仿骨質瓷一次快速燒成

摘要近年來，潮州楓溪生產的仿骨質瓷在1 250℃下氧化燒成，是一種軟質長石質瓷，透光性好、光澤柔和，深受國內外客戶的喜愛，產量已占整個日用瓷產量的一半，每年達到1.5億件以上。本文根據仿骨質瓷的特點，就如何實現一次快速燒成進行了試驗和綜合分析。

關鍵詞仿骨質瓷，一次快燒，綜合分析

1前言

實現陶瓷制品的快速燒成，是陶瓷技術人員研究的重要項目之一?？焖贌删哂袩芍芷诙獭⒐澞艿葍烖c。但大部分的國內陶瓷企業，由于受到原料配方、產品器型和窯爐設備等諸多條件的制約，很少能實現真正意義上的快速燒成。

仿骨質瓷在傳統窯爐中，燒成周期往往需要15h以上，而在一次燒成時還會產生較多的缺陷。要把燒成周期縮短至8h以內，實現真正意義上的一次快速燒成，必須從原料選用、坯釉配方、成形、干燥、燒成制度和窯爐設計等方面作綜合協調。

2綜合試驗和分析

2.1 仿骨質瓷原料配方及工藝

2.1.1 楓溪仿骨質瓷的原料及配方

合理的原料和坯料配方，是實現一次快燒的基礎。特別要注意泥料配方中，應盡量減少800℃以上才緩慢分解的組分含量，如CaCO₃、Fe2O₃、CaSO₄等；顆粒結構配備要合理，才能使坯體在燒制過程中有合理的體積變化，燒后有理想的顯微結構。此外，坯料的顆粒級配也影響到燒成質量：顆粒級配不合理將使坯體密度小、氣孔多，不利于坯體的快速燒成。

在表1中，#1和#2配方通過引入熟滑石，把MgO含量提高到2%左右，能有效提高產品在高溫下的粘度和熱穩定性，減少產品快速燒成時出現開裂的現象。

此外，原料的選擇還應注意灼減量要小，易于燒結成瓷。

快速燒成對釉料的性能要求較高，由于釉要在很短的時間內熔融成熟，所以要適當降低釉的熔融溫度，因此熔劑含量較高，但這樣往往會造成釉的膨脹系數大于坯，引起釉面龜裂。在快燒中，要解決這個問題，就必須設法提高釉的彈性系數，因為釉的彈性大，即使釉的膨脹系數大于坯，也不易引起釉面龜裂。提高釉的彈性有兩個方法：一個是在釉料中加入2.5%的氧化鋅，這樣對釉的機械性能、化學性能、釉層彈性、熱穩定性和光澤度都能起到積極的作用；二是坯體在施釉時，控制釉層的厚度在0.3mm以下，因為薄釉層的彈性比厚釉層大。釉料的配方和化學成分見表4、表5。

2.1.2仿骨質瓷的生產工藝

仿骨質瓷的生產工藝流程如上圖所示。由圖可以看出，仿骨質瓷的生產工藝流程與南方產區其它瓷器的生產工藝流程基本相同，但從配方的性質看，有其自身的特點。要實現一次快速燒成，應從坯釉配方、坯體成形到燒成進行全面分析，才能制訂出一次快燒的有效措施。

2.2 產品器型的設計要求

產品的器型設計對一次快燒也很重要。設計器型要厚薄勻稱，盡量避免線條及角度的驟變，這樣才能最大限度減少應力的集中。由于仿骨質瓷生坯強度一般要比1350℃下燒成的硬質長石質瓷差，在一次快燒時，如果器型唇口太薄，會出現唇口薄釉或“吃釉”現象，造成“粗口”。所以器型設計，要注意唇口厚薄適中，盡量有圓滑感。

2.3 熱工分析

2.3.1 坯體合理干燥

坯體進窯前要合理干燥，控制坯體水分在2%以下。

因為坯體在干燥排除水分時，會伴隨較大的體積收縮。按照仿骨質瓷的組織結構，從含水率22%干燥至含水率2%，坯體的體積收縮約7.5%。所以坯體入窯前應有盡量低的含水率，以便在燒成初期可以承受較快的升溫速度。

