无机非金属材料概论 主讲人：张东恩 zhangdongen@yahoo.com.cn 15950713897

第七章 陶瓷原料及结构 陶瓷使最古老的一种构料，是人类征服自然中获得的第一种经化学变化而制成的产品。它的出现比金属材料早得多，它是人类文明的象征之一，也是人类文明史上重要的研究对象。陶瓷有广义陶瓷和狭义陶瓷之分：

根据原料的工艺特性 具有可塑性的粘土类原料：赋予泥料成型性能，也能在烧成后形成结构晶相； 具有非可塑性的石英类原料（瘠性原料）：也能生成晶相； 熔剂原料：降低烧成温度 陶瓷制品的结构是决定其性能和品质的内因，而制品的结构是由原料的种类和工艺过程来保证的。陶瓷制品所选用的原料，首先是保证供给其经过加工后能生成所需要的晶相和玻璃相，其次是保证能适应在加工处理过程中制品的各种工艺性能。 综合上述两方面的要求，我们根据原料的工艺特性可以把所需要的陶瓷原料主要归纳为三大类： 具有可塑性的粘土类原料：赋予泥料成型性能，也能在烧成后形成结构晶相； 具有非可塑性的石英类原料（瘠性原料）：也能生成晶相； 熔剂原料：降低烧成温度 一般来说，粘土类原料往往是既有加工所需的可塑性，也能在烧成后形成结构晶相的原料，石英类原料既是非可塑性原料，同时也是能生成晶相的原料，熔剂原料也具有非可塑性质。 除上述的陶瓷坯体中所需的三大原料外，陶瓷釉料还常常需用各种特殊的熔剂原料，包括采用各种化工原料。陶瓷工业中需用的辅助材料主要是石膏和耐火材料，以及各种外加剂如助磨剂，助滤剂，解凝剂，增塑剂和增强剂等。

第八章 陶瓷的生产工艺

一 原料预处理 预碎处理、 均化处理、 除杂处理 改性处理。 陶瓷原料的预处理就是指在配料前利用物理或化学的方法，对原料进行必要的加工处理，以改善原料的使用性能，确保配方能达到产品的工艺要求。 预碎处理是指通过机械的方法使固体物料由大块碎解为小块、粒状或粉状的过程。 均化处理是预先将一种(批)或多种(批)物料混合均匀的过程。 除杂处理就是通过物理或者化学的方法将原料中有害的杂质清除出来的过程。陶瓷原料中对产品有害的杂质主要是有机物质和着色氧化物，其中又以铁为主，清除的方法主要有粗选、磁选、酸洗和锻烧/精选等方式。 陶瓷原料的改性处理就是通过物理或化学的方法改变原料的某一种或多种物理化学性能的过程。改性的目的是使原料达到某种使用要求，提高原料的使用价值，陶瓷原料改性处理的方法主要有风化、陈腐、锻烧、合成等。

8.1.3 混合制备 1、粉碎 2、脱水 3、陈腐与练泥 根据计算的结果称料，多种组分的原料经过一定的方法混合均匀的过程称为混料。在球磨机中的混料过 程可同时实现粉碎和混合的双重目的。 1、粉碎 粘土陶瓷制品的很多性质与原料颗粒度有关，而且这些与颗粒度有关的性质都十分重要的，如高岭土经过湿磨可以增大可塑性和触变体积，并可提高陶瓷制品的耐折强度。因此，研磨是陶瓷制坯过程中的一项重要工序。 通常采用粒度分析、比表面测定和X射线衍射技术评价研磨效果。影响研磨效果的因素较多，如研磨工艺和设备、研磨时间、强度和研磨介质。干磨和湿磨对粘土矿物的作用差别很大。湿磨的效率高于干磨。 随着研磨时间延长，原料的矿物结构逐渐被破坏，最后有可能将矿物的晶体结构全部破坏成非晶态。矿物结构的无定形结构程度对后续烧成工序十分重要，如非晶态的石英在烧成过程中相转变速度很大，这对陶瓷的烧成是有利的。 细陶瓷产品需要很细的原料，含有不同粒径的混合原料只适用于制造粗陶瓷。原料的粗粉碎通常采用破碎机、轮碾粉碎机、交叉式打浆机等设备，并由厂商来完成。因此，陶瓷生产厂仅需球磨工序，一般使用球磨机湿法打磨。随着化工技术的不断发展，将逐步规范原料加工与供应市场，天然原料实行标准原料供应，生产厂家可订购所需的标准原料商品，直接进行配料。这不仅可保证原料质量稳定，也可简化工艺过程，便于实现机械化与自动化控制。 当粘土粉料球磨到粒度小于40μm时，即可在搅拌槽中加水并与长石和石英悬浮体混合，过筛，滤渣，制得坯料了。在研磨等加工过程中引入的含铁杂质，会使烧成的陶瓷制品带上杂色，因此必须除去。

8.2 成型 陶瓷制品的成形，就是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体，并使坯料具有所要的机械强度和一定的致密度。普通成型方法主要有注浆成型，塑制成型与压制成型三种工艺。具体选择何种工艺需要依据最终产品的性质，形状和尺寸。

8.2.1 普通成型方法 8.2.1.1 可塑成型 2、滚压成形法 1.旋压成形 3、塑性挤压成形法 4、注射成形法 5、轧膜成形法 可塑成型是利用模具或刀具等工艺装备运动造成的压力、剪力或挤压力等外力，对具有可塑性坯料进行加工，迫使材料在外力作用下发生可塑变形而制成坯体的方法。 可塑成型法是基于坯料具有可塑性，可塑成形一般要求可塑坯料具有较高的屈服值和较大的延伸变性量，较高的屈服值能保证成型时坯料具有足够的可塑性和稳定性，而延伸变形量越大则坯料越易被塑成各种形状而不开裂，成形性能越好。 可塑成型法所用的泥料含水量高，干燥热耗大，易出现变形开裂等缺陷，但由于制坯比较方便，加工时所需外力不大，对模具的强度要求也不高，操作简单，所以应用广泛。 可塑成型方法有旋压成形，滚压成形，塑压成形、注塑成形和轧膜成形等类型。 4、注射成形法 5、轧膜成形法

8.2.1.2 注浆成形法 1、基本注浆法 2、强化注浆法 3、热压铸成形法 4、流延法成形法 注浆成形法是指将具有流动性的液态泥浆注入多孔模型内（石膏模，多孔树脂模等）。借助模型的吸水的能力，泥浆脱水、硬化，经脱模获得一定形状的坯体的过程。 3、热压铸成形法 4、流延法成形法

8.2.1.3 压制成形法 加压方式对坯体密度的影响

1-高压泵；2-高压工作室；3-压力计；6-密封盖；5-降压活门；4-弹性模内被压缩的坯块 8.2.2 等静压成形法 1-高压泵；2-高压工作室；3-压力计；6-密封盖；5-降压活门；4-弹性模内被压缩的坯块 将粉末装在合适的模具中，将装压模放在一定的传压介质内，使其各个方向均匀受压而成形的方法叫等静压。传递压力的介质有液体，气体，固体。液静压压制是在液静压机中进行的。液静压机的主体部分分高压工作室和高压泵两部分。液静压压制管材与样品受力情况如图8-11所示。液静压机示意图如图8-12所示。液静压压制的优点在于能够获得具有均匀密度的大压件，因此可以克服烧结时由于收缩不均匀所造成的形状歪曲和裂纹。 液静压机示意图

8.2.3 微机控制无模具成形方法 20世纪90年代初以来，出现了固体自由成形制造（solid-freedom fabrication）的固体无模成形技术。该技术直接利用计算机设计（CAD）结果，将复杂的三维立体构件经计算机软件切片分割处理，形成计算机可执行的象素、单元文件，而后通过类似计算机打印输出的外部设备，将要成形的陶瓷粉体快速形成实际的象素单元。一个一个单元叠加的结果即可直接成形出所需要的三维立体构件。其过程如图8-14所示。 无模制造过程

一是用于计算机图形处理和象素信息输出的计算机软件系统， 无模制造成形技术实际上由两部分构成： 一是用于计算机图形处理和象素信息输出的计算机软件系统， 二是用于接收计算机输出指令并将数字命令转换成实际的陶瓷成形单元的外围输出设备和技术。 相关的外用输出设备及技术是实现无模制造的关键，针对不同的材料体系和不同的输出方法，已逐渐形成了各具特色的无模制造方法。 无模制造成形技术实际上由两部分构成， 一是用于计算机图形处理和象素信息输出的计算机软件系统，二是用于接收计算机输出指令并将数字命令转换成实际的陶瓷成形单元的外围输出设备和技术。前者已在现代计算技术的基础上，通过柔性制造概念的发展，为固体粉末实现无模制造成形奠定了基础。比如，在塑料及高分子制造业中，已形成许多商业化的技术，可直接由CAD设计方案制造零部件及原型体。相关的外用输出设备及技术则是实现无模制造的关键，针对不同的材料体系和不同的输出方法，已逐渐形成了各具特色的无模制造方法。

成形过程中无需任何硬质工具、模型或模具参与。 微机控制无模具成形方法的特点： 成形过程中无需任何硬质工具、模型或模具参与。 成形体几何形状及尺寸可通过计算机软件处理系统随时改变，无需等待模具的设计及制造，大大缩短新产品的开发时间。 与现代智能技术的结合，将进一步提高陶瓷制备工业水平。 显然，这种成形方法不同于以往的成形方法，其特点在于： 成形过程中无需任何硬质工具、模型或模具参与。便于生产过程更加集成化，创造周期缩短，生产效率得以提高。 成形体几何形状及尺寸可通过计算机软件处理系统随时改变，无需等待模具的设计及制造，大大缩短新产品的开发时间。特别有利于多规格小批量的陶瓷产品实现生产。 与现代智能技术的结合，将进一步提高陶瓷制备工业水平。

目前陶瓷无模制造技术可初步分为以下六种： （1） 激光选区烧结成形技术 （2） 层片叠加成形技术 （3） 熔化覆盖成形技术 （4） 立体印刷成形技术 （5） 三维打印成形技术 （6） 喷射打印成形技术 目前陶瓷无模制造技术可初步分为以下六种： 激光选区烧结成形技术(selective laser sintering) 层片叠加成形技术(laminated object manufacture) 熔化覆盖成形技术(fused deposition of ceramics) 立体印刷成形技术(steoroleathography) 三维打印成形技术(3D-printing) 喷射打印成形技术(ink-jet printing)

1、激光选区烧结成形技术 该成形法利用大功率激光器产生的激光，按计算机指定的路径和区域扫描堆放的粉体表面。被扫描部位由于受热使颗粒与颗粒之间借助结合相的作用达到粘结或自身的熔融达到粘结。当这一层的扫描完成后，添加一层待成形粉料，继续按计算机指令对新添加的粉料进行扫描处理，形成立体工件的第二层。每层厚度约0.1016mm，这样不断地按计算机分割成的像素要求，如此一层层的重复，即可成形出所需的立体工件。 1、激光选区烧结成形技术（SLS法） 该成形法利用大功率激光器产生的激光，按计算机指定大的路径和区域扫描堆放的粉体表面。被扫描部位由于受热使颗粒与颗粒之间借助结合相的作用达到粘结或自身的熔融达到粘结。当这一层的扫描完成后，添加一层待成形粉料，继续按计算机指令对新添加的粉料进行扫描处理，形成立体工件的第二层。每层厚度约0.1016mm，这样不断地按计算机分割成的像素要求，如此一层层的重复，即可成形出所需的立体工件。

2、层片叠加成形技术 根据计算机分割成的象素几何形状，利用激光在同样厚度的薄片材料上切出实际对应的象素单元，然后将这些单元按顺序一层层通过粘结剂或焊接等手段堆叠起来，即得到CAD所设计的工件的立体形状。 层片叠加成形技术（LOM） LOM法是根据计算机分割成的象素几何形状，利用激光在同样厚度的薄片材料上切出实际对应的象素单元，然后将这些单元按顺序一层层通过粘结剂或焊接等手段堆叠起来，即得到CAD所设计的工件的立体形状。其示意图如图8-15所示。

