摘要:陶瓷坯體在燒成過程中會(huì)發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)，燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)隨溫度的升高而變化，其體積及應(yīng)力也相應(yīng)產(chǎn)生變化，從而容易導(dǎo)致產(chǎn)品變形。本文主要闡述了產(chǎn)品在燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生的變形缺陷，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞:坯體;變形;燒成;窯爐

1引 言

燒成是陶瓷生產(chǎn)最重要的工序之一，坯體燒成的過程要發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，形成預(yù)期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)以及固定的外形，從而達(dá)到所要求的質(zhì)量性能。陶瓷產(chǎn)品在燒成后，有部分產(chǎn)品因產(chǎn)生不同形式的缺陷而被降級(jí)或成為廢品。這些缺陷有些是在燒成工序產(chǎn)生的，有些是在前工序已存在，煅燒后才暴露出來，這統(tǒng)稱為燒成缺陷。它主要包含了變形、開裂、起泡、煙熏、針孔、色差等，本文主要針對(duì)燒成變形展開討論。

陶瓷制品的燒成變形由于產(chǎn)生的原因不同，可以分為燒成制度引起的變形與窯爐(如輥棒與窯內(nèi)壓力等因素)變形等，引起了產(chǎn)品翹角、下彎、翹邊、凹面等各種缺陷，下面分別進(jìn)行闡述。

2燒成變形的分類

2.1 不同燒成階段的變形

2.1.1 燒成氧化期造成的變形

產(chǎn)品在達(dá)到最高溫度點(diǎn)之前始終處于受熱狀態(tài)，但窯爐各段的坯體溫度均低于窯內(nèi)的空間溫度。根據(jù)輥道窯的結(jié)構(gòu)，前段輥棒上是沒有或不點(diǎn)燒嘴的，一般輥棒上溫度較輥棒下的低。當(dāng)輥棒上下的溫差超過一定值且輥棒下溫度達(dá)到共熔物的最低共熔點(diǎn)時(shí)，坯體下表面會(huì)出現(xiàn)液相。液相的出現(xiàn)，會(huì)使顆粒間歇被填充，顆?？拷?，收縮加大，造成產(chǎn)品下表面氣孔率降低。而此時(shí)，坯體上表面正處于晶型轉(zhuǎn)化的體積增大階段，由于上表面溫度低，坯體因此向上弓起，當(dāng)弓起太大時(shí)，會(huì)對(duì)燒起后期的軟化蠕變產(chǎn)生不良影響。因?yàn)樵谲浕A段，坯體中的液相快速且大量出現(xiàn)，釉層的完全液化使坯體上下表面吸熱不一，從而造成溫差，坯體就會(huì)因受力以及支點(diǎn)作用而出現(xiàn)異常蠕變。由于液相往往產(chǎn)生于900～1090℃，因此，必須嚴(yán)格控制好該溫度區(qū)間的升溫速率，保證該階段的溫度曲線不出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)折。

在氧化階段，快燒條件很容易導(dǎo)致產(chǎn)品在蠕變軟化鋪展中硬化，從而造成坯體的不正常形狀，一般呈m狀。這種“m”狀態(tài)變形通過調(diào)整好輥上與輥下的排煙比例可以得到一定的改善，一般是增加上抽風(fēng)，減少下抽風(fēng)，降低窯頭燒明處的溫度，使該處盡可能增加一部分燒成期的煙氣，增加氧化階段的過氧系數(shù)，減少由于氧化鐵存在而出現(xiàn)的大量液相，同時(shí)及時(shí)調(diào)整溫度曲線中的不正常折點(diǎn)，例如可以增加排煙抽力，減少窯內(nèi)正壓，這樣踏角會(huì)變小點(diǎn)。

