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釉的形成过程
发布时间：
2026-03-31 14:58
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电瓷釉的形成，是施釉干燥后的干釉层，在与电瓷坯体同步的一次高温烧成过程中，历经低温分解排气、中温固相反应、高温熔融玻化、界面扩散结合、冷却固化定型五大核心阶段，发生一系列连续且相互叠加的物理化学变化，最终形成与坯体牢固结合、连续致密、具备优异电气绝缘、机械防护与耐候性能的玻璃态无机涂层的全过程。
电瓷釉以长石质生料釉为绝对主流，烧成温度区间为 1250~1350℃，与坯体采用一次同烧工艺，其形成过程直接决定釉面表观质量、坯釉结合可靠性，以及电瓷产品的击穿强度、耐污闪、耐电弧、抗热震等核心服役性能。
一、釉形成的前驱体：干釉层的初始状态
釉形成的起点是施釉并干燥完成的干釉层，其结构与组成是后续所有反应的物质基础：
1、化学组成：以长石（熔剂核心，占比 30%~50%）、石英（骨架相，占比 20%~40%）、高岭土 / 塑性粘土（悬浮与膨胀系数调节，占比 5%~15%）为基础，辅以助熔剂（方解石、白云石、滑石）、功能助剂（着色剂、电解质、粘结剂），是多组分的无机矿物混合体系。
2、物理结构：干釉层是原料细颗粒的紧密堆积体，最终水分≤1%，孔隙率 30%~40%，颗粒间仅为机械接触，无化学键合，厚度通常为 0.15~0.5mm（依产品类型调整）。
3、核心前提：干釉层的细度、均匀性、附着性直接决定后续熔融与反应的均匀性，是釉面无缺陷的基础。
二、釉形成的全阶段物理化学变化
按烧成过程的温度区间与反应进程，可将釉的形成划分为 6 个连续且相互叠加的阶段，每个阶段的工艺控制直接决定最终釉层质量。
第一阶段：室温～200℃ 残余水分排除与有机助剂软化阶段
核心温度区间
室温至 200℃，属于烧成的低温预热阶段。
核心物理化学变化
残余水分蒸发：干釉层中残留的自由水、颗粒表面吸附水，随温度升高逐步汽化，通过釉层的孔隙排出坯体外。
有机助剂软化：釉浆中添加的 CMC、糊精、聚丙烯酰胺等有机粘结剂、悬浮剂，随温度升高逐步软化，失去粘结作用，为后续氧化分解做准备。
关键工艺现象与控制要点
工艺现象：釉层无明显体积收缩，孔隙率略有上升，无化学结构变化。
核心控制：升温速率≤50℃/h，严禁快速升温。若升温过快，水分急剧汽化会导致釉层鼓泡、起皮、脱落，尤其厚釉层与异形件需更慢的升温速率。
第二阶段：200℃~573℃ 结晶水脱除与有机物完全氧化分解阶段
核心温度区间
200℃至 573℃，属于氧化分解关键阶段。
核心物理化学变化
粘土矿物结晶水脱除：釉料中的高岭石、膨润土等粘土矿物，在 400~600℃区间发生脱羟基反应，脱除结构结晶水，转化为偏高岭石（无定形铝硅酸盐）。
有机物完全氧化分解：有机粘结剂、悬浮剂、原料中残留的碳素，在 300~500℃的氧化气氛中完全燃烧，分解为 CO₂和 H₂O 气体排出。
易分解盐类初步分解：少量硝酸盐、硼酸盐等低熔点助剂，在此区间逐步分解，释放气态产物。
关键工艺现象与控制要点
工艺现象：釉层持续吸热，体积轻微收缩，孔隙率进一步提升，颗粒仍保持固相接触，无熔融现象。
核心控制：保证充足的氧化气氛与缓慢升温，确保有机物完全氧化、碳素彻底烧尽。若氧化不充分，碳素残留会被后续高温液相封闭，形成釉面黑点、针孔、气泡等不可逆缺陷。
第三阶段：573℃~900℃ 晶型转变、碳酸盐分解与固相反应启动阶段
核心温度区间