3、熔化覆盖成形技术 是从高分子或石蜡熔化覆盖制模工艺发展而来的。熔化覆盖成形技术采用适于注射成形用的陶瓷－高分子复合材料，通过挤制工艺形成1.8mm的细丝，采用与石蜡熔化覆盖制模工艺相当的工艺即可成形出三维立体的陶瓷生坯。 3、熔化覆盖成形技术（FSC） 熔化覆盖成型技术是从高分子或石蜡熔化覆盖 制模(Fused Deposition Modeling．FDM)工艺发展 而来的，其基本工艺过程如图4所示。在FDM 中， 高分子或石蜡丝的直径一般为1．8mm，通过计算机 控制将其送入熔化器，在正好高于其熔点的温度下， 利用丝的进给推力将熔体通过熔化器喷嘴挤出至成 型平面上，熔化器及喷嘴受计算机控制在x—Y方向 移动，完成每一层的覆盖工作。通过控制成型平面在 z轴方向的移动，便可生成实际的三维立体工件。 FDC则采用适于注射成型用的陶瓷一高分子复合原 料，通过挤制工艺形成1．8ram的细丝．采用与FDM 相当的工艺即可成型出三维立体的冉瓷生坯。在此 工艺中，高分子或石蜡起传送陶瓷颗粒及结合剂的 作用．通过受热即可被排除，并在合适的高温条件下 可将坯体烧结成致密的陶瓷。在此工艺中，制备陶瓷 一高分子细丝是关键，需仔细控制其粘度、弯曲模 数、强度及结合性能。目前已开发出专用的热塑性结 合剂，主要由聚合物、弹性体、石蜡及增粘剂构成。用 于FDC成型的实际象素厚度一般为0．25mm．覆盖 路径宽度为O．25～O．75ram。采用此工艺成型制备

4、立体印刷成形技术 将陶瓷粉体分散在可实现光聚合的单体溶液中，通过计算机将三维图形分割成许多厚度为0.15～0.2mm的片状象素。根据象素的信息，利用紫外光或紫外激光照射溶液表面，高分子单体通过辐射聚合形成高分子聚合体结合的陶瓷坯体。 4、立体印刷成形技术（SL） 起源于快速原型打印（RP）成形技术。这项工艺涉及高分子化学、激光技术和计算机CAD技术。立体印刷技术通过激光技术和计算机CAD技术、立体印刷技术通过激光逐渐和逐层扫描高分子单体溶液，利用高分子单体的逐线和逐层聚合而形成固体工件。用于陶瓷成形则始于近两年，其基本过程是将陶瓷粉体分散在可实现光聚合的单体溶液中，通过计算机将三维图形分割成许多厚度为0.15～0.2mm的片状象素。根据象素的信息，利用紫外光或紫外激光照射溶液表面，高分子单体通过辐射聚合形成高分子聚合体结合的陶瓷坯体。聚合深度可通过紫外光辐射量（mJ/cm2）来控制。利用计算机控制激光束斑作用区域范围，即可形成近尺寸的陶瓷象素。通过成形平台控制已成形部分在x轴方向的位置，可使新的一层高分子单体溶液流向表面，再通过光辐射聚合按计算机指令要求形成新的一层陶瓷，如此往复即可在无模具条件下形成近尺寸陶瓷坯体。最后用传统的热处理及烧结工艺即可排除高分子物质并实现致密烧结

5、三维打印成形技术（3D-printing） 是根据计算机输出的两维象素的信息，利用喷嘴向待成形的陶瓷粉体床上喷射结合剂。每打完一层后粉料床通过底部的活塞向下移动一定距离，并在粉料床的顶部添加新的粉料。再根据计算机指令向新的粉料喷射打印结合剂。重复此过程，完成后去除未喷射结合剂的粉料，即可得到要成形的立体工件。 5、三维打印成形技术 据计算机输出的两维象素的信息，利用喷嘴向待成形的陶瓷粉体床上喷射结合剂。每打完一层后粉料床通过底部的活塞向下移动一定距离，并在粉料床的顶部添加新的粉料。再根据计算机指令向新的粉料喷射打印结合剂。重复此过程，完成后去除未喷射结合剂的粉料，即可得到要成形的立体工件。

6、喷射打印成形技术（ink-jet printing） 喷射打印技术是将待成形的陶瓷粉体制备成陶瓷墨水，通过打印机原理将这种陶瓷墨水打印到载体上成形，成形体的几何形状，几何尺寸由计算机控制。 喷射打印技术可分为两类，一种是按要求喷射液滴，一种是连续喷射液滴。前者利用电信号控制每个液滴的喷射，后者是在压力作用下，墨水从连续的液滴形式喷出，液滴的方向通过偏转电信号控制。因此，液滴必须带电。 6、喷射打印成形技术（ 从三维打印成形技术发展而来，同时结合了用于文字输出的喷墨打印机的原理。从三维打印成形技术中所打印的介质为结合剂，而陶瓷粉体本身则以松散状态置于打印台上。显然，这种方法适于制备多孔陶瓷，不利于制备致密陶瓷。喷射打印技术是将待成形的陶瓷粉体制备成陶瓷墨水，通过打印机原理将这种陶瓷墨水打印到载体上成形，成形体的几何形状，几何尺寸由计算机控制。 喷射打印技术可分为两类，一种是按要求喷射液滴，一种是连续喷射液滴。前者利用电信号控制每个液滴的喷射，后者是在压力作用下，墨水从连续的液滴形式喷出，液滴的方向通过偏转电信号控制。因此，液滴必须带电。

脱模

8.3 修坯、粘接 修坯：是对坯体进行打磨、刮边、割口、扎 眼及挖底等加工。提高表面光洁度， 去除毛刺、浮土，完成坯件的局部加 工。 粘接：是针对那些不能一次成型的容器，先 把坯件主体和部件（如握柄、挂环 等）分别成型，然后用泥浆将部件粘 接在主体上。分湿接与干接。 23. 粘接：是针对那些不能一体成型的容器，先把坯件主体和部件（如握柄、挂环 等）分别成型，然后用泥浆将部件粘接在主体上。分湿接与干接。 修坯：是对坯体进行打磨、刮边、割口、扎眼及挖底等加工。提高表面光洁度，去除毛刺、浮土，完成坯件的局部加工。

修坯一

修坯二

修坯三

粘接

8.4 干燥 排除坯体中水分的工艺过程称为“干燥”。 干燥的目的： 除去坯体中所含的一部分水分，使坯体具有一定的强度； 提高坯体吸附釉层能力； 缩短烧成周期，提高窑炉的周转率，降低燃料消耗。 排除坯体中水分的工艺过程称为“干燥”。成形后的各种坯体，一般都含有较高的水分，尤其是可塑成形和注浆成型后的坯体，还呈可塑状态，因 而在运输和再加工(如修坯、镶接和施釉)过程中，很易变形或因强度不高而破损。为了提高成形后坯体的强 度，就要进行干燥，以除去坯体中所含的一部分水分，使坯体失去可塑性，具有一定的强度。另外，坯体中 含水分较高，其吸附釉浆的能力很差，为了提高坯体吸附釉层能力，也需进行干燥。还有，经过干燥的坯 体，也可以在烧成初期经受快速升温，从而缩短了烧成周期，提高了窑炉的周转率，降低了燃料消耗。因此，成形后的坯体必须进行干燥，排除水分。实践证明，生坯的强度随着水分的降低而大为提高。当 生坯的水分干燥到l-2%时，已有足够的强度和吸附釉层的能力，无须再继续干燥。若生坯的水分再降低，则 生坯在存放过程中会自然吸收空气中的水分，使其与空气的湿度相平衡。 在生坯干燥过程中，坯件要随之收缩，若是干燥速度过快或干燥不均匀，会致各部位排除水分速度不一致，就使坯件产生裂纹。收缩的大小及收缩应力，则决定于制品内外水分梯度之差。水分梯度差大，说明干燥速度快，容易造成开裂和变形。因此，干燥时要求：干燥过程中的干燥速度不超过一定的数值，否则制品就会开裂，在制订和执行合理的干燥制度时，既要使干燥速度尽可能快，又不在生坯内产生大于破坏力的应力。使用合适的干燥设备也很重要。 首先，坯件在相对湿度较高的环境中于较低温度下进行充分地干燥，然后随着相对湿度降低，干燥温度再缓慢升高，当坯件的含水量降至8～10％时，坯件中将不再收缩，此时可以快速提高干燥温度。

8.4.1.1 物料中水分类型 1、自由水（机械结合水、收缩水） 分布在固体颗粒之间，由内聚力而与物料结合，是由物料直接与水接触而吸收的水分。 2、吸附水（平衡水） 吸附在粒子表面上的水分 ，其性质不同于普通水，随空气的相对湿度和温度而变。 3、化学结合水 包含在物料矿物的分子结构内的水分，如结晶水、结构水等 ，结合最牢固 8.4.1.1 物料中水分类型 干燥是脱水的过程，为了了解坯体脱水的机理，首先必须知道坯体中水分有哪几种类型和如何结合的，而不同结合形式的水分排出时所需的能量是不一样的，受外界条件的影响也不一样。 按照坯体所含水的结合特性，基本上可以分为三类：自由水、吸附水和化学结合水。 1、自由水（机械结合水、收缩水） 又叫机械结合水，是为了使泥料易于成形而加入的水分，它分布在固体颗粒之间，由内聚力而与物料结合，是由物料直接与水接触而吸收的水分。自由水一般在坯体中存在于直径＞10-5厘米的大毛细管中。自由水与物料结合松弛，因此很容易排除。干燥工艺就是要排除自由水，而在自由水的排除过程中坯体体积会发生收缩，收缩的体积与排除的自由水体积大致相等，故自由水又称收缩水。如收缩不匀很易产生干燥缺陷，因此在干燥时要特别注意。 2、吸附水（平衡水） 将绝对干燥的物料置于大气中时，能从大气中吸附一定的水分，这种吸附在粒子表面上的水分叫吸附水。吸附水在物料颗粒周围受到分子引力的作用，其性质不同于普通水，其结合的牢固程度随分子力场的作用减弱而降低。在干燥过程中，物料表面的水蒸气分压逐渐下降到周围介质的水蒸汽分压时，水分不能继续排除，此时物料中所含水分也称平衡水。 自由水与大气吸附水平衡状态如图8-20所示。当空气的相对湿度不变，坯体的大气吸附水分随温度升高而递减。 3、化学结合水 这种水分是指包含在物料矿物的分子结构内的水分，如结晶水、结构水等等。这种结合形式的水分最牢固，排除时需要较大的能量，如高岭土的结构水的排出需在400-600℃内进行。

自由水与大气吸附水平衡图 从以上所述可知，从工艺观点来看，干燥过程只须排除自由水即可，平衡水赶走是没有实际意义的，因为它很快又从空气中吸收水分达到平衡。而化学结合水的排除已不是干燥过程所能解决的问题，而是属于烧成范围内的问题了。 干燥时首先排出自由水，一直排到平衡水为止，若干燥时周围介质的条件改变了(即温度与湿度)，则坯体的平衡水量也随着改变。

8.4.1.2 干燥过程 1、干燥过程中的传质过程有两种： 外扩散（表面蒸发）：坯体表面水分以蒸汽形式从表面扩散到周围介质中； 内扩散：坯体内部和表面形成湿度梯度，使坯体内部水分沿毛细管迁移至表面。 2、坯体在干燥过程中的变化是：随干燥时间的延长，坯体温度升高，含水率降低，体积收缩，气孔提高，强度增加。 1、干燥过程中的传质过程： 有两种： 外扩散（表面蒸发）：坯体表面水分以蒸汽形式从表面扩散到周围介质中； 内扩散：坯体内部和表面形成湿度梯度，使坯体内部水分沿毛细管迁移至表面。 2、坯体在干燥过程中的变化： 随干燥时间的延长，坯体温度升高，含水率降低，体积收缩，气孔提高，强度增加。