2.1.2 坯體燒結(jié)成瓷階段造成的變形

在燒結(jié)成瓷階段，由于坯體中出現(xiàn)了大量液相，坯體氣孔率快速降低，導(dǎo)致坯體收縮變形。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于燒成周期的限制，不可能過長地增加保溫時(shí)間或過高地提高燒結(jié)溫度，所以燒成周期的相對(duì)固定性往往使坯體在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)上下密度不一、收縮不一的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生向上或向下翹起的變形。產(chǎn)生這種變形的原因，一是由于上下溫差引起坯體收縮不一致;二是由于坯釉的膨脹系數(shù)不匹配，坯釉的適應(yīng)性不是很理想，從而使得釉層在收縮過程中產(chǎn)生應(yīng)力，最終造成產(chǎn)品變形;三是由于釉層厚度較大，造成坯體上下表面的實(shí)際熱效應(yīng)差值過大，也會(huì)導(dǎo)致在坯體燒結(jié)成瓷的過程中產(chǎn)生變形缺陷。

針對(duì)坯體在燒成過程中的變形缺陷，在工藝上，一般可以采取以下方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整:

(1) 當(dāng)成品向上凸時(shí)，可以適當(dāng)提高輥棒上的溫度，將釉的熔融溫度向預(yù)熱帶前移，同時(shí)可降低釉層的熔點(diǎn);當(dāng)成品向下凹時(shí)，可以適當(dāng)提高輥棒下的溫度或增加釉層厚度，提高釉層的熔點(diǎn);

(2) 當(dāng)坯體在窯內(nèi)充分收縮后，隨著溫度的進(jìn)一步提高，坯體的體積還會(huì)膨脹，體積膨脹的多少可以作為判斷?；潭鹊囊罁?jù)。燒結(jié)?；潭容^高的陶瓷產(chǎn)品，可利用“升高溫度體積膨脹”的特征來進(jìn)行變形調(diào)節(jié)，具體的做法可以利用輥棒上下溫差來實(shí)現(xiàn)翹曲變形的控制。

2.2 燒成制度引起的變形

燒成需要在窯爐內(nèi)完成，科學(xué)合理地制定和執(zhí)行燒成制度才能燒制出合格的陶瓷制品。

2.2.1 冷卻過快引起的變形

冷卻是使坯體從液相轉(zhuǎn)化為固相的過程，也伴有體積收縮，在熱量傳遞的過程中，先是坯體的角部受熱，然后到表面、中心，也就是說先是坯體的邊部、角部出現(xiàn)液相，然后才是坯體的中間部位。在冷卻時(shí)，如果冷卻速度過快，則會(huì)使得液相在坯體上分布不均勻，且內(nèi)外散熱不均勻，整個(gè)坯體就會(huì)呈拱形，這種變形主要是由于冷卻速度不同而引起的。

達(dá)到熔融狀態(tài)的坯體在冷卻時(shí)，表面受到拉伸應(yīng)力而中心卻受到壓縮應(yīng)力，由于坯體上下表面的發(fā)展趨勢(shì)是由上下表面拉伸力的相對(duì)大小決定的，當(dāng)下表面冷卻速度較大時(shí)，下表面拉伸應(yīng)力大于上表面，坯體呈上翹狀態(tài);反之，當(dāng)上表面急冷風(fēng)較大時(shí)，上表面的拉伸力大于下表面，坯體呈下耷變形。

針對(duì)以上缺陷，在工藝上一般采取如下相應(yīng)的調(diào)試方法:

(1) 燒成及冷卻過程中盡量保持坯體底面與邊角的溫度等參數(shù)的平衡，使產(chǎn)品溫度均勻;

(2) 在燒成制度方面，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)燒成曲線和燒成周期，使得溫度在過渡過程中保持一定的穩(wěn)定性，不至于因溫度的突然變化引起收縮率的不同而引起變形缺陷，這在工藝中可以通過調(diào)節(jié)燒嘴燃燒的穩(wěn)定性以達(dá)到燒成制度的穩(wěn)定性。

2.2.2 止火溫度高于燒成溫度造成的變形

在燒成后期，在工藝上要進(jìn)行一定的止火操作，這主要能起到補(bǔ)充燒成的作用，可以減慢燒成的速度，能在一定程度上保證坯體本身的瓷化趨于均勻，避免燒成的不完全和缺陷的產(chǎn)生。在實(shí)際燒成控制中，如果止火操作不合理，特別是當(dāng)止火溫度高于或等于燒成溫度時(shí)， 在止火操作階段，空間溫度一般應(yīng)低于止火坯體溫度，這兩個(gè)溫度差值越大，對(duì)坯體的減緩作用越大;當(dāng)差值低于或接近某個(gè)值時(shí)，坯體就會(huì)迅速軟化，不再平展趨于流態(tài)，產(chǎn)品就會(huì)在硬化過程中出現(xiàn)一端下沉的現(xiàn)象。

