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文檔簡介

1、4.1 燒結(jié)機(jī)理,第四章 燒成工藝及設(shè)備,4.2 燒成制度,4.3 主要的影響因素,4.4 燒結(jié)方法及設(shè)備,內(nèi)容 水與坯的結(jié)合形式、干燥過程。 干燥制度、缺陷分析等。 排塑目的、原理、方法等。 要求 重點(diǎn)掌握坯體干燥過程及產(chǎn)生缺陷的分析。 要求掌握排塑目的、原理和方法。,4.1 燒結(jié)機(jī)理,第四章 燒成工藝及設(shè)備,4.2 燒成制度,4.3 主要的影響因素,4.4 燒結(jié)方法及設(shè)備,陶瓷材料的性能不僅與化學(xué)組成有關(guān),還與材料的顯微結(jié)構(gòu)有關(guān)。 燒成是使陶瓷材料獲得預(yù)期顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工序。 定義:對硅酸鹽制品進(jìn)行熱處理,使之發(fā)生一系列物理化學(xué)變化,并形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu),從而達(dá)到固定外形并獲得所

2、要求性能的工序。 宏觀變化:體積收縮,致密度提高,強(qiáng)度增加。,4.1.1 概述,燒結(jié)過程中會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)變化。整個(gè)燒結(jié)過程分為前期和后期兩個(gè)階段。 燒結(jié)前期(坯體入爐90致密化):未進(jìn)行燒結(jié)時(shí),陶瓷生坯含百分之幾十的氣孔,顆粒間只有點(diǎn)接觸。當(dāng)升溫?zé)Y(jié)后,物質(zhì)通過不同方法向顆粒間頸部和氣孔部位填充,頸部逐漸長大,氣孔體積逐漸減小。并首先在小顆粒間出現(xiàn)大量晶界,且逐漸擴(kuò)大,形成晶界網(wǎng)絡(luò)。隨著溫度升高,晶界移動(dòng),晶粒長大,氣孔縮小,并形成孤立的氣孔,坯體的致密度提高,密度達(dá)到理論密度的90%以上。,4.1.2 燒成過程,燒結(jié)后期 孤立氣孔被遷移粒子填充,致密性繼續(xù)提高,晶粒繼續(xù)長大,氣孔隨晶界

3、移動(dòng)。 繼續(xù)升高溫度時(shí),此時(shí)是單純的晶界移動(dòng)和晶粒長大的過程。該晶粒的長大不是小晶粒粘結(jié),而是晶界移動(dòng)的結(jié)果。 晶界形狀不同,移動(dòng)情況也不同。對于彎曲的晶界,其移動(dòng)方向總是想曲率中心移動(dòng)。而且曲率半徑越小,晶界移動(dòng)越快。 在此過程中可能發(fā)生氣孔移動(dòng)速度小于晶界遷移速度,氣孔離開晶界,被包裹到晶體內(nèi)部。隨著粒子遷移路程和阻力的增加,氣孔很難被排除,晶粒發(fā)生不正常長大。,4.1.3 燒結(jié)動(dòng)力,燒結(jié)過程除必須有燒結(jié)動(dòng)力外,還需有物質(zhì)傳遞,從而使氣孔得到填充; 物質(zhì)傳遞的機(jī)理 蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 擴(kuò)散傳質(zhì) 流動(dòng)傳質(zhì) 溶解-沉淀傳質(zhì),4.1.4 過程中的物質(zhì)傳遞,蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 由曲面形成的壓力差,使得顆粒

