土與火的藝術(shù)——燒成

將陶瓷坯體加熱至高溫，發(fā)生一系列物理化學(xué)反應，然后冷卻至室溫，坯體的礦物組成與顯微結構發(fā)生顯著(zhù)變化，外形尺寸得以固定，強度得以提高，最終獲得某種特定使用性能的陶瓷制品，這一工藝過(guò)程稱(chēng)為燒成。

一、燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化
1、低溫階段（室溫～300℃）（水分蒸發(fā)期）
（1）主要排除干燥過(guò)程中沒(méi)有除掉的多余的水分；（2）升溫速度主要取決于坯體入窯時(shí)的水分；（3）加強通風(fēng)。
坯體發(fā)生下列變化：
（1）質(zhì)量減輕；（2）氣孔率增加；（3）體積收縮。
2、中溫階段（300℃～950℃）（氧化分解階段）
在這一階段，坯體內部發(fā)生了較復雜的物理化學(xué)變化：粘土中的結構水得到排除，碳酸鹽分解，有機物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型轉化。這些變化與氧化溫度、升溫速度、窯爐內氣氛等因素有關(guān)。若升溫速度過(guò)快，則分解與氧化的溫度相應提高。
（1）結構水的排除
排除各種粘土原料和其它含水礦物的結構水，如：高嶺石脫水。
由高嶺石分解物形成的粒狀及片狀莫來(lái)石稱(chēng)為一次莫來(lái)石，由長(cháng)石熔體形成的針狀莫來(lái)石稱(chēng)為二次莫來(lái)石。
（2）碳酸鹽、硫酸鹽分解
（3）碳素、硫化物及有機物的氧化
（4）石英的晶型轉變和少量液相的形成
900℃附近長(cháng)石與石英、長(cháng)石與分解后粘土顆粒，在接觸處有共熔體液滴生成。
本階段變化特點(diǎn)：
（1）氣體產(chǎn)物排除，密度減小，氣孔增加；
（2）粘土收縮及石英膨脹所引起的體積變化，有互補性；
（3）少量熔體的膠結作用，使坯體強度相應提高。
本階段注意事項：
（1）依窯爐結構特點(diǎn)控制升溫速度；
（2）保證窯內氧化氣氛；
（3）加強通風(fēng)。
3、高溫階段（950℃～最高燒成溫度）
也稱(chēng)?；纱善?溫度最高階段。坯體出現液相，釉層開(kāi)始熔融，根據坯、釉中的鐵、鈦含量及對制品外觀(guān)的顏色要求來(lái)決定是否采用還原焰燒成。
還原燒成細分為氧化保溫、強還原和弱還原三個(gè)階段，這三個(gè)階段之間的兩個(gè)轉化溫度點(diǎn)及后兩段還原氣氛濃度（CO濃度）“兩點(diǎn)一度”是確定氣氛制度的關(guān)鍵。
（1）氧化保溫期
氧化分解期的反應繼續進(jìn)行并進(jìn)行完畢。
氧化保溫目的：
a.使碳素、有機物、硫化物充分氧化；b.碳酸鹽進(jìn)一步分解；c.殘留結構水完全排除；d.縮小全窯溫差。
使氣體產(chǎn)物在釉面氣孔未被封閉前排出。
注意：保溫(低速升溫或保溫操作)；氧化氣氛（加強煙氣流通量，提高空氣過(guò)剩系數）；于釉面始熔前150℃向下一階段強還原氣氛轉換。
臨界溫度：氧化保溫期轉強還原期的溫度。臨界溫度主要由坯釉化學(xué)組成決定。
a.臨界溫度過(guò)低則還原過(guò)早，坯釉中有關(guān)組分氧化反應進(jìn)行不完全，部分有機物或碳素殘留在坯中，易產(chǎn)生“黑心”甚至起泡等缺陷。
b.臨界溫度過(guò)高，則還原推遲，Fe2O3還原不足，坯體發(fā)黃，起不到還原氣氛應起的作用。
（2）強還原階段
此階段CO濃度在3～5％，基本無(wú)過(guò)剩氧存在。因此該階段必須采取強還原氣氛，使坯體內的Fe2O3、CaSO4在釉層封閉坯體之前，得到充分還原、分解。
（3）弱還原階段
釉層基本上?；?，封閉了瓷胎的表面，形成大量液相和莫來(lái)石新相，此階段進(jìn)行液相燒結，坯體開(kāi)始致密化。
最高燒成溫度取決于成品要求的吸水率、燒成收縮、抗折強度等指標，也與燒成周期有關(guān)，對同一產(chǎn)品，燒成周期較長(cháng)，最高燒成溫度則較低；燒成周期較短，最高燒成溫度則較高。達到最高燒成溫度后，應進(jìn)行適當的保溫，目的在于使窯內各部位溫度均勻一致，也使制品各部分表里溫度均勻。保溫時(shí)間以窯爐不同、裝窯密度不同、燒成周期不同而定。
4、冷卻階段
（1）最高燒成溫度～850℃急冷階段
因為坯體處于塑性狀態(tài)，快冷不開(kāi)裂；快冷可以縮短燒成周期，有效防止液相析晶和晶粒長(cháng)大，防止低價(jià)鐵氧化，提高白度。冷卻速度150～300℃/h。
（2）850℃～400℃緩冷階段
•開(kāi)始凝固，失去塑性，石英多晶轉變，伴有體積變化。冷卻速度40～70℃/h。
（3）400℃～室溫最終冷卻階段（快冷）
冷卻速度100℃/h以上。

