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陶瓷釉面針孔與氣泡產生原因及克服方法

明仔 2006'9/23


在陶瓷生產過程中釉面針孔和氣泡是陶瓷生產中的主要缺陷之一。其降低了製品的透明度和釉面光澤度,影響了產品的表面質量,降低了產品的質量等級,提高了生產成本,減少了職工的收入,而且還影響企業的信譽和企業的效益。而釉面針孔和氣泡產生的原因牽涉面極廣,所以如何盡可能地減少釉面針孔和氣泡缺陷,提高產品質量,降低生產成本,也一直困擾著各陶瓷生產廠家。本文從以下幾個方面全方位闡述了陶瓷釉面針孔和氣泡產生的原因及其相應的克服方法,供同行參考。


  1.泥釉用原料方面產生釉面針孔和氣泡的原因如下:

  1.1.原料中含有的有機物和碳素過多,如果這些有機物和碳素由於升溫過快、氧化溫度過低、氧化氣氛不足等原因,在氧化分解階段沒有完全反應,而在高溫階段,釉已經熔融時再反應放出氣體,就可能使製品產生釉面針孔或氣泡。其反應如下:C有機物+O2→CO2↑(350℃-450℃) C碳素+O2→CO2↑(約600℃以上)

  1.2.原料中含有硫化鐵,因為硫化鐵沒有磁性,所以用吸鐵器、吸鐵棒沒法除去這些雜質,硫化鐵氧化反應產生的氣體不僅使製品產生釉面針孔或氣泡,而且反應生成的Fe2O3還會影響製品的外觀顏色,且Fe2O3在高溫時又會進一步分解或還原而放出氣體容易使製品產生釉面針孔或氣泡。其反應如下:

FeS2+O2→FeS+SO2↑(350℃-450℃)

4FeS+7O2→2Fe2O3+4SO2↑(500℃-800℃)

2Fe3O3→4FeO+O2↑(1250℃-1370℃)

Fe2O3+CO→2FeO+CO2↑(1000℃-1100℃)

  1.3.粘土類原料中所含有的結構水,因為粘土類原料中所含有的結構水的排除溫度與其結晶程度、礦物組成及升溫速度等因素有關,如升溫過快等操作不當的原因也可能使製品產生釉面針孔或氣泡,陶瓷生產中常用的幾種含有結構水的原料的脫水溫度分別為:高嶺石類粘土400℃—600℃,蒙脫石類粘土550℃—750℃,伊利石類粘土550℃—650℃,葉蠟石600℃—750℃,瓷石600℃—700℃,滑石800℃—900℃。

  1.4.原料中含有碳酸鹽,因為這些碳酸鹽礦物的分解反應一般要在1000℃左右才基本結束,而這時釉已經燒結,甚至熔融,分解反應所產生的氣體相對較難排除,所以也較易使製品產生釉面針孔或氣泡,其反應如下:CaCO3→CaO+CO2↑(600℃-1050℃) MgCO3→MgO+CO2↑(400℃-900℃)  MgCO3·CaCO3→CaO+MgO+2CO2↑(730℃-950℃) 4FeCO3→2Fe2O3+3CO2↑(800℃-1000℃)

  1.5.如果原料中含有較多的硫酸鹽和高價鐵,則非常容易使製品產生釉面針孔或氣泡,因為這些硫酸鹽和高價鐵在氧化氣氛中要在高於1200℃以上的溫度下才進行分解,在還原氣氛中也要在高於1080℃以上的溫度下才進行還原分解反應,而此時坯體已經有液相存在,釉面已經開始融化,反應所產生的氣體較難排除,所以非常容易使製品產生釉面針孔或氣泡。其反應如下:MgSO4→MgO+SO3↑(>600℃) CaSO4→CaO+SO3↑(1250℃-1370℃劇烈) Na2SO4→Na2O+SO3↑(1200℃-1370℃) 2Fe2O3→4FeO+O2↑(1250℃-1370℃) Fe2O3+CO→2FeO+CO2↑(1000℃-1100℃)

