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生产技术|陶瓷釉面针孔与气泡缺陷的产生原因及克服方法

发布日期:2010-04-26

陶瓷釉面针孔与气泡缺陷的产生原因及克服方法

1.泥釉用原料方面产生釉面针孔和气泡的原因如下:

1.1.原料中含有的有机物和碳素过多,如果这些有机物和碳素由于升温过快、氧化温度过低、氧化气氛不足等原因,在氧化分解阶段没有完全反应,而在高温阶段,釉已经熔融时再反应放出气体,就可能使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下:

c有机物+o2→co2↑(350℃-450℃) c碳素+o2→co2↑(约600℃以上)

1.2.原料中含有硫化铁,因为硫化铁没有磁性,所以用吸铁器、吸铁棒没法除去这些杂质,硫化铁氧化反应产生的气体不仅使制品产生釉面针孔或气泡,而且反应生成的fe2o3还会影响制品的外观颜色,且fe2o3在高温时又会进一步分解或还原而放出气体容易使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下:

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.粘土类原料中所含有的结构水,因为粘土类原料中所含有的结构水的排除温度与其结晶程度、矿物组成及升温速度等因素有关,如升温过快等操作不当的原因也可能使制品产生釉面针孔或气泡,陶瓷生产中常用的几种含有结构水的原料的脱水温度分别为:高岭石类粘土400℃—600℃,蒙脱石类粘土550℃—750℃,伊利石类粘土550℃—650℃,叶蜡石600℃—750℃,瓷石600℃—700℃,滑石800℃—900℃。

1.4.原料中含有碳酸盐,因为这些碳酸盐矿物的分解反应一般要在1000℃左右才基本结束,而这时釉已经烧结,甚至熔融,分解反应所产生的气体相对较难排除,所以也较易使制品产生釉面针孔或气泡,其反应如下:

caco3→cao+co2↑(600℃-1050℃) mgco3→mgo+co2↑(400℃-900℃)

mgco3•caco3→cao+mgo+2co2↑(730℃-950℃)

4feco3→2fe2o3+3co2↑(800℃-1000℃)

1.5.如果原料中含有较多的硫酸盐和高价铁,则非常容易使制品产生釉面针孔或气泡,因为这些硫酸盐和高价铁在氧化气氛中要在高于1200℃以上的温度下才进行分解,在还原气氛中也要在高于1080℃以上的温度下才进行还原分解反应,而此时坯体已经有液相存在,釉面已经开始融化,反应所产生的气体较难排除,所以非常容易使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下:

mgso4→mgo+so3↑(>600℃)

caso4→cao+so3↑(1250℃-1370℃剧烈)

na2so4→na2o+so3↑(1200℃-1370℃)

2fe2o3→4feo+o2↑(1250℃-1370℃)

fe2o3+co→2feo+co2↑(1000℃-1100℃)

以上反应在还原气氛中温度为1080℃-1100℃

泥釉用原料方面产生釉面针孔和气泡的相应克服方法如下:

(1)泥釉用原料尽量选择不含有或尽可能少含有硫酸盐和高价铁的原料,也尽量选择不含有或尽可能少含有硫化铁的原料,也应尽量选择那些含有有机物和碳素较少的原料,泥用原料应尽量少用或不用含有碳酸盐的原料,釉用原料中含有碳酸盐的原料也不宜过多使用。

(2)硅灰石不含有有机物、吸附水及结晶水,所以硅灰石几乎不产生气体,因此用硅灰石代替方解石或白云石配泥、用硅灰石代替方解石、白云石和石英配釉时,可以减少泥釉中气体的产生量,从而相应减少了釉面针孔或气泡。

2.烧成操作方面产生釉面针孔和气泡的原因如下:

2.1.低温火焰不清,燃烧不充分,造成沉碳素,在高温时随着过剩空气系数的增加或在还原末期、冷却期而被烧掉,从而留下釉面针孔或气泡。

2.2.强还原气氛过浓,强还原时间过长,造成坯釉吸收过多的碳素和碳化物,而这些碳素和碳化物如在还原末期或冷却期而被氧化,从而留下釉面针孔或气泡。

2.3.氧化分解阶段,如果升温过快、氧化温度过低或氧化气氛不足等原因,造成有机物、碳素和硫化铁未被完全氧化而进入了还原期,那么这些有机物、碳素和硫化铁在还原末期或冷却期有可能才被氧化而产生釉面针孔或气泡。

