摘要近年來(lái)，潮州楓溪生產(chǎn)的仿骨質(zhì)瓷在1 250℃下氧化燒成，是一種軟質(zhì)長(zhǎng)石質(zhì)瓷，透光性好、光澤柔和，深受?chē)?guó)內(nèi)外客戶(hù)的喜愛(ài)，產(chǎn)量已占整個(gè)日用瓷產(chǎn)量的一半，每年達(dá)到1.5億件以上。本文根據(jù)仿骨質(zhì)瓷的特點(diǎn)，就如何實(shí)現(xiàn)一次快速燒成進(jìn)行了試驗(yàn)和綜合分析。

關(guān)鍵詞仿骨質(zhì)瓷，一次快燒，綜合分析

1前言

實(shí)現(xiàn)陶瓷制品的快速燒成，是陶瓷技術(shù)人員研究的重要項(xiàng)目之一?？焖贌删哂袩芍芷诙獭⒐?jié)能等優(yōu)點(diǎn)。但大部分的國(guó)內(nèi)陶瓷企業(yè)，由于受到原料配方、產(chǎn)品器型和窯爐設(shè)備等諸多條件的制約，很少能實(shí)現(xiàn)真正意義上的快速燒成。

仿骨質(zhì)瓷在傳統(tǒng)窯爐中，燒成周期往往需要15h以上，而在一次燒成時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較多的缺陷。要把燒成周期縮短至8h以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)等方面作綜合協(xié)調(diào)。

2綜合試驗(yàn)和分析

2.1 仿骨質(zhì)瓷原料配方及工藝

2.1.1 楓溪仿骨質(zhì)瓷的原料及配方

合理的原料和坯料配方，是實(shí)現(xiàn)一次快燒的基礎(chǔ)。特別要注意泥料配方中，應(yīng)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(jié)構(gòu)配備要合理，才能使坯體在燒制過(guò)程中有合理的體積變化，燒后有理想的顯微結(jié)構(gòu)。此外，坯料的顆粒級(jí)配也影響到燒成質(zhì)量：顆粒級(jí)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(guò)引入熟滑石，把MgO含量提高到2%左右，能有效提高產(chǎn)品在高溫下的粘度和熱穩(wěn)定性，減少產(chǎn)品快速燒成時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。

此外，原料的選擇還應(yīng)注意灼減量要小，易于燒結(jié)成瓷。

快速燒成對(duì)釉料的性能要求較高，由于釉要在很短的時(shí)間內(nèi)熔融成熟，所以要適當(dāng)降低釉的熔融溫度，因此熔劑含量較高，但這樣往往會(huì)造成釉的膨脹系數(shù)大于坯，引起釉面龜裂。在快燒中，要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須設(shè)法提高釉的彈性系數(shù)，因?yàn)橛缘膹椥源螅词褂缘呐蛎浵禂?shù)大于坯，也不易引起釉面龜裂。提高釉的彈性有兩個(gè)方法：一個(gè)是在釉料中加入2.5%的氧化鋅，這樣對(duì)釉的機(jī)械性能、化學(xué)性能、釉層彈性、熱穩(wěn)定性和光澤度都能起到積極的作用；二是坯體在施釉時(shí)，控制釉層的厚度在0.3mm以下，因?yàn)楸∮詫拥膹椥员群裼詫哟?。釉料的配方和化學(xué)成分見(jiàn)表4、表5。

2.1.2仿骨質(zhì)瓷的生產(chǎn)工藝

仿骨質(zhì)瓷的生產(chǎn)工藝流程如上圖所示。由圖可以看出，仿骨質(zhì)瓷的生產(chǎn)工藝流程與南方產(chǎn)區(qū)其它瓷器的生產(chǎn)工藝流程基本相同，但從配方的性質(zhì)看，有其自身的特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)一次快速燒成，應(yīng)從坯釉配方、坯體成形到燒成進(jìn)行全面分析，才能制訂出一次快燒的有效措施。

2.2 產(chǎn)品器型的設(shè)計(jì)要求

產(chǎn)品的器型設(shè)計(jì)對(duì)一次快燒也很重要。設(shè)計(jì)器型要厚薄勻稱(chēng)，盡量避免線條及角度的驟變，這樣才能最大限度減少應(yīng)力的集中。由于仿骨質(zhì)瓷生坯強(qiáng)度一般要比1350℃下燒成的硬質(zhì)長(zhǎng)石質(zhì)瓷差，在一次快燒時(shí)，如果器型唇口太薄，會(huì)出現(xiàn)唇口薄釉或“吃釉”現(xiàn)象，造成“粗口”。所以器型設(shè)計(jì)，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(jìn)窯前要合理干燥，控制坯體水分在2%以下。