2.3.2窯爐的設計及窯具材料的選用

在潮州產區，不管是隧道窯或是梭式窯，都采用液化石油氣為燃料，這為明焰快燒提供了有利條件。窯爐設計時應注意兩點：一是窯墻和拱壁要薄、窯車輕巧、隔熱性能好。如果窯的內襯采用性能優良的多晶硅酸鋁纖維棉粘貼，能大大減少窯體的蓄熱、增強熱輻射能力；二是窯腔截面不宜過大，以1m2左右為宜，以免因窯腔過寬或過高造成溫差增大。

2.3.3 加熱方式

陶瓷制品在燒成時，熱量從表面傳導到中心。由于制品有一定厚度，所以制品的表面與內部存在著溫差。如果制品在燒成時，采用雙面加熱，坯體的加熱深度比單面加熱可減少一半[3]。因此，我們在承載制品的碳化硅板上均勻鉆Φ6mm的通孔，這樣既不影響產品的裝燒質量，又能達到制品雙面加熱的目的。

2.3.4合理選用燃燒器

在燒成過程中，能量的需求可通過熱平衡計算求出，但快速燒成要求制品在短時間內完成燒成，所以應該加快和加大熱量的供給，才能滿足快速燒成的要求[4]，這就涉及到燃燒器的合理選用和分布。我們采用北京神霧牌燃燒器，使用效果良好。

2.3.5產品均勻受熱

制品是由窯腔內的熱量對其加熱，如果加熱過程不均勻，將大大制約燒成時間。在隧道窯的預熱帶和燒成帶，或梭式窯的窯車與窯墻的結合處，會不同程度地漏入冷風。由于冷熱氣體密度的不同而造成窯內氣體分層，致使窯腔橫截面溫度不均勻，制品受熱不均勻。為解決上述問題，應采用各種密封措施，防止冷風漏入和熱氣體分層，使制品表面的熱流密度分布理想。

2.3.6 制訂合理的燒成制度

陶瓷制品的燒成是一個復雜的物理-化學變化過程。在快速燒成時，由于各種變化過程的加速進行，要達到像傳統燒成方法一樣各種反應進行得較完全，就必須合理制訂燒成制度并予以嚴格控制。

（1） 溫度制度的制訂

在快速燒成的情況下，由于升溫快，往往出現前一階段的反應尚未完成，溫度就已經升高，所以在較低溫進行的反應被帶到更高的溫度下完成，出現了滯后現象。

表1和表2的#1、#2配方中，飛天燕高嶺土和龍巖高嶺土，均屬于多水高嶺土，結晶水的排除由450～650℃延至600～750℃完成，其它有機物、鹽類的氧化分解反應，也都不同程度地滯后。這在制訂升溫制度時應充分考慮。

在窯內寬為1m、高為0.84m的燃氣隧道窯中，坯體入窯水分為1.8%的情況下，測得本實驗配方的坯體各階段所允許的升溫速率，如表6所示。

（2） 氣氛制度的制訂

仿骨質瓷的燒成過程是在氧化氣氛下完成。但由于坯料中含有一定量的有機物和炭素，要使其氧化完全，就應有足夠濃的氧化氣氛。但每一個反應，均在一定的時間和溫度區間完成，合理控制各階段的空氣過剩系數非常重要：在低溫階段，對氣氛沒有特殊要求；不管是隧道窯或其它間歇式窯，在500℃下空氣過剩系數不宜過大，否則影響升溫速度；在500～1050℃區間，各類氧化分解反應從弱到強，所以在此溫度區間氧含量應增加，確保反應迅速和完全；在1050～1250℃溫度區間，坯體的內部顯微結構產生大的變化，顆粒之間的距離拉近，液相大量生成，二次莫來石開始形成，此時由于坯體收縮劇烈，除升溫不宜太快外，含氧量也無須過大，否則會影響升溫，產生溫差。

