問：陶瓷窯爐燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能及產(chǎn)品缺陷有哪些影響？ 其燒成氣氛應(yīng)該怎樣控制？

答：1 燒成氣氛的概念

陶瓷產(chǎn)品的燒成氣氛是指在對(duì)產(chǎn)品燒制的過程中，窯爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)物中所含的游離氧與還原成分的百分比。燒成氣氛一般分為氧化氣氛和還原氣氛兩種。窯爐內(nèi)游離氧含量為8%以上的稱為強(qiáng)氧化氣氛；游離氧含量為4%～5%的稱為普通氧化氣氛；窯爐內(nèi)游離氧含量為1%～1.5%的稱為中性氣氛；窯爐內(nèi)游離氧的含量小于1%，并且CO含量在3%以下時(shí)，稱為弱還原氣氛，CO含量在5%以上的稱為強(qiáng)還原氣氛。

陶瓷企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用何種氣氛制度來燒制陶瓷產(chǎn)品，要根據(jù)其產(chǎn)品配方中原料的組成以及燒制過程中各階段的物化反映情況來確定。當(dāng)原料中所含有機(jī)物和碳較少，且粘性低、吸附性弱、含鐵量較高時(shí)，適合于采用還原氣氛燒成；反之，則適合于采用氧化氣氛燒成。

2 燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響

眾所周知，氣氛會(huì)影響陶瓷坯體在高溫下的物化反應(yīng)速度、體積變化、晶粒尺寸與氣孔大小等，尤其對(duì)陶瓷坯體的顏色、透光性和釉面質(zhì)量的影響，顯得更為突出。

2.1 影響鐵和鈦的化合價(jià)

在實(shí)際生產(chǎn)中，在氧化氣氛燒成時(shí)，坯料中的Fe2O3在含堿量較低的玻璃相中熔解度很低，可析出膠態(tài)的Fe2O3使坯呈現(xiàn)黃色；在還原氣氛燒成時(shí)，形成的FeO熔化在玻璃相中使坯體呈淡青色。另外，當(dāng)坯體中的氧化鐵含量一定時(shí)，若采用氧化氣氛燒成，被釉層所封閉的Fe2O3將有一部分與SiO2反應(yīng)生成鐵橄欖石并放出氧，其反應(yīng)如下：

反應(yīng)生成的氧氣會(huì)使釉面形成氣泡與孔洞，而殘留的Fe2O3會(huì)使坯體呈黃色。對(duì)含鈦較高的坯料應(yīng)避免采用還原氣氛燒成，否則部分TiO2會(huì)變成藍(lán)色至紫色的Ti2O3，還可能形成黑色2FeO·Ti2O3尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體，從而使坯體呈色加深。

2.2 使SiO2還原和CO分解

3 燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品缺陷的影響

陶瓷產(chǎn)品在燒成過程中會(huì)發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，如水分的蒸發(fā)，鹽類的分解，有機(jī)物、碳和硫化物的氧化，晶型的轉(zhuǎn)變，晶相的形成等。這些物理化學(xué)反應(yīng)的速度，除了受溫度影響之外，氣氛對(duì)其也有很大的影響，如果氣氛控制不當(dāng)，就會(huì)使陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)生各種缺陷，下面介紹最常見的幾種缺陷。

3.1 黑心

陶瓷產(chǎn)品的黑心是指在坯體的燒成過程中，有機(jī)物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和鐵質(zhì)的還原物，致使坯體中間呈現(xiàn)黑色或者灰色、黃色等現(xiàn)象。黑心缺陷的存在會(huì)影響陶瓷產(chǎn)品的強(qiáng)度、吸水率、色澤等性能指標(biāo)。陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)生黑心缺陷的關(guān)鍵是坯體中的有機(jī)物、碳化物、硫化物的氧化不足，陶瓷產(chǎn)品在燒成過程的低溫階段發(fā)生有機(jī)物的分解和以下的氧化反應(yīng)：