4、在凸面蒸發(fā),在凹面凝聚;主要發(fā)生在蒸氣壓大的物質(zhì)的燒結(jié)初期。 曲面壓力公式:p=2/r 凸曲面p0,凹曲面p0,凹曲面Z0,平面Z=0。 工藝控制:溫度(蒸氣壓),粒度。,擴(kuò)散傳質(zhì) 缺陷(包括填隙離子和空位)借助濃度梯度的推動(dòng)而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)遷移傳遞的過程。常發(fā)生在坯體內(nèi)部含高溫?fù)]發(fā)性小的物質(zhì)間。 遷移方向:缺陷是填隙離子時(shí),質(zhì)點(diǎn)遷移與擴(kuò)散方向一致; 缺陷是空位時(shí),質(zhì)點(diǎn)遷移與擴(kuò)散方向相反。 通常采用空位擴(kuò)散描述傳質(zhì)過程。 空位源:頸部表面和顆粒內(nèi)位錯(cuò); 空位阱:顆粒表面、晶界和顆粒內(nèi)位錯(cuò); 擴(kuò)散傳質(zhì)方式:體積擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散和表面擴(kuò)散。 特點(diǎn):空位從頸部表面不斷向顆粒其它部分?jǐn)U散,質(zhì)點(diǎn)則向頸部逆向擴(kuò)散

5、。 工藝控制:溫度(擴(kuò)散系數(shù));粒度,四種模型 模型I:空位源(頸部表面),體擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散,晶界處消失,產(chǎn)生收縮; 模型II:空位源(晶體位錯(cuò)),體擴(kuò)散,晶界處消失,產(chǎn)生收縮; 模型III:空位源(頸部表面),體擴(kuò)散和表面擴(kuò)散,顆粒表面處消失,不產(chǎn)生收縮,粒徑減小。 模型IV:空位源(頸部表面),體擴(kuò)散,位錯(cuò)處消失,不產(chǎn)生收縮;,流動(dòng)傳質(zhì) 定義:在表面張能的作用下,通過變形、流動(dòng)引起的物質(zhì)遷移。分為粘性流動(dòng)(主要發(fā)生在液相燒結(jié))和塑性流動(dòng)(常出現(xiàn)在壓力燒結(jié)中)。 粘性流動(dòng)(液相量高):液相和顆粒高溫下都具有粘性流動(dòng)性質(zhì)。顆粒粘性流動(dòng)兩個(gè)階段:形成粘性流體,顆粒靠近,形成閉氣孔;2)閉氣孔由于

6、粘性流動(dòng)密實(shí)化。 塑性流動(dòng)(液相量低):固含量相應(yīng)增加,流體流動(dòng)屬于塑性流動(dòng)。 工藝控制:粘度,粒度,表面張力。,溶解-沉淀傳質(zhì) 原因:液相顆粒的毛細(xì)管壓力; 條件:1)足夠液相;2)固相在液相中的溶解度大;3)液相能潤濕固相。 過程:第一階段,出現(xiàn)足夠多液相,固相顆粒分散于其中,毛細(xì)管力使之在頸部重新排列,得到更緊密堆積,坯體密度提高。該階段收縮量取決于液相量。當(dāng)液相量35%,收縮占60%;第二階段,被薄液膜分開的顆粒搭橋,接觸部位局部應(yīng)力導(dǎo)致塑性變形和蠕變,進(jìn)一步促進(jìn)顆粒排列;第三階段,細(xì)小顆粒和顆粒凸起部分溶解,并通過液相轉(zhuǎn)移至粗顆粒表面析出; 特點(diǎn):1)小晶粒優(yōu)先溶解,并通過液相擴(kuò)散,

7、在大晶?;蛲姑娉练e;2)傳質(zhì)同時(shí)又是晶粒生長過程。 工藝控制:粒度,溫度,粘度,液相數(shù)量。,a)溶解-沉淀階段的兩晶粒接觸示意圖 溶質(zhì)的外擴(kuò)散() 和:溶解物組分(和)向晶粒接觸區(qū)域流動(dòng) 在接觸區(qū)域的溶解-再沉淀 b)三個(gè)組分液相所對應(yīng)濃度梯度作為r的函數(shù),其中rc是接觸半徑,h是液相膜厚度,固相燒結(jié) 可分為三個(gè)階段:初始段,主要表現(xiàn)為顆粒形狀改變;中間段,主要表現(xiàn)為氣孔形狀改變;最終段,主要表現(xiàn)為氣孔尺寸減小。 燒結(jié)的驅(qū)動(dòng)力主要來源于由于顆粒表面曲率的變化而造成的體積壓力差、空位濃度差和蒸汽壓差。,4.1.5 燒結(jié)類型,燒結(jié)過程示意相圖,液相燒結(jié) 指在燒結(jié)包含多種粉末的坯體中,燒結(jié)溫度至少高

