问：陶瓷窑炉烧成气氛对产品性能及产品缺陷有哪些影响？ 其烧成气氛应该怎样控制？

答：1 烧成气氛的概念

陶瓷产品的烧成气氛是指在对产品烧制的过程中，窑炉内的燃烧产物中所含的游离氧与还原成分的百分比。烧成气氛一般分为氧化气氛和还原气氛两种。窑炉内游离氧含量为8%以上的称为强氧化气氛；游离氧含量为4%～5%的称为普通氧化气氛；窑炉内游离氧含量为1%～1.5%的称为中性气氛；窑炉内游离氧的含量小于1%，并且CO含量在3%以下时，称为弱还原气氛，CO含量在5%以上的称为强还原气氛。

陶瓷企业在实际生产中，采用何种气氛制度来烧制陶瓷产品，要根据其产品配方中原料的组成以及烧制过程中各阶段的物化反映情况来确定。当原料中所含有机物和碳较少，且粘性低、吸附性弱、含铁量较高时，适合于采用还原气氛烧成；反之，则适合于采用氧化气氛烧成。

2 烧成气氛对产品性能的影响

众所周知，气氛会影响陶瓷坯体在高温下的物化反应速度、体积变化、晶粒尺寸与气孔大小等，尤其对陶瓷坯体的颜色、透光性和釉面质量的影响，显得更为突出。

2.1 影响铁和钛的化合价

在实际生产中，在氧化气氛烧成时，坯料中的Fe2O3在含碱量较低的玻璃相中熔解度很低，可析出胶态的Fe2O3使坯呈现黄色；在还原气氛烧成时，形成的FeO熔化在玻璃相中使坯体呈淡青色。另外，当坯体中的氧化铁含量一定时，若采用氧化气氛烧成，被釉层所封闭的Fe2O3将有一部分与SiO2反应生成铁橄榄石并放出氧，其反应如下：

反应生成的氧气会使釉面形成气泡与孔洞，而残留的Fe2O3会使坯体呈黄色。对含钛较高的坯料应避免采用还原气氛烧成，否则部分TiO2会变成蓝色至紫色的Ti2O3，还可能形成黑色2FeO·Ti2O3尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而使坯体呈色加深。

2.2 使SiO2还原和CO分解

3 烧成气氛对产品缺陷的影响

陶瓷产品在烧成过程中会发生一系列的物理化学反应，如水分的蒸发，盐类的分解，有机物、碳和硫化物的氧化，晶型的转变，晶相的形成等。这些物理化学反应的速度，除了受温度影响之外，气氛对其也有很大的影响，如果气氛控制不当，就会使陶瓷产品产生各种缺陷，下面介绍最常见的几种缺陷。

3.1 黑心

陶瓷产品的黑心是指在坯体的烧成过程中，有机物、硫化物、碳化物等因氧化不足而生成碳粒和铁质的还原物，致使坯体中间呈现黑色或者灰色、黄色等现象。黑心缺陷的存在会影响陶瓷产品的强度、吸水率、色泽等性能指标。陶瓷产品产生黑心缺陷的关键是坯体中的有机物、碳化物、硫化物的氧化不足，陶瓷产品在烧成过程的低温阶段发生有机物的分解和以下的氧化反应：

在此阶段如果氧化气氛不足，有机物的分解和上述的氧化反应就无法完全地进行，C、FeS2和FeO等过多地残留积聚在坯体内而使坯体呈黑色、灰色、黄色。在实际生产中要消除产品黑心，须在600～650 ℃让有机物开始燃烧，在300～850 ℃让有机物、铁化合物和碳充分氧化，也就是说，应在预热带保证足够强的氧化气氛。另外，在烧成的低温阶段，烟气中的CO会被分解，进行如下反应：

这一分解在800 ℃以上时会比较明显，而800 ℃以下时，在有一定量的催化剂的情况下反应也很明显(游离态的FeO就是很好的催化剂)。如果在低温阶段窑内的氧化气氛不足，同时存在还原气氛的情况下，由于在还原气氛中存在FeO，因此CO会激烈分解而析出C。在低温阶段由于坯体的气孔率较高，析出的C很容易被吸附在坯体气孔的表面而形成黑斑缺陷。

3.2 气泡和针孔

陶瓷产品在烧成过程的低温阶段，除了发生前面所述的氧化反应外，还伴随着碳酸盐的分解：

这些反应的速度和完全程度都受到气氛的影响，氧化气氛足够时，反应会快且进行得更完全；反之，反应速度变缓且不完全。当烧成过程进入高温阶段后，坯体出现液相，反应所产生的气体无法自由排出坯体外，于是便出现针孔、气泡等缺陷。

在低温阶段将坯体内部的气体成分全部氧化分解是不可能的，因为碳酸盐和Fe2O3在氧化气氛中要在高于1 300 ℃以上才进行分解，但是在这样高的温度区域，坯体已经有液相存在，粘度减小，分解出来的气泡会冲破液相逸出，造成釉面不平，或者残留在釉层内，形成气泡缺陷。为解决这一问题，在高温前(1 000 ℃左右)要将烧成气氛控制为还原气氛，让Fe2O3及硫酸盐类发生如下还原分解反应：