因?yàn)榕黧w在干燥排除水分時(shí)，會(huì)伴隨較大的體積收縮。按照仿骨質(zhì)瓷的組織結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(shè)計(jì)及窯具材料的選用

在潮州產(chǎn)區(qū)，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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是窯墻和拱壁要薄、窯車(chē)輕巧、隔熱性能好。如果窯的內(nèi)襯采用性能優(yōu)良的多晶硅酸鋁纖維棉粘貼，能大大減少窯體的蓄熱、增強(qiáng)熱輻射能力；二是窯腔截面不宜過(guò)大，以1m2左右為宜，以免因窯腔過(guò)寬或過(guò)高造成溫差增大。

2.3.3 加熱方式

陶瓷制品在燒成時(shí)，熱量從表面?zhèn)鲗?dǎo)到中心。由于制品有一定厚度，所以制品的表面與內(nèi)部存在著溫差。如果制品在燒成時(shí)，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?cè)诔休d制品的碳化硅板上均勻鉆Φ6mm的通孔，這樣既不影響產(chǎn)品的裝燒質(zhì)量，又能達(dá)到制品雙面加熱的目的。

2.3.4合理選用燃燒器

在燒成過(guò)程中，能量的需求可通過(guò)熱平衡計(jì)算求出，但快速燒成要求制品在短時(shí)間內(nèi)完成燒成，所以應(yīng)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(chǎn)品均勻受熱

制品是由窯腔內(nèi)的熱量對(duì)其加熱，如果加熱過(guò)程不均勻，將大大制約燒成時(shí)間。在隧道窯的預(yù)熱帶和燒成帶，或梭式窯的窯車(chē)與窯墻的結(jié)合處，會(huì)不同程度地漏入冷風(fēng)。由于冷熱氣體密度的不同而造成窯內(nèi)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(wèn)題，應(yīng)采用各種密封措施，防止冷風(fēng)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(gè)復(fù)雜的物理-化學(xué)變化過(guò)程。在快速燒成時(shí)，由于各種變化過(guò)程的加速進(jìn)行，要達(dá)到像傳統(tǒng)燒成方法一樣各種反應(yīng)進(jìn)行得較完全，就必須合理制訂燒成制度并予以嚴(yán)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(xiàn)前一階段的反應(yīng)尚未完成，溫度就已經(jīng)升高，所以在較低溫進(jìn)行的反應(yīng)被帶到更高的溫度下完成，出現(xiàn)了滯后現(xiàn)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(jié)晶水的排除由450～650℃延至600～750℃完成，其它有機(jī)物、鹽類(lèi)的氧化分解反應(yīng)，也都不同程度地滯后。這在制訂升溫制度時(shí)應(yīng)充分考慮。

在窯內(nèi)寬為1m、高為0.84m的燃?xì)馑淼栏G中，坯體入窯水分為1.8%的情況下，測(cè)得本實(shí)驗(yàn)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(zhì)瓷的燒成過(guò)程是在氧化氣氛下完成。但由于坯料中含有一定量的有機(jī)物和炭素，要使其氧化完全，就應(yīng)有足夠濃的氧化氣氛。但每一個(gè)反應(yīng)，均在一定的時(shí)間和溫度區(qū)間完成，合理控制各階段的空氣過(guò)剩系數(shù)非常重要：在低溫階段，對(duì)氣氛沒(méi)有特殊要求；不管是隧道窯或其它間歇式窯，在500℃下空氣過(guò)剩系數(shù)不宜過(guò)大，否則影響升溫速度；在500～1050℃區(qū)間，各類(lèi)氧化分解反應(yīng)從弱到強(qiáng)，所以在此溫度區(qū)間氧含量應(yīng)增加，確保反應(yīng)迅速和完全；在1050～1250℃溫度區(qū)間，坯體的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變化，顆粒之間的距離拉近，液相大量生成，二次莫來(lái)石開(kāi)始形成，此時(shí)由于坯體收縮劇烈，除升溫不宜太快外，含氧量也無(wú)須過(guò)大，否則會(huì)影響升溫，產(chǎn)生溫差。