在此階段如果氧化氣氛不足，有機(jī)物的分解和上述的氧化反應(yīng)就無法完全地進(jìn)行，C、FeS2和FeO等過多地殘留積聚在坯體內(nèi)而使坯體呈黑色、灰色、黃色。在實(shí)際生產(chǎn)中要消除產(chǎn)品黑心，須在600～650 ℃讓有機(jī)物開始燃燒，在300～850 ℃讓有機(jī)物、鐵化合物和碳充分氧化，也就是說，應(yīng)在預(yù)熱帶保證足夠強(qiáng)的氧化氣氛。另外，在燒成的低溫階段，煙氣中的CO會(huì)被分解，進(jìn)行如下反應(yīng)：

這一分解在800 ℃以上時(shí)會(huì)比較明顯，而800 ℃以下時(shí)，在有一定量的催化劑的情況下反應(yīng)也很明顯(游離態(tài)的FeO就是很好的催化劑)。如果在低溫階段窯內(nèi)的氧化氣氛不足，同時(shí)存在還原氣氛的情況下，由于在還原氣氛中存在FeO，因此CO會(huì)激烈分解而析出C。在低溫階段由于坯體的氣孔率較高，析出的C很容易被吸附在坯體氣孔的表面而形成黑斑缺陷。

3.2 氣泡和針孔

陶瓷產(chǎn)品在燒成過程的低溫階段，除了發(fā)生前面所述的氧化反應(yīng)外，還伴隨著碳酸鹽的分解：

這些反應(yīng)的速度和完全程度都受到氣氛的影響，氧化氣氛足夠時(shí)，反應(yīng)會(huì)快且進(jìn)行得更完全；反之，反應(yīng)速度變緩且不完全。當(dāng)燒成過程進(jìn)入高溫階段后，坯體出現(xiàn)液相，反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體無法自由排出坯體外，于是便出現(xiàn)針孔、氣泡等缺陷。

在低溫階段將坯體內(nèi)部的氣體成分全部氧化分解是不可能的，因?yàn)樘妓猁}和Fe2O3在氧化氣氛中要在高于1 300 ℃以上才進(jìn)行分解，但是在這樣高的溫度區(qū)域，坯體已經(jīng)有液相存在，粘度減小，分解出來的氣泡會(huì)沖破液相逸出，造成釉面不平，或者殘留在釉層內(nèi)，形成氣泡缺陷。為解決這一問題，在高溫前(1 000 ℃左右)要將燒成氣氛控制為還原氣氛，讓Fe2O3及硫酸鹽類發(fā)生如下還原分解反應(yīng)：

3.3 色差

陶瓷產(chǎn)品的色差是指單件產(chǎn)品的各部位或單件(批)產(chǎn)品之間的呈色深淺不一的現(xiàn)象。在陶瓷坯體和釉料的原料中，總會(huì)或多或少地引入一些鐵、鈦化合物，在燒結(jié)過程中燒成氣氛的不同會(huì)影響到鐵、鈦存在的價(jià)數(shù)，不同價(jià)數(shù)的鐵、鈦會(huì)有不同的呈色，當(dāng)燒成氣氛不穩(wěn)定時(shí)，坯體的呈色會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)改變，從而形成產(chǎn)品的色差。

目前，市場(chǎng)上流行的釩鈦金屬磚，由于其坯料含鈦較高，如在還原氣氛下會(huì)有部分TiO2轉(zhuǎn)變成藍(lán)色至紫色的Ti2O3，形成色差，也有可能形成黑色的FeO·Ti2O3尖晶石和鐵鈦混合晶體，從而加深鐵的呈色，形成磚面顏色深淺不一，其反應(yīng)式如下：

4 燒成氣氛的控制

燒成氣氛的控制受到窯爐結(jié)構(gòu)和設(shè)備配置的限制，如風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小，風(fēng)管直徑的大小，排煙口、抽熱口、抽濕口位置的設(shè)置等，都會(huì)影響到燒成氣氛的控制。但是，最關(guān)鍵的還是穩(wěn)定壓力制度和合理操作并控制好燃燒器。

