建筑陶瓷烧成工艺

13．2　建筑陶瓷烧成工艺

13．2．1　一次烧成和二次烧成

建筑陶瓷的烧成工艺分为两种，即一次烧成和二次烧成。一次烧成是指将生坯施釉，干燥后入窑经高温一次烧成制品。二次烧成，是指将未上釉的坯体，经干燥后先进行一次素烧，然后施釉，再第二次烧成制品。

一次烧成，工艺简单，减少热损失。二次烧成的工艺其优越性更显多一些:

(1)通过素烧，有机物被氧化，结晶水被逸出，碳酸盐和硫酸盐在施釉前分解完成，这有利于消除釉面缺陷。

(2)增加了坯体气孔，提高了吸釉能力，使低浓度挂釉成为可能，改善了釉面的平整度。

(3)提高坯体强度，有利于后继工序的进行，有利于自动化操作，减少了破损。(4)坯体素烧后，便于拣选剔除不合格产品，提高成品合格率。

表13．2是一次烧成和二次烧成工艺的对比。

表13．2　一次烧成和二次烧成工艺的对比

传统的釉面砖一般采用二次烧成，第一次在较高的温度下素烧(1150℃～1200℃)，施釉后再用较低的温度釉烧(1050℃～1110℃)。

13．2．2　烧成工艺制度

建筑陶瓷的烧成，需要在特定的烧成制度下进行，合理的烧成制度是得到良好产品的根本保证。烧成制度包括温度制度、压力制度和气氛制度，其中温度制度最为关键，只有保证合理的三大制度才能是制品达到良好的品质。

建筑陶瓷的温度制度

温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间和冷却速度等参数，并最终制定出适宜的烧成曲线。一般通过坯料在加热过程中的形状变化，初步得出坯体在各温度或时间阶段可以允许的升、降温速率等。

1．各阶段的升温速率

①低温阶段(室温～300℃):此阶段实际上是干燥过程的继续，升温速度取决于入窑坯体的含水量、密度等。当坯件进窑水分高，升温速度过快，将引起坯件内部水汽压力的增高，可能产生开裂现象。辊道窑的升温速度应控制在30℃～50℃/min。

②中温阶段(300℃～950℃):此时坯体尚未烧结，也没有收缩，结晶水和分解气体的排除可自由进行，所以可作为快速升温阶段。但升温速度仍取决于原料纯度和坯体的厚度，并受气流速度和气氛性质的影响;辊道窑的升温速度控制在50℃～80℃，但在晶型转化阶段升温速度不应超过30℃/min。

③高温阶段:此阶段时坯体瓷化，釉层玻化，收缩较大，保证坯体受热均匀，使之高温反应趋于均一是本阶段的关键。因此，升温速度取决于窑炉结构，坯体的收缩变化及其烧结范围。辊道窑的升温速度控制在80℃～100℃/min。

2．烧成温度(止火温度)以及保温时间的确定

烧成温度与保温时间两者之间有一定的相互制约性，可以在一定程度上相互补偿。通常烧成温度与保温时间之间是可以相互调节的，以达到一次晶粒发展成熟、晶界明显、没有过分两次晶粒长大、收缩均匀、气孔少、瓷体致密而又耗能少为目的的。

为了使窑内温差和制品表里的温差尽可能地缩小，坯内的物理化学反应充分进行，促进坯釉组织结构趋于均一，在烧成温度下维持适当时间的高温保温是必要的。

烧成温度的高低取决于坯料的组成、坯料所要达到的物性指标、坯料开始软化的温度和烧成速度的快慢等因素。

通常把烧结至开始软化变形的温度区间称为“烧结温度范围”。一般建筑陶瓷选择在高温阶段进行保温，可以节省保温时间。对于采用辊道窑烧成的陶瓷砖，一般高火保温时间为3～5分钟。

3．冷却速度

冷却速度是把坯体从高温时的可塑状态降至常温呈岩石般状态的凝结过程。冷却制度是否正确，对制品的性能有很大的影响。

冷却速度主要取决于坯体的厚度以及坯内液相的凝固速度，在冷却初期必须采取快速冷却。其原因:

①为防止莫来石超微细晶体和石英微粒强烈地溶解于液相中的倾向;

②防止莫来石晶体的继续生长;

③避免低价铁重新氧化泛黄;

④防止釉层析晶失透，以提高制品白度，强度以及釉面光泽度;

⑤冷却初期瓷胎中的玻璃相还处于塑性状态，急冷所引起的热应力大部分被液相的塑性和流动性所补偿，不会产生破坏作用。

快速冷却的温度一般为止火温度至800℃，冷却速度为80℃～100℃/min。但快冷后期(800℃～700℃)降温速率应降低。

在后期必须采取慢速冷却，其原因:

①由于玻璃相开始凝固，所产生的热应力大，若太快，则制品破坏;

②由于残余石英晶体的晶型转化;

缓慢冷却起始温度取决于瓷胎中的玻璃相转变温度，一般在830℃～800℃(玻璃相)左右;在400℃以后，热应力变小，又可以加快冷却速度。