2.4.氧化分解阶段,如果升温过快等原因,造成碳酸盐没完全分解以及粘土类原料的结晶水没完全排除,当烧成进入高温阶段后,坯体出现液相、釉面已经开始融化,反应所产生的气体无法自由排出釉面,于是便出现了釉面针孔或气泡。

2.5.对于低温快烧的陶瓷,虽然坯内的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质在釉熔融前都已经完全氧化分解,但由于升温过快,所产生的气体在釉熔融前没能完全排出,在釉熔融后仍有大量的气体排出,这些气体冲破釉面而造成釉面针孔,没能冲出釉面便形成气泡,因升温速度过快,釉也难以拉平气体冲出釉面留下的凹坑,即使延长高温保温时间,仍会在釉面留下釉面针孔缺陷。

2.6.烧成温度不够,使釉料未能充分的均匀流布而造成釉面针孔。

2.7.强制通风,灰粒过多,水蒸汽存在,可能造成釉面针孔或气泡。

2.8.釉面玻化时升温过快或烧成温度过高,釉面产生沸腾而造成釉面针孔或气泡。

2.9.当坯体采用还原气氛烧成时,还应注意两个重要温度点的选择,即由强氧化气氛转为强还原气氛的温度点(气氛转换温度)和强还原气氛转弱还原气氛的温度点。窑内的气氛及其强弱以烟气中的游离氧及一氧化碳的含量而定,游离氧浓度为8%—10%时,称强氧化气氛,游离氧浓度为2%—5%时,称弱氧化气氛游离氧浓度小于1%时,而一氧化碳的浓度为1%—7%时称还原气氛,其中一氧化碳的浓度为2%—6%时称强还原气氛,一氧化碳的浓度为1%—2%时称弱还原气氛。转换温度应根据坯釉配方情况适当选择,转换温度太低或太高,即转换温度太早或太晚都可能造成制品产生釉面针孔或气泡,还会产生阴黄、烟薰等缺陷。

2.10.烧成气氛对釉面针孔也有很大的影响,氧化气氛可促进釉熔体化学反应的进行和有机物及碳素的燃烧,有利于气体在釉料熔化之前迅速排除,从而避免产生釉面针孔或气泡,而还原气氛则抑制釉料中氧化反应的进行和有机物及碳素的燃烧,致使气体的排出推迟到釉料熔融之后(尤其是锆釉),从而导致釉面针孔或气泡。

烧成方面产生釉面针孔或气泡的相应克服方法如下:

(1)氧化分解阶段,要保证足够了氧化气氛,升温不宜过快,氧化温度不宜过低,还可以在进入强还原气氛之前,一般使制品在950℃-1050℃附近,于强氧化气氛下适当保温一段时间,以期在釉层玻化前使坯内的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质尽可能地完全氧化分解,以及结晶水的充分排除。

(2)还原末期,升温速度不宜过快,缩小温差,促使釉充分熔化流布均匀,但又必须防止过火而引起釉面沸腾。

(3)强还原气氛不宜过浓,结束不能太迟,以免造成过多的沉碳,也有利于沉碳等物质早点被烧掉。

(4)窑炉操作人员应根据产品的种类,窑车的装车密度等进行小火操作。窑车装杯类产品的装车密度比装碟、碗类产品的装车密度大,氧化温度可适当高一些,且氧化时间可适当延长些注浆类产品的氧化温度可比可塑类产品的氧化温度适当高25℃左右,且注浆产品的氧化时间比可塑类产品可适当长些厚胎类产品应比薄胎类产品的氧化温度适当高15℃,且氧化时间比薄胎类产品可适当长些,这样以使产品(窑车各个部分的产品)中的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质尽可能地完全氧化分解,以及结晶水的充分排除。

(5)当坯体采用还原气氛烧成时,气氛转换温度因坯釉配方而异,要慎重选择,一般气氛转换温度确定在釉层始熔温度前150℃左右为宜,气氛转换温度太低或太早,因有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐没有完全氧化分解容易使制品产生釉面针孔或气泡,还会产生烟薰等缺陷,气氛转换温度太高或太晚,则容易使制品产生阴黄等缺陷强还原气氛转为弱还原气氛的温度也要根据坯釉配方情况适当选择,一般日用瓷制品在1250℃左右转入弱还原气氛,转换太早易使制品产生阴黄等缺陷,转换太晚,则会增加坯釉吸收的游离碳素而可能使制品产生釉面针孔或气泡。

