來源：國磨質檢 NAQS
上一期我們講了燒成溫度對陶瓷結合劑砂輪的影響，影響陶瓷砂輪燒成的因素很多，這一期我們講講保溫時間、升降溫速率及燒成氣氛對陶瓷砂輪產品性能的影響。
一、保溫時間對產品性能的影響
保溫是指在燒成過程中，達到最高燒成溫度范圍后，保持一段時間，或在較低的溫度下保持一段時間，這段時間統稱為保溫時間，隨后進入冷卻階段。一般來說，在任何陶瓷磨具制品的燒成過程中，都或多或少地需要一段保溫時間，這主要是為了盡量拉平窯爐內部及產品內外部的溫差，使產品各部分物理化學反應均勻、完全，使制品組織結構趨于一致，從而得到性能一致的產品。在生產實踐過程中，適當降低燒成溫度，延長保溫時間，有利于提高產品品質，降低燒成損失率。對大型、異形及窯內裝載密度比較大的燒成過程尤為明顯。但是保溫時間過長，則晶粒熔解，不利于坯體中形成堅強骨架，會導致力學性能降低。
二、升降溫速率對產品性能的影響
燒成過程（包括冷卻過程）中的升降溫速度是否得當，較直觀地是看其對陶瓷磨具制品在燒成過程中體積熱脹冷縮帶來的影響（有無形變、開裂等）。另一方面升溫及降溫速度對制品的微觀結構形成及最終產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，因液相產生，氣孔率減少而形成的收縮要比緩慢加熱時小。因為快速加熱時，熔體為粘土及石英所飽和的時間不長，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，將坯體經過 24h 加熱到 1300℃時，收縮率為 8.3%，若以同樣的條件緩慢加熱時，則收縮率為 8.95%。這是因為緩慢加熱時，形成了黏度較高的液相，對制品收縮作用較強。
致密的坯體在慢速升溫時（24h-48h 加熱到 1300℃）其抗張強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%。
冷卻速度對材料力學強度的影響比較復雜?？焖贌傻呐黧w緩慢冷卻時，由于二次莫來石的生長，會在一定程度上降低其抗張強度；而坯體緩慢冷卻后，其抗張強度可以提高 20%。
冷卻的最初階段，冷卻速度對坯體中的晶粒大小，尤其是對晶粒的應力狀態有很大影響。含玻璃相較多的致密坯體，在冷卻過程中，玻璃相由塑性狀態轉變為固態時，陶瓷磨具坯體結構有顯著變化，從而產生較大應力，因此，應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，這時如果冷卻速度較慢，則相當于保溫階段的延長，影響晶粒的數量和大小，也容易使低價鐵二次氧化，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。對于熱膨脹系數較大的瓷坯或含有較多的 SiO 、ZrO 等晶體的坯體，由于晶型轉變伴隨有較大的體積變化，因而在轉變溫度附近冷卻速度不能太快。對于厚而大的坯體，若冷卻速度過快，體積變化的不均勻性也會造成應力集中而引起變形或者開裂。
三、燒成氣氛對產品性能的影響
燒成氣氛是指在燒成過程中，與制品接觸的熱氣體（燃燒產物）中 O 與 CO 含量的多少。燃料燃燒理想時，燃燒產物主要是 CO 和 H O，而在實際燃燒過程中，送入的 O （空氣）總是不足或者過量送入的空氣過量時燃燒產物中存在過剩的 O ，這種與制品接觸的氣體環境就稱之為“氧化氣氛”，也被稱為“氧化焰”；而送入的空氣不足時，燃燒產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影響制品組分在燒成過程中的某些物理化學反應，即可以人為控制窯內或窯內某一段為氧化或還原氣氛。這種依靠操作所達到的窯內氣氛的規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溫度均比在氧化氣氛中為低。產生這種現象的根源在于還原氣氛中瓷坯中的鐵大多以 FeO 存在，而 FeO 是比較強的助熔劑，易與 SiO 生成低熔點的硅酸鹽玻璃（FeSiO ），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，這些因素促進了坯體能在較低的溫度下燒結。具體來說，氣氛會影響陶瓷磨具坯體在高溫下的物理化學反應速度、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，其燒結溫度、最大燒成收縮、過燒膨脹率、線收縮速率和表面品質等方面都有所不同。
氣氛對燒結溫度的影響
瓷石質瓷坯和長石質瓷坯在不同的氣氛中加熱時燒結溫度的比較得知：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。
氣氛對最大燒成線收縮的影響
瓷石質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，長石質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。含有長石與膨潤土的坯體，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。
氣氛對坯體過燒膨脹的影響
所有瓷石質瓷坯與未加膨潤土的長石質瓷坯在還原氣氛中過燒 40℃的膨脹比在氧化氣氛中的要小的多。當長石坯體中加入一定量的膨潤土時，則所得結果正好相反，即在還原氣氛中過燒 40℃的膨脹反而比在氧化氣氛中的要大，而且隨著膨潤土量的增加而增大。含膨潤土的坯體在加入 1.2% 的 Fe O 時，雖然它在還原氣氛中過燒時的膨脹仍然大于氧化氣氛的燒成，但同時在氧化氣氛中過燒的膨脹也顯著增大。另外，由長石和膨潤土配置的坯體，含鐵量并不高，但是有機物含量多且具有較強的吸附性，在還原氣氛中坯體易吸碳且碳素氧化溫度提高，因而其過燒膨脹量較氧化氣氛中大。
氣氛對瓷坯線收縮速率的影響
除個別陶瓷磨具外，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 Fe O 還原成 FeO所致。FeO 易與 SiO 形成低熔點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并產生較大收縮。
氣氛對表觀質量的影響
1. 影響鐵和鈦的化合價：當坯體中的氧化鐵含量一定時，若用氧化焰燒成，被釉層封閉的 Fe O 將有一部分與 SiO 反應生成鐵橄欖石并放出氧。反應如下：
2Fe O +2SiO → 2（2FeO·SiO ）+O ↑
反應所形成的氧會使釉面形成氣泡與空洞，而殘留的 Fe O 會使制品呈現黃色。對含鈦較高的坯料應避免還原焰，否則部分 TiO 會呈現藍色至紫色；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 就會形成氣泡，對于吸附性能強的坯體尤為嚴重。