4.1 穩(wěn)定壓力制度

壓力變化會(huì)影響到氣體的流動(dòng)狀態(tài)，因此窯內(nèi)壓力制度的波動(dòng)會(huì)引起氣氛的波動(dòng)，要控制好氣氛，就必控制好壓力制度，而穩(wěn)定壓力制度的關(guān)鍵在于控制好零壓面。在窯爐預(yù)熱帶，因要排掉水分和燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣，故壓力相對(duì)比窯外環(huán)境的壓力低，對(duì)比之下窯內(nèi)氣壓處于負(fù)壓狀態(tài)；在冷卻帶要鼓入冷空氣使制品冷卻，壓力相對(duì)比窯外環(huán)境的高，對(duì)比之下窯內(nèi)氣壓處于正壓狀態(tài)。在正負(fù)壓之間有一零壓面，燒成帶就處在預(yù)熱帶和冷卻帶之間，因而零壓面的移動(dòng)就會(huì)引起燒成帶氣氛的變化。當(dāng)零壓面位于燒成帶前段，處于燒成帶與預(yù)熱帶之間時(shí)，燒成帶的氣壓為微正壓狀態(tài)，氣氛為還原氣氛；當(dāng)零壓面位于燒成帶的后端時(shí)，燒成帶處于微負(fù)壓狀態(tài)，氣氛為氧化氣氛。

4.2 合理操作燃燒器

燒成的燃料是否完全燃燒將會(huì)影響到窯爐氣氛，特別是燒成帶的氣氛。因此合理地操作燃燒器，控制好燃料的燃燒程度，是控制窯內(nèi)氣氛的重要手段。在燃料完全燃燒的情況下，燃料中的全部可燃成分在空氣充足時(shí)能完全氧化，燃燒產(chǎn)物中沒有游離C及CO、H2、CH4等可燃成分，保證氧化氣氛的實(shí)現(xiàn)(當(dāng)燃料不完全燃燒時(shí))，燃燒產(chǎn)物中存在一些游離C及CO、H2、CH4等，使窯內(nèi)氣氛呈還原性。要使燃料完全燃燒，必須注意以下幾點(diǎn)：

1)確保燃料與空氣充分、均勻地混合；

2)保證充足的空氣供給，并保持一定的過?？諝饬浚?/p>

3)確保燃燒過程在較高的溫度下進(jìn)行。

5 實(shí)際生產(chǎn)中燒成氣氛的調(diào)整

對(duì)于上述穩(wěn)定氣氛的理論要點(diǎn)，一般大多數(shù)人都很清楚，但在實(shí)際的操作中，會(huì)因?yàn)橐鉀Q某些燒成問題而不自覺地改變窯爐的氣氛，這種變化往往容易被人忽視，以下是常出現(xiàn)的問題：

5.1 為了提高燒成溫度而改變空氣過剩系數(shù)

個(gè)別企業(yè)為了追求單窯產(chǎn)量的最大化，不斷地加快燒成速度，縮短燒成周期。往往操作工最常用的手段就是加大燃料供應(yīng)量，但在燃料供應(yīng)量增加以后往往沒有及時(shí)調(diào)節(jié)助燃空氣的供應(yīng)量和助燃風(fēng)機(jī)總閘的大小調(diào)節(jié)，造成燒成氣氛由氧化氣氛變?yōu)檫€原氣氛。

5.2 為解決預(yù)熱帶出現(xiàn)的缺陷而改變其氣氛

一些操作工為了降低預(yù)熱帶后段的溫度而減小排煙閘的開度，影響了窯爐的壓力平衡和氣體流速，使預(yù)熱帶的氧化氣氛減弱，如控制不好容易造成前爐燃燒狀態(tài)不良，使氣氛出現(xiàn)波動(dòng)。

