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陶瓷的燒成和燒結(jié)到底是什么關(guān)系?_

陶瓷的燒成和燒結(jié)到底是什么關(guān)系?

發(fā)布時(shí)間:2024-09-24


在陶瓷業(yè)界,有兩個(gè)經(jīng)常使用到的名詞:燒成和燒結(jié)。在很多業(yè)者眼中,這兩個(gè)詞似乎沒有太大的區(qū)別,他們也常?;熘褂茫⒉惶貏e在意。不過(guò),如果我們稍微留意,就會(huì)發(fā)現(xiàn),在與普通陶瓷相關(guān)的資料中,往往“燒成”這個(gè)詞用得更普遍,而在與特種陶瓷相關(guān)的文獻(xiàn)里,“燒結(jié)”一詞出現(xiàn)的頻率則更高。這說(shuō)明兩者之間其實(shí)是存在一定差別的。

那么,燒成和燒結(jié)到底是什么關(guān)系呢?它們的差別又在哪兒呢?

我們先看燒成。在陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中一般都有幾個(gè)工序,比如粉體制備、成型,還有一個(gè)必不可少的,就是燒成。燒成就是將成型好的坯體放到窯爐之中高溫處理,最后經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)變化后,最終成為陶瓷的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程最大的特點(diǎn),就是不可逆。粉沒配好,成型沒成功,都不是太大的事,大不了將泥坯搗碎重新再來(lái)一次。但燒成卻是一錘子買賣,陶瓷燒壞了就很難有機(jī)會(huì)再來(lái)一遍。因此,燒成也是陶瓷生產(chǎn)過(guò)程最關(guān)鍵的一步。

燒成的過(guò)程十分復(fù)雜。如果按教科書上長(zhǎng)石瓷燒成的例子,大概可以分為四個(gè)階段。一是室溫到300℃左右,這個(gè)階段主要是排除殘余水分。然后在300℃到950℃左右,則會(huì)發(fā)生一些氧化分解反應(yīng),有些有機(jī)物會(huì)氧化,有些無(wú)機(jī)鹽會(huì)分解。與此同時(shí),石英會(huì)發(fā)生一系列晶型轉(zhuǎn)變,可能還有少量低共熔的液相形成。溫度再往上升,直到最高溫度,屬于高溫階段。這時(shí)有某些氧化和分解反應(yīng)還在進(jìn)行,不過(guò)此時(shí)最重要的是會(huì)形成大量液相(在長(zhǎng)石瓷中液相最多能達(dá)到總量的50-60%),這些液相一方面會(huì)促使晶體發(fā)生重結(jié)晶而長(zhǎng)大,另一方面則會(huì)填滿坯體中的孔隙,讓晶??繑n、粘結(jié)成一個(gè)整體。到此,坯體完成了整個(gè)瓷化的過(guò)程。最后是冷卻。這一階段坯體內(nèi)變化較少,但有時(shí)也會(huì)析出一個(gè)晶體。

再來(lái)看燒結(jié)。燒結(jié)是什么呢?按教科書的說(shuō)法,燒結(jié)是指粉料成型后,在低于熔點(diǎn)溫度下加熱收縮,變成致密的塊狀材料的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中,坯體主要會(huì)發(fā)生兩方面的變化。一方面,粉料顆粒間的接觸面會(huì)不斷擴(kuò)大,逐漸形成晶界,而同時(shí),坯體中空氣會(huì)不斷排出,氣孔率不斷下降;另一方面,隨著溫度的升高,坯體中的晶粒也會(huì)逐漸長(zhǎng)大。最后,當(dāng)氣體全部排出或差不多全部排出之后,就得到一塊密度很高、晶粒尺寸一定的陶瓷材料。

看到這兒,我們是不是會(huì)發(fā)現(xiàn),和燒成相比,燒結(jié)過(guò)程的變化似乎特別簡(jiǎn)單?其實(shí)背后的原因也特別簡(jiǎn)單,因?yàn)闊Y(jié)只是燒成的一部分。從上面的介紹我們已經(jīng)看到,燒成時(shí)包括很多不同的過(guò)程。這些過(guò)程概括地說(shuō),主要有三種,一種是不同原料不同組分間的高溫固相化學(xué)反應(yīng)(脫水也可看成是一種固相反應(yīng)),另一種是某些原料自身的高低溫相變,還有一種就是燒結(jié)。

那為什么要將燒結(jié)從燒成中拎出來(lái)單獨(dú)討論呢?那是因?yàn)闊Y(jié)才是陶瓷燒成中最根本的一個(gè)過(guò)程,沒有燒結(jié),那陶瓷就燒不出來(lái)。或者反過(guò)來(lái)說(shuō),固相反應(yīng)和相變?cè)跓沾傻倪^(guò)程中就屬于是“打醬油”的角色。而且更嚴(yán)格地說(shuō),這兩個(gè)“打醬油”在大多數(shù)情況下起不了什么好作用,只會(huì)讓燒成的過(guò)程變得更復(fù)雜。所以在生產(chǎn)性能要求更高的特種陶瓷時(shí),人們一般會(huì)盡量想辦法避免這兩位“打醬油”的存在。比如對(duì)原料先進(jìn)行預(yù)燒,讓那些該反應(yīng)和相變的原料都統(tǒng)統(tǒng)先完成反應(yīng)和相變。這樣在燒成時(shí)就只有燒結(jié)過(guò)程,工藝控制更加精確和簡(jiǎn)單,免得有“打醬油”的在一旁礙手礙腳。(某些特殊的燒結(jié)過(guò)程除外,比如反應(yīng)燒結(jié))

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