8、于其中的一種粉末的熔融溫度,從而在燒結(jié)過程中而出現(xiàn)液相的燒結(jié)過程。 優(yōu)點(diǎn):燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力高;可制備具有可控的微觀結(jié)構(gòu)和性能較好的陶瓷材料,(a)液相燒結(jié)不同階段的示意圖(O:熔化;:重排;:溶解-沉淀;及:氣孔排除)。 (b)在不同溫度下,氧化鋁-玻璃體系中,實(shí)際致密化作為燒結(jié)時(shí)間的函數(shù)所示意的不同LPS階段,以長石質(zhì)、絹云母質(zhì)、滑石質(zhì)、骨質(zhì)瓷、高鋁質(zhì)為例。 通常可分為四個(gè)階段:低溫階段常溫300、氧化分解階段300950 、高溫階段950 燒成溫度、冷卻階段燒成溫度室溫 低溫階段(常溫300) 排除干燥剩余水分和吸附水,基本不產(chǎn)生收縮,強(qiáng)度變化很?。换緹o化學(xué)變化。,4.1.6 燒結(jié)過程中的物理

9、化學(xué)變化,氧化分解階段(300950 ) 化學(xué)變化,高溫階段(950 燒成溫度) 化學(xué)變化,還原焰 10801100,冷卻階段 液體逐漸凝固成玻璃體; 二次莫來石長大; 殘余石英晶型轉(zhuǎn)變。,4.1 燒結(jié)機(jī)理,第四章 燒成工藝及設(shè)備,4.2 燒成制度,4.3 主要的影響因素,4.4 燒結(jié)方法及設(shè)備,燒成制度包括:溫度制度(升溫速率、最高燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間)、氣氛制度等。 燒成制度的確定:與原料組分、粉料粒度、成型方式、坯體在燒成過程中的物理化學(xué)變化、窯爐結(jié)構(gòu)、裝窯方式、加熱類型以及相似產(chǎn)品的成功燒成經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。 制定原則:質(zhì)量指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 制定依據(jù):相圖,熱分析曲線,X衍射圖譜、SEM圖譜等。

10、,4.2.1 概述,燒成溫度 燒成溫度與產(chǎn)品的氣孔率有關(guān) 燒成溫度越高, 氣孔率越低,材料的強(qiáng)度越高,吸水率越低。 燒成溫度與產(chǎn)品的巖相組成有關(guān) 高溫下舊相的溶解,新相的生成、長大都與溫度有著密切關(guān)系。,4.2.2 燒成制度&產(chǎn)品性能的關(guān)系,燒成溫度對產(chǎn)品性能的影響 對于長石質(zhì)瓷,在過燒溫度之前適當(dāng)提高燒成溫度,能夠提高玻璃相和莫來石量,減少殘余石英量,導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)電性能提高,透光度提高,密度增大,熱膨脹系數(shù)降低。 高溫保溫時(shí)間 高溫保溫時(shí)間 一般是指達(dá)到最高燒成溫度后,保持溫度不變的一段時(shí)間,目的是為了均勻窯內(nèi)溫度,產(chǎn)品各部分物理化學(xué)反應(yīng)均勻、完全,使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能趨于一致。 適當(dāng)降低燒成溫