為了防止這種變形，在適當(dāng)降低止火溫度或縮短保溫時(shí)間的前提下，如果條件允許的話，也可以將最高溫度點(diǎn)向冷卻帶前移或?qū)⒄麄€(gè)瓷化溫度都下調(diào)，但止火溫度的降低是有限的，必須維持在1050℃上，如低于該溫度值可能會(huì)出現(xiàn)急冷或類似的炸裂現(xiàn)象。

2.3 窯爐變形

2.3.1 輥棒轉(zhuǎn)動(dòng)引起的變形

陶瓷產(chǎn)品在高溫軟化時(shí)，由于高溫區(qū)的輥棒平面不平整，會(huì)引起傳動(dòng)不穩(wěn)等機(jī)械效應(yīng)而導(dǎo)致變形;在高溫區(qū)，坯體軟化時(shí)重力及輥棒的推力在輥棒與坯體的接觸面上的作用力不平衡，也會(huì)使坯體產(chǎn)生變形;燒成帶相鄰輥棒之間的間距過大，也會(huì)使坯體彎曲加大，而坯體入窯排列間隔過小，輥棒傳動(dòng)速率過快，使各排坯體相互擠壓，也會(huì)造成變形，這統(tǒng)稱為輥棒轉(zhuǎn)動(dòng)引起的變形。

對(duì)此，須調(diào)節(jié)產(chǎn)品在窯爐內(nèi)的行走平直度，使輥棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持平穩(wěn)，并調(diào)節(jié)窯爐內(nèi)坯體間的水平距離，以防止由于距離過近而產(chǎn)生的缺陷，防止產(chǎn)品變形。

2.3.2 窯爐壓力造成的變形

窯爐內(nèi)壓力變化帶來的直接變化是窯爐內(nèi)氣流的變化，而氣流流速的變化會(huì)帶來產(chǎn)品底-面熱交換的速率變化，使坯體的收縮和膨脹不一致，這是壓力變化影響變形的一個(gè)直接原因。窯爐壓力是窯爐熱傳遞的工作環(huán)境，壓力變化會(huì)對(duì)窯爐火焰、坯體的熱傳遞效率、冷卻風(fēng)的冷卻效率產(chǎn)生很大的影響。因此，須調(diào)節(jié)窯爐風(fēng)機(jī)，使窯爐內(nèi)的氣流穩(wěn)定，從而起到穩(wěn)定溫度的作用。

3變形缺陷以及相應(yīng)的解決措施

在燒成中引起產(chǎn)品變形的原因很多，同時(shí)所引起的變形也各有差異，其中主要包括了翹角、角下彎、上翹邊、凹面、海鷗翅變形、扭曲以及不規(guī)則變形等。

3.1 翹角

這種變形的特點(diǎn)是坯體的四角都上翹，長度大約為30mm，其余表面平直或只有少許下凹，如圖1所示。這種缺陷是由于燒成后期輥道平面上下溫差過大所致，缺陷多發(fā)生在燒成的最后2～5min。其解決方法主要有:

(1) 如果出窯產(chǎn)品尺寸正確，降低燒成帶最后2至3組輥棒上部的溫度(5～10℃或更高，視調(diào)試效果確定)，并對(duì)等升高輥道下面的溫度;

(2) 如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏大，則僅升高輥道下面的溫度5～10℃或更多(視調(diào)試效果確定);

(3) 如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏小，則僅降低輥道上面的溫度5～10℃(視調(diào)試效果確定)。

3.2 角下彎

角下彎正好與翹角缺陷相反，它是坯體四角都下彎，長度大約為30mm，其余表面平直或只有少許上凸，如圖2所示。這種缺陷發(fā)生于窯的中間或兩側(cè)。它是由于燒成后期輥道平面上下溫差過大所致，解決方法主要有:

(1) 如果出窯產(chǎn)品尺寸正確，降低燒成帶最后2至3組輥棒下部的溫度(5至10℃或更高，視調(diào)試效果確定)，并對(duì)等升高輥道上面的溫度;

