陶瓷燒成過程中的物理變化和化學反應

發(fā)布時間：

2025-02-15 08:54

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陶瓷燒成過程中的物理變化和化學反應貫穿始終，非常復雜，相互交織，共同影響著陶瓷的最終性能和品質(zhì)。

一、陶瓷燒成過程中的物理變化

1.水分蒸發(fā)

自由水蒸發(fā)：在陶瓷坯體干燥和燒成初期階段，坯體中存在的自由水會首先開始蒸發(fā)。這部分水分主要存在于坯體顆粒之間的孔隙和表面，隨著溫度升高，水分獲得足夠能量，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，從坯體中逸出。一般在室溫到 100℃左右的溫度范圍內(nèi)，自由水基本蒸發(fā)完畢。

2.體積收縮

干燥收縮：在水分蒸發(fā)過程中，由于水分的排出，坯體顆粒間的距離減小，顆粒相互靠攏，坯體整體體積會發(fā)生收縮，這種收縮在干燥階段較為明顯，一般干燥收縮率在 3% - 10% 左右，具體取決于坯體的配方和成型工藝等因素。

燒成收縮：在高溫燒成階段，隨著溫度進一步升高，坯體中的物質(zhì)開始發(fā)生遷移和重排。顆粒間的接觸更加緊密，一些孔隙被填充，同時晶體結構也可能發(fā)生變化，導致坯體進一步收縮。燒成收縮率通常在 10% - 20% 左右，這一階段的收縮對陶瓷的最終尺寸和形狀精度影響較大。

3.密度變化

孔隙減少致密度增加：隨著水分蒸發(fā)和坯體收縮，坯體內(nèi)部的孔隙逐漸減少，物質(zhì)變得更加致密。在燒成過程中，特別是在高溫階段，顆粒間的物質(zhì)會通過擴散等方式填充孔隙，使得陶瓷的致密度不斷提高，密度也相應增加。例如，普通陶瓷在燒成后，密度可能會比燒成前提高 10% - 30%。

晶相轉(zhuǎn)變影響密度：一些陶瓷在燒成過程中會發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變，不同晶相的密度不同，從而也會導致陶瓷整體密度發(fā)生變化。如石英的晶型轉(zhuǎn)變，從低密度的晶型轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊木蜁r，陶瓷的密度會相應增大。

4.熱膨脹

均勻熱膨脹：在加熱過程中，陶瓷坯體中的原子和分子熱運動加劇，原子間的平均距離增大，導致坯體整體發(fā)生熱膨脹，尺寸均勻增大。熱膨脹系數(shù)是衡量陶瓷熱膨脹特性的重要指標，不同類型的陶瓷熱膨脹系數(shù)有所不同，一般在 (5 - 15)×10??/℃的范圍內(nèi)。

各向異性熱膨脹：對于一些具有晶體結構的陶瓷，由于晶體在不同方向上的原子排列和化學鍵性質(zhì)不同，會呈現(xiàn)出各向異性的熱膨脹特性。即在不同方向上的熱膨脹系數(shù)不同，這可能會導致陶瓷在燒成過程中產(chǎn)生內(nèi)應力，影響陶瓷的結構完整性和性能。

5.相轉(zhuǎn)變

晶型轉(zhuǎn)變：陶瓷中的許多礦物和化合物在不同溫度下會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。如石英在 573℃時會發(fā)生 α - 石英向 β - 石英的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變會導致晶體的結構和物理性質(zhì)發(fā)生變化，但不涉及化學組成的改變。

玻璃相形成：在高溫下，陶瓷中的一些低熔點物質(zhì)會熔融形成玻璃相。玻璃相是一種非晶態(tài)的物質(zhì)，它在陶瓷中起到粘結晶體顆粒、填充孔隙的作用，使陶瓷具有更好的致密度和表面光潔度。玻璃相的形成溫度一般在 800℃ - 1200℃左右，具體取決于陶瓷的配方和成分。

6.熔融與凝固

低熔點物質(zhì)熔融：陶瓷原料中通常含有一些低熔點的成分，如長石中的鉀、鈉等堿金屬氧化物，在高溫下這些物質(zhì)會首先開始熔融。一般在 1000℃ - 1300℃的溫度范圍內(nèi)，低熔點物質(zhì)會完全熔融形成液相，這些液相在陶瓷坯體中起到潤滑劑的作用，促進顆粒間的物質(zhì)遷移和重排。

冷卻凝固：在燒成結束后，陶瓷制品開始冷卻，此時熔融的液相會逐漸凝固。液相凝固過程中會將周圍的晶體顆粒粘結在一起，形成一個整體的陶瓷結構，冷卻凝固過程對陶瓷的微觀結構和力學性能有重要影響。

二、陶瓷燒成過程中的化學反應