11、度,延長保溫時(shí)間,可以提高產(chǎn)品品質(zhì),提高燒成合格率,對于大件、異型、密裝產(chǎn)品更加重要。,升、降溫速度 升溫速度或冷卻速度太快,可能導(dǎo)致產(chǎn)品的變形和開裂。 同一種坯料燒成溫度相同時(shí):慢速升溫:氣孔率較低,強(qiáng)度高??焖偕郎兀簹饪茁瘦^高,強(qiáng)度低。 冷卻速度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響 快速燒成的產(chǎn)品,緩慢冷卻,二次莫來石異常生長,強(qiáng)度降低; 緩慢升溫的產(chǎn)品,緩慢冷卻,強(qiáng)度提高; 高溫階段冷卻速度緩慢,可能導(dǎo)致低價(jià)鐵氧化產(chǎn)品泛黃,釉析晶; 有晶型轉(zhuǎn)變的產(chǎn)品,在其溫度范圍,快速冷卻可能導(dǎo)致產(chǎn)品炸裂。 對于普通陶瓷產(chǎn)品冷卻制度一般為:高溫階段應(yīng)當(dāng)快速冷卻,低溫階段相對緩慢,晶型轉(zhuǎn)變溫度附件最慢。,燒成氣氛對產(chǎn)品性能的

12、影響 A組Fe2O3含量:AA2分別為0.62、1.75、2.09 B組Fe2O3含量:BB3分別為0.43、0.49、0.54、1.69,氣氛對最大燒成線收縮率的影響,氣氛對瓷坯顏色、透光度及釉面質(zhì)量影響 氧化氣氛燒成后,瓷坯發(fā)黃。 還原氣氛燒成后,瓷坯呈淡青色。 低鐵高鈦坯料(北方)常用氧化氣氛燒成; 高鐵低鈦坯料(南方)常用還原氣氛燒成。 強(qiáng)的還原氣氛可能導(dǎo)致: SiO2被還原分解出Si黑斑; CO被還原C沉積黑斑或轉(zhuǎn)變成氣泡。,添加劑 陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu) 晶相與玻璃相的分布; 晶粒大小、形狀、取向等; 氣孔尺寸、形狀與分布; 各種雜質(zhì)、缺陷與裂紋的存在形式與分布; 晶界特征等。,晶粒 陶

13、瓷材料由晶相、氣相和玻璃相組成,可看做是方向各異的晶相通過晶界集合而成。 晶相性能對陶瓷材料性能有非常重要的影響(如剛玉陶瓷,氧化鋯陶瓷) 按晶體生長受環(huán)境影響:自形晶、半自形晶、它形晶。 晶體的形貌對材料性能有影響。如:-Si3N4和-Si3N4晶型的陶瓷,晶粒的長大 晶粒的長大受晶界移動(dòng)速率的控制。 單相體系 晶粒長大意味著原子從晶界的一邊擴(kuò)散到另一邊,使一部分晶??s小,另一部分晶粒長大,晶粒數(shù)量逐步減少,平均粒徑不斷增加。原子擴(kuò)散動(dòng)力在于晶界曲面的兩邊壓強(qiáng)差,導(dǎo)致化學(xué)位梯度。 單相固溶體系 溶質(zhì)離子更傾向于富集在晶界上,對晶界的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生所謂的“雜質(zhì)牽制效應(yīng)”。通常是降低晶界的遷移速率,有

