陶瓷生产工艺——干燥

发布时间：

2021-10-28 13:24

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陶瓷的生产过程中有许多工艺，坯料与坯体的干燥是陶瓷生产中重要的工艺过程之一。在坯料(砂石、黏土)及釉料的制备过程中，一般需要对泥浆进行压滤脱水或喷雾干燥，使其达到一定的含水率。一般地，注浆成型法，坯料含水率为28%～38%；可塑成型法，坯料含水率为19%～25%；压制成型法，坯料含水率为3%～7%。坯体中含有一定量的水分，其强度较低，在运输和再加工(如黏结、修坯)过程中，很容易变形或因强度不高而破损，因而为了提高成型后坯体的强度，要进行干燥。通过干燥处理，坯体失去可塑性，具有一定的弹性与强度。另一方面，坯体中含水率高，其吸附釉浆的能力差，所以为了提高坯体吸附釉层能力，其含水率应达到一定的程度。此外，经干燥除去坯体中绝大多数的自由水之后，坯体很少发生收缩，从而使坯体在烧成阶段可以快速升温，而不发生制品变形或开裂，既保证了烧成质量又可以缩短烧成周期，最终提高窑炉利用率，降低能耗。通常坯体入窑前的含水率应干燥至2%以下。但过分干燥，也是不必要的，因为当坯体放置在大气中时，会再吸附水分而膨胀，也可能发生开裂。许多陶瓷制品在成型后要进行湿修、镶接或干修，它们都有自己合适的坯体含水量，因此，成型后的坯体的水分不能一次干燥到1%～3%，而要根据成型中各加工工序的要求，分阶段地进行干燥，最后干燥到适合进窑的最终含水率。

类型
按泥料的不同含水量，可分为等速干燥和降速干燥两个阶段。以可塑成型坏体为例，此种坯体含水分高，其固体物料量相对较少，水分充填于坯体的固体颗粒之间，表面水分均布，干燥时表面水分蒸发。固体颗粒间水分逐步排除而相互靠拢。整个坯体产生收缩。这时，当周围温度、湿度等环境条件不变时，水分以近于相等的速度排除。这一阶段为等速干燥阶段。当坯体进一步干燥，颗粒逐步相互靠拢贴紧。此时水分连续体不复存在，水分仅存在于颗粒间的空隙。干燥所排除的水分已不再来自坯体水分的连续体，而必须经由坯体内的通道扩散至表面再蒸发排出。随着坯体水分的减少，干燥速度逐渐下降，由于颗粒已经靠拢、坯体不再收缩。这一阶段为降速干燥阶段。半干和干法成型坯体含水分少。没有等速于燥阶段，坯体干燥收缩少，非大型或特异型制品不致因坯体收缩而产生废品，干燥控制比较容易。干燥过程中，为防止产生废品，可先在常温下预干燥，然后再进一步进行燥。

干燥过程
干燥过程中，水分扩散是靠外扩散和内扩散来进行的。外扩散指坯体表面的水分以蒸汽形式从表面扩散到周围介质中的过程；内扩散则是水分在坯体内部进行移动的过程，内扩散根据水分移动的推动力不同，有湿传导和热湿传导两种形式。
(1)湿传导：坯体在干燥过程中，由于表面水分的蒸发，在其表面与内部之间形成了水分浓度差，因此在坯体厚度的方向上有一个水分浓度梯度，由此引起水分的移动。水分从坯体内部移动到表面，主要是靠扩散渗透和毛细管力的作用来进行的。因为水分的扩散及移动速度与水分浓度梯度成比例，所以这种现象称为湿传导，又叫湿扩散。
(2)热湿传导：使用辐射热或高温热空气干燥坯体时，由于坯体的导热性较差，或者由于坯体表面水分蒸发时需要吸收大量的热量，往往造成坯体的内、外温度不同，在坯体的厚度方向上产生温度梯度，由于坯体内的温度梯度而引起水分移动的现象称热湿传导，也叫热扩散。产生热扩散的原因可由毛细管现象来解释。水的表面张力是随温度的增加而减小的，毛细管两端存在温差，导致两端的表面张力不同，从而产生水分移动，由表面张力较小处向表面张力较大处移动，即由热端向冷端移动。因此热扩散的方向与热流的方向是一致的。

干燥特性
(1)加热阶段：坯体置于干燥介质(热空气)中，坯体表面被加热，水分蒸发速度很快地增大。但由于该阶段时间很短，除去的水量不多。
加热阶段应防止黏土制品表面上凝聚水分，因为这样会使其强度(结合性)下降，并且产生的应力可能使制品中出现开裂现象。最有效的加热方法是制品在成型以前用蒸汽加热黏土坯料，这不但可以缩短干燥时间，还可降低坯体中的应力，提高制品质量。也可以在相对湿度高的介质中利用红外线辐射来加热制品。
(2)恒速干燥阶段：当坯体内部水分移动速度(内扩散速度)等于表面水分蒸发速度(亦等于外扩散速度)，坯体表面维持湿润状态。干燥介质传给坯体表面的热量等于水分汽化所需的热量，坯体表面温度不变，等于介质的湿球温度。此时，干燥速度稳定，故称恒速干燥阶段。在这一阶段，是自由水(非结合水)进行蒸发，坯体会产生体积收缩，并往往产生能使坯体成为废品的收缩应力。干燥过快，坯体容易变形、开裂。恒速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值。此时尽管物料内部可能仍有自由水，但在表层内已为结合水。到达临界点后，表层停止收缩，再继续干燥时仅增加坯体内的孔隙，因此恒速干燥阶段是干燥的重要阶段。
干燥速度(蒸发速度)与坯体表面和周围介质的水蒸气浓度差、分压差、温度差有关，也与坯体表面的空气速度有关(增大坯体表面的气流速度可以使气膜阻力下降)。
(3)降速干燥阶段：进入降速干燥阶段，坯体含水率减少，内扩散速度小于表面水分蒸发速度及外扩散速度，表面不再维持湿润状态，干燥速率逐渐降低。此阶段，物料温度开始逐渐升高，由于是排出结合水，坯体不产生体积收缩(有时略有收缩)，不会产生干燥废品。降速阶段的干燥速度，取决于内扩散速率，故又称内扩散控制阶段，此时坯体的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。
(4)平衡阶段：当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，干燥速度降为零。此时，坯体与周围介质达到平衡状态。平衡水分的多少与坯体材料性质和周围介质的温度和湿度有关，用吸附等温线表示。

干燥工艺,陶瓷生产