浅谈陶瓷窑炉烧成的控制
2011/2/3 23:58:31

  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:

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