14、利于細(xì)晶的出現(xiàn)。,存在二相物質(zhì)的晶界體系 當(dāng)晶界上存在第二相包裹物時(shí),它們對晶界移動(dòng)產(chǎn)生“釘扎效應(yīng)”,阻礙晶界運(yùn)動(dòng)。 存在可移動(dòng)二相質(zhì)點(diǎn)的晶界體系 晶界上有氣孔存在時(shí),晶界的移動(dòng)受氣孔移動(dòng)速率影響。氣孔的移動(dòng)依賴于表面擴(kuò)散把前表面的物質(zhì)遷移到后表面。 含有連續(xù)第二相的體系 玻璃相的出現(xiàn)有利于燒結(jié)過程。連續(xù)玻璃相存在時(shí),晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力來源于兩邊晶界曲率不同造成的壓力差,進(jìn)而形成化學(xué)位差異。小晶粒表面原子通過液相擴(kuò)散到大晶粒表面,使之長大。,晶界移動(dòng),氣孔,晶界 陶瓷材料燒結(jié)過程中,晶體顆粒不斷發(fā)展,結(jié)果是晶粒相互接近,并抑制對方生長,形成晶界; 陶瓷材料的破壞大多沿晶界破壞。晶粒越細(xì),即晶界越

15、多,裂紋擴(kuò)展時(shí)消耗的能量越多,因此材料強(qiáng)度越高。當(dāng)晶粒小于2m時(shí),晶界的影響不能忽視; 晶界區(qū)域是過渡區(qū)域。其寬度取決于相鄰晶粒位相差和材料純度。位相差越大或純度越低,晶界越寬,一般為幾個(gè)原子層到幾百個(gè)原子層厚度。,小角度晶界時(shí),晶界質(zhì)點(diǎn)形成刃位錯(cuò);大角度時(shí),晶界質(zhì)點(diǎn)的排列可能呈無定形排列。由于晶界上質(zhì)點(diǎn)不規(guī)則排列,形成晶界應(yīng)力。晶粒越大,應(yīng)力越大。 晶界是位錯(cuò)集中的地方,如果是刃位錯(cuò)上部質(zhì)點(diǎn)用直徑較小質(zhì)點(diǎn)代替,下部用直徑較大質(zhì)點(diǎn)代替,則可減輕晶界應(yīng)力,降低系統(tǒng)能量,使得外來雜質(zhì)向晶界富集。,刃位錯(cuò),晶界是物質(zhì)擴(kuò)散的主要通道。通過改變晶界的狀態(tài),提高材料的性能,即“晶界工程”。主要途徑包括:

16、提高晶界玻璃相粘度:如Si3N4添加MgO,使晶界富集Ca,降低晶界粘度,導(dǎo)致Si3N4陶瓷高溫強(qiáng)度下降。 晶界相的結(jié)晶化:使晶界處的玻璃相析出高熔點(diǎn)晶相,可以增強(qiáng)材料的高溫強(qiáng)度。如:氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷。 晶界相與晶粒作用,使晶界消失:使晶界處玻璃相組分固溶到晶粒中,玻璃相消失,材料強(qiáng)度提高。如:相Si3N4陶瓷中添加助燒劑Al2O3-Y2O3。,氣孔 陶瓷材料燒結(jié)過程中,或多或少存在氣孔??煞譃殚_口氣孔(與表面聯(lián)通)和閉口氣孔(與表面不聯(lián)通)兩種。 燒結(jié)時(shí),當(dāng)氣孔率下降到5%時(shí),開口氣孔基本被排除。 氣孔率越大,承受負(fù)荷的有效截面愈小,強(qiáng)度越低; 氣孔的分布、尺寸及形狀都對材料性能有影響

17、。,添加劑促進(jìn)陶瓷致密化 改變點(diǎn)缺陷濃度,從而改變某種離子的擴(kuò)散系數(shù); 在晶界附近富集,影響晶界遷移速率,從而影響晶粒的生長; 提高表面能/晶面能比值,提高致密化動(dòng)力; 在晶界形成連續(xù)第二相(玻璃相),為原子擴(kuò)散提高快速途徑; 第二相在晶界有釘扎效應(yīng),阻礙晶界遷移。 添加劑的選擇比較困難,原因在于: 影響燒結(jié)的機(jī)理太多,只有明確過程的控制機(jī)理才能選擇合適添加劑; 條件改變,控制機(jī)理也發(fā)生改變; 添加劑作用不易確定。,坯料組分在加熱過程中的性狀變化 相圖(晶型轉(zhuǎn)變)和熱分析(差熱曲線DTA、失重曲線TG、瓷坯熱膨脹曲線TE、生坯不可逆熱膨脹曲線ITE)是確定升、降溫速度的依據(jù)之一。,4.2.3