3、干燥曲线： 升速阶段 等速干燥阶段 降速干燥阶段 平衡阶段 假如干燥过程中不发生化学反应，而且载热体有恒定的温度和恒定的湿度，那么，整个干燥过程可以时间为横坐标，以坯体温度、干燥速度和坯体含水量为纵坐标画出曲线图来表示它们之间的关系。如图8-21所示。 从图中可以看出，坯体整个干燥过程可以分为四个阶段，即升速阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段与平衡阶段. （1）升速阶段 坯体放在温度较高而相对湿度小于100%的空气中，在很短的时间内，坯体表面被加热到等于干燥介质的湿球温度的温度，水分蒸发速度也很快地增大。增大到A点后，此时坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等，达到平衡。由于升速阶段时间很短，所以在这一阶段排除的水量不多。A点以后，进入等速干燥阶段。 （2）等速干燥阶段 该阶段的特征是干燥介质的条件(湿度、湿度、速率等)恒定不变，水分由坯体内部迁移到表面的内扩散的速度与表面水分蒸发扩散到周围介质中去的外扩散的速度相等。坯体表面蒸发掉的水分，由其内部向坯体表面源源补充，坯体表面总是保持湿润的，象水分在自由表面上蒸发的速度一样。这期间的干燥速度保持不变，坯体表面温度维持不变，约等于干燥介质的湿球温度，坯体表面上的蒸气压等于纯水表面的蒸气压力。此阶段的传热速率和水分气化速率（干燥速度）恒定不变，干燥速率主要取决于干燥介质的条件。因此，在这一阶段内，是自由水进行蒸发。 到达K点后，表面层停止收缩，再继续干燥时仅增加坯体内的孔隙，因此等速干燥阶段是个重要的阶段，因为在这个阶段内，坯体发生体积收缩，并往往产生能使坯体成为废品的收缩应力。 （3）降速干燥阶段 当坯体水分达到K点后，由于坯体内部水分扩散速度小于表面蒸发速度，坯体中的水分不能全部湿润表面，因此，潮湿的表面就逐渐减少，干燥速度也逐渐降低，此阶段称降速干燥阶段。在此阶段中，蒸发速度和热能的消耗大为降低，坯体表面温度逐渐升高，坯体表面与载热体之间的温差减小，在坯体表面上的水蒸汽分压降低，并变得比在坯体表面温度下的饱和蒸汽分压为低。 （4）平衡阶段 当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，干燥速度降为零。此时坯体与周围介质达到平衡状态。平衡水分的多少根据坯体的性质和周围介质的温度与湿度的不同而不同，此时坯体中的水分也叫干燥最终水分。坯体的干燥最终水分一般说来不应低于贮存时的平衡水分，否则干燥后将再吸水至达到平衡水分。

8.4.1.3 影响干燥速度的因素 1.1 影响内扩散的因素 内扩散形式 热传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。 热端 冷端 热端 冷端 湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。 湿端 干端 1）热湿传导方向与湿传导方向一致性。 微波干燥、远红外干燥 2）坯料的颗粒组成和矿物组成 粗颗粒，瘠性料，毛细管粗扩散阻力小有利于水分的扩散。 3）生坯的温度以及内外湿度差 温度高，水分粘度小、表面张力小有利于扩散。 湿度差大，湿扩散速度快。 使热扩散与湿扩散的方向一致 坯体中水分的内扩散包括湿扩散和热扩散。湿扩散是坯体内部由于存在湿度梯度引起的水分移动，其方向由坯体内部指向坯体外部；热扩散是坯体内部由于存在温度梯度而使水分移动，其方向由坯体表面指向坯体中心。当温度梯度与湿度梯度方向一致时会显著加快内扩散速度。如采用电热干燥、微波干燥、远红外干燥，可使坯体内外的水分同时受热，因而可加快内扩散过程，有助于提高干燥速度。 坯料的性质 粘土的可塑性越强，加入量越多，颗粒越细，干燥速度就越难提高；瘠性物料越多，颗粒越粗，越有利于提高干燥速度。

3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理 1.2 影响外扩散的因素 表面水分汽化，向介质扩散 （表面水蒸气分压与介质分压差） 相关因素：干燥介质、生坯的温度； 干燥介质的流速、方向。 1.3 其它因素 1）干燥方式； 2）坯体厚度和形状 3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理 坯体形状、大小和厚度 形状复杂、体大壁厚的坯体在干燥时易产生收缩应力，故其干燥速度应加以控制，不宜太快。 坯体温度 坯体温度高，水的粘度小，有利于水分向表面移动。 干燥介质的性质 干燥介质温度越高，湿度越小，则吸收水分的能力越大。增大介质流速，减小边界层的厚度，增大对流传质系数，则可加快干燥速度。

8.4.2 干燥方法 1）热空气干燥 2）工频电干燥 3）直流电干燥 4）辐射干燥 5）综合干燥

1. 热空气干燥 室式干燥、隧道式干燥、喷雾干燥、链式干燥及热泵干燥。 1.1 室式干燥（室式烘房） 分类：固定坯架式；活动坯车式。 暖气式；热风式；温度湿度可调式。 特点：设备简单，造价低廉，热效率低，干燥周期长。

干燥设备图片 1、室式干燥(图8-22)把湿坯放在设有坯架和加热设备的室中进行干燥的方法称之为室式干燥。其特点是干燥缓和、间歇性操 作、对于不同型坯体可以灵活地采用不同的干燥制度进行干燥。其设备简陋、造价低廉，但热效低、周期 长、干燥质量不易授制、人工运输所造成的破损率较高。一般采用地坑、暖气或热风加热，干燥介质——空气。 对于小型薄壁日用陶瓷坯体可以采取高温低湿热空气进行干燥，但对大型厚壁坯体应采用低温高湿法使坯体 均匀受热升温，避免由于内外收缩不均产生破坏应力。 室式干燥器

2、隧道干燥(图8-23)隧道干燥一般采用逆流干燥，气体流动方向与坯体移动方向相反。温坯一进隧道窑干燥器即与低温高湿 热空气接触，坯体受热平稳均匀。坯体在前进过程中所相遇接触的热空气的温度越来越高、湿度越来越低， 逐渐被干燥。 隧道干燥器

常利用隧道窑余热与成形机、自动脱模机、修坯机配套 形成自动流水线。适应中、小件产品，热效率高。 1.3 链式干燥 成形 脱模 修坯 常利用隧道窑余热与成形机、自动脱模机、修坯机配套 形成自动流水线。适应中、小件产品，热效率高。

1.4 辊道传送式干燥 1.5 喷雾干 燥 近年来发展起来的一种与辊道窑一体（下层）的干燥方式。 热源：辊道窑余热或热风机供热。 特点：热效率高，干燥质量好，干燥后可直接入窑烧成。 1.5 喷雾干 燥 泥浆含水率：30％～50％ 造雾方式：压力式、气流式 热空气温度：400～600℃ 流体流动方式：逆流、顺流式 特点：工艺简单，生产效率高 产量大， 颗粒流动性好，坯体 强 度高，致密度

1.6 热泵干燥 基本原理：高温热湿气体经过冷凝换热，排除水分后再 加热 循环使用。 1.7 脉冲干燥 基本原理：墙地砖坯体输送的流动方向的两侧，脉冲利用 干热空气来干燥坯体。 2. 工频电干燥 基本原理：将坯体两端加交流电压（相当于并联进入电路）， 通电后坯体内部发热，蒸发水分干燥。 特点：热湿扩散方向与湿扩散方向一致，干燥效率高， 质量好，干燥后期耗电量大。适用于大厚制品。

基本原理：泥料中的水分以水化阳离子的形式存在，在电场 作用下，发生电动现象，水分子向负极运动排除。 3. 直流电干燥 基本原理：泥料中的水分以水化阳离子的形式存在，在电场 作用下，发生电动现象，水分子向负极运动排除。 特点：干燥均匀，速度快，不易变形质量好。 剩余少量水分需要用其它干燥方法排除。 通电时间（min） 湿坯质量（g）

4. 辐射干燥 基本原理：坯体中的水分选择性吸收特定波长的电磁波， 产生热效应，排除水分。 特点：设备简单，易于实现自动化，干燥速度快，质量好。 种类：高频干燥、微波干燥、红外干燥。

红外线的波长为范围为0.72-1000μm，而在这段波长内又分为近红外线、中红外线和远红外线。目前用作 远红外辐射元件所发生的远红外线，波长常在2-15μm。由传热学可知，红外线具有易被物体吸收而转变为热 能的本领，物体吸收红外线的能力与物体种类、性质、表面状况及红外线波长有关。水是红外敏感物质，其固有振动频率和转动频率大部分位于红外区段内，故水在红外波段有强烈的吸收 峰。当入射的红外线频率和含水物的固有振动频率一致时，即可使分子产生强烈的共振，使物体的温度升 高，水分蒸发，物体得以干燥。远红外干燥是利用远红外辐射器发生的远红外线被坯体所吸收，直接转变为热能而使生坯干燥的方法。远红外干燥对于壁薄体小的日用瓷来说很适合，在各工业部门已被有效地采用，它具有下述的特点：(1)干燥速度快，生产效率高。采用远红外干燥时，辐射与干燥几乎同时开始，无明显预热阶段，因此效 率很高。远红外干燥生坯的时间比近红外缩短一半，为热风干燥的1/10。(2)节约能源消耗。(3)设备小巧，造价低，占地面积小。(4)干燥质量好，不易产生废品。由于远红外干燥有上述特点，在我国普通陶瓷与特种陶瓷工业中，远红外干燥已获得了成功的应用，特 别是与定位吹热风排湿干燥或其他干燥方式配合使用进行快速干燥生坯．效果更为显著。 远红外干燥窑

8.4.3 干燥缺陷及原因 在干燥中其本身的原因 坯体泥料中粘性物质太多或太少并分布不匀，原料颗粒度大小相差过大，混合不均匀等； 坯体含水量太大或水分分布不均； 坯体粒子的定向排列而造成的收缩不匀； 坯体结构复杂，厚薄不匀，设计不合理。 干燥过程中常见的缺陷是坯体的变形和开裂。坯体产生变形和开裂的本质是坯体内主要是由于干燥收缩 不均匀产生了应力。当干燥收缩不均匀，所产生的应力超过呈塑性状态坯体的屈服值时就能引起变形；应力 过大，超过呈塑性状态坯体的破裂点或者超过呈弹性状态坯体的强度时，坯体发生破坏性的开裂。产生坯体收缩不均匀的原因是很多的，大致可分为坯体本身的原因和干燥处理中的原因。 在干燥中其 本身的原因可能有；1、坯体泥料中粘性物质太多或太少并分布不匀，原料颗粒度大小相差过大，混合不均匀等，在干燥中 易产生开裂。2、坯体含水量太大或水分分布不均，在干燥中也易产生开裂。3、坯体粒子的定向排列而造成的收缩不匀，在干燥时易产生变形。4、坯体结构复杂，厚薄不匀，设计不合理，也易产生开裂。

在干燥处理过程中的原因 1、干燥速度太快，使表面收缩过大而造成开裂。 2、坯体各部位在干燥时受热不匀，或气流流动不均，使收缩不匀而造成开裂。 3、坯体放置得不平稳或者放置方法不适当，由于坯体本身重量作用的关系也可能发生变形。 4、坯体与托板接触不适当，影响坯体的收缩而造成开裂。 5、干燥时气流中的水汽冷凝在冷坯上，再干燥时易使坏体开裂。 6、石膏模各部分的吸水性不同，尤其在使用新石膏模的情况下，干燥时易产生开裂。 在干燥处理过程中的原因可能有：1、干燥速度太快，使表面收缩过大而造成开裂。2、坯体各部位在干燥时受热不匀，或气流流动不均，使收缩不匀而造成开裂。3、坯体放置得不平稳或者放置方法不适当，由于坯体本身重量作用的关系也可能发生变形。4、坯体与托板接触不适当，影响坯体的收缩而造成开裂。5、干燥时气流中的水汽冷凝在冷坯上，再干燥时易使坏体开裂。6、石膏模各部分的吸水性不同，尤其在使用新石膏模的情况下，干燥时易产生开裂。

在干燥前工序中的原因 1、成型时受压不均，以致坯体各部位紧密程度不同，因此造成干燥收缩不均匀而产生变形。 2、练泥或成型时坯体所产生的应力未能完全消除，在干燥时有可能发生变形。 3、泥料在练泥机处理中，已发生层裂，而又未能消除，则坯体干燥后易发生开裂。 另外，由于在前道工序中造成一些原因，使坯体在干燥过程中发生缺陷。这些原因可能有：1、成型时受压不均，以致坯体各部位紧密程度不同，因此造成干燥收缩不均匀而产生变形。2、练泥或成型时坯体所产生的应力未能完全消除，在干燥时有可能发生变形。3、泥料在练泥机处理中，已发生层裂，而又未能消除，则坯体干燥后易发生开裂。由此不难看出，造成干燥过程中产生缺陷的原因是多方面的。我们在具体分析产生缺陷的原因的 时，必 须从各个方面去分析才能得出较切合实际的结论，从而采取必要的措施去解决。