573℃至 900℃，是釉形成过程中气体排放的核心窗口期，也是升温控制的关键节点。
核心物理化学变化
石英晶型转变：573℃时，釉料中的 α- 石英发生可逆晶型转变，转化为 β- 石英，伴随0.82% 的体积膨胀。这是釉层热应力的核心来源，此区间升温速率必须严格控制在 30~40℃/h，否则体积突变会导致釉层微裂、坯釉结合不良。
碳酸盐与硫酸盐完全分解：釉料中的方解石（CaCO₃）、白云石（CaMg (CO₃)₂）、菱镁矿等助熔剂原料，在 600~850℃区间完全分解，释放大量 CO₂气体。
固相反应启动：随温度升高，原料颗粒间的接触界面发生固相反应，长石与偏高岭石、石英、分解生成的金属氧化物之间，逐步反应生成低共熔物前驱体，为后续液相生成奠定基础。
关键工艺现象与控制要点
工艺现象：釉层仍以固相为主，无明显熔融，体积随分解反应先膨胀后轻微收缩，大量气态产物持续排出。
核心控制：
573℃晶型转变区间严格控速，避免热应力开裂；
900℃前必须完成所有分解反应与气体排放，此阶段是气体排出的最后窗口期 —— 后续液相生成后，釉层孔隙会被封闭，残留气体无法排出，将直接形成釉面针孔、气泡，这是电瓷釉面最常见的缺陷来源；
大型厚壁电瓷产品需在此区间设置氧化保温段，确保分解反应完全。
第四阶段：900℃~1150℃ 低共熔液相大量生成与釉层始熔阶段
核心温度区间
900℃至 1150℃，是釉层从固相到液相的转变阶段，也是坯釉结合的起始阶段。
核心物理化学变化
低共熔液相大量生成：长石 - 石英 - 高岭土三元体系的低共熔点约为 985℃，随温度升高，体系中开始大量生成低共熔玻璃相液相；钠长石在 1100℃左右开始熔融，钾长石在 1150℃左右逐步软化熔融，成为液相的核心来源。
液相润湿与致密化：新生的高温液相具有极强的润湿能力，快速包裹未熔的固体颗粒，填充釉层中的孔隙，釉层体积急剧收缩，孔隙率快速下降，从松散的固相堆积体转变为固 - 液两相并存的塑性体。
釉层始熔：当温度达到 1100~1150℃时，釉层出现明显的熔融迹象，此温度即为电瓷釉的始熔温度。
坯釉界面双向扩散启动：高温液相出现后，釉熔体中的碱金属 / 碱土金属氧化物（K₂O、Na₂O、CaO、MgO）向坯体表层孔隙渗透，同时坯体表面的 Al³⁺、Si⁴⁺向釉熔体中迁移，形成双向离子扩散流，坯釉中间层开始形成。
关键工艺现象与控制要点
工艺现象：釉层发生显著的烧结收缩，收缩率可达 20%~30%，表面逐步从哑光变为半熔融状态，坯体与釉层的界面开始模糊。
核心控制：升温速率放缓至 20~30℃/h，保证液相均匀生成，避免局部熔融不均导致的釉面缩釉、干斑；同时保证氧化气氛充足，避免残留碳素被液相封闭。
第五阶段：1150℃~ 最高烧成温度（1250~1350℃）+ 保温期 釉层完全熔融玻化与坯釉结合核心阶段
核心温度区间
1150℃至电瓷烧成最高温度（1250~1350℃），并在此温度下保温 1~4h，是釉形成的核心成熟阶段，直接决定釉层的最终性能。
核心物理化学变化
釉层完全熔融玻化：随温度升高，液相量急剧增加，长石完全熔融，石英颗粒、偏高岭石等难熔固相持续溶解在高温液相中，釉层中的固相占比持续降低，最终形成以连续硅酸盐玻璃相为主体的均匀熔体。此时釉熔体的高温粘度、表面张力达到工艺要求，釉面完全铺展，形成连续、平整、无孔隙的熔融态薄膜。
保温阶段的核心作用：
成分均匀化：通过保温，让釉熔体中的未熔颗粒充分溶解，各组分充分扩散，消除局部成分不均，避免釉面出现色差、光泽不均等缺陷；
气泡完全排出：高温下釉熔体粘度降低，内部残留的微小气泡可顺利上浮至釉面破裂排出，彻底消除针孔、气泡缺陷；
