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陶瓷的燒成和燒結(jié)到底是什么關(guān)系?
發(fā)布時間:2024-03-09
在陶瓷業(yè)界,有兩個經(jīng)常使用到的名詞:燒成和燒結(jié)。在很多業(yè)者眼中,這兩個詞似乎沒有太大的區(qū)別,他們也常?;熘褂?,并不特別在意。不過,如果我們稍微留意,就會發(fā)現(xiàn),在與普通陶瓷相關(guān)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(guān)的文獻(xiàn)里,“燒結(jié)”一詞出現(xiàn)的頻率則更高。這說明兩者之間其實(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(jīng)過一系列物理化學(xué)變化后,最終成為陶瓷的過程。這個過程最大的特點(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一次。但燒成卻是一錘子買賣,陶瓷燒壞了就很難有機(jī)會再來一遍。因此,燒成也是陶瓷生產(chǎn)過程最關(guān)鍵的一步。
燒成的過程十分復(fù)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(yīng),有些有機(jī)物會氧化,有些無機(jī)鹽會分解。與此同時,石英會發(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。這時有某些氧化和分解反應(yīng)還在進(jìn)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(dá)到總量的50-60%),這些液相一方面會促使晶體發(fā)生重結(jié)晶而長大,另一方面則會填滿坯體中的孔隙,讓晶??繑n、粘結(jié)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(nèi)變化較少,但有時也會析出一個晶體。
再來看燒結(jié)。燒結(jié)是什么呢?按教科書的說法,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(kuò)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(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,我們是不是會發(fā)現(xiàn),和燒成相比,燒結(jié)過程的變化似乎特別簡單?其實(shí)背后的原因也特別簡單,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(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過程,沒有燒結(jié),那陶瓷就燒不出來。或者反過來說,固相反應(yīng)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(yán)格地說,這兩個“打醬油”在大多數(shù)情況下起不了什么好作用,只會讓燒成的過程變得更復(fù)雜。所以在生產(chǎn)性能要求更高的特種陶瓷時,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(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。這樣在燒成時就只有燒結(jié)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(jié)過程除外,比如反應(yīng)燒結(jié))
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