8. 5 施釉 釉的概念：是附着在陶瓷坯体表面的一种玻璃或玻璃与 晶体的连续粘着层。 釉的作用 (1) 装饰：提高艺术、欣赏价值。 釉是指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层很薄的均匀的玻璃态物质。 陶瓷坯体表面的釉层，从外观来说，使陶瓷具有平滑而光泽的表面，增加了陶瓷的美观，尤其是颜色釉与艺术釉(如结晶釉、砂金釉、无光釉、裂纹釉等)更增添了陶瓷制品的艺术价值。从机械性能来说，正确配合的釉层可以增加陶瓷的强度与表面硬度，同时还可以使陶瓷的电绝缘性能、抗化学侵蚀性能有所提高。平滑而光泽的表面，不仅增加美观，而且就日用瓷来说，为饮用器皿的洗涤清洁提供了方便条件。 (2) 改善制品的各种性能： 化学稳定性、防污性、（平滑、表面积减小） 力学性能、电学性能、抗菌性能等等。

制造陶瓷时对釉的基本要求 有均匀的、光润的、有玻璃光泽的表面 （特殊效果的釉除外） 不可发生开裂或剥落现象（特殊效果的裂纹釉除外） 高温流动性好，釉面易于平滑 耐酸碱腐蚀 根据实际需要的其他特殊要求

釉的特点 釉的特点 釉与玻璃的不同点 产生差异的原因 大多数釉是玻璃体，具有普通玻璃的物理化学性质。 釉层中含有气泡和晶体。 釉化学组成中氧化铝较玻璃高。 釉的熔融温度范围较宽。 产生差异的原因 配方不同。 烧成制度不同。 釉与坯体之间会发生扩散和反应。

8.5.1 釉的分类 陶瓷品种繁多，烧成工艺各不相同，因而釉的种类及其组成都极为复杂，为了研究和配制的方便，必须对釉进行分类。 1、按制品类型分类：陶器釉，瓷器釉 2、按照烧成温度特征可以分为： 900-1120℃——低温釉或低火度釉，系土釉或含铅质的精陶器所用的透明釉； 1150-1300℃——中温釉或中火度釉，系含锡或含铅的不透明釉； 1320-1530℃——高温釉或高火度釉，系不含铅类及碱类的瓷器或精陶器所常用的透明釉。 或者分为： 软质釉——1000-1100℃上下熔融的釉； 硬质釉——1350℃上下熔融的釉。 3、按照烧成后的外表特征可以分为：透明釉，乳油釉，有色釉，无色釉，有光釉，无光釉，结晶釉，砂金釉，碎纹釉、电光釉、流动釉、花釉等。 4、按照制备的方法可以分为：生料釉，熔块釉，挥发釉； （1）生料釉——将全部原料直接加水，制备成釉。 （2）熔块釉——将原料中部分可溶于水的原料及铅化合物，先经1200-1300℃的高温熔化，然后投入冷水中急冷，制成熔块，再与其余生科混合研磨而成釉浆。 （3）挥发釉——此釉不需事先制备，而是在产品煅烧至高温时，向窑内投入食盐、锌盐等挥发物，与坯体表面发生反应，在蒸气的状态下而形成薄层玻璃物质。 5、按电性能分为：普通釉、半导体釉； 6、按主要溶剂或碱性组分的种类分类：长石釉，铅釉，硼釉，铅硼釉，石灰釉，镁釉等。我国习惯上以主要熔剂的名称命名。 (1)长石釉——熔剂主要成分是长石或长石质矿物，主要用于硬质瓷器和卫生瓷器。当加入铅化合物时，其熔融温度随成分而变化，可用于各种陶瓷器。 (2)石灰釉——主要熔剂为钙的化合物（如碳酸钙），碱性组成中可以含有，也可以不含有其它碱性氧化物，主要用于各种陶器、瓷器。如果含钙和铅时，应用于各种陶器。 (3)镁质釉——为了克服石灰釉熔融范围较窄、烧成方法难于控制的困难，在石灰釉中加入白云石和滑石。其MgO的含量大于0.5mol。 (4)锌釉——ZnO的含量大于0.5mol，锌釉是制结晶艺术釉的一个重要体系，组成调节适当，亦可获光泽透明釉，用于精陶器、陶器、炻瓷器。 (5)铅釉及铅硼釉——主要成分是铅的氧化物，或者其中一部分SiO2用B2O3，或SnO2所代替，和其中一部分铅的氧化物为碱金属或碱土金属氧化物所代替；或者长石釉中加入铅化合物，降低它的熔融温度。 (6)锡釉——锡釉一般是不透明釉。SnO2是极其良好的乳浊剂。锡溶解在碱类熔融物中起反应形成锡酸盐，所以A12O3、CaO、SiO2含量高的袖可在较低的温度烧成。 7、按显微结构和釉性状来分类： (1)透明釉——无定形改Z附； (2)晶质釉——乳浊釉、析晶釉、砂金釉、无光釉 (3)熔析釉(液相分离釉)——乳浊釉、铁红釉、兔毫袖等。

1、玻璃釉 即“透明釉”，釉层薄而透明如玻璃状，故名。 釉内几乎不含任何未熔物、析晶、气泡和两液分相，在显微镜下酷似一池清水，釉面光洁平滑。 如东汉至西晋的越窑釉，北方早期的邢窑、定窑、巩窑，以及景德镇的青白瓷釉。

2、析晶釉 这类釉在烧成过程中会大量析出钙长石针晶，针晶的大小约数个微米，大于可见光波长，由于可见光在这些针晶上的反射、散射作用，使釉具有乳浊的玉质感，似玉非玉胜于玉。如南宋官窑、龙泉窑及汝窑等。

3、分相釉 这类釉具有某一特定范围内的化学组成，在烧成过程中，在一定物理化学平衡条件下，釉液会分离成两个成分不同、互不混溶的液相。 一相以无数的孤立小液滴(直径100nm)分散于另一个连续相之中；或两相自身连通、相互穿插的结构而存在。 如钧窑瓷的颜色(蓝色)就是这些孤立小液滴对入射可见光产生瑞利散射的结果。邛崃窑青瓷是中国最早的分相釉。

4、分相析晶釉 与分相釉的作用不同。一般是经过液相分离，使某一组成在液滴相中富集而导致析晶。 有学者提出：由于析晶使析晶附近的液相分相。 如福建建窑产的“建盏”釉，南宋官窑、汝窑都有分相析晶。

5、开片釉或纹片釉 釉的膨胀系数明显大于胎；瓷器经高温冷却至200℃以下时，釉的收缩量将大大超过胎，因釉已硬化，弹性甚小，受到较大张应力。其积累到一定程度，超过釉本身的抗张强度，导致釉的开裂。 常见开片釉有：北宋官窑、汝窑、修内司窑、郊坛下窑、传世哥窑、龙泉仿官窑以及景德镇的仿官、仿哥、郎窑红等。

8.5.2 组成 1、玻璃形成剂：形成玻璃的主要氧化物在釉层中以多面体的形式相互结合为连续网络，又称为网络形成剂。 2、助熔剂：在釉料熔化过程中能促进高温化学反应，加速高熔点晶体（如SiO2）结构键的断裂和生成低共熔点的化合物。同时还起调整釉层物理化学性质的作用。 3、乳浊剂：它是保证釉层有足够覆盖能力的成分,也就是保证烧成时熔体析出的晶体、气体或分散粒子出现折射率的差别，引起光线散射产生乳浊的化合物。 4、着色剂：使釉层吸收可见光波，从而呈现不同颜色。 5、其他辅助剂：为了提高釉面质量、改善釉层物化性能，控制釉浆性能(如悬浮性、与坯体的粘附性)等而加入。 1、玻璃形成剂：玻璃相是釉层的主要物相。形成玻璃的主要氧化物在釉层中以多面体的形式相互结合为连续网络，所以它又称为网络形成剂。常见的玻璃形成剂有SiO2、B2O3、P2O5。 2、助熔剂：在釉料熔化过程中，这类成分能促进高温化学反应，加速高熔点晶体结构键的断裂和生成低共熔点的化合物。助熔剂还起着调整釉层物理化学性质的作用。常用的助熔剂化合物为Li2O、Na2O、K2O、PbO、CaO、MgO。 3、乳浊剂：它是保证釉层有足够覆盖能力的成分,也就是保证烧成时熔体析出的晶体、气体或分散粒子出现折射率的差别，引起光线散射产生乳浊的化合物。 悬浮乳浊剂(SnO2、CeO2、ZrO2、Sb2O3)； 析出式乳浊剂(SnO2·SiO2，TiO2，ZnO，)； 胶体乳浊剂(碳、硫、磷)。 4、着色剂：使釉层吸收可见光波，从而呈现不同颜色。 有色离子着色剂：过渡元素、稀土元素的有色离子化合物，如Cr3+、Mn3+、Fe3+、Co2+； 胶体粒子着色剂：呈色的金属与非金属元素与化合物，如Cu、Au、Ag； 晶体着色剂：指的是经高温合成的尖晶石型、钙钛矿型氧化物及柘（）石榴型、榍石型（CaTi(SiO4)O）、锆英石型硅酸盐。 5、其他辅助剂： 为了提高釉面质量、改善釉层物化性能，控制釉浆性能(如悬浮性、与坯体的粘附性)等常加入一些添加剂，例如提高色釉的鲜艳程度可加入稀土元素化合物及硼酸；加人BaO可提高釉面光泽；加入MgO或ZnO可增加釉面白度与乳浊度；引入粘土或羧甲基纤维素可改善釉浆悬浮性与黏附性；有的釉料加入瓷粉可提高釉的始熔温度。

釉料配方 釉料配方的依据－－釉中各氧化物的作用 （1）SiO2 （2） Al2O3 釉玻璃的主体（50％以上），提高釉的熔融温度和粘度 赋予釉高的力学强度，良好的热稳定性、化学稳定性，高的 白度和透明度。 （2） Al2O3 在釉中的作用类似于 SiO2，但是提高熔 融温度和高温粘度的能力更强。 釉的光泽度的基本划分 光泽釉（釉式）中Al2O3/SiO2＝1:6 ~ 10 无光釉（釉式）中Al2O3/SiO2＝1:3 ~ 4

（6）其它氧化物：MgO、ZnO、BaO等。 （3）CaO （4） Li2O、Na2O、K2O （5）PbO （6）其它氧化物：MgO、ZnO、BaO等。 （7）骨灰、瓷粉、乳浊剂、色料等

釉料配方的基本原则 （1）满足制品对釉面的性能要求 （2）釉的成熟温度在坯的烧成范围之内 （3）坯釉的热膨胀系数及弹性模量等物理性能相适应 日用瓷、墙地砖、卫生洁具、电瓷等。 （2）釉的成熟温度在坯的烧成范围之内 一次烧成釉，始熔温度应高，成熟范围应宽。避免干釉和 起泡。二次烧成釉，生釉的粘附性要强。 （3）坯釉的热膨胀系数及弹性模量等物理性能相适应

（4）坯釉的化学组成相适应 （5）合理选择原料 坯釉的化学组成一般应有一定的差别，酸性坯配碱性釉------碱性坯配酸性釉，常用C.A（酸度系数CA反映坯釉的酸性程度）控制： 瓷坯C.A＝1 ~ 2 < 瓷釉C.A＝1.8 ~ 2.5 陶坯C.A＝1.2 ~ 1.3 < 陶釉C.A＝1.5 ~ 2.5 （5）合理选择原料 既要保正生产工艺性能和釉面质量，又要经济合理。 釉料对釉下彩或釉中彩不致溶解或使其变色。 选择配釉的原料时，应全面考虑其对制釉过程、釉浆性能、釉层性能的作用和影响。