18、燒成制度制定依據(jù),燒結(jié)曲線(氣孔率、燒成線收縮率、吸水率及密度變化曲線)和高溫物相分析,是確定燒成溫度的主要依據(jù)。,制品的大小和形狀 升溫速度快,坯體斷面形成溫度梯度,在膨脹或收縮過程中均產(chǎn)生不均勻應(yīng)力,導(dǎo)致坯體變形或開裂。 結(jié)論:坯體越厚、形狀越復(fù)雜越容易變形或開裂,因此升溫速度不能太快。,根據(jù)坯料中TiO2和Fe2O3含量確定氣氛制度 低鐵高鈦坯料(北方)常用氧化氣氛燒成; 高鐵低鈦坯料(南方)常用還原氣氛燒成。 窯爐結(jié)構(gòu)、容量、燃料和裝窯密度 窯爐結(jié)構(gòu):溫度均勻性,升溫速度。 燃料種類:裝燒方法,燃燒強(qiáng)度,升溫速度。 容量、密度:窯內(nèi)溫度的均勻性,升溫速度。,升溫過程(從室溫到最高溫度的

19、過程) 對于大件、壁厚、結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品,升溫速率盡量慢些,避免局部溫差過大造成開裂; 采用匣缽、埋粉等燒結(jié)工藝可使產(chǎn)品受熱均勻。但為提高效率,盡量少用; 燒成過程中有氣體排出時(shí),氣體排出階段升溫速率要慢,避免氣孔急劇揮發(fā)造成坯體坍塌或開裂。具體可根據(jù)熱分析曲線判斷; 多晶轉(zhuǎn)變時(shí),放熱反應(yīng)需減緩供熱,吸熱反應(yīng)則可適當(dāng)加強(qiáng)供熱。 產(chǎn)生液相時(shí),升溫速率應(yīng)當(dāng)適宜。慢速升溫10-20/h,中速升溫30-50/h ,快速升溫100/h ; 通常還采用中間保溫或突躍升溫方式使產(chǎn)品獲得特殊性能。,4.2.4 燒成制度的控制,最高燒結(jié)溫度&保溫時(shí)間 最高燒結(jié)溫度的確定 根據(jù)相圖首先確定主晶相的大致燒結(jié)溫度,然后結(jié)

20、合熱分析、X射線衍射分析及SEM分析結(jié)果共同確定; 最高燒結(jié)溫度&保溫時(shí)間的關(guān)系 對于小型或燒成區(qū)間較寬的器件,可先定保溫時(shí)間再確定最高燒成溫度。而對于燒成區(qū)間較窄的器件,通常將最高燒成溫度稍微降低,以免過燒。對于生燒或欠燒制品可通過回爐再燒。 粉料粒度與最高燒結(jié)溫度的關(guān)系 顆粒越細(xì),活性越高,越容易燒結(jié)。對于顆粒較粗的粉料應(yīng)在較高溫度下燒成,而顆粒較細(xì)的坯體應(yīng)在較低的溫度下燒結(jié),這樣才能獲得致密性好的制品。,降溫方式 保溫緩冷:適合大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、膨脹系數(shù)大的制品。通常10-30/h; 隨爐冷卻:自然冷卻。200以下通??纱蜷_爐門冷卻,或通風(fēng)冷卻; 淬火急冷:可將高溫相結(jié)構(gòu)保存下來,如熔塊釉