  以上反應在還原氣氛中溫度為1080℃-1100℃。

  泥釉用原料方面產生釉面針孔和氣泡的相應克服方法如下:

  (1)泥釉用原料儘量選擇不含有或盡可能少含有硫酸鹽和高價鐵的原料,也儘量選擇不含有或盡可能少含有硫化鐵的原料,也應儘量選擇那些含有有機物和碳素較少的原料,泥用原料應儘量少用或不用含有碳酸鹽的原料,釉用原料中含有碳酸鹽的原料也不宜過多使用。

  (2)矽灰石不含有有機物、吸附水及結晶水,所以矽灰石幾乎不產生氣體,因此用矽灰石代替方解石或白雲石配泥、用矽灰石代替方解石、白雲石和石英配釉時,可以減少泥釉中氣體的產生量,從而相應減少了釉面針孔或氣泡。

  2.燒成操作方面產生釉面針孔和氣泡的原因如下:

  2.1.低溫火焰不清,燃燒不充分,造成沉碳素,在高溫時隨著過剩空氣係數的增加或在還原末期、冷卻期而被燒掉,從而留下釉面針孔或氣泡。

  2.2.強還原氣氛過濃,強還原時間過長,造成坯釉吸收過多的碳素和碳化物,而這些碳素和碳化物如在還原末期或冷卻期而被氧化,從而留下釉面針孔或氣泡。

  2.3.氧化分解階段,如果升溫過快、氧化溫度過低或氧化氣氛不足等原因,造成有機物、碳素和硫化鐵未被完全氧化而進入了還原期,那麼這些有機物、碳素和硫化鐵在還原末期或冷卻期有可能才被氧化而產生釉面針孔或氣泡。

  2.4.氧化分解階段,如果升溫過快等原因,造成碳酸鹽沒完全分解以及粘土類原料的結晶水沒完全排除,當燒成進入高溫階段後,坯體出現液相、釉面已經開始融化,反應所產生的氣體無法自由排出釉面,於是便出現了釉面針孔或氣泡。

  2.5.對於低溫快燒的陶瓷,雖然坯內的有機物、碳素、硫化鐵和碳酸鹽等雜質在釉熔融前都已經完全氧化分解,但由於升溫過快,所產生的氣體在釉熔融前沒能完全排出,在釉熔融後仍有大量的氣體排出,這些氣體衝破釉面而造成釉面針孔,沒能沖出釉面便形成氣泡,因升溫速度過快,釉也難以拉平氣體沖出釉面留下的凹坑,即使延長高溫保溫時間,仍會在釉面留下釉面針孔缺陷。

  2.6.燒成溫度不夠,使釉料未能充分的均勻流布而造成釉面針孔。

  2.7.強制通風,灰粒過多,水蒸汽存在,可能造成釉面針孔或氣泡。

  2.8.釉面玻化時升溫過快或燒成溫度過高,釉面產生沸騰而造成釉面針孔或氣泡。

  2.9.當坯體採用還原氣氛燒成時,還應注意兩個重要溫度點的選擇,即由強氧化氣氛轉為強還原氣氛的溫度點(氣氛轉換溫度)和強還原氣氛轉弱還原氣氛的溫度點。窯內的氣氛及其強弱以煙氣中的游離氧及一氧化碳的含量而定,游離氧濃度為8%—10%時,稱強氧化氣氛,游離氧濃度為2%—5%時,稱弱氧化氣氛;游離氧濃度小於1%時,而一氧化碳的濃度為1%—7%時稱還原氣氛,其中一氧化碳的濃度為2%—6%時稱強還原氣氛,一氧化碳的濃度為1%—2%時稱弱還原氣氛。轉換溫度應根據坯釉配方情況適當選擇,轉換溫度太低或太高,即轉換溫度太早或太晚都可能造成製品產生釉面針孔或氣泡,還會產生陰黃、煙薰等缺陷。