3.3 色差

陶瓷产品的色差是指单件产品的各部位或单件(批)产品之间的呈色深浅不一的现象。在陶瓷坯体和釉料的原料中，总会或多或少地引入一些铁、钛化合物，在烧结过程中烧成气氛的不同会影响到铁、钛存在的价数，不同价数的铁、钛会有不同的呈色，当烧成气氛不稳定时，坯体的呈色会出现相应改变，从而形成产品的色差。

目前，市场上流行的钒钛金属砖，由于其坯料含钛较高，如在还原气氛下会有部分TiO2转变成蓝色至紫色的Ti2O3，形成色差，也有可能形成黑色的FeO·Ti2O3尖晶石和铁钛混合晶体，从而加深铁的呈色，形成砖面颜色深浅不一，其反应式如下：

4 烧成气氛的控制

烧成气氛的控制受到窑炉结构和设备配置的限制，如风机风量的大小，风管直径的大小，排烟口、抽热口、抽湿口位置的设置等，都会影响到烧成气氛的控制。但是，最关键的还是稳定压力制度和合理操作并控制好燃烧器。

4.1 稳定压力制度

压力变化会影响到气体的流动状态，因此窑内压力制度的波动会引起气氛的波动，要控制好气氛，就必控制好压力制度，而稳定压力制度的关键在于控制好零压面。在窑炉预热带，因要排掉水分和燃烧时产生的烟气，故压力相对比窑外环境的压力低，对比之下窑内气压处于负压状态；在冷却带要鼓入冷空气使制品冷却，压力相对比窑外环境的高，对比之下窑内气压处于正压状态。在正负压之间有一零压面，烧成带就处在预热带和冷却带之间，因而零压面的移动就会引起烧成带气氛的变化。当零压面位于烧成带前段，处于烧成带与预热带之间时，烧成带的气压为微正压状态，气氛为还原气氛；当零压面位于烧成带的后端时，烧成带处于微负压状态，气氛为氧化气氛。

4.2 合理操作燃烧器

烧成的燃料是否完全燃烧将会影响到窑炉气氛，特别是烧成带的气氛。因此合理地操作燃烧器，控制好燃料的燃烧程度，是控制窑内气氛的重要手段。在燃料完全燃烧的情况下，燃料中的全部可燃成分在空气充足时能完全氧化，燃烧产物中没有游离C及CO、H2、CH4等可燃成分，保证氧化气氛的实现(当燃料不完全燃烧时)，燃烧产物中存在一些游离C及CO、H2、CH4等，使窑内气氛呈还原性。要使燃料完全燃烧，必须注意以下几点：

1)确保燃料与空气充分、均匀地混合；

2)保证充足的空气供给，并保持一定的过剩空气量；

3)确保燃烧过程在较高的温度下进行。

5 实际生产中烧成气氛的调整

对于上述稳定气氛的理论要点，一般大多数人都很清楚，但在实际的操作中，会因为要解决某些烧成问题而不自觉地改变窑炉的气氛，这种变化往往容易被人忽视，以下是常出现的问题：

5.1 为了提高烧成温度而改变空气过剩系数

个别企业为了追求单窑产量的最大化，不断地加快烧成速度，缩短烧成周期。往往操作工最常用的手段就是加大燃料供应量，但在燃料供应量增加以后往往没有及时调节助燃空气的供应量和助燃风机总闸的大小调节，造成烧成气氛由氧化气氛变为还原气氛。

5.2 为解决预热带出现的缺陷而改变其气氛

一些操作工为了降低预热带后段的温度而减小排烟闸的开度，影响了窑炉的压力平衡和气体流速，使预热带的氧化气氛减弱，如控制不好容易造成前炉燃烧状态不良，使气氛出现波动。

5.3 为解决冷却带出现的缺陷而改变冷风量

这样操作不仅影响到全窑压力制度的变化，而且会使气氛发生变化。比如加大冷风量，容易使零压面向预热带移动；反之，零压面又会向冷却带方向移动，这些波动都会使气氛发生改变。为了稳定压力，必须相应调节抽热闸的开度，以平衡全窑的气体进出量，稳定零压面。

问：坯料环节导致瓷砖釉面针孔的原因及解决措施有哪些？

答：在生产过程中釉面砖经常会出现针孔(开口泡)、痱子(敝口泡)、釉面不平(起皱)、落脏等缺陷。这些问题严重影响了产品的质量，并且降低了产品的档次，解决这些问题克不容缓。现笔者将对针孔产生的原因加以分析。

釉面砖使用的熔块釉有：有光透明、有光锆白和哑光白釉。一般哑光釉不会有针孔，透明釉即使有一点，但由于它本身透明，看起来也不明显。因此，现在主要分析一下有光锆白釉的釉面针孔问题。

