上一期我們講了燒成溫度對(duì)陶瓷結(jié)合劑砂輪的影響，影響陶瓷砂輪燒成的因素很多，這一期我們講講保溫時(shí)間、升降溫速率及燒成氣氛對(duì)陶瓷砂輪產(chǎn)品性能的影響。

　　一、保溫時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性能的影響

　　保溫是指在燒成過(guò)程中，達(dá)到最高燒成溫度范圍后，保持一段時(shí)間，或在較低的溫度下保持一段時(shí)間，這段時(shí)間統(tǒng)稱為保溫時(shí)間，隨后進(jìn)入冷卻階段。一般來(lái)說(shuō)，在任何陶瓷磨具制品的燒成過(guò)程中，都或多或少地需要一段保溫時(shí)間，這主要是為了盡量拉平窯爐內(nèi)部及產(chǎn)品內(nèi)外部的溫差，使產(chǎn)品各部分物理化學(xué)反應(yīng)均勻、完全，使制品組織結(jié)構(gòu)趨于一致，從而得到性能一致的產(chǎn)品。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，適當(dāng)降低燒成溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，有利于提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低燒成損失率。對(duì)大型、異形及窯內(nèi)裝載密度比較大的燒成過(guò)程尤為明顯。但是保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則晶粒熔解，不利于坯體中形成堅(jiān)強(qiáng)骨架，會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能降低。

　　二、升降溫速率對(duì)產(chǎn)品性能的影響

　　燒成過(guò)程（包括冷卻過(guò)程）中的升降溫速度是否得當(dāng)，較直觀地是看其對(duì)陶瓷磨具制品在燒成過(guò)程中體積熱脹冷縮帶來(lái)的影響（有無(wú)形變、開(kāi)裂等）。另一方面升溫及降溫速度對(duì)制品的微觀結(jié)構(gòu)形成及最終產(chǎn)品的性能也有不可忽視的影響。

　　普通陶瓷磨具坯體在快速加熱時(shí)，因液相產(chǎn)生，氣孔率減少而形成的收縮要比緩慢加熱時(shí)小。因?yàn)榭焖偌訜釙r(shí)，熔體為粘土及石英所飽和的時(shí)間不長(zhǎng)，因此，這種黏度熔體因其表面張力作用而使制品體積收縮的作用也較小。例如，將坯體經(jīng)過(guò)24h 加熱到1300℃時(shí)，收縮率為8.3%，若以同樣的條件緩慢加熱時(shí)，則收縮率為8.95%。這是因?yàn)榫徛訜釙r(shí)，形成了黏度較高的液相，對(duì)制品收縮作用較強(qiáng)。

　　致密的坯體在慢速升溫時(shí)（24h-48h 加熱到1300℃）其抗張強(qiáng)度比快速升溫的坯體（18h 加熱到1300℃）約增加了30%，而氣孔率則減少?？焖偕郎嘏黧w氣孔率為3.0%，慢速升溫坯體的氣孔率為1.5%。

　　冷卻速度對(duì)材料力學(xué)強(qiáng)度的影響比較復(fù)雜?？焖贌傻呐黧w緩慢冷卻時(shí)，由于二次莫來(lái)石的生長(zhǎng)，會(huì)在一定程度上降低其抗張強(qiáng)度；而坯體緩慢冷卻后，其抗張強(qiáng)度可以提高20%。

　　冷卻的最初階段，冷卻速度對(duì)坯體中的晶粒大小，尤其是對(duì)晶粒的應(yīng)力狀態(tài)有很大影響。含玻璃相較多的致密坯體，在冷卻過(guò)程中，玻璃相由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，陶瓷磨具坯體結(jié)構(gòu)有顯著變化，從而產(chǎn)生較大應(yīng)力，因此，應(yīng)采取高溫階段快冷和低溫階段緩冷的冷卻制度。冷卻初期溫度較高，這時(shí)如果冷卻速度較慢，則相當(dāng)于保溫階段的延長(zhǎng)，影響晶粒的數(shù)量和大小，也容易使低價(jià)鐵二次氧化，使制品帶有黃色。高溫階段快冷還可以避免釉熔體析出晶體。對(duì)于熱膨脹系數(shù)較大的瓷坯或含有較多的SiO 、 ZrO 等晶體的坯體，由于晶型轉(zhuǎn)變伴隨有較大的體積變化，因而在轉(zhuǎn)變溫度附近冷卻速度不能太快。對(duì)于厚而大的坯體，若冷卻速度過(guò)快，體積變化的不均勻性也會(huì)造成應(yīng)力集中而引起變形或者開(kāi)裂。