5.3 為解決冷卻帶出現(xiàn)的缺陷而改變冷風(fēng)量

這樣操作不僅影響到全窯壓力制度的變化，而且會(huì)使氣氛發(fā)生變化。比如加大冷風(fēng)量，容易使零壓面向預(yù)熱帶移動(dòng)；反之，零壓面又會(huì)向冷卻帶方向移動(dòng)，這些波動(dòng)都會(huì)使氣氛發(fā)生改變。為了穩(wěn)定壓力，必須相應(yīng)調(diào)節(jié)抽熱閘的開度，以平衡全窯的氣體進(jìn)出量，穩(wěn)定零壓面。

問：坯料環(huán)節(jié)導(dǎo)致瓷磚釉面針孔的原因及解決措施有哪些？

答：在生產(chǎn)過程中釉面磚經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)針孔(開口泡)、痱子(敝口泡)、釉面不平(起皺)、落臟等缺陷。這些問題嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，并且降低了產(chǎn)品的檔次，解決這些問題克不容緩?，F(xiàn)筆者將對(duì)針孔產(chǎn)生的原因加以分析。

釉面磚使用的熔塊釉有：有光透明、有光鋯白和啞光白釉。一般啞光釉不會(huì)有針孔，透明釉即使有一點(diǎn)，但由于它本身透明，看起來也不明顯。因此，現(xiàn)在主要分析一下有光鋯白釉的釉面針孔問題。

1 坯用原料的影響

坯用原料應(yīng)盡可能選用燒失量低的原料，保證生產(chǎn)坯料配方的燒失量不超出要求范圍。一般二次燒釉面磚的燒失量保持在9%以下。特別注意要選用一些含鈣高的泥沙料，這樣可降低硅灰石(降成本)和碳酸鈣(降燒失量)的用量。三水新明珠陶瓷有限公司就用了一種含鈣很高的的沙來代替硅灰石和碳酸鈣，效果顯著。

2 坯料的細(xì)度的影響

坯料的細(xì)度應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)。太粗了，排氣不凈，反應(yīng)不完全。堆積不緊密，坯體表面粗糙、空隙多，易吸煙。釉燒時(shí)易產(chǎn)生針孔。一般二次燒釉面磚坯料細(xì)度保持在：(3.0～3.5) g/100 ml。

3 坯粉的純度的影響

現(xiàn)在很多廠家為了降低生產(chǎn)成本，都采用水煤漿爐噴霧干燥塔。它的工作原理是：把球磨到一定細(xì)度的水煤漿噴到爐膛燃燒，產(chǎn)生的熱氣用來干燥粉料。如果水煤漿燃燒不完全，就可能會(huì)有碳?；烊霟峥諝庖黄疬M(jìn)入噴霧塔，因此要過濾好熱空氣。另外，輸送粉料的皮帶磨損后，混入的粉料中的橡膠粒也會(huì)對(duì)釉面產(chǎn)生一定的影響。

4 坯體成形壓力的影響

在一定范圍內(nèi)，坯體成形壓力越大，堆積密度越大，越不易排氣，導(dǎo)致坯體有機(jī)物質(zhì)太多，燒成后易生成黑心。

5 坯用添加劑的影響

一般坯用添加劑都是無機(jī)的，對(duì)瓷磚釉面不會(huì)有太大的影響。

問：基礎(chǔ)釉影響色料發(fā)色的機(jī)理有哪些？

答：1 定義

基礎(chǔ)釉與色料適應(yīng)性是指基礎(chǔ)釉與色料相互接觸，不會(huì)因?yàn)槿劢?、化學(xué)反應(yīng)等而影響色料燒成后發(fā)色的性能。

2 基礎(chǔ)釉影響色料發(fā)色的機(jī)理

1)色料被基礎(chǔ)釉熔解后，發(fā)色離子的價(jià)態(tài)發(fā)生變化?；A(chǔ)釉中的Li、Na、K、Ca、Mg等成分在高溫作用下對(duì)色料起助熔作用，有助于膠體呈色色料的發(fā)色，卻不利于晶體呈色色料的發(fā)色。

