第三章生产工艺过程烧成.pptVIP

材料科学与工程学院 梭式窑（shuttle kiln) 制品装在窑车上，来回推进推出，像梭子运动，也称抽屉窑。 材料科学与工程学院 材料科学与工程学院 主讲: 胡友根 副教授 材料科学与工程学院 huyougen@163.com 第三章 陶瓷的生产工艺过程 —烧成 材料科学与工程学院 第五节 陶瓷的烧成 一、烧成的动力机制及方法 从热力学观点来看，烧成是是系统总能量减少的过程。粉碎后的粉料比块状物料具有较大的比表面积和较高比表面能，晶格缺陷也高的多，任何体系都有向最低能量转变的趋势，这就是烧成过程的动力。 烧成的动力 材料科学与工程学院 粉料坏体烧制为陶瓷制品是系统由介稳状态向稳定状态转变的过程。但烧成一般不能自动进行，因为它本身具有的能量难以克服势垒，必须加热倒一定的温度才能进行。 烧成是一个复杂的物理、化学变化过程，是多种机制作用的结果。 为什么要烧成？ 材料科学与工程学院 二、坯、釉在烧成过程中的物理化学变化 以普通粘土质陶瓷为例： ㈠ 低温预热阶段（室温～300℃） 此阶段主要是排除坯体干燥后的残余水分，坯体的入窑水分一般不能超过1％，否则会炸坯。 ⑴ 质量减轻—水分排出；⑵ 气孔增加—水分排出；⑶ 体积收缩—水分排出，固体颗粒逐渐靠拢。 材料科学与工程学院 ㈡ 氧化分解阶段（300℃～950℃） ⑴ 炭素和有机物的氧化； C（有机物）+ O2 → CO2↑（350℃）C（炭素）+ O2 → CO2↑ （600℃）2H2 + 2O2 → 2H2O↑S + O2 → SO2↑ （250～920℃）CO + O2 → 2CO2↑ 材料科学与工程学院 ⑵ 硫化铁的氧化； FeS2+O2 → FeS+SO2↑ （350～450℃）4FeS+7O2 → 2Fe2O3+4SO2↑ (500～800℃)Fe2（SO3）3 → Fe2O3+SO2↑ (560～770℃) 材料科学与工程学院 ⑶ 碳酸盐、硫酸盐的分解 MgCO3 → MgO+CO2↑ (500～850℃) CaCO3 → CaO+CO2↑ (600～1000) 4FeO3+O2 → 2Fe2O3+4CO2↑ (800～1000℃) Fe2(SO4)3 → Fe2O3+3SO3↑ (580～755℃) FeSO4 → FeO+SO3↑ 4FeO+O2 → 2Fe2O3 材料科学与工程学院 ⑷ 结晶水的排出 高岭石脱水： Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2（偏高岭石）+ 2H2O↑ (400～600℃) 滑石脱水： 3MgO·4SiO2·2H2O → 3(MgO·SiO2)(顽火辉石)+ SiO2 +H2O↑ (600～970℃) 蒙脱石脱水： Al2O3·4SiO2·2H2O →Al2O3·4SiO2 + nH2O↑ 材料科学与工程学院 一般认为,高岭石脱水后还保留着硅氧四面体的Si-O网络结构,四面体层仍然继续存在,而八面体层中的Al-OH键断裂,Al3+与O2-重新排列组成键Al-O,Al的配位数由6变为4,由此形成偏高岭石(Al2O3 · 2SiO2)。 材料科学与工程学院 ⑸ 晶型转变 石英在573℃时，β–SiO2石英迅速转变为石英β–SiO2，体积膨胀％；在870℃石英缓慢地转变为鳞石英，体积膨胀16%。 由粘土脱水分解生产的无定形Al2O3，在950℃时转化为γ–Al2O3，随温度的再升高，与SiO2反应生成莫来石 。 材料科学与工程学院 ㈢ 高温玻化成瓷阶段（950℃～最高烧成温度） ⑴ 氧化分解阶段未完成的反应继续进行；⑵ 熔融长石与低共熔物构成瓷坯中的玻璃相；粘土颗粒及石英部分地熔解在这些玻璃相中；未被熔解颗粒间地空隙逐渐被玻璃物质填充，体积密度提高。 材料科学与工程学院 ⑶ 高温下，粘土中高岭石的转变： Al2O3·2SiO2 →Al2O3+2SiO2Al2O3（无定形）→γ- Al2O33（γ- Al2O3）+2SiO2→3Al2O3·2SiO2 一次莫来石3（Al2O3·2SiO2）→3Al2O3·2SiO2+ 4SiO2 二次莫来石 ⑷ 由于玻璃相及莫来石的生成，制品的强度增加，