8.5.3 釉层的形成 釉料在加热过程中将发生一系列复杂的物理化学反应，如脱水、固相反应、碳酸盐和硫酸盐分解、部分原料熔化并生成共熔体、熔融物相互溶解、部分原料挥发和坯釉间的相互反应等。在反应的同时，釉料开始烧结、熔化并在坯体上铺展为光滑釉面。

8.5.3 釉层的形成 (1)原始原料的分解：釉用原料如粘土脱水，碳酸盐、硫酸盐、硼砂、硼酸等分解 。 (2)化合与固相反应：在釉料出现液相之前已有许多生成新化合物的反应在进行，对于釉料配方来说，化合反应多表现为固相反应。 (3)烧结：将粉末状态的物质经过加热处理转化成凝集块状物质 。 (4)熔融：共融物的形成、长石熔化、液相增加，硅酸不断向熔体溶解，与此同时，釉层不断玻化并形成中间层。在初期主要由于釉中气体的逸出的搅拌作用，在高温时由于熔融部分的对流作用而使釉渐成均质 。 (5)釉面硬化：熔融的釉冷却形成玻璃质的被覆层，对于结晶釉还存在着结晶过程。 从釉料配方转变为釉，归纳为如下几个阶段：(1)原始原料的分解；(2)化合与固相反应；(3)烧结；(4)熔融；(5)釉面硬化，对于结晶釉还存在着结晶过程。 1、原始成分的分解： 釉用原料如粘土脱水，碳酸盐和硫酸盐的分解，硼砂、硼酸等分解。 2、化合和固相反应： 在釉料出现液相之前已有许多生成新化合物的反应在进行，对于釉料配方来说，化合反应多表现为固相反应。当一些原料熔融或出现低共熔体（易熔氧化物同SiO2、Al2O3反应生成）时，更能促进上述反应的进行。 3、烧结： 烧结是将粉末状态的物质经过加热处理转化成凝集块状物质。 4、熔融： 釉熔融是经高温处理后的最终结果。促进熔融的因素，除了高温以外，还有化学的分解及化合、扩散和溶解等。烧结也是促使熔融的重要因素之一。由于加热，结晶的晶格松弛产生膨胀，尤其在结晶是各向异性的情况下发生应变，使结晶破裂；晶粒度变小而表面积增大，于是晶格的边角部分散开，使小的离子或原子较易侵入或扩散。共融物的形成、长石熔化、液相增加，硅酸不断向熔体溶解，与此同时，釉层不断玻化并形成中间层。 当熔融部分进入充分流动时，因对流作用而使釉渐成均质。但在初期最有效的搅拌作用是釉中气体的逸出。然而这时温度低，熔融物的粘度很高，故作用缓慢。在温度较高时，粘度降低，这种作用就加速起来，同时也进一步加速了扩散和化学变化，因而使釉质变得更均匀。 5、釉层的硬化： 所谓釉层的硬化是指熔融的釉冷却形成玻璃质的被覆层，包括：(1)从低粘度的流动状态到冷却;(2)粘度增加，经过塑性状态；(3)达到转化温度Tg后，凝固形成玻璃体。有时玻璃质熔体在冷却时析出晶体，形成微晶相。

8.5.3.2 釉层中的气泡 在水平釉面上常常可以看到约0.01-0.1mm深度的小针孔，这说明釉在烧成过程中有气体放出。釉中气泡主要是N2、H2O、CO、O2、SO2等气体所组成。气泡产生原因可能在釉的方面或在坯体方面，也可能是两者互相作用的结果。 我们观察表面光滑如镜的制品，发现制品的水平面不如垂直面流畅，在水平釉面上常常可以看到约0.01-0.1mm深度的小针孔，这说明釉在烧成过程中有气体放出。釉中气泡主要是N2、H2O、CO、O2、SO2等气体所组成。气泡产生原因可能在釉的方面或在坯体方面，也可能是两者互相作用的结果。

8.5.3.3 坯釉中间层的形成 坯与釉在烧成过程中，由于坯与釉中的个别氧化物彼此互相扩散，釉从坯里富集了SiO2、Al2O3，而坯从釉内取得了碱性氧化物及碱土氧化物，结果在坯釉中间形成了中间层。 坯釉中间层的化学组成是逐渐由坯体组成过渡到釉料组成，无明显界线，组织结构介于坯、釉之间，是“中间过渡层”。坯釉中间层形成好坏对制品的性质、特别是外观质量有非常重要的影响。而所谓产品的烧成，即是指釉与坯之间生成足够的中间层。 坯与釉在烧成过程中，由于坯与釉中的个别氧化物彼此互相扩散，釉从坯里富集了SiO2、Al2O3，而坯从釉内取得了碱性氧化物及碱土氧化物，结果在坯釉中间形成了中间层。 坯釉中间层的化学组成是逐渐由坯体组成过渡到釉料组成，无明显界线，组织结构介于坯、釉之间，是“中间过渡层”。坯釉中间层形成好坏对制品的性质、特别是外观质量有非常重要的影响。而所谓产品的烧成，即是指釉与坯之间生成足够的中间层。

8.5.4.1 釉层的物理、化学性质 1、釉的化学性质和熔融温度范围 2、釉熔体的粘度和表面张力 3、机械性能 4、化学稳定性 5、光泽度 8.3.4.1 釉层的物理、化学性质 1、釉的化学性质和熔融温度范围 釉的化学性质直接影响坯与釉之间的反应及釉面形成状态。组成釉料的化学性质(如酸性、碱性)，应与坯体化学性质接近，但又要保持适当的差别。这样，釉与坯体在高温相互作用，从而促使釉中的组分，特别是碱性氧化物，可以良好地渗入坯体，同时也促使晶体从坯体长入釉中，因此，釉的组成比玻璃复杂。 釉的熔融温度：2、3、机械性能 4、化学稳定性 化学稳定性是釉的最重要的性质之一，对工业用陶瓷（耐酸瓷、电瓷、化学瓷）尤为重要。施于日用制品瓷上的釉，应对有机酸和水有良好的抵抗性能。釉中金属氧化物愈多，特别是碱金属愈多，其化学稳定性愈小，否则相反。 必须指出，具有高化学稳定性的釉，其介电性能较好，机械强度较高(首先是提高了硬度)，与此相反，化学上不稳定的釉，其硬度亦较低，例如铅釉就是这样。 5、光泽度 袖的光降度是日用陶瓷的一个重要质量指标，决定光泽度最基本因素是釉的反射率反射率随折射率的增加而迅速提高，因此，釉层的折射率愈高，光泽度愈好。配制釉料时，采用高折射率的原料，可以制成光泽度很高的釉层。用PbO与BaO配成的釉料，具有良好的光泽。 平整光滑的釉面也可以增加反射效应，提高光泽度；粗糙表面将增加光的散射，产生无光釉面。

1. 釉的熔融温度范围 开始熔融温度 ~ 完全熔融温度 软化变形温度 ~ 流动温度 半球温度 ~ 1/3原高温度（国标） 釉的烧成温度一般在其上限附近 开始熔融温度 ~ 完全熔融温度 软化变形温度 ~ 流动温度 半球温度 ~ 1/3原高温度（国标） 釉和玻璃一样无固定的熔点，又在一定的温度范围内逐渐熔化，因而熔化温度有上限和下限之分。熔融温度的下限系指釉的软化变形点，习惯上称之为釉的始熔融温度。镕融温度下限是指釉的完全熔融温度(流动温度)，由始熔融温度至完成熔融之间的温度范围称为形成温度范围。釉的成熟温度可以理解为在此温度下，釉料充分熔化，并均匀分布于坯体表面，冷却后呈现一定光泽的玻璃层。釉的成熟温度是在熔融温度范围内选取的。 始熔温度 半球温度 流动温度 未烧

釉的烧成温度的估算 酸度系数法 （C.A） C.A ＝（酸性氧化物mol数）/（碱性氧化物mol数） 式中：RO2— 酸性氧化物mol数； R2O、RO、R2O3—碱性氧化物mol数； 各氧化物分类情况见P154 注意：Al2O3的mol数在含铅釉中按RO2计算； B2O3的mol数在精陶釉中按R2O3计算； C.A ＝ 1.4 ~ 2.5 烧成温度＝1250 ‾ 1450ºC

太大（>1000Pa·s）则产生橘釉、针孔、釉面不光亮等缺陷； 太小（<40Pa·s）则产生流釉、堆釉、干釉、釉泡等缺陷； 2 釉熔体的高温粘度、表面张力、润湿性 太大（>1000Pa·s）则产生橘釉、针孔、釉面不光亮等缺陷； 太小（<40Pa·s）则产生流釉、堆釉、干釉、釉泡等缺陷； 烧成温度下釉的粘度值在200 Pa·s左右为宜  过大阻碍气体排出和熔体均化不利于润湿，易产生“缩釉”  过小易造成“流釉”，形成针孔缺陷。 釉熔体的粘度和表面张力 熔化的釉料能否在坯体表面铺展成平滑的优质釉面，与釉熔体的粘度、润湿性和表面张力有关。 粘度是流体的一个性质，熔融釉的粘度，可以作为判断釉的流动情况的尺度。在成熟温度下，釉的粘度过小，则流动性过大，容易造成流釉、堆釉及干釉缺陷；釉的粘度过大，则流动性差，容易引起桔釉、针眼、釉面不光滑、光泽不好等缺陷。流动性适当的釉料，不仅能填补坯体表面的一些凹坑，而且还有利于釉与坯之间的相互作用，生成中间层。 釉的表面张力，对釉的外观质量影响很大。表面张力过大，阻碍气体的排除、熔融液的均化，在高温时对坯的润湿性不好，容易造成“缩釉”（滚釉）缺陷；表面张力过小，则容易造成“流釉”(当釉的粘度也很小时，情况更严重)，并使釉面小气泡破裂时形成的针孔难以弥合。

润湿性常用润湿角()来表示， 越小润湿越好 测定方法：釉粉制成直径10mm,高10mm的圆柱试样，置于坯 上，烧后测定其润湿角()。 C）润湿性 润湿性常用润湿角()来表示， 越小润湿越好 测定方法：釉粉制成直径10mm,高10mm的圆柱试样，置于坯 上，烧后测定其润湿角()。 影响润湿性的因素： 坯釉的化学组成 坯釉的 坯釉的润湿角()。  Lg Sg SL ……(3-7) <90°时釉完全润湿坯体表面，才能得到质量良好的釉面。 一种釉料在不同的坯体上润湿性能不同。

8.5.4.2 坯釉适应性 坯釉适应性是指熔融性能良好的釉溶液，冷却后与坯体紧密结合成完美的整体，不开裂不剥脱的能力。影响坯釉适应性因素是复杂的，主要有四方面：坯釉二者膨胀系数差、坯釉中间层、坯釉的弹性和抗张强度以及釉层厚度，其中以釉的膨胀系数、抗张强度、弹性尤为重要。 坯釉适应性是指熔融性能良好的釉溶液，冷却后与坯体紧密结合成完美的整体，不开裂不剥脱的能力。影响坯釉适应性因素是复杂的，主要有四方面：坯釉二者膨胀系数差、坯釉中间层、坯釉的弹性和抗张强度以及釉层厚度，其中以釉的膨胀系数、抗张强度、弹性尤为重要。

8.5.5.1 制备釉料的工艺 釉料种类很多，根据对釉料的特殊要求，对其制备方法也随之而异。釉用原料要求比坯用原料高，贮放时应特别注意避免污染，使用前应分别挑选。对长石和石英还须洗涤或预烧；软质粘土在必要时应进行淘洗；用于生料釉的原料应不溶于水。 釉用原料的种类很多，用量及各自相互差别大，尤其是乳浊剂、色剂等辅助原料的用量虽远较主体原料少，但对釉表性能的影响极为敏感，因此除注意原料纯度外，还必须重视称料的准确性。