(2) 如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏大，則僅升高輥道上面的溫度5～10℃或更多(視調(diào)試效果確定);

(3)如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏小，則僅降低輥道下面的溫度5～10℃(視調(diào)試效果確定)。有時(shí)，只有靠近窯爐墻的一行出現(xiàn)角下彎現(xiàn)象，這種情況可能是在該側(cè)燒成帶溫度偏低所致(也可能是輥棒太臟所致)，這時(shí)可以降低該側(cè)的助燃風(fēng)壓力，同時(shí)檢查該側(cè)的窯底是否堆積較多的爛坯體，造成蓄熱過大、窯爐底部溫度過高等;還要檢查該側(cè)輥棒孔是否漏風(fēng)。有時(shí)把輥道窯爐的下層抽力減少，加大上層抽力，也能取得較好的效果。

3.3 上翹邊

上翹邊主要指坯體沿進(jìn)窯方向平行的兩邊上彎，與之垂直方向的兩邊變形不明顯，如圖3所示。上翹邊主要是由于燒成帶前期，即850～900℃或比最高燒成溫度低50～100℃溫度區(qū)間內(nèi)，輥道上下溫差不合理。解決方法主要有: 提高該區(qū)域輥道上面的溫度5～10℃或更多(視調(diào)試效果確定)，同時(shí)對(duì)等降低輥道下面的溫度，使其略呈下凹，但絕不能上凸，這樣利用坯體在高溫軟化凸出點(diǎn)維持平衡，坯體因重力作用而恢復(fù)平直。

3.4 凹面

凹面是指坯體邊緣逐漸下凹，如果是長方形坯體，長邊比短邊下凹更明顯，如圖4所示。凹面既可能是預(yù)熱帶輥道上下溫差不合理所致，也可能是燒成帶輥道上下溫差不合理所致。

如果是坯體在預(yù)熱帶產(chǎn)生變形的，解決方法主要有:

(1) 調(diào)整坯體配方，降低坯體的燒失量。如減少燒失量大的原料用量，少用或不用含碳酸鹽、硫酸鹽的原料;適當(dāng)加些瘠性料，降低坯體的收縮;

(2) 適當(dāng)降低坯體的球磨細(xì)度;

(3) 提高成形壓力，減小粉料含水率，從而提高坯體的密度，控制粉料和提高填料的均勻性;

(4) 根據(jù)坯體的變形情況，調(diào)節(jié)預(yù)熱帶輥道上下溫差。坯體下凹時(shí)，提高輥道上面的溫度或降低輥道下面的溫度;如果坯體上凸，方法則相反;

(5) 減小溫度梯度，調(diào)整燒成曲線或降低輥棒轉(zhuǎn)速，延長燒成周期。

如果坯體在燒成帶產(chǎn)生變形，可以適當(dāng)采取以下措施進(jìn)行調(diào)節(jié):

(1) 如果出窯產(chǎn)品尺寸正確，降低輥道上面的溫度5～10℃或更多(視調(diào)試效果確定)，并對(duì)等提高輥道下面的溫度;

(2) 如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏大，則僅升高輥道下面的溫度5～10℃或更多(視調(diào)試效果確定);

(3) 如果燒成后產(chǎn)品尺寸偏小，則僅降低輥道上面的溫度5～10℃(視調(diào)試效果確定)。

3.5 扭曲

扭曲變形是指坯體與窯軸平行兩邊發(fā)生的變形(如圖5所示)，距邊緣70～80mm處上彎，隨后距邊緣30mm處下彎。這種缺陷形成的原因有很多，具體如下:

(1) 可能是坯體在燒成之初，由于輥道下面的溫度較高，坯體呈凸變形，這樣坯體的兩側(cè)就成為整個(gè)坯體的支撐邊，中部幾乎懸空;當(dāng)?shù)竭_(dá)高溫區(qū)時(shí)，坯體發(fā)生軟化，坯體的左右兩側(cè)無法承受重力和輥棒傳動(dòng)對(duì)它的作用而開始上翹，同時(shí)支撐點(diǎn)也隨著瓷坯體的變形而轉(zhuǎn)移。當(dāng)坯體兩邊上翹到一定程度后，又由于受重力作用而開始下彎，從而形成扭曲。解決方法主要有:先按角下彎缺陷加以處理，直到坯體轉(zhuǎn)為上翹，再按上翹缺陷處理解決;