　　三、燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品性能的影響

　　燒成氣氛是指在燒成過(guò)程中，與制品接觸的熱氣體（燃燒產(chǎn)物）中O2 與CO 含量的多少。燃料燃燒理想時(shí)，燃燒產(chǎn)物主要是CO2 和H2O，而在實(shí)際燃燒過(guò)程中，送入的O2 （空氣）總是不足或者過(guò)量送入的空氣過(guò)量時(shí)燃燒產(chǎn)物中存在過(guò)剩的O2，這種與制品接觸的氣體環(huán)境就稱之為“氧化氣氛”，也被稱為“氧化焰”；而送入的空氣不足時(shí)，燃燒產(chǎn)物存在未完全燃燒的CO，這種含有一定量還原作用的CO的氣體環(huán)境就稱之為“還原氣氛”，也稱之為“還原焰”。因公益需要，可以利用與制品接觸的氣體的氧化或還原作用來(lái)影響制品組分在燒成過(guò)程中的某些物理化學(xué)反應(yīng)，即可以人為控制窯內(nèi)或窯內(nèi)某一段為氧化或還原氣氛。這種依靠操作所達(dá)到的窯內(nèi)氣氛的規(guī)律性分布狀況稱為氣氛制度。所有的陶瓷磨具在還原氣氛中加熱的燒結(jié)溫度均比在氧化氣氛中為低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根源在于還原氣氛中瓷坯中的鐵大多以FeO 存在，而FeO 是比較強(qiáng)的助熔劑，易與SiO2 生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽玻璃（FeSiO3），并且在含有一氧化碳的還原氣氛下，玻璃相的表面張力較在氧化氣氛下提高20% 左右，這些因素促進(jìn)了坯體能在較低的溫度下燒結(jié)。具體來(lái)說(shuō)，氣氛會(huì)影響陶瓷磨具坯體在高溫下的物理化學(xué)反應(yīng)速度、體積變化、晶粒尺寸和氣孔率大小，甚至影響相組成。

　　研究表明，陶瓷磨具坯體在氧化或還原氣氛中燒成，其燒結(jié)溫度、最大燒成收縮、過(guò)燒膨脹率、線收縮速率和表面品質(zhì)等方面都有所不同。

　　氣氛對(duì)燒結(jié)溫度的影響

　　瓷石質(zhì)瓷坯和長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯在不同的氣氛中加熱時(shí)燒結(jié)溫度的比較得知：兩類坯體在還原氣氛中的燒成溫度均比在氧化氣氛中的低。坯體含鐵量越多，溫度降越低越多。

　　氣氛對(duì)最大燒成線收縮的影響

　　瓷石質(zhì)瓷坯在還原氣氛中的最大線收縮比其在氧化氣氛中的要大；但是，長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯在還原氣氛中的最大燒成線收縮卻比在氧化氣氛中的小。含有長(zhǎng)石與膨潤(rùn)土的坯體，由于在還原氣氛中碳素分解溫度提高，因此最大線收縮最小。

　　氣氛對(duì)坯體過(guò)燒膨脹的影響

　　所有瓷石質(zhì)瓷坯與未加膨潤(rùn)土的長(zhǎng)石質(zhì)瓷坯在還原氣氛中過(guò)燒40℃的膨脹比在氧化氣氛中的要小的多。當(dāng)長(zhǎng)石坯體中加入一定量的膨潤(rùn)土?xí)r，則所得結(jié)果正好相反，即在還原氣氛中過(guò)燒40℃的膨脹反而比在氧化氣氛中的要大，而且隨著膨潤(rùn)土量的增加而增大。含膨潤(rùn)土的坯體在加入1.2% 的Fe2O3 時(shí)，雖然它在還原氣氛中過(guò)燒時(shí)的膨脹仍然大于氧化氣氛的燒成，但同時(shí)在氧化氣氛中過(guò)燒的膨脹也顯著增大。另外，由長(zhǎng)石和膨潤(rùn)土配置的坯體，含鐵量并不高，但是有機(jī)物含量多且具有較強(qiáng)的吸附性，在還原氣氛中坯體易吸碳且碳素氧化溫度提高，因而其過(guò)燒膨脹量較氧化氣氛中大。

　　氣氛對(duì)瓷坯線收縮速率的影響

　　除個(gè)別陶瓷磨具外，在還原氣氛中的最大線收縮率比在氧化氣氛中要大。這可能由于坯體中Fe2O3 還原成FeO 所致。FeO 易與SiO2 形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽熔體并降低其黏度，增加其表面張力，從而使坯體在較低溫度下燒結(jié)并產(chǎn)生較大收縮。

　　氣氛對(duì)表觀質(zhì)量的影響

　　1. 影響鐵和鈦的化合價(jià)：當(dāng)坯體中的氧化鐵含量一定時(shí)，若用氧化焰燒成，被釉層封閉的Fe O 將有一部分與SiO 反應(yīng)生成鐵橄欖石并放出氧。反應(yīng)如下：

　　2Fe O +2SiO → 2（2FeO·SiO ）+O ↑ 反應(yīng)所形成的氧會(huì)使釉面形成氣泡與空洞，而殘留的Fe O 會(huì)使制品呈現(xiàn)黃色。對(duì)含鈦較高的坯料應(yīng)避免還原焰，否則部分TiO 會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色至紫色；Ti O 還可能形成黑色2FeO·Ti O 尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體，從而使顏色加深。

　　2. 使SiO 還原和分解：在一定的溫度下，還原氣氛可使SiO 還原成氣態(tài)的SiO，在較低溫度下將按照 2SiO—SiO +Si 分解，因而在制品表面形成Si 的黑斑。

　　還原氣氛中的CO 在一定的溫度下會(huì)按照CO—CO +C 分解，分解出的碳沉積在磨具表面形成黑斑。在繼續(xù)升高溫度的燒成中，碳被封閉在坯體中，若再被氧化成CO 就會(huì)形成氣泡，對(duì)于吸附性能強(qiáng)的坯體尤為嚴(yán)重。

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