8.5.5.2 釉浆的质量要求 1、细度 釉浆细度直接影响浆稠度和悬浮性，也影响釉浆与坯的粘附能力，釉的熔化温度及烧成后制品的釉面质量，一般透明釉的细度以万孔筛余0.1%-0.2%较好；乳浊釉的细度应小于0.1%。 2、釉浆比重 釉浆比重直接影响施釉时间和釉层厚度。颜色釉比重往往比透明釉大些，生坯浸釉时，釉浆比重约为1.4-1.45；素坯浸釉时比重约为1.5。机械喷釉的釉浆比重范围一般在1.4-1.8之间。 3、流动性与悬浮性 釉浆的流动性和悬浮性直接影响施釉工艺的顺利进行，及烧后制品的釉面质量，可通过控制细度、水分和添加适量电解质来控制。 为保证顺利施釉并位烧后釉面具有预期的性能，对釉浆性能应有一定要求。 1、细度 釉浆细度直接影响浆稠度和悬浮性，也影响釉浆与坯的粘附能力，釉的熔化温度及烧成后制品的釉面质量，一般透明釉的细度以万孔筛余0.1%-0.2%较好；乳浊釉的细度应小于0.1%。 2、釉浆比重 釉浆比重直接影响施釉时间和釉层厚度。颜色釉比重往往比透明釉大些，生坯浸釉时，釉浆比重约为1.4-1.45；素坯浸釉时比重约为1.5。机械喷釉的釉浆比更范围一般在1.4-1.8之间。 3、流动性与悬浮性 釉浆的流动性和悬浮性直接影响施釉工艺的顺利进行，及烧后制品的釉面质量，可通过控制细度、水分和添加适量电解质来控制。

1、基本施釉方法 浸釉法 、浇釉法 、喷釉法 、施釉线 2、发展中的施釉方法 A、流化床施釉 B、热喷施釉 C、干压施釉 8.5.5.3 施釉 1、基本施釉方法 浸釉法 、浇釉法 、喷釉法 、施釉线 2、发展中的施釉方法 A、流化床施釉 B、热喷施釉 C、干压施釉 施釉前生坯或素挠坯体均需进行表面的清洁处理，除去积存的尘垢或油渍以保证釉的良好粘附。清洁处理的办法，或者以压缩空气在通风柜进行喷扫，或者是用海绵浸水后进行湿抹，或以排笔蘸水洗刷。 根据坯体性质，尺寸和形状及生产条件选择合适的施釉方法。

荡釉法 1、基本施釉方法

浸釉法 浸釉法 是将坯体浸入釉浆，利用坯体的吸水性或热坯对釉的粘附而使釉料附着在坯体上。釉层的厚度与坯体的吸水性、釉浆浓度和浸釉时间有关。除薄胎瓷坯外，浸釉法适用于大、中、小型各类产品。

浇釉法 浇釉法 是将釉浆浇于坯体上以形成釉层的方法。釉浆浇在坯体中央，借离心力使釉浆均匀散开。适用于圆盘、单面上釉的扁平砖及坏体强度较差的产品施釉。

刷釉法

喷釉法 是利用压缩空气将釉浆通过喷枪喷成雾状，使之粘附于坯体上。釉层厚度取决于坯与喷口的距离，喷釉的压力和釉浆比重。适用于大型、薄壁及形状复杂的生坯。特点是釉层厚度均匀，与其它方法相比更容易实现机械化和自动化。己设计的静电喷釉法，即将制品放置在80-150kv电场中，使坯体接地，喷出的雾状釉点为进入电场立即变荷电的粒子，而全部落于坯体表面。操作损失少，速度快。

8.6 烧成 将陶瓷坯体加热至高温，经过一系列的物理化学变化（如膨胀、收缩、气体的产生、液相的出现、旧晶相的消失、新晶相的析出等），冷却至室温后，坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用性能（如机械强度、致密度、绝缘、耐热等）陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成。 坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后气孔率接近于零，达到完全致密程度的瓷化现象，称之为“烧结” 。 烧成是制瓷工艺中一道很关键的工序。经过成形、上釉后的半成品，必须通过高温烧成才能获得 瓷器的一切特性。将陶瓷坯体加热至高温，经过一系列的物理化学变化（如膨胀、收缩、气体的产 生、液相的出现、旧晶相的消失、新晶相的析出等），冷却至室温后，坯体的矿物组成与显微结构发 生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用性能（如机械强度、致密 度、绝缘、耐热等）陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成。坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后气孔率接近于零，达到完全致密程度的瓷化 现象，称之为“烧结”；而使坯体瓷化的工艺过程，称为“烧成”。成形所得的坯块，相对于粉末体而言，颗粒间的接触有所增加，但只有通过烧结，压坯变成了“晶 体烧结体”后才具有一定的物理和力学性能，可以满足使用要求。此外，在烧结以前各工序所带来的缺 陷，如粉末原料粒度组成的波动、成形压力和压坯尺寸的波动、成形剂的变化等，在一定范围内，可以 通过对烧结工艺条件的调整将其纠正或弥补；烧结还可以控制制品的孔隙度。一般，视具体的烧成工艺方案的不同，可以分为一次烧成法和二次烧成法两大类。二次烧成法是 在施釉前后备进行一次高温处理的烧成方法。二次烧成法通常有两种类型：(A)将未施袖的生坯烧到足 够高的温度使之成瓷，然后进行施釉后在较低温度下进行釉烧；(B)先将生坯在较低温度下焙烧(素烧)， 然后施釉，在较高温度下再次进行烧成。所谓一次烧成法是将生坯施釉后入窑仅经高温燃烧一次制成 陶资产品的方法。

8.5.1 烧成过程中的物理化学变化 8.5.1.1 低温阶段（室温-300℃） 8.5.1.2 中温阶段（300-950℃） 8.5.1.3 高温阶段（950℃-最高烧成温度） 8.5.1.4 冷却阶段(烧成温度-室温) 陶瓷坯体在烧成过程中所发生的一系列物理化学变化，取决于坯釉配方、原料的矿物特性及其物 态、生坯的密度、形状及厚度、烧成温度、烧成范围以及窑炉的类型等等。根据坯体的物理化学变化 特征，一般可将其烧成过程划分为低温、氧化分解、高温和冷却四个阶段。

8.5.1.1 低温阶段（室温-300℃） 也称坯体水分蒸发期，主要是排除在干燥过程中没有除掉的残余水分。随水分的排除，组成坯体的固体颗粒逐渐靠拢，坯体发生少量收缩，气孔率增加。 制品在低温阶段加热时间的长短，主要取决于坯体的入窑水分、厚薄及装烧方法等，坯体水分含量是影响安全升温的首要因素。另外应加强通风，以便提高干燥速度。控制烟气温度高于露点 ，同时烟气的成分也对烧成质量有影响。 低温阶段也称坯体水分蒸发期，主要是排除在干燥过程中没有除掉的残余水分。随水分的排除， 组成坯体的固体颗粒逐渐靠拢，坯体发生少量收缩，气孔率增加。制品在低温阶段加热时间的长短，主要取决于坯体的入窑水分、厚薄及装烧方法等，坯体水分含 量是影响安全升温的首要因素。当入窑坯体水分含量>3%时，应严格控制升温速度，否则坯体内水分 强烈汽化、引起过大内应力，导致坯体开裂；若人窑水分<1%，升温速度可适当加快；正常烧成时入 窑水分一般控制在2%。由于本阶段窑内气体中水气含量高，故应加强通风，以便提高干燥速度，应 控制烟气温度高于露点，防止坯体表面出现冷凝水，使制品局部膨胀，造成水迹或开裂。此外，烟气 中的SO2气体在有水存在的条件下与坯体中的钙盐作用，生成CaSO4析出物，可使瓷器釉面产生“白霜”

8.5.1.2 中温阶段（300-950℃） 也称氧化分解及晶型转化期。坯体内部发生较复杂的物理化学变化，瓷坯中所含有机物、碳酸盐、硫酸盐及铁的化合物等，大多要在此阶段发生氧化与分解，此外还伴随有晶型转变、结构水排除和一些物理变化。 8.5.1.2 中温阶段（300-950℃） 中温阶段也称氧化分解及晶型转化期。坯体内部发生较复杂的物理化学变化，瓷坯中所含有机 物、碳酸盐、硫酸盐及铁的化合物等，大多要在此阶段发生氧化与分解，此外还伴随有晶型转变、 结构水排除和一些物理变化。这些变化与窑内温度气氛和升温速度等因素有关。

1、结构水的排除 坯料中各种粘土原料和其它含水矿物(如滑石)，在此阶段进行结构水的排除。粘土脱水后，晶体结构被破坏，失去可塑性。 2、碳酸盐分解 碳酸盐在此阶段分解，并将分解产物——二氧化碳气体在釉层封闭之前逸出完毕。 1、结构水的排除 坯料中各种粘土原料和其它含水矿物(如滑石)，在此阶段进行结构水的排除。一般粘土矿物因其 类型不同、结晶完整程度不同、颗粒度不同，脱去结构水的温度有所差别。高岭土脱去结构水的反应 式为升温速度对脱去结构水有直接影响。速度加快、结构水脱水温度移向高温，排除较集中。粘土脱 水后，晶体结构被破坏，失去可塑性。 2、碳酸盐分解 坯料中或多或少都夹杂一些碳酸盐矿物杂质(约2-3%)，如石灰石(CaCO3)，白云石(MgCO3·CaCO3) 等。这类碳酸盐必须在此阶段分解，并将分解产物——二氧化碳气体在釉层封闭之前逸出完毕，否则将 会引起坯泡等缺陷。碳酸盐的结晶完整程度以及升温速度与气氛都影响碳酸盐的分解温度。在瓷坯中存在的碳酸盐类一 般在1000℃时基本上分解完毕。

3、碳素、硫化物及有机物的氧化 可塑性粘土(如紫木节)及硬质粘土(黑柑子、黑砂石等)往往含有碳素、硫化物及有机物，并带入坯体中。 粘土中夹杂的硫化物在800℃左右被氧化完毕。 坯体中存在的碳素及有机物在600℃以上开始氧化分解，这个反应一直进行到高温。 碳素、硫化物及有机物必须在本阶段氧化，产生的气体必须完全排除掉，否则将会引起坯体起泡。 3、碳素、硫化物及有机物的氧化可塑性粘土(如紫木节)及硬质粘土(黑柑子、黑砂石等)往往含有碳素、硫化物及有机物，并带入坯 体中。同时，在烧成的低温阶段，坯体的气孔率较高，烟气中的CO被分解，析出的碳素也被吸附在坯 体中气孔的表面。CO的低温沉碳作用，当有氧化亚铁存在时更为激烈，此反应一直进行到800-900℃才 停止。粘土中夹杂的硫化物在800℃左右被氧化完毕。坯体中存在的碳素及有机物在600℃以上才开始氧化分解，这个反应一直要进行到高温。碳素、硫 化物及有机物必须在本阶段氧化，产生的气体必须完全排除掉，否则将会引起坯体起泡。

4、石英的晶型转变和少量液相的形成 在573℃时，β-石英转变为α-石英，伴随体积膨胀0.82%，在867℃时，α-石英缓慢转变为α-鳞石英，体积膨胀14.7%。 在900℃附近，长石与石英，长石与分解后的粘土颗粒，在接触位置处有共熔体的液滴生成。 此阶段伴随的物理变化有随结构水和分解气体的排除，坯体质量急速减小；密度减小，气孔增加；根据配方中粘土、石英含量的多少发生不同程度的体积变化；后期由于少量熔体的胶结作用，使坯体强度相应提高。 4、石英的晶型转变和少量液相的形成在573℃时，β-石英转变为α-石英，伴随体积膨胀0.82%，在867℃时，α-石英缓慢转变为α-鳞石英， 体积膨胀14.7%。在900℃附近，长石与石英，长石与分解后的粘土颗粒，在接触位置处有共熔体的液滴生成。除以上化学变化外，此阶段伴随的物理变化有随结构水和分解气体的排除，坯体质量急速减小；密 度减小，气孔增加；根据配方中粘土、石英含量的多少发生不同程度的体积变化；后期由于少量熔体的 胶结作用，使坯体强度相应提高。所以这一阶段可进行快速升温。决定本阶段升温速度的主要因素是窑炉的结构特点。如果窑炉的结构特点能保证工作截面上的温度 均匀分布，就可以在这阶段快速升温；如果窑炉的结构不能保证温度的均匀分布，则升温速度过快会引 起窑炉内较大的温差，使温度较低处的产品因氧化分解不够充分而进入高温成瓷期后，产生烟熏、起泡 等弊病，造成局部产品报废。因此，要适当控制升温速度，并保证窑内氧化气氛，加强通风。