  2.10.燒成氣氛對釉面針孔也有很大的影響,氧化氣氛可促進釉熔體化學反應的進行和有機物及碳素的燃燒,有利於氣體在釉料熔化之前迅速排除,從而避免產生釉面針孔或氣泡,而還原氣氛則抑制釉料中氧化反應的進行和有機物及碳素的燃燒,致使氣體的排出推遲到釉料熔融之後(尤其是鋯釉),從而導致釉面針孔或氣泡。

  燒成方面產生釉面針孔或氣泡的相應克服方法如下:

  (1)氧化分解階段,要保證足夠了氧化氣氛,升溫不宜過快,氧化溫度不宜過低,還可以在進入強還原氣氛之前,一般使製品在950℃-1050℃附近,于強氧化氣氛下適當保溫一段時間,以期在釉層玻化前使坯內的有機物、碳素、硫化鐵和碳酸鹽等雜質盡可能地完全氧化分解,以及結晶水的充分排除。

  (2)還原末期,升溫速度不宜過快,縮小溫差,促使釉充分熔化流布均勻,但又必須防止過火而引起釉面沸騰。

  (3)強還原氣氛不宜過濃,結束不能太遲,以免造成過多的沉碳,也有利於沉碳等物質早點被燒掉。

  (4)窯爐操作人員應根據產品的種類,窯車的裝車密度等進行小火操作。窯車裝杯類產品的裝車密度比裝碟、碗類產品的裝車密度大,氧化溫度可適當高一些,且氧化時間可適當延長些;注漿類產品的氧化溫度可比可塑類產品的氧化溫度適當高25℃左右,且注漿產品的氧化時間比可塑類產品可適當長些;厚胎類產品應比薄胎類產品的氧化溫度適當高15℃,且氧化時間比薄胎類產品可適當長些,這樣以使產品(窯車各個部分的產品)中的有機物、碳素、硫化鐵和碳酸鹽等雜質盡可能地完全氧化分解,以及結晶水的充分排除。

  (5)當坯體採用還原氣氛燒成時,氣氛轉換溫度因坯釉配方而異,要慎重選擇,一般氣氛轉換溫度確定在釉層始熔溫度前150℃左右為宜,氣氛轉換溫度太低或太早,因有機物、碳素、硫化鐵和碳酸鹽沒有完全氧化分解容易使製品產生釉面針孔或氣泡,還會產生煙薰等缺陷,氣氛轉換溫度太高或太晚,則容易使製品產生陰黃等缺陷;強還原氣氛轉為弱還原氣氛的溫度也要根據坯釉配方情況適當選擇,一般日用瓷製品在1250℃左右轉入弱還原氣氛,轉換太早易使製品產生陰黃等缺陷,轉換太晚,則會增加坯釉吸收的游離碳素而可能使製品產生釉面針孔或氣泡。

  3.泥釉配方方面產生釉面針孔和氣泡的原因如下:

  3.1.釉料中含有碳酸鹽(尤其是石灰石)過多,高溫時碳酸鹽分解產生的氣體,以及碳酸鹽分解生成的CaO在燒成過程中容易吸收游離碳素和碳化物,這些被吸收的游離碳素和碳化物隨著溫度的提高而被燒掉而生成的氣體,這些氣體如果逸出則可能產生釉面針孔,如果沒有逸出則可能形成氣泡。

  3.2.釉料的高溫粘度大(釉料的高溫粘度與釉料的顆粒、流動性能和釉料的化學成分有關),使釉下層排出的氣體,最初會出現小氣泡,隨著溫度的繼續上升,大氣泡被熔掉,而小氣泡被留下,也會出現釉面針孔或氣泡;釉料的高溫粘度大,釉料的流動性能也差,使氣體逸出釉面時所產生凹坑難以被流平而產生釉面針孔。

  3.3.釉料的始熔溫度過低,阻礙了氣氛滲入到坯體中,從而推遲了坯體中的各種氧化還原反應的進行,當釉熔體封閉坯胎後,這些反應所產生的氣體容易使產品產生釉面針孔或氣泡;而釉料過早玻化,氧化分解所產生的氣體不易逸出,只能滯留於釉層中而形成氣泡,這些氣體如隨溫度的升高而沖出釉面便形成釉面針孔。

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