3.泥釉配方方面产生釉面针孔和气泡的原因如下:

3.1.釉料中含有碳酸盐(尤其是石灰石)过多,高温时碳酸盐分解产生的气体,以及碳酸盐分解生成的cao在烧成过程中容易吸收游离碳素和碳化物,这些被吸收的游离碳素和碳化物随着温度的提高而被烧掉而生成的气体,这些气体如果逸出则可能产生釉面针孔,如果没有逸出则可能形成气泡。

3.2.釉料的高温粘度大(釉料的高温粘度与釉料的颗粒、流动性能和釉料的化学成分有关),使釉下层排出的气体,最初会出现小气泡,随着温度的继续上升,大气泡被熔掉,而小气泡被留下,也会出现釉面针孔或气泡釉料的高温粘度大,釉料的流动性能也差,使气体逸出釉面时所产生凹坑难以被流平而产生釉面针孔。

3.3.釉料的始熔温度过低,阻碍了气氛渗入到坯体中,从而推迟了坯体中的各种氧化还原反应的进行,当釉熔体封闭坯胎后,这些反应所产生的气体容易使产品产生釉面针孔或气泡而釉料过早玻化,氧化分解所产生的气体不易逸出,只能滞留于釉层中而形成气泡,这些气体如随温度的升高而冲出釉面便形成釉面针孔。

4.泥釉制备方面产生釉面针孔和气泡的原因如下:

4.1.泥料颗料粗,含水率又大,陈腐期短,捏练不充分,捏练时真空度不够,气孔率大,在高温时釉虽熔融,却被坯体气孔吸收而造成釉面针孔。

4.2.釉料颗粒过粗,造成釉料高温粘度大,阻碍了气体的排出,易形成釉面针孔或气泡,同时釉流动性能也差,难以填平气体排出釉面时留下来的凹坑而形成釉面针孔。

4.3.泥釉最好各进行三次除铁,以免高价铁在高温阶段反应生成气体而造成釉面针孔或气泡。

4.4.注浆泥浆也需要陈腐,因为陈腐可使粘土与电解质溶液间的离子交换进行得充分,促使粘度降低,因而泥浆的流动性和空浆性能均可改善,注浆时有利于气体的排除,否则气体被封闭在坯中,烧后便易形成釉面针孔或气泡。

4.5.釉浆过细。釉浆中细颗粒适量增多可以提高成釉速率,提高颗粒在液相中的溶解度,使颗粒相互反应完全,减少残留大气泡的存在但釉料过细,熔点降低,过早形成粘度大的釉熔体,使泥釉分解产生的气体不能顺利排出,从而造成制品产生釉面针孔或气泡。

4.6.釉浆制备时混入杂质或气泡、釉浆制备后存储的时间过长或存储釉浆的地方温度偏高等都会造成制品产生釉面针孔或气泡。

泥釉制备方面产生釉面针孔气泡的相应克服方法如下:

(1)泥釉颗粒不宜过粗,泥料一定要经过陈腐,通过陈腐,可以通过毛细管的作用,使泥料中的水分湿润渗透、分布均匀,还可以通过细菌的作用,促使有机物的腐烂而生成有机酸,还可以发生一些氧化还原反应使fes2分解成h2s气体和铁的氧化物,caso4还原为cas,并与h2o及co2作用形成caco3,放出h2s气体等一系列反应,由于fes2分解成h2s气体和铁的氧化物,这样使非磁性的fes2转变为具有磁性的铁的氧化物,就可以用吸铁器、吸铁棒除掉fes2(注浆泥而言),减少了fes2氧化反应产生气体和fe2o3,同时由于fe2o3减少,也减少了fe2o3在高温时进一步分解或还原而放出气体,故减少了制品的釉面针孔或气泡由于caso4转变为caco3,这样使在高温下才能分解的caso4转变为在较低温度下就能分解的caco3,故也减少了制品的釉面针孔或气泡。