21、。但應(yīng)注意防止制品開裂等缺陷。,溫度制度的控制 流體燃料:調(diào)節(jié)燃料和助燃空氣的流量。 固體燃料:每次添加量、間隔時(shí)間、燃料在燃燒室內(nèi)的分布。 調(diào)節(jié)窯內(nèi)壓力制度(煙道抽力) 氣氛制度的控制 流體燃料:調(diào)節(jié)助燃空氣過剩系數(shù)0.9、0.95、1.0、1.1。 固體燃料:每次添加量、間隔時(shí)間以及燃燒程度。 調(diào)節(jié)窯內(nèi)壓力制度(煙道抽力) 窯內(nèi)正壓有利于還原氣氛的形成,負(fù)壓有利于氧化氣氛的形成。 壓力制度的控制 煙道(總煙道、支煙道)抽力 氣體的進(jìn)入量和排除量的調(diào)節(jié),4.1 燒結(jié)機(jī)理,第四章 燒成工藝及設(shè)備,4.2 燒成制度,4.3 裝缽、裝窯、窯具,4.4 燒結(jié)方法及設(shè)備,匣缽 定義:陶瓷燒成過程中用于

22、承裝坯體的耐火材料容器。 裝缽目的 隔離不潔凈火焰與制品; 合理利用窯位; 防止釉面熔化后制品互相粘結(jié)。 裝缽方法 日用陶瓷裝缽方法:座裝和扣裝,4.3.1 裝缽,日用瓷 倒焰窯、梭式窯 清理吸火孔及支煙道,保證火焰暢通;撒防粘粉(砂)。 底層用耐火墊,呈三角形支撐匣缽。 匣缽柱中密邊疏,邊柱略向內(nèi)傾斜,匣缽柱之間加支撐物。 匣缽柱邊低中高,保證火焰流暢。,4.3.2 裝窯,倒焰窯裝窯示意圖,隧道窯 匣缽柱排列應(yīng)當(dāng)有利于窯內(nèi)焰氣有規(guī)律流動(dòng); 坯體大小、形狀、厚度差別不能太大。,無匣缽裝燒,高壓電瓷 中小件的裝燒類似日用陶瓷的裝燒; 大件座裝 吊裝:燒前底部用耐火墊支撐,腰部或上部用耐火材料卡蓋

23、和墊座卡在坯體上,窯具 窯具種類 匣缽、棚板、支柱、各種耐火墊、托板、輥棒和窯車材料等。 現(xiàn)代窯爐的重要標(biāo)志之一,就是大幅度減少了窯具的用量,采用多種高級耐火材料窯具,滿足快速燒成的需要。 窯具的性能要求 優(yōu)異的常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度 良好的抗熱震性能 破壞機(jī)理:裂紋不斷擴(kuò)展; 熱膨脹系數(shù)小,產(chǎn)生應(yīng)力小,不易破壞 熟料和基質(zhì)的相互關(guān)系;相對量的多少影響較大。,體積穩(wěn)定性好(不可逆變化) 二次莫來石化引起體積膨脹 碳化硅的氧化引起體積膨脹 熔融石英的析晶引起體積膨脹 導(dǎo)熱性能好 良好的導(dǎo)熱性,有利于窯具壽命提高,降低燃料消耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量。 窯具的材質(zhì) 硅鋁質(zhì)(粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)) 硅鋁鎂質(zhì)

24、碳化硅質(zhì) 熔融石英質(zhì),窯具材料損壞機(jī)理分析 硅酸鋁質(zhì)窯具 相組成:莫來石、殘余石英、剛玉和玻璃 損壞機(jī)理: 一次莫來石長大晶界減少,強(qiáng)度降低。 石英的方石英化體積膨脹,結(jié)構(gòu)疏松。 二次莫來石化體積膨脹,結(jié)構(gòu)疏松。 硅鋁鎂質(zhì)窯具 相組成:堇青石、莫來石、殘余石英、剛玉和玻璃相。 損壞機(jī)理:堇青石的分解、溶解;莫來石長大,二次莫來石化導(dǎo)致性能降低,碳化硅質(zhì) SiC氧化 SiO2 石英裂紋 SiC氧化 熔融石英質(zhì)窯具 損壞機(jī)理:石英玻璃的方石英化,體積膨脹,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松損壞。特別是高溫液相作用更大。 損壞與氣氛的關(guān)系:硅鋁質(zhì)和硅鋁鎂質(zhì)窯具,在還原氣氛下易損壞;碳化硅質(zhì)和熔融石英質(zhì)窯具,在氧化氣氛下易