2)色料被基礎(chǔ)釉熔解后，發(fā)色離子的配位發(fā)生變化。在酸性氧化物含量較高的釉中，有利于著色離子向低價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變;在堿性氧化物含量較大的釉中，則有利于著色離子向高價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變。既便是著色離子的價(jià)態(tài)不發(fā)生改變，若與其相鄰的正離子的種類不同時(shí)，也可明顯影響其著色。著色離子(XY+)在釉中所處的配位環(huán)境類似于:-O-XY+-O-R。若R離子的化合價(jià)越低，半徑越大，則-O-R鍵的強(qiáng)度越小，氧電子偏向著色離子一側(cè)的程度越大。即氧離子對(duì)著色離子的作用越強(qiáng)，其晶體場(chǎng)分裂能值增大，吸收波長(zhǎng)減小;反之，吸收波長(zhǎng)增加。當(dāng)著色離子相鄰的正離子依次為Si4+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、K+時(shí)，其吸收波長(zhǎng)由長(zhǎng)變短;由于Zn2+和Pb2+極化效應(yīng)較強(qiáng)，對(duì)著色離子吸收波長(zhǎng)改變的影響尤為顯著。

3)色料被基礎(chǔ)釉熔解后，發(fā)色離子形成新的晶相。色料晶體在高溫下容易分解或熔解到基礎(chǔ)釉中，與基礎(chǔ)釉中的成分形成新的晶相。如含Cr3+的色料在ZnO含量高的釉中，高溫下存在色料的分解，Cr和Zn容易生成ZnO·Cr2O3尖晶石。

4)基礎(chǔ)釉與色料折射率不同，散射效應(yīng)減弱色料反射光的強(qiáng)度。當(dāng)入射光的特定波長(zhǎng)被色料晶體吸收和散射時(shí)，其它波長(zhǎng)的光線被反射，最終呈現(xiàn)出補(bǔ)色光的顏色。根據(jù)能量守恒原理，入射光強(qiáng)度等于散射光強(qiáng)度、吸收光強(qiáng)度與反射光強(qiáng)度之和，即I入射=I散+I吸+I反。當(dāng)色料晶體與釉層的折射率相差越大，散射光的強(qiáng)度越大，反射光的強(qiáng)度越小，釉面顏色越淡，不易得到色調(diào)明快的顏色。一般晶體結(jié)構(gòu)色料的折射率較高，尖晶石為1.171～1.920，鋯英石為1.94，氧化鋯為2.13～2.20，基礎(chǔ)釉為1.5～1.6。可通過縮小基礎(chǔ)釉與色料折射率的差值來改善色料的發(fā)色。

3 生產(chǎn)案例

1)Co2+(3d2)吸收橙、黃和部分的綠光，呈帶紫的藍(lán)色;Co3+(3d3)吸收綠光以外的色光，強(qiáng)反射綠色而呈綠色。如果CoAl2O4尖晶石熔解到釉料中，其中的Co2+被氧化成Co3+，其呈色也會(huì)從藍(lán)色變?yōu)榫G色。

2)尖晶石結(jié)構(gòu)的Co-Cr-Al-Zn系孔雀綠色料，在高硅的釉中吸收長(zhǎng)波，呈現(xiàn)偏綠色，而在高Na、K、Ca的基釉中吸收短波，最終呈現(xiàn)藍(lán)色。

3)Ca-Cr-Si系的維多利亞綠用于鈣鋅釉變成灰綠色，是因?yàn)镃a2Cr2(SiO4)3綠榴石分解生成的Cr2O3與釉中的 ZnO反應(yīng)生成ZnO·Cr2O3尖晶石。

4)鋯英石固溶體型釩鋯藍(lán)色料用在透明釉中能呈現(xiàn)出鮮艷的天藍(lán)色;用在鋯乳濁釉中其色調(diào)藍(lán)中泛白，沒有用在透明釉中的色調(diào)鮮艷。