原理傳導(dǎo)熱量通過(guò)物質(zhì)直接接觸傳遞，溫度高的物體將熱量傳遞給溫度低的物體，例如窯爐內(nèi)壁與陶瓷坯體的直接接觸。對(duì)流熱量通過(guò)流體介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)傳遞，例如窯爐內(nèi)熱氣流對(duì)陶瓷坯體的加熱。輻射熱量通過(guò)電磁波傳遞，例如窯爐內(nèi)高溫燃燒火焰或發(fā)熱元件對(duì)陶瓷坯體的輻射加熱。不同類型窯爐的特點(diǎn)隧道窯連續(xù)生產(chǎn)，效率高，節(jié)能環(huán)保，適用于大批量生產(chǎn)。輥道窯適用于生產(chǎn)板狀、管狀等形狀的陶瓷制品。梭式窯結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)快速升溫降溫，適用于生產(chǎn)小型陶瓷制品。電窯加熱均勻，溫度控制精確，適用于生產(chǎn)高精度陶瓷制品。窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求耐高溫性窯爐需要承受高溫，結(jié)構(gòu)材料必須具有良好的耐高溫性能。熱效率窯爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)化熱效率，減少熱量損失，提高燃料利用率。易于維護(hù)窯爐結(jié)構(gòu)應(yīng)方便維修和保養(yǎng)，減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。窯爐工藝參數(shù)的優(yōu)化溫度控制根據(jù)陶瓷材料種類和燒成工藝要求，優(yōu)化溫度曲線，確保坯體均勻燒成。升溫速度控制升溫速度，避免坯體因熱應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂或變形。保溫時(shí)間根據(jù)坯體燒結(jié)特性，控制保溫時(shí)間，確保坯體充分燒結(jié)，達(dá)到最佳性能。燒成過(guò)程中的能量消耗燃料電力其他燒成是陶瓷生產(chǎn)中最耗能的環(huán)節(jié)之一，燃料消耗占總能耗的60%。燒成過(guò)程中的環(huán)境影響空氣污染燒成過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣和粉塵會(huì)污染空氣，影響周圍環(huán)境和居民健康。水污染燒成過(guò)程中產(chǎn)生的廢水會(huì)污染水體，影響水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。噪聲污染燒成過(guò)程中的設(shè)備運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生噪聲，影響周圍環(huán)境和居民生活。燒成過(guò)程中的質(zhì)量控制1原料控制嚴(yán)格控制原料的成分、粒度和水分，確保原料的均勻性和穩(wěn)定性。2成型控制控制坯體的尺寸、形狀和密度，確保成型后的坯體符合要求。3燒成過(guò)程控制控制燒成溫度、升溫速率和保溫時(shí)間，確保燒成過(guò)程的穩(wěn)定性和可控性。燒成質(zhì)量問(wèn)題的診斷與預(yù)防仔細(xì)觀察檢查陶瓷產(chǎn)品表面是否有裂紋、氣泡、變形等缺陷。分析原因根據(jù)缺陷類型和位置，分析燒成過(guò)程中的問(wèn)題，例如溫度控制、原料配比、窯爐設(shè)計(jì)等方面。預(yù)防措施針對(duì)分析結(jié)果，采取有效的預(yù)防措施，例如調(diào)整燒成曲線、優(yōu)化原料配比、改進(jìn)窯爐結(jié)構(gòu)等。常見(jiàn)燒成缺陷及其原因分析裂紋燒成溫度過(guò)高或升溫過(guò)快、冷卻速度過(guò)快、坯體干燥不充分、釉料配比不當(dāng)?shù)取Ｓ悦嫒毕萦粤吓浔炔划?dāng)、燒成溫度過(guò)高或過(guò)低、釉層過(guò)厚或過(guò)薄、窯爐氣氛控制不當(dāng)?shù)?。變形坯體配方不合理、燒成溫度過(guò)高、坯體干燥不充分、支撐物不穩(wěn)定等。色差原料質(zhì)量波動(dòng)、燒成溫度不穩(wěn)定、窯爐氣氛控制不當(dāng)、釉料配比不合理等。燒成質(zhì)量提升的措施工藝優(yōu)化調(diào)整燒成溫度曲線，優(yōu)化升溫速率和保溫時(shí)間，以確保陶瓷坯體充分燒結(jié)。材料控制嚴(yán)格控制原料的質(zhì)量，特別是粒度、成分和水分，以減少燒成過(guò)程中的缺陷。設(shè)備維護(hù)定期維護(hù)和保養(yǎng)窯爐設(shè)備，確保其正常運(yùn)行，并及時(shí)更換磨損的部件。質(zhì)量檢測(cè)建立完善的質(zhì)量檢測(cè)體系，對(duì)燒成過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理質(zhì)量問(wèn)題。燒成工藝的發(fā)展趨勢(shì)智能化燒成工藝正在朝著智能化方向發(fā)展，采用傳感器和人工智能技術(shù)監(jiān)測(cè)和控制燒成過(guò)程，提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量。節(jié)能環(huán)保隨著能源成本上升和環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保成為燒成工藝發(fā)展的重要方向，例如使用新型節(jié)能窯爐和優(yōu)化燒成工藝參數(shù)。定制化隨著個(gè)性化需求的增加，燒成工藝需要更加靈活和定制化，滿足不同產(chǎn)品和用戶的特殊要求。燒成工藝的未來(lái)展望1智能化自動(dòng)化、數(shù)字化控制燒成過(guò)程，提高效率和穩(wěn)定性。2節(jié)能環(huán)保開(kāi)發(fā)新型窯爐和燒成技術(shù)，降低能耗，減少污染排放。3個(gè)性化定制滿足市場(chǎng)對(duì)陶瓷產(chǎn)品個(gè)性化