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陶瓷的燒成和燒結到底是什么關系?
發(fā)布時間:2024-09-24
在陶瓷業(yè)界,有兩個經常使用到的名詞:燒成和燒結。在很多業(yè)者眼中,這兩個詞似乎沒有太大的區(qū)別,他們也常常混著使用,并不特別在意。不過,如果我們稍微留意,就會發(fā)現,在與普通陶瓷相關的資料中,往往“燒成”這個詞用得更普遍,而在與特種陶瓷相關的文獻里,“燒結”一詞出現的頻率則更高。這說明兩者之間其實是存在一定差別的。
那么,燒成和燒結到底是什么關系呢?它們的差別又在哪兒呢?
我們先看燒成。在陶瓷生產過程中一般都有幾個工序,比如粉體制備、成型,還有一個必不可少的,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,最后經過一系列物理化學變化后,最終成為陶瓷的過程。這個過程最大的特點,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一次。但燒成卻是一錘子買賣,陶瓷燒壞了就很難有機會再來一遍。因此,燒成也是陶瓷生產過程最關鍵的一步。
燒成的過程十分復雜。如果按教科書上長石瓷燒成的例子,大概可以分為四個階段。一是室溫到300℃左右,這個階段主要是排除殘余水分。然后在300℃到950℃左右,則會發(fā)生一些氧化分解反應,有些有機物會氧化,有些無機鹽會分解。與此同時,石英會發(fā)生一系列晶型轉變,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。這時有某些氧化和分解反應還在進行,不過此時最重要的是會形成大量液相(在長石瓷中液相最多能達到總量的50-60%),這些液相一方面會促使晶體發(fā)生重結晶而長大,另一方面則會填滿坯體中的孔隙,讓晶??繑n、粘結成一個整體。到此,坯體完成了整個瓷化的過程。最后是冷卻。這一階段坯體內變化較少,但有時也會析出一個晶體。
再來看燒結。燒結是什么呢?按教科書的說法,燒結是指粉料成型后,在低于熔點溫度下加熱收縮,變成致密的塊狀材料的過程。這個過程中,坯體主要會發(fā)生兩方面的變化。一方面,粉料顆粒間的接觸面會不斷擴大,逐漸形成晶界,而同時,坯體中空氣會不斷排出,氣孔率不斷下降;另一方面,隨著溫度的升高,坯體中的晶粒也會逐漸長大。最后,當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,我們是不是會發(fā)現,和燒成相比,燒結過程的變化似乎特別簡單?其實背后的原因也特別簡單,因為燒結只是燒成的一部分。從上面的介紹我們已經看到,燒成時包括很多不同的過程。這些過程概括地說,主要有三種,一種是不同原料不同組分間的高溫固相化學反應(脫水也可看成是一種固相反應),另一種是某些原料自身的高低溫相變,還有一種就是燒結。
那為什么要將燒結從燒成中拎出來單獨討論呢?那是因為燒結才是陶瓷燒成中最根本的一個過程,沒有燒結,那陶瓷就燒不出來?;蛘叻催^來說,固相反應和相變在燒陶瓷的過程中就屬于是“打醬油”的角色。而且更嚴格地說,這兩個“打醬油”在大多數情況下起不了什么好作用,只會讓燒成的過程變得更復雜。所以在生產性能要求更高的特種陶瓷時,人們一般會盡量想辦法避免這兩位“打醬油”的存在。比如對原料先進行預燒,讓那些該反應和相變的原料都統(tǒng)統(tǒng)先完成反應和相變。這樣在燒成時就只有燒結過程,工藝控制更加精確和簡單,免得有“打醬油”的在一旁礙手礙腳。(某些特殊的燒結過程除外,比如反應燒結)
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