以液化石油氣為燃料，仿骨質瓷各溫度區間空氣過剩系數控制見表7。

（3） 壓力制度的制訂

窯內合理的壓力制度是實現溫度制度和氣氛制度的保證。仿骨質瓷是氧化焰燒成，所以窯內自始至終處于負壓狀態。在隧道窯中，主要是通過控制總煙道閘板和排煙孔小閘板來調控抽力；控制好各道氣幕和余熱風機的風量、風壓以及燃燒器的燃燒量。表7為各溫度區間所要求的空氣過剩系數值，它主要是通過控制窯內相應各段負壓值來實現。在梭式窯等間歇式窯中，則通過控制煙囟抽力和供氣量來控制窯內負壓。不管什么窯型，壓力制度一經調試確定，就應力求穩定，這樣才能保證溫度制度和氣氛制度的實現。

2.3.7 智能模糊邏輯調控器的應用

隨著新型材料的應用，陶瓷窯爐的結構也發生了變化，尤其是適應民營企業生產的小截面燃氣隧道窯，具有壁薄、節能、截面溫差小、升溫快等特點，為陶瓷產品的快速燒成提供了很好的窯爐設備。但在實際生產中，經常會受到天氣、燃料、電力、人工操作等不穩定因素的影響，造成燒成過程和燒成質量的不穩定。如果采用KC21型智能模糊邏輯調控器，即可根據產品的類別，制定出幾種不同的燒成制度輸入電腦中，電腦能根據編程，對溫度壓力進行實時檢測，同時對檢測結果與標準燒成制度進行比較。若出現偏差，調控電腦就會通過各類執行器，對氣閥、風閥、閘板等實施調節，這樣就能實現時間、溫度、能源供給的同步，同時該調控電腦具有儲存功能，通過打印機打印出整個燒成過程的時間、溫度、壓力、供氣等運行曲線，供操作人員比較和分析。所以配置KC21型智能模糊邏輯調控器，能保證燒成制度的實現，從而為快速燒成提供了很好的條件。

我們在配置了KC21型智能模糊邏輯調控器的5m3燃氣梭式窯中，對仿骨質瓷進行了一次快燒的試驗，產品質量與傳統燒成方法的產品比較見表8。從表8中可以看出，實現仿骨質瓷的一次快燒，不但燒成時間大為縮短，產品質量也有所提高。

3 結論

(1) 實現陶瓷制品的快速燒成，應該抓好坯體生產的基礎工作和窯爐燒成制度兩個方面。根據各種瓷質、各類器型的特點，制訂出相應的工藝標準和工藝流程并嚴格執行；

（2） 采用新技術和新材料、加強窯內熱量的供給、加強對制品的熱對流和熱輻射，是實現快速燒成的有效措施；

（3） 配置調控電腦，實現對快燒全過程的自動控制，為實現快速燒成提供了保證；

（4） 仿骨質瓷在氧化焰中燒成，窯內的負壓狀態常造成料垛下部溫度偏低，所以控制好窯內各段的壓力和空氣過剩系數，顯得很重要；

（5） 仿骨質瓷選用的高嶺土含雜質越少越好。按照表1中#1和#2配方，坯體的干燥線收縮與燒成線收縮之和達到17%～17.5%，且生坯強度偏小，這些都對實現快速燒成有一定影響。對如何改進配方，還應進一步研究。

參考文獻

1 吳清仁，文壁璇，曾令可.成型工藝條件對彩釉磚坯件導熱系數的影響[J].廣東陶瓷，1991.1，2～3

2 契津斯基.陶瓷原料與制品干燥[M].北京:中國建筑工業出版社，1980，3～5

3 吳曉東.陶瓷器的低溫快速燒成[J]，建材技術-陶瓷，1980，1，6～7

4 高力明.關于快速燒成陶瓷窯爐熱源的能量供給問題的討論[C]，全國陶瓷裝備與技術學術會議，重慶，1996