以液化石油氣為燃料，仿骨質(zhì)瓷各溫度區(qū)間空氣過(guò)剩系數(shù)控制見(jiàn)表7。

（3） 壓力制度的制訂

窯內(nèi)合理的壓力制度是實(shí)現(xiàn)溫度制度和氣氛制度的保證。仿骨質(zhì)瓷是氧化焰燒成，所以窯內(nèi)自始至終處于負(fù)壓狀態(tài)。在隧道窯中，主要是通過(guò)控制總煙道閘板和排煙孔小閘板來(lái)調(diào)控抽力；控制好各道氣幕和余熱風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓以及燃燒器的燃燒量。表7為各溫度區(qū)間所要求的空氣過(guò)剩系數(shù)值，它主要是通過(guò)控制窯內(nèi)相應(yīng)各段負(fù)壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)。在梭式窯等間歇式窯中，則通過(guò)控制煙囟抽力和供氣量來(lái)控制窯內(nèi)負(fù)壓。不管什么窯型，壓力制度一經(jīng)調(diào)試確定，就應(yīng)力求穩(wěn)定，這樣才能保證溫度制度和氣氛制度的實(shí)現(xiàn)。

2.3.7 智能模糊邏輯調(diào)控器的應(yīng)用

隨著新型材料的應(yīng)用，陶瓷窯爐的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，尤其是適應(yīng)民營(yíng)企業(yè)生產(chǎn)的小截面燃?xì)馑淼栏G，具有壁薄、節(jié)能、截面溫差小、升溫快等特點(diǎn)，為陶瓷產(chǎn)品的快速燒成提供了很好的窯爐設(shè)備。但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)受到天氣、燃料、電力、人工操作等不穩(wěn)定因素的影響，造成燒成過(guò)程和燒成質(zhì)量的不穩(wěn)定。如果采用KC21型智能模糊邏輯調(diào)控器，即可根據(jù)產(chǎn)品的類(lèi)別，制定出幾種不同的燒成制度輸入電腦中，電腦能根據(jù)編程，對(duì)溫度壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)對(duì)檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)燒成制度進(jìn)行比較。若出現(xiàn)偏差，調(diào)控電腦就會(huì)通過(guò)各類(lèi)執(zhí)行器，對(duì)氣閥、風(fēng)閥、閘板等實(shí)施調(diào)節(jié)，這樣就能實(shí)現(xiàn)時(shí)間、溫度、能源供給的同步，同時(shí)該調(diào)控電腦具有儲(chǔ)存功能，通過(guò)打印機(jī)打印出整個(gè)燒成過(guò)程的時(shí)間、溫度、壓力、供氣等運(yùn)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(diào)控器，能保證燒成制度的實(shí)現(xiàn)，從而為快速燒成提供了很好的條件。

我們?cè)谂渲昧薑C21型智能模糊邏輯調(diào)控器的5m3燃?xì)馑笫礁G中，對(duì)仿骨質(zhì)瓷進(jìn)行了一次快燒的試驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量與傳統(tǒng)燒成方法的產(chǎn)品比較見(jiàn)表8。從表8中可以看出，實(shí)現(xiàn)仿骨質(zhì)瓷的一次快燒，不但燒成時(shí)間大為縮短，產(chǎn)品質(zhì)量也有所提高。

3 結(jié)論

(1) 實(shí)現(xiàn)陶瓷制品的快速燒成，應(yīng)該抓好坯體生產(chǎn)的基礎(chǔ)工作和窯爐燒成制度兩個(gè)方面。根據(jù)各種瓷質(zhì)、各類(lèi)器型的特點(diǎn)，制訂出相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程并嚴(yán)格執(zhí)行；

（2） 采用新技術(shù)和新材料、加強(qiáng)窯內(nèi)熱量的供給、加強(qiáng)對(duì)制品的熱對(duì)流和熱輻射，是實(shí)現(xiàn)快速燒成的有效措施；

（3） 配置調(diào)控電腦，實(shí)現(xiàn)對(duì)快燒全過(guò)程的自動(dòng)控制，為實(shí)現(xiàn)快速燒成提供了保證；

（4） 仿骨質(zhì)瓷在氧化焰中燒成，窯內(nèi)的負(fù)壓狀態(tài)常造成料垛下部溫度偏低，所以控制好窯內(nèi)各段的壓力和空氣過(guò)剩系數(shù)，顯得很重要；

（5） 仿骨質(zhì)瓷選用的高嶺土含雜質(zhì)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(dá)到17%～17.5%，且生坯強(qiáng)度偏小，這些都對(duì)實(shí)現(xiàn)快速燒成有一定影響。對(duì)如何改進(jìn)配方，還應(yīng)進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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