(2) 引起扭曲變形還有可能是角下彎缺陷擴(kuò)大，常在燒成帶最后5～10min內(nèi)發(fā)生。此時(shí)通常按角下彎缺陷處理辦法解決;

(3) 扭曲變形缺陷還有可能是急冷或急冷剛開始時(shí)，坯體在前進(jìn)中相互擠壓所致，可通過調(diào)節(jié)調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速和坯體排列的間隔來克服。

3.6 “海鷗翅”變形

“海鷗翅”變形如圖6所示，造成這種變形的原因，可能是在燒成帶的中部和末端，由于輥道上部的溫度過高，使坯體變形成凹面，此時(shí)坯體的中部成為輥棒上的優(yōu)先支撐區(qū)域。由于重力作用和坯體在傳動(dòng)中產(chǎn)生的應(yīng)力，坯體的中部逐漸上凸，直到燒成帶結(jié)束。解決這種變形，必須避免由于機(jī)械原因或溫度過高所導(dǎo)致的凸變形，然后適當(dāng)升高輥道下面的溫度，在燒成帶的中部和末端設(shè)定適當(dāng)溫差，約為25～30℃;如果需要，在燒成帶前端也可以同樣設(shè)定一定的溫差。

3.7 不規(guī)則變形

不規(guī)則變形如圖7所示。不規(guī)則變形發(fā)生在窯爐中的不同位置，雖然有時(shí)發(fā)生在某一特定位置，并表現(xiàn)為同一缺陷形式，但長時(shí)間觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，其具有一定規(guī)律性。這類變形往往是由于粘棒、輥棒彎曲變形或輥棒不在同一水平線上、傳動(dòng)不平衡、坯體入窯前已發(fā)生下凹或上凸變形等，或是由于發(fā)生坯體擠壓所致。解決方法主要有:定期打磨輥棒，在輥棒上涂氧化鋁保護(hù)層;在瓷質(zhì)坯體的背面也涂上氧化鋁漿，這樣既可防止坯底高溫下產(chǎn)生的液相與輥棒粘結(jié)，又可使坯底相對(duì)較硬、上部相對(duì)較軟;減弱力耦的扭曲作用，降低其變形程度。同時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整燒成曲線，避免早期變形。對(duì)于這種變形缺陷，僅簡單地調(diào)節(jié)溫度有時(shí)還不能取得很好的效果，尤其是在停爐較長時(shí)間后，再次燒窯時(shí)出現(xiàn)的變形，應(yīng)檢查各組燒嘴的煤氣壓力是否正常。

4結(jié) 論

在燒結(jié)過程中，當(dāng)出窯制品出現(xiàn)燒成變形缺陷時(shí)，一定要仔細(xì)觀察出窯制品變形的形狀，深入分析其產(chǎn)生的規(guī)律性，從中查出導(dǎo)致變形的原因。在著手解決生產(chǎn)工藝問題時(shí)，一定要同時(shí)考慮各種影響因素，針對(duì)出現(xiàn)的缺陷，查找多方面的原因，同時(shí)結(jié)合陶瓷生產(chǎn)中的各個(gè)生產(chǎn)工序，進(jìn)行相互聯(lián)系的思考和研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘雄.輥道窯調(diào)試與墻地磚缺陷克服[J].佛山陶瓷，2009.

[2] 石棋，李月明.建筑陶瓷工藝學(xué)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2007，08.

[3] 張?jiān)坪?陶瓷工藝技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

Distortion Defect of Ceramic Body During Sintering

Wu Tong

(Mechanism Engineering College，Qingyuan Polytechnic College，Qingyuan511510，China)

Abstract:With the increase of temperature，physical and chemical reactions occured in the ceramic body which caused the changes of volume and stress of the body，so different kinds of defects could easily appear duringsintering.In this paper，distortion defects during sintering were analysed and the corresponding solution was also brought forward.

Key Words:body;defect;sintering;kiln