8.5.1.3 高温阶段（950℃-最高烧成温度） 高温阶段也称玻化成瓷期，是烧成过程中温度最高的阶段。在本阶段坯体开始烧结，釉层开始熔化。 此阶段发生的化学变化有： 继续氧化分解及排水； 硫酸盐的分解和高价铁的还原与分解； 液相及莫来石新相的形成； 新相重结晶和坯体烧结及坯釉中间层形成。 高温阶段也称玻化成瓷期，是烧成过程中温度最高的阶段。在本阶段坯体开始烧结，釉层开始熔化。 由于各地陶瓷制品坯、釉组成和性能的不同，对烧成温度和烧成气氛的要求也不相同。其中，还原烧成 可细分为氧化保温、强还原和弱还原三个不同气氛的温度阶段。 1、氧化保温阶段坯体在氧化分解期的氧化实际上是不完全的。由于水气及其它气体产物的急剧排除，在坯体周围包 围着一层气膜，它妨碍着氧继续往坯体内部渗透，从而使坯体气孔中的沉碳难以烧尽。因此在进入还原 操作之前，必须氧化保温，以使坯体中的氧化分解反应和结构水排除进行完毕，并使窑内温度均匀，为 还原操作奠定基础。所谓氧化保温即在950-1020℃之间采取低速升温或保温操作。加强烟气接通量，提高空气过剩系数， 从而使碳素、有机物、硫化物充分氧化，碳酸盐进一步分解，残余结构水完全排除。同时，使全窑的温 差尽可能缩小，为全窑进入玻化成瓷期作好充分的准备。从氧化保温到强还原的气氛转换温度点十分重要，一般应控制在釉面始熔前150℃左右，使气体在 釉面气孔未被封闭前排出。另外，保温时间的长短取决于窑炉的结构与性能、烧成温度的高低，坯体致 密度与厚度等。若窑内温差大，烧成温度较低，升温速度快，坯体较厚，密度较大时，保温时间应延长。玻化成瓷期的最大特点是釉层玻化，坯体瓷化。正长石(K2O·A12O3·6SiO2)与石英(SiO2)、高岭石 (A12O3·2SiO2)在相平衡图上的三元最低共熔点为985℃。在坯体中由于其它熔剂杂质的存在，坯体在 750℃左右开始生成少量的液相。随着温度的升高，液相量逐渐增加，液相的表面张力使坯体内固体 颗粒靠拢，促使坯体致密化，这种玻璃物质具有熔解石英和粘土颗粒以及其它某些晶体的能力，固体 颗粒不断熔解于液相之中，并从液相中析出新的更稳定的结晶相——莫来石。上述的熔解——析晶—— 熔解——再结晶反应的不断进行，促使莫来石晶体线性地成长，交错网织成为坯胎骨架。高岭石在高温 阶段的主要反应如下：玻化成瓷期是整个烧成过程的关键。为了保证瓷器的烧成质量，往往将玻化成瓷期分成二个阶段 进行控制。 2、强还原阶段（1020-1150℃）此阶段要求气氛中CO的浓度在3%-5%，基本无过剩氧存在，空气过剩系数相应为α=0.9左右。强还原的作用主要在于使坯体中所合Fe2O3还原成FeO，后者能在较低温度下与SiO2反应，生成淡蓝 色易熔的玻璃态物质FeSiO3，改善制品的色泽，使制品呈白里泛青的玉色。再者玻璃相粘度减小促使坯 体在低温下烧结，由于液相量增加和气孔率降低相应提高坯体的透光性。强还原的另一作用是使硫酸盐物质在较低温度下分解(1080℃-1100℃)，使分解出的SO2气体在釉面 玻化前排出。而在氧化气氛中，硫酸盐的分解温度较高。此外，若坯体氧化不完全，在釉熔融后引起的 脱碳反应也将在本阶段进行。本阶段，温度应平稳上升。在控制气氛时，要严格控制游离氧的含量，使 之趋于零。一般说，将游离氧控制在o%-1%；CO在2%-4%；CO2在14%-17%，即能保证坯体充分还原。 3、弱还原阶段（1150℃-烧成温度）由于还原气氛是在窑内空气不足的情况下供给了较多的燃料形成的。燃料的不完全燃烧不仅造成燃 料的浪费，而且坯体和釉面长期处于还原气氛中还会沉积一层未燃的碳粒，导致制品“烟熏”，因此在还 原烧成操作后应换成中性气氛，但实际上中性焰难以控制。为防止低价铁的氧化使瓷器发黄，所以大多 采用弱还原焰。弱还原气氛以烟气中CO浓度为1.0%-2.5％，相应空气过剩系数约0.95为宜。强还原转为 弱还原的温度点约为l250℃。在此阶段，由于熔融长石和其他低共熔物形成的液相大量增加液相的表面张力作用，使坯体颗粒重 新排列紧密，颗粒互相胶结并填充孔隙，颗粒间距缩小，坯体逐渐致密。同时促进莫来石的生成和发育， 降低烧成温度，促进烧结。莫来石晶体长大并形成“骨架”，坯体强度增大。本阶段应注意控制升温速度，若升温过于急速，突然出现大量液相，使釉面封闭过早，易产生发泡、 发黄等缺陷。特别是对两个气氛转换点的温度应把握准确，其次应注意控制还原气氛的浓度，最后应注 意减小窑内温差。弱还原的末期应进行高火保温，使坯体内部物理化学反应进行更完全，保证组织结构均一；同时还 可以调整窑内部位的温差，使窑内温度趋于一致。玻化成瓷期的主要物理现象是收缩及致密化过程。坯体在950℃开始收缩，空坯早期收缩的主要原 因是粘土在此温度下结构被破坏，以及少量液相出现所引起的收缩。坯体在未烧之前气孔率约25-40%。 在烧结过程中，液相不断填充气孔，并把固体颗粒拉紧，使坯体致密化，显气孔率接近于零，收缩一直 进行到烧结的终点。进一步加热，瓷胎发生过烧膨胀。烧结后的瓷胎较未烧的坯体发生了约35%左右的 体积收缩或12-15%的线收缩。瓷胎的玻璃相含量可以占40-50%以上，因此，日用瓷坯体的烧结过程是 大量液相产生的过程。

烧结后的瓷胎较未烧的坯体发生了约35%左右的体积收缩或12-15%的线收缩。瓷胎的玻璃相含量可以占40-50%以上。 玻化成瓷期的主要物理现象是收缩及致密化过程。坯体在在烧结过程中，液相不断填充气孔，并把固体颗粒拉紧，使坯体致密化，气孔率急剧下降，坯体显著收缩，强度及硬度增大，坯体颜色趋白，光泽感增强，薄坯制品逐渐具半透明性。 烧结后的瓷胎较未烧的坯体发生了约35%左右的体积收缩或12-15%的线收缩。瓷胎的玻璃相含量可以占40-50%以上。 玻化成瓷期的主要物理现象是收缩及致密化过程。坯体在在烧结过程中，液相不断填充气孔，并把固体颗粒拉紧，使坯体致密化，气孔率急剧下降，坯体显著收缩，强度及硬度增大，坯体颜色趋白，光泽感增强，薄坯制品逐渐具半透明性。 烧结后的瓷胎较未烧的坯体发生了约35%左右的体积收缩或12-15%的线收缩。瓷胎的玻璃相含量可以占40-50%以上

8.5.1.4 冷却阶段(烧成温度-室温) 急冷阶段（最高烧成温度-850℃）：可进行快冷而不开裂。 缓冷阶段（850℃-400℃）：850℃以下液相开始凝固，初期凝固强度很低。573℃左右，石英晶型转化又伴有体积变化，体积收缩应力很大，应缓慢冷却，冷却速度可控制在40-70℃/h。 最终冷却阶段（400℃-室温）：一般可以快冷，降温速度可控制在100℃/h以上。 冷却阶段可细分为急冷、缓冷和最终冷却三个阶段。从最高烧成温度到850℃为急冷阶段，此时坯 体内液相还处于塑性状态，故可进行快冷而不开裂。快冷不仅可以缩短烧成周期，加快整个烧成过程， 而且还可以有效防止液相析晶和晶粒长大，以及低价铁的再度氧化，从而可以提高坯体的机械强度、白 度和釉面光泽度。冷却速度可控制在150-300℃/h。从850℃到400℃为缓冷阶段。850℃以下液相开始凝固，初期凝固强度很低。此外在573℃左右，石 英晶型转化又伴有体积变化，对于含碱和游离石英较多的坯体更要注意。因含碱高的玻璃热膨胀系数大， 加之石英晶型转变引起的体积收缩应力很大，故应缓慢冷却。冷却速度可控制在40-70℃/h，若冷却不当 将引起惊釉缺陷。从400℃到室温为最终冷却阶段，一般可以快冷，降温速度可控制在100℃/h以上。但由于温差逐渐 减小，实际上冷却速度提高将受到限制。对于含大量方石英的坯体在晶型转化区间仍应缓冷。对于采用氧化焰烧成陶瓷的场合，烧成过程较简单，关键是控制氧化分解反应应在坯釉烧结之前进 行充分，因此在950℃以上应缓慢升温，减小温差，加强通风。其他阶段和前面相同，烧成操作也较容 易控制。

8.5.2 烧成设备 陶瓷烧成设备的分类 分类方法 种类名称 操作方法 间歇式窑和连续式窑 火焰的进行方向 升焰式窑（纵焰式窑或直焰式窑）；倒焰式窑（升降焰式窑）；半倒焰式窑；平焰式窑（横焰式窑） 使用的燃料种类 柴窑；煤窑；煤气窑（瓦斯窑）；重油窑；电气窑（电热窑或电热炉，电气炉） 陶瓷种类 瓷器窑；陶器窑；缸器窑；瓦器窑等 窑炉形状 圆包窑，龙窑，方窑（多是长方形），阶梯窑（登窑）等 原始陶器一般就地取土,质地粗糙，平地堆烧而成，大致烧成温度在700°C左右。 烧成陶瓷的热工设备是窑炉，陶瓷窑炉种类很多，可从不同角度进行分类，见表8-1

1、龙窑 主要分布于我国南方地区。 以粘土、砖或砖坯依倾斜的山坡构筑而成，由下自上，呈长条形，象龙蛇状，故名龙窑，也称蛇窑、蜈蚣窑。 窑室分窑头、窑床、窑尾三部分。 龙窑焰抽力大，升温快，同时装烧面积大，产量高。 龙窑使用时间：商周以降，明清至今。

龙窑优点 ⑴建筑方便，装烧量大，产量高； ⑵温度升降速度快，容易维持还原气氛，适合于焙烧胎体薄，高温下粘度小的石灰釉瓷器。龙窑是青瓷的摇篮。

五百年未断火的龙窑 —广东佛山南风古灶

2、登窑 也称阶级窑，阶梯窑，由龙窑演化而来。依附山的坡度，由下往上，建造一个个倒焰式窑，连接成一体，形成梯状。 优点：利用了余热，充分提高了热效率，同时也缩减了烧制时间，窑的规模有4-7室，最多可达20室。 主要由窑室、燃烧室和烟囱三部分组成。

登窑

3、柴窑 景德镇柴窑

4、圆窑 也称煤窑，窑顶呈半球体，窑身呈圆柱体。 沿着圆形开有两个对称窑门，周围设有多个燃烧口，是间歇式烧成。 制品需装入匣体内，然后入窑，罗叠成柱状，封住窑门后烧制。 煤烧圆窑耗煤量大，烧成时间长，劳动强度大，质量不易控制，尤其是冒出的浓烟，危害性大，现在已经逐步淘汰。

煤烧圆窑

5、电炉 以电为能源，低温800度左右常用电热丝，而烧制1100度以上，则采用硅碳棒导热。 普通电炉适合于800度左右釉面彩饰的烧烤。

6、隧道窑 窑体呈隧道状，铺有运行铁轨，陶瓷制品装在窑车上，窑车连续进入，经过预热区、烧成区、冷却区，然后出窑。 隧道中部烧成区两侧设有数个点火口。连续烧制，最适合产业陶瓷的大批量生产。