(2)泥料捏练要充分,真空度要达到要求,经过真空练泥机练泥可以除去空气,增加泥的致密度,从而减少了坯的气体含量、减少了坯的气孔率,故有利于减少了制品的釉面针孔或气泡。

(3)在釉浆制备过程中,如果球磨效率低、球石质量差,会造成球磨时间长,球石磨损量大,使釉中sio2含量提高,增加釉的高温粘度和釉烧温度,若仍按原温度进行釉烧,则由于温度低、高温粘度大,阻碍釉中气泡的排除,以及气体排出后留下的凹坑未能及时弥合(尤其是低温快烧的低温釉),从而形成了釉面针孔或气泡。

(4)釉浆制备后存储的时间过长,碱类物质会继续分解而改变釉的成分,釉烧后也会产生釉面针孔或气泡存储釉浆的地方温度偏高,釉浆会发酵产生气泡,釉浆搅拌速度太快,易卷入空气,如果施釉前过滤不好,这些气泡就会留在釉层中,烧后而造成制品产生釉面针孔或气泡。

5.成型方面产生釉面针孔和气泡的原因如下:

5.1.旋坯、注浆模型过干(模型必须含有5%—6%的水分),吸水快,也容易造成釉面针孔如果模型过湿(含水10%—18%),吸收水分过慢,也容易产生釉面针孔。

5.2.坯体上釉前坯太干燥、过热,洗水时将坯面润湿得又不彻底,以致使釉不能被坯体均匀地吸收,也容易封闭气体而出现釉面针孔或气泡。

5.3.坯体过湿就上釉,且上釉后没有干燥就进行装烧(坯体的入窑水分应根据烧成速度而定,烧成速度越快,坯体的入窑水分越低,一般的情况下,日用瓷、卫生瓷坯体的入窑水分应控制在2%以内,墙地砖类制品快速烧成时,坯体的入窑水分一般控制在1%以下,甚至在0.5%以下),则由于烧成时水蒸气大量逸出而产生针孔(如果温度上升过急还会起泡)。

5.4.坯体磨坯不完全,洗水又没有注意,坯体上粘有有机杂质尘,烧成时亦变成釉面针孔。

5.5.釉浆过稀、过稠,不但容易产生釉裂,而且也因为容易封闭气体而容易引起釉面针孔或气泡。

5.6.注浆产品注浆过急,空气不能充分排出,或者泥浆过热,容易发酸而失去水分,气泡不容易排出,均容易出现釉面针孔或气泡。

5.7.湿坯利用窑炉余热进行烘干时,时间过长,坯体吸收了大量的碳素而容易形成釉面针孔或气泡或釉坯放置时间过长,坯体上粘有大量的有机杂质灰尘,而装坯时又没有将有机杂质灰尘吹干净,也可能产生釉面针孔或气泡。

5.8.釉层厚度过薄,部分熔釉被多孔的坯体吸收而形成釉面针孔。

5.9.模型设计不合理,注浆时气体无法排出,封闭在坯体中的气体在烧成中易形成釉面针孔或气泡模型上的尘埃未能消除干净,烧成时浮尘挥发从而使制品产生釉面针孔。

5.10.施釉工艺不妥也易产生釉面针孔或气泡。生坯落有灰尘,施釉前未能清扫干净,在烧成过程中会出现釉面针孔或气泡施釉线进行速度太快,釉幕易封闭坯体表面颗粒间空气,这些空气最终冲破釉面逸出从而引起釉面针孔,没逸出则形成气泡底釉与面釉施釉距离太远,施面釉后会有气泡,烧后易造成制品形成釉面针孔或气泡。

5.11.坯体干燥不均匀,也易产生釉面针孔或气泡。当坯体内部某个位置干燥不完全,含有一定的自由水时,使得该位置的温度相对高且收缩小,颗粒间隙较大,在施釉过程中吸入到坯体中的水分,比较容易在该部分达到瞬间的饱和,出现釉浆不易干固的现象,当吸入坯体中的水分在坯温的作用下汽化时,这些水汽会沿颗粒的间隙集中在该处排出坯体外,这样使得水汽排出与釉面该部分的干固同时进行,最后由于釉浆的逐渐干固,在该部分会出现许多小孔或气泡,这些小孔或气泡有时看不见,但经过烧成后会出现釉面针孔或气泡缺陷。

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