二、燒成設備
1、間歇式窯：倒焰窯；梭式窯；鐘罩式窯。
2、連續式窯：隧道窯；輥道窯。

三、燒成制度
燒成制度包括：溫度制度，氣氛制度，壓力制度。其中壓力制度是實(shí)現溫度制度和氣氛制度的保證。
1、燒成制度的擬定
擬定燒成制度的依據：
（1）坯料在加熱過(guò)程中的形狀變化：
根據坯料系統有關(guān)相圖，可初步估計燒結溫度的高低和燒結范圍的寬窄，結合坯料的差熱曲線(xiàn)，失重和燒成收縮曲線(xiàn)，以及熱膨脹曲線(xiàn)，擬定合理的升溫速度、止火溫度和燒成范圍。
（2）坯體形狀、厚度和入窯水分：
薄壁、小件制品，入窯水分易控制，可短周期快燒；大件、厚壁及形狀復雜、坯中含大量可塑粘土及有機物的粘土，升溫速度放慢，燒成周期要長(cháng)。
（3）窯爐結構、燃料性質(zhì)、裝窯密度：
不同窯型，同一窯型其結構和容量的不同，將影響窯內的傳熱方式和溫差大小以及操作條件；裝窯密度將影響窯內氣體的流動(dòng)分布和產(chǎn)品所需的熱容量；燃料的種類(lèi)和熱值的高低將影響燃燒操作和可能提供的熱量。
（4）燒成方法：
目前廣泛采用的除傳統燒結法以外，還有熱壓燒結以及近期發(fā)展的高溫和常溫等靜壓燒成、電火花燒成等各種新的燒成方法。
2、溫度制度
溫度制度包括升溫速度、燒成溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度即溫度與時(shí)間的關(guān)系。
溫度—時(shí)間曲線(xiàn)稱(chēng)之為燒成曲線(xiàn)。
3、氣氛控制
燒成氣氛是根據燃燒中的游離氧的含量和還原成分的含量確定的。常用空氣過(guò)剩系數α表征。
4、壓力制度
壓力制度是指窯內壓力與時(shí)間的關(guān)系。通過(guò)調整窯爐有關(guān)設備（燒嘴、風(fēng)機、閘板等），控制窯內各部分氣體壓力呈一定分布，這個(gè)窯內氣體壓力的規律性分布稱(chēng)為壓力制度。

四、裝窯
燒成前將陶瓷生坯裝入窯內的操作稱(chēng)為裝窯。
裝窯要求：
（1）根據窯內溫差情況和缽體性能來(lái)確定窯位。如燒成溫度高的缽體裝在窯溫高的部位，反之燒成溫度低的缽體裝在低溫部位。
（2）窯具及產(chǎn)品間隙合理（如缽柱間，棚架間），能滿(mǎn)足窯內氣體合理流動(dòng)，傳熱均勻的要求，使不同部位產(chǎn)品單位時(shí)間，單位質(zhì)量得到的熱量相近，避免局部過(guò)熱或過(guò)冷。
（3）保護產(chǎn)品不受污損。包括窯內煙氣及窯具本身污損（如窯具掉渣等）。
（4）裝載牢固。特別是疊裝較高時(shí)要充分考慮產(chǎn)品及窯具高溫荷重性能及受力平衡情況，還要考慮燒成過(guò)程中振動(dòng)及運動(dòng)慣性、受力等因素（如裝在隧道窯窯車(chē)上的窯具及產(chǎn)品）。確保產(chǎn)品安全及窯爐安全運轉，不發(fā)生窯具、產(chǎn)品窯內倒塌（倒窯）等意外。
（5）窯具之間、產(chǎn)品與窯具之間、窯具與窯體之間（窯底、窯車(chē)面等）接觸面要進(jìn)行必要處理（如采用墊泥、墊餅、墊砂、涂層等），防止高溫后粘結，否則需強力分開(kāi)而損壞窯具或產(chǎn)品。
（6）減輕操作勞動(dòng)強度。力爭機械化、自動(dòng)化操作，減少產(chǎn)品裝燒損失率。
（7）在確保安全及產(chǎn)品品質(zhì)前提下，減輕窯具質(zhì)量，延長(cháng)窯具使用壽命，降低窯具與產(chǎn)品質(zhì)量比，降低產(chǎn)品單位能耗，提高經(jīng)濟效益。

五、窯具
1、窯具種類(lèi)
陶瓷制品在窯爐內燒成時(shí)，或者為了隔離不凈的煙氣接觸，或為了制品的支撐，托放及疊裝，常用一些耐火材料制成不同形狀的輔助材料應用于窯內。這些輔助耐火材料統稱(chēng)為“窯具”。
窯具包括窯車(chē)、匣缽、棚板、墊腳、輥道和推板等。
2、窯具材料的性能要求
窯具的主要性能指標是在多次反復冷熱與荷載下的使用次數，它是反應窯具材質(zhì)性能、制造工藝及使用條件等方面的綜合指標。根據使用條件，對窯具材料提出如下要求：
(1)良好的熱穩定性；(2)在常溫和高溫下強度大；(3)良好的導熱性或隔熱性和低的蓄熱量；(4)高的耐火度和小的重燒收縮；(5)器型平整度、尺寸精確度以及較小的重量。