25、損壞。,4.1 燒結(jié)機(jī)理,第四章 燒成工藝及設(shè)備,4.2 燒成制度,4.3 主要的影響因素,4.4 燒結(jié)方法及設(shè)備,定義 自然條件下燒結(jié)。 通常引入添加劑促進(jìn)燒結(jié)。其機(jī)理可分為兩類: 添加劑的引入使晶格空位增加,易于擴(kuò)散,燒結(jié)速度加快; 添加劑的引入使液相在較低的溫度下生成,出現(xiàn)液相后晶體能作粘性流動(dòng),因而促進(jìn)了燒結(jié)。,4.4.1 常壓燒結(jié),定義 在燒結(jié)過程中同時(shí)對坯料施加壓力,加速了致密化的過程。所以熱壓燒結(jié)的溫度更低,燒結(jié)時(shí)間更短。 模具材料:石墨、氧化鋁、碳化硅、纖維增強(qiáng)石墨模具等。,4.4.2 熱壓燒結(jié),特點(diǎn): 由于加熱加壓同時(shí)進(jìn)行,粉料處于熱塑性狀態(tài),有助于顆粒的接觸擴(kuò)散、流動(dòng)傳質(zhì)過

26、程的進(jìn)行。成型壓力僅為冷壓的1/10; 燒結(jié)溫度低,燒結(jié)時(shí)間短,得到的晶粒細(xì)小,產(chǎn)品的致密度高,機(jī)械和電學(xué)性能良好。如用普通方法燒BeO陶瓷,1800保溫15分鐘只能達(dá)到90%的理論密度。用熱壓法,1600就可達(dá)98%理論密度。 無需添加燒結(jié)助劑或成型助劑,可生產(chǎn)超高純度陶瓷產(chǎn)品 缺點(diǎn)是過程及設(shè)備復(fù)雜,生產(chǎn)控制要求嚴(yán),模具材料要求高,器型單一,能源消耗大,生產(chǎn)效率較低,生產(chǎn)成本高,定義 將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入高壓容器中,使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用,被燒結(jié)成致密件。 原理 以氣體(氦氣、氬氣等惰性氣體)作為壓力介質(zhì),使材料(粉料、坯體或燒結(jié)體)在加熱過程中經(jīng)受各向均衡的壓力(100-

27、300MPa),借助高溫和高壓的共同作用促進(jìn)材料的致密化。 模具材料有金屬箔(低碳鋼、鎳、鉬)、玻璃等。,4.4.3 高溫等靜壓燒結(jié)(HIP),特點(diǎn) 陶瓷材料的致密化可以在較低溫度下完成,并有效地抑制材料在高溫下發(fā)生很多不利的反應(yīng)或變化。 能夠在減少甚至無燒結(jié)添加劑的條件下,制備出微觀結(jié)構(gòu)均勻且?guī)缀醪缓瑲饪椎闹旅芴沾桑?可以減少乃至消除燒結(jié)體中的剩余氣孔,愈合表面裂紋,從而提高陶瓷材料的密度、強(qiáng)度; 能夠精確控制產(chǎn)品的尺寸與形狀,而不必使用費(fèi)用高的金剛石切割加工,理想條件下產(chǎn)品無形狀改變。,對于空氣中很難燒結(jié)的制品,為防止其氧化等,在爐膛內(nèi)通入一定氣體,形成所要求的氣氛,在此氣氛下進(jìn)行燒結(jié)。

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