影响陶瓷坯体烧结的因素分析

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1、万方数据第16卷第4期2001年12月陶瓷研究CERAMICSTUDIESJOURNALV01．16No．4Dec．2001影响陶瓷坯体烧结的因素分析乐福新(江西省陶瓷研究所，景德镇，333001)摘要：从理论和实践两个方面阐述了原料颗粒度、添加剂的引入、烧成气氛、压力、温度与时间、烧结相生质等因素对坯体烧结的影响，并对诸因素进行了定性或定量分析。关键词：坯体烧结；因素影响中图分类号：TQl74．6"51文献标识码：A文章编号：1000-9892(2001)04-0015—031前言陶瓷坯体烧结，是陶瓷生产中的重要工序。坯

2、体的高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到完全致密程度的瓷化现象，此过程为烧结，并分为三个阶段。坯体中的颗粒彼此靠近，空隙缩小至颗粒间充分接触，将孔隙全部封闭在气孔中的气体被压缩到最小限度，从而得到充分致密的烧结体。整个过程存在多种变化和反应，影响这些现象的因素很多。本文将从以下几个主要方面加以分析。2分析与探讨2．1原料颗粒度的影响对于陶瓷坯体而言，适当配合大、中、小颗粒，可以使坯体形成紧密的结构，颗粒间接触面积大，有利于质点的扩散，颗粒形状复杂，表面粗糙，有利于烧结。根据试验结果证明，MgO的粒

3、径为20微米以上时，即使在1400℃温度下理论密度达70％以上，也不发生烧结，粒径在20微米以下，温度为1000℃时，便以相当快的速度进行烧结。由此而言，原料颗粒越细，收缩越大，越能促进烧结，但粒度超过3微米时，对烧结的影响不太大(见图1)+收稿日期：2001-09—23粒度1％)图1实验体烧成后的收缩率与粉末粒度的关系2．2添加剂的影响在配料中加入适量的添加剂可以促进坯体烧结，但其种类和数量很重要。2．21种类的影响在BeO中添]J1]CaO、SrO和Ti02则会在晶界生成液相。在Mgo中添加V20，形成了固溶体，一部分

4、生成了液相，在使Al：03烧结时，将MnO和Ti02或将CaO和Ti02一起作为添加剂加入时，比将MnO、TiO：、CuO分别单独添加时更能促进烧结。其原因是能在低温下生成共熔物。由此可见，不仅有添加剂本身单独在低温下熔融的情况，而且还有使用预先配合共熔组分来作为添加剂的情况。另外，也可使用既能成为主体的固相，也能生成共熔物那样的添加剂。即选择能在低的温底下成形并生成液相、熔融相，从而促进烧结的添加剂。当加热时产生的液相起了使用晶粒之间重新排列的媒介物的作用。万方数据·16·陶瓷研究2001年第4期液相中的扩散一般比固相中

5、的扩散快得多，可促进物质传递；另外，当有液相共存，按照不发生的溶解一沉淀等的固相烧结机理，也可促进烧结。2．2．2用量的影响添加剂的数量很关键，只有在一定数量范围才有良好的作用，否则起阻碍作用。图2所示是AL20，和CrO。的添加量与所得MgO烧结体的密度的关系曲线图。从图中可看出，添加多时，烧结体的密度比不添加时小，显然，AL20。或C内。的添加妨碍MgO的烧结。但在添加量极小范围中和不添加相比，添加时的密度大，由此可知，适量添加一点可以促进烧结。在MgO以外的烧结中，也可能看到同样的结果。添加剂量(t001％)图2添加

6、量与烧结体密度关系曲线2．3烧成气氛的影响在烧结的低温或中温(约10000C以前)阶段需要强氧化气氛，以利于排除坯内水分和使碳盐分解。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(CaC03)，白云石(MgC03·CaCO，)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，不然将会引起坯泡等缺陷。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800～9000

7、C才停止。粘土中夹杂的碳化物在800℃左右被氧化完毕。在烧结高温期要求还原气氛，因为这样有利于硫酸盐分解。若在氧化气氛中，硫酸盐要到1200—1250'12才开始分解，从产品质量出发，要求釉熔化前，将硫酸分解产生的气体从坯体中排除干净，否则会造成“釉泡”等缺陷，在此阶段需采用还原气氛才能满足这一要求。另外，在还原气氛中可以将高价铁还原为低价铁，从而提高白度，因为Fe3+呈红色，Fe2+呈青色，F2+在瓷胎中均匀分布可使瓷体呈青白色，并和碱金属化物或碱上金属的氧化物和石英生成低共熔物，有利于液相生成，可促进坯体致密化。例如K

8、20·FeO·3SiO：(熔点在9000C±10℃)。在烧结后期，釉层基本玻化，封闭了瓷胎的表面，坯体瓷化，莫来石不断从液相中析出并长大。按理论上来说可以采取中性气氛，但是，为了防止铁的重新氧化，应采取弱还原气氛。2．4压力的影响成形时压力越大，越有利于烧结，当形成压力提高到某一数值时，成形坯体的密度增