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陶瓷的烧成和烧结到底是什么关系?_

陶瓷的烧成和烧结到底是什么关系?

发布时间:2024-09-24


在陶瓷业界,有两个经常使用到的名词:烧成和烧结。在很多业者眼中,这两个词似乎没有太大的区别,他们也常常混着使用,并不特别在意。不过,如果我们稍微留意,就会发现,在与普通陶瓷相关的资料中,往往“烧成”这个词用得更普遍,而在与特种陶瓷相关的文献里,“烧结”一词出现的频率则更高。这说明两者之间其实是存在一定差别的。

那么,烧成和烧结到底是什么关系呢?它们的差别又在哪儿呢?

我们先看烧成。在陶瓷生产过程中一般都有几个工序,比如粉体制备、成型,还有一个必不可少的,就是烧成。烧成就是将成型好的坯体放到窑炉之中高温处理,最后经过一系列物理化学变化后,最终成为陶瓷的过程。这个过程最大的特点,就是不可逆。粉没配好,成型没成功,都不是太大的事,大不了将泥坯捣碎重新再来一次。但烧成却是一锤子买卖,陶瓷烧坏了就很难有机会再来一遍。因此,烧成也是陶瓷生产过程最关键的一步。

烧成的过程十分复杂。如果按教科书上长石瓷烧成的例子,大概可以分为四个阶段。一是室温到300℃左右,这个阶段主要是排除残余水分。然后在300℃到950℃左右,则会发生一些氧化分解反应,有些有机物会氧化,有些无机盐会分解。与此同时,石英会发生一系列晶型转变,可能还有少量低共熔的液相形成。温度再往上升,直到最高温度,属于高温阶段。这时有某些氧化和分解反应还在进行,不过此时最重要的是会形成大量液相(在长石瓷中液相最多能达到总量的50-60%),这些液相一方面会促使晶体发生重结晶而长大,另一方面则会填满坯体中的孔隙,让晶粒靠拢、粘结成一个整体。到此,坯体完成了整个瓷化的过程。最后是冷却。这一阶段坯体内变化较少,但有时也会析出一个晶体。

再来看烧结。烧结是什么呢?按教科书的说法,烧结是指粉料成型后,在低于熔点温度下加热收缩,变成致密的块状材料的过程。这个过程中,坯体主要会发生两方面的变化。一方面,粉料颗粒间的接触面会不断扩大,逐渐形成晶界,而同时,坯体中空气会不断排出,气孔率不断下降;另一方面,随着温度的升高,坯体中的晶粒也会逐渐长大。最后,当气体全部排出或差不多全部排出之后,就得到一块密度很高、晶粒尺寸一定的陶瓷材料。

看到这儿,我们是不是会发现,和烧成相比,烧结过程的变化似乎特别简单?其实背后的原因也特别简单,因为烧结只是烧成的一部分。从上面的介绍我们已经看到,烧成时包括很多不同的过程。这些过程概括地说,主要有三种,一种是不同原料不同组分间的高温固相化学反应(脱水也可看成是一种固相反应),另一种是某些原料自身的高低温相变,还有一种就是烧结。

那为什么要将烧结从烧成中拎出来单独讨论呢?那是因为烧结才是陶瓷烧成中最根本的一个过程,没有烧结,那陶瓷就烧不出来。或者反过来说,固相反应和相变在烧陶瓷的过程中就属于是“打酱油”的角色。而且更严格地说,这两个“打酱油”在大多数情况下起不了什么好作用,只会让烧成的过程变得更复杂。所以在生产性能要求更高的特种陶瓷时,人们一般会尽量想办法避免这两位“打酱油”的存在。比如对原料先进行预烧,让那些该反应和相变的原料都统统先完成反应和相变。这样在烧成时就只有烧结过程,工艺控制更加精确和简单,免得有“打酱油”的在一旁碍手碍脚。(某些特殊的烧结过程除外,比如反应烧结)

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