隧道窑

隧道窑入口

7、辊道窑 近年发展起来的快烧陶瓷工业窑炉，是靠链轮和螺旋齿轮传动，辊棒输送制品，达到全自动化，燃料为柴油或煤气。 耗能比传统窑炉低，在实现快烧的基础上，也保证了质量和产量的提高。 最长的辊道窑达到了80米，主要用于建筑陶瓷烧制。

辊道窑

8、梭式窑 以燃气烧制陶瓷的窑炉，近十年来得到广泛普及，摆脱了传统的装匣烧成，实行了裸烧工艺，成品质量提高，减少了污染，对于品种多，小批量烧成的制品尤其适合。 给陶瓷作坊、个人陶艺工作室、工艺实验室带来了生机，取得了烧成条件的突破。

梭式窑

9、锦炉 成瓷的釉面彩饰后，烧烤釉面色料，使之成熟，光洁，不退落，以前多用木柴和木炭做燃料，窑分为外窑、内窑，作品不直接接触火焰。 现在都采用电燃的锦炉，作品直接裸烧。 炉有圆形、方形。有翻盖的，拉门的操作方法。

锦炉

第三节 现代科技手段 在陶瓷中的应用 断代：释光仪和磁学断代仪。 物相或显微结构：体视显微镜、偏光显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热分析仪、核磁共振仪及质谱仪等。 成分：电子自选共振波谱仪、拉曼光谱仪、X射线荧光仪、原子吸收光谱、等离子体发射光谱仪、中子活化仪、红外光谱仪及穆斯堡尔谱仪等。

1、热释光 固体在受辐射作用后积蓄的能量在加热过程中以光的形成释放出来的一种物理现象。 陶瓷晶体长期受到来自于自然环境和陶瓷本身所含的微少的放射性杂质（如铀、钍和钾40等）的核辐射，放射性剂量相对恒定，因此热释光的强度便和受辐时间的长短成正比。 在陶瓷的烧制过程中原始的热释光能量都会因高温而全部释放掉，所以最后所测量得到的信号，与陶瓷的烧制年代成正比。

应用：鉴定“元”青花云龙纹象耳瓶 1998年1月，上海博物馆文物保护与考古实验室为一位澳大利亚华侨带回国内的据称是元代的两件青花云龙纹象耳瓶和一件明代的五彩小瓷碗作了热释光年代测定。 经测定分析，五彩小瓷碗年龄为407年，也就是说小瓷碗的烧纸年代为距今400年左右，误差20%（一个标准偏差）。

应用：鉴定“元”青花云龙纹象耳瓶 而青花云龙纹象耳瓶的年龄分别为17年和23年，考虑到这两个青花云龙纹象耳瓶的热释光灵敏度都很低，故得到的年龄误差会大些，但最大也不会超过距今100年，由此判断象耳瓶不是元代而是近现代的仿制品。

2、偏光显微镜 凡具有双折射的物质，在偏光显微镜下就能分辨清楚，放大倍数一般为40～400不等。 特点：将普通光改变为偏光进行镜检的方法，以鉴别某一物质是单折射（各向同行）或双折射性（各向异性）。 在考古领域中，偏光显微镜可用来对古代颜料、丝绸、陶瓷等各类文物的鉴定。

3、扫描电子显微镜（SEM） 基于聚焦电子束与试样相互作用，产生随试样表面形貌而变化的二次电子，从而得到反映试样表面形貌的二次电子像。 扫描电镜可以对样品进行图像观察和晶体结构分析，可以研究陶瓷的表面形状、晶粒大小及相互结合的状况以及内气孔的形状分布、玻璃化程度并进而推断烧结温度。

浙江龙泉南宋哥窑和弟窑瓷片 偏光照片

胎内石英颗粒和莫来石晶体分布比较均匀,石英颗粒大部分都在20 微米以下,证明当时对坯泥的捏练方面还是很细致的,并且这种分布对于提高坯体的机械强度有一定的好处。 釉:内含有5～10 %肉眼不易看到的小而均匀的气泡,气泡大小大部分都在0. 01～0. 05 毫米之间,并发现含有5 %左右均匀分布的石英晶体。这也可推知南宋青瓷釉料的粘度较大,粉青产品的烧成温度较低,并可说明釉的光泽为什么有柔和的表现。

4、X射线衍射仪(XRD) X射线通过晶体时会发生衍射效应，利用这一特性来确定物质的物相结构的方法，称为X射线物相分析法，简称X射线衍射。 通过对衍射现象进行分析，就可以获得陶瓷（胎土、釉层）有关构成物质的原子的排列、化合物的形态、结晶物质的物相的信息资料。

杭州凤凰山麓老虎洞窑出土瓷片XRD图谱 胎 釉

5、拉曼光谱 拉曼光谱学基于光与物质相互作用的特性，是一种基于非弹性光散射（即入射光光子分子之间发生能量交换，光子改变运动方向和频率）的无损伤探测方法。 每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱，因此可以用于表征物质。

唐实际寺遗址（样品1）和双墩遗址（样品2）的两件陶片的陶衣 光谱 样品1表面 样品1断面 样品2表面 样品2断面

通过拉曼特征峰分析，得知样品1表面黑色陶衣的显色物质为炭黑；样品2内表下部黑色斑状物的显色物质亦为炭黑，红色陶衣中显色物质为赤铁矿。

6、红外光谱 红外光是一种波长介于可见光和无线电波之间的电磁波，波长在0.75微米～1000微米。 如果用红外线对标本照射，标本便会产生红外吸收光谱。 而红外光谱被吸收的特征频率取决于被照射样品的化学成分和内部结构，由此根据物质的红外光谱图便可以确定其化合物组成信息。

红外光谱的特点 优点：由红外光谱原理可知该法最大的特点是它的“指纹”性特征；其次是灵敏度高，测量时间短，近于无损的检测。还有，样品量少且不受状态限制。 局限性：红外光谱分析技术在定量分析方面还不够灵敏，只是用于做主要成分的分析，对微量杂质的分析有一定的困难。对复杂的未知的物相分析和结构的鉴定，它只能提供有关基团的结构信息。因此，需要与其它实验技术结合，相互验证才能得到圆满的实验结果。

隧道窑 隧道窑一般是一条长的直线型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在窑的中部两侧，坯体装在铺有耐火材料的窑车上，在与高温气流逆向运行的过程中，经预热、烧成、冷却三带，完成一系列物理化学变化推出窑外。 一、隧道窑隧道窑是陶瓷窑炉中较先进的窑型，种类较多，应用广泛。隧道窑一般是一条长的直线型隧道，其 两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在窑的中部两侧，坯体装 在铺有耐火材料的窑车上，在与高温气流逆向运行的过程中，经预热、烧成、冷却三带，完成一系列物 理化学变化推出窑外。它与传统倒焰窑相比有下列优点：(1)烧成带位置固定且连续烧成，窑内各部位温度保持稳定，窑体不必承受急冷急热的冲击，窑体使 用寿命长；(2)气流与制品逆向移动，可利用烟气和余热来预热制品。热利用率高，单位产品燃料消耗少；(3)连续作业，周期短，产最大，质量高；(4)改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。但是建窑时所需材料设备较多，一次性投资大，烧成制度不能随意改动。一般只适用于大量生产和 对烧成制度要求基本相同的制品，生产灵活性差，窑内上下温差大，设备维修和管理工作量大。

窑车 特点：窑体使用寿命长；热利用率高，单位产品燃料消耗少；连续作业，周期短，产最大，质量高；改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。 投资大，烧成制度不能随意改动。一般只适用于大量生产和对烧成制度要求基本相同的制品，生产灵活性差，窑内上下温差大，设备维修和管理工作量大。 特点：窑体使用寿命长；热利用率高，单位产品燃料消耗少；连续作业，周期短，产最大，质量高；改善了操作人员的劳动条件，减轻了劳动强度。 投资大，烧成制度不能随意改动。一般只适用于大量生产和对烧成制度要求基本相同的制品，生产灵活性差，窑内上下温差大，设备维修和管理工作量大。 窑车

辊道窑 也称辊底窑、缝式窑，是一种不用窑车的隧道窑，其最突出的特点是用许多平行排列的转动的辊子组成的辊道来代替窑车作为烧制坯件的运载工具。坯件可直接放在辊道上，也可放在热垫板上。传动系统使辊子转动，被烧制的坯件则沿通道向前移动，经预热、烧成、冷却三带出窑 。 辊道窑也称辊底窑、缝式窑，是一种不用窑车的隧道窑，其最突出的特点是用许多平行排列的转动 的辊子组成的辊道来代替窑车作为烧制坯件的运载工具。坯件可直接放在辊道上，也可放在热垫板上。 传动系统使辊子转动，被烧制的坯件则沿通道向前移动，经预热、烧成、冷却三带出窑。辊道窑具有许多普通隧道窑所没有的优点：升温快，温度分布均匀，便于控制上下温差一般不超过 5℃；能保证正确的烧成制度，适合快速烧成，易于实现烧成工序机械化和自动化；辊道窑不必用蓄热量 大的窑车，热耗量大大降低，操作简单，有利于提高产量质量，降低成本；占地面积小，投资少。但只 适合于烧制扁平、小型制品。目前辊道窑的发展趋势一是向高温、宽截面、大型方向发展；二是研制能 满足要求的材质(特别是棍子材质)，烧嘴和自控系统；三是设法降低造价。

升温快，温度分布均匀，便于控制上下温差一般不超过5℃；能保证正确的烧成制度，适合快速烧成，易于实现烧成工序机械化和自动化；辊道窑不必用蓄热量大的窑车，热耗量大大降低，操作简单，有利于提高产量质量，降低成本；占地面积小，投资少。 只适合于烧制扁平、小型制品。 升温快，温度分布均匀，便于控制上下温差一般不超过5℃；能保证正确的烧成制度，适合快速烧成，易于实现烧成工序机械化和自动化；辊道窑不必用蓄热量大的窑车，热耗量大大降低，操作简单，有利于提高产量质量，降低成本；占地面积小，投资少。 只适合于烧制扁平、小型制品。 辊子

梭式窑 又称为车底窑、往复窑、抽屉窑。由窑底和窑车两部分组成，是一种窑底活动而窑墙窑顶固定不动的倒焰窑。活动的窑底车上码装制品后沿轨道推入窑体内进行烧成，烧成的制品经冷却至适当温度后随窑车被拉出来，窑车的运动如同织布机上梭子，故称梭式窑。 梭式窑是一种现代化的间歇式窑，又称为车底窑、往复窑、抽屉窑。结构与隧道窑的烧成带相近， 由窑底和窑车两部分组成，是一种窑底活动而窑墙窑顶固定不动的倒焰窑。窑车上砌有吸火孔、支烟道、 并和主烟道连接。活动的窑底车上码装制品后沿轨道推入窑体内进行烧成，烧成的制品经冷却至适当温 度后随窑车被拉出来，窑车的运动如同织布机上梭子，故称梭式窑。这种窑烧成制度可灵活调节，每个 窑体可配备一个以上的活动窑车，以提高窑的周转率。窑内温差小，燃料消耗较低，装出窑方便。这种 窑如采用高速等温喷嘴则可用于快速烧成。

罩式窑 又称钟罩式窑罩、顶帽窑，其外形像钟罩，窑底固定而窑顶和窑墙做成一体，利用起重设备移动或降落在窑底座上。制品烧成并经冷却后，将“钟罩”吊起，移至另一个已经码好坯体的窑底座上，进行另一窑的烧成操作。主要用来烧成各种特种陶瓷制品。 二、罩式窑罩式窑又称钟罩式窑罩、顶帽窑，其外形像钟罩，窑底固定而窑顶和窑墙做成一体，利用起重设备 移动或降落在窑底座上。底座上有吸火孔，下有支烟道和主烟道。沿窑周围不同高度上安装有高速等温 喷嘴，制品烧成并经冷却后，将“钟罩”吊起，移至另一个已经码好坯体的窑底座上，进行另一窑的烧成 操作。钟罩式窑窑墙、窑顶可以单独吊起，根据需要可灵活调节高度。同时，改善了装出窑的劳动条件， 使窑炉周转率提高。主要用来烧成各种特种陶瓷制品。

窑炉设备图片 辊道窑入口 中洲辊道窑

自动回车线 隧道窑拖车

隧道窑内部 隧道窑窑车

梭式窑 梭式窑内部