1 坯用原料的影响

坯用原料应尽可能选用烧失量低的原料，保证生产坯料配方的烧失量不超出要求范围。一般二次烧釉面砖的烧失量保持在9%以下。特别注意要选用一些含钙高的泥沙料，这样可降低硅灰石(降成本)和碳酸钙(降烧失量)的用量。三水新明珠陶瓷有限公司就用了一种含钙很高的的沙来代替硅灰石和碳酸钙，效果显著。

2 坯料的细度的影响

坯料的细度应控制在一定范围之内。太粗了，排气不净，反应不完全。堆积不紧密，坯体表面粗糙、空隙多，易吸烟。釉烧时易产生针孔。一般二次烧釉面砖坯料细度保持在：(3.0～3.5) g/100 ml。

3 坯粉的纯度的影响

现在很多厂家为了降低生产成本，都采用水煤浆炉喷雾干燥塔。它的工作原理是：把球磨到一定细度的水煤浆喷到炉膛燃烧，产生的热气用来干燥粉料。如果水煤浆燃烧不完全，就可能会有碳粒混入热空气一起进入喷雾塔，因此要过滤好热空气。另外，输送粉料的皮带磨损后，混入的粉料中的橡胶粒也会对釉面产生一定的影响。

4 坯体成形压力的影响

在一定范围内，坯体成形压力越大，堆积密度越大，越不易排气，导致坯体有机物质太多，烧成后易生成黑心。

5 坯用添加剂的影响

一般坯用添加剂都是无机的，对瓷砖釉面不会有太大的影响。

问：基础釉影响色料发色的机理有哪些？

答：1 定义

基础釉与色料适应性是指基础釉与色料相互接触，不会因为熔解、化学反应等而影响色料烧成后发色的性能。

2 基础釉影响色料发色的机理

1)色料被基础釉熔解后，发色离子的价态发生变化。基础釉中的Li、Na、K、Ca、Mg等成分在高温作用下对色料起助熔作用，有助于胶体呈色色料的发色，却不利于晶体呈色色料的发色。

2)色料被基础釉熔解后，发色离子的配位发生变化。在酸性氧化物含量较高的釉中，有利于着色离子向低价态转变;在碱性氧化物含量较大的釉中，则有利于着色离子向高价态转变。既便是着色离子的价态不发生改变，若与其相邻的正离子的种类不同时，也可明显影响其着色。着色离子(XY+)在釉中所处的配位环境类似于:-O-XY+-O-R。若R离子的化合价越低，半径越大，则-O-R键的强度越小，氧电子偏向着色离子一侧的程度越大。即氧离子对着色离子的作用越强，其晶体场分裂能值增大，吸收波长减小;反之，吸收波长增加。当着色离子相邻的正离子依次为Si4+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+、K+时，其吸收波长由长变短;由于Zn2+和Pb2+极化效应较强，对着色离子吸收波长改变的影响尤为显著。

3)色料被基础釉熔解后，发色离子形成新的晶相。色料晶体在高温下容易分解或熔解到基础釉中，与基础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，高温下存在色料的分解，Cr和Zn容易生成ZnO·Cr2O3尖晶石。

4)基础釉与色料折射率不同，散射效应减弱色料反射光的强度。当入射光的特定波长被色料晶体吸收和散射时，其它波长的光线被反射，最终呈现出补色光的颜色。根据能量守恒原理，入射光强度等于散射光强度、吸收光强度与反射光强度之和，即I入射=I散+I吸+I反。当色料晶体与釉层的折射率相差越大，散射光的强度越大，反射光的强度越小，釉面颜色越淡，不易得到色调明快的颜色。一般晶体结构色料的折射率较高，尖晶石为1.171～1.920，锆英石为1.94，氧化锆为2.13～2.20，基础釉为1.5～1.6。可通过缩小基础釉与色料折射率的差值来改善色料的发色。

3 生产案例

1)Co2+(3d2)吸收橙、黄和部分的绿光，呈带紫的蓝色;Co3+(3d3)吸收绿光以外的色光，强反射绿色而呈绿色。如果CoAl2O4尖晶石熔解到釉料中，其中的Co2+被氧化成Co3+，其呈色也会从蓝色变为绿色。

2)尖晶石结构的Co-Cr-Al-Zn系孔雀绿色料，在高硅的釉中吸收长波，呈现偏绿色，而在高Na、K、Ca的基釉中吸收短波，最终呈现蓝色。

3)Ca-Cr-Si系的维多利亚绿用于钙锌釉变成灰绿色，是因为Ca2Cr2(SiO4)3绿榴石分解生成的Cr2O3与釉中的 ZnO反应生成ZnO·Cr2O3尖晶石。

4)锆英石固溶体型钒锆蓝色料用在透明釉中能呈现出鲜艳的天蓝色;用在锆乳浊釉中其色调蓝中泛白，没有用在透明釉中的色调鲜艳。