坯釉中间层充分发育：保温过程中，坯釉界面的双向离子扩散持续进行，中间层厚度逐步增加，结构趋于稳定。
坯釉界面反应与中间层生长：高温熔体中，坯体表面的铝硅酸盐矿物持续溶解在釉熔体中，同时釉熔体渗透到坯体表层的孔隙中，形成机械嵌合的 “釉钉” 结构；当界面处的 Al₂O₃、SiO₂与助熔剂达到特定比例时，会原位析出针状莫来石、钙长石等晶体，这些晶体从坯体表面向釉层中生长，形成 “钉扎效应”，将釉层与坯体牢牢结合在一起。
关键工艺现象与控制要点
工艺现象：釉层完全转化为均匀的玻璃态熔体，表面光滑平整，坯釉界面形成厚度几十至几百微米的中间过渡层，釉层与坯体实现化学与机械的双重结合。
核心控制：
严格控制最高烧成温度（釉的成熟温度）与保温时间：温度不足、保温过短，会导致釉料熔融不充分，出现桔皮、无光、针孔、未熔颗粒等生烧缺陷；温度过高、保温过长，会导致釉熔体粘度过低，出现流釉、堆釉、棱角露坯等过烧缺陷；
保证窑内温度均匀，避免局部温差导致的同窑产品釉面质量不均。
第六阶段：冷却全过程 釉层玻璃态固化与应力匹配定型阶段
釉熔体从最高烧成温度冷却至室温的过程，是釉层从塑性熔体转变为刚性玻璃态涂层的最终定型阶段，冷却制度直接决定坯釉结合的可靠性与釉层的内应力状态，是避免釉裂、剥釉的核心环节。冷却过程分为三个关键区间：
1、高温急冷段：最高烧成温度 → 800~900℃（釉的软化点）
核心变化：此温度区间内，釉熔体仍处于塑性流动状态，未发生刚性固化，坯体也处于塑性阶段，不会因冷却产生显著热应力。
控制要点：采用 50~100℃/h 的速率快速冷却，核心目的是避免釉熔体中的石英、莫来石等晶体过度析出，保证釉层的玻璃态完整性，提升釉面光泽度、致密性与电气绝缘性能。
2、中温缓冷段：800~900℃ → 500~600℃（釉的应变点 / 玻璃化转变区间）
核心变化：此区间是釉的玻璃化转变区间，釉熔体从塑性状态转变为刚性玻璃态，体积发生显著收缩，坯釉之间的热膨胀系数差异完全体现，是内应力形成的核心区间。电瓷釉的核心设计原则是釉的热膨胀系数略小于坯体（α 釉 = 0.9~0.95α 坯），此区间缓慢冷却可让釉层形成均匀的轻微压应力，大幅提升釉层的抗裂性、机械强度与抗热震性。
控制要点：必须采用 20~30℃/h 的速率缓慢冷却，严禁急冷。若冷却过快，会产生巨大的内应力，导致釉层开裂、釉面龟裂，甚至出现釉层与坯体剥离的剥釉缺陷。
3、低温快冷段：500~600℃ → 室温
核心变化：此温度区间内，釉层与坯体均已完全固化，弹性模量稳定，内应力状态基本定型，不会再发生显著变化。
控制要点：可采用 30~50℃/h 的速率快速冷却，提升窑炉生产效率，仅需避免局部温差过大导致的坯体与釉层开裂即可。
三、釉形成全过程的核心物理化学反应汇总
反应类型 | 核心反应区间 | 主要反应内容 |
|---|---|---|
分解反应 | 200~900℃ | 粘土结晶水脱除、有机物氧化分解、碳酸盐 / 硫酸盐分解，释放气态产物 |
晶型转变 | 573℃、870℃ | 石英的 α-β 晶型转变，伴随体积变化，是热应力核心来源 |
固相反应 | 700~1100℃ | 原料颗粒间发生固相反应，生成低共熔物前驱体，为液相生成奠定基础 |
熔融与溶解 | 900℃~ 烧成最高温 | 长石熔融形成玻璃相液相，石英、粘土分解产物等固相持续溶解在液相中 |
界面扩散与反应 | 1100℃~ 保温结束 | 坯釉界面双向离子扩散，形成成分梯度，原位析出莫来石等晶体，形成中间层 |
玻璃化转变 | 冷却阶段（800~500℃） | 高温釉熔体过冷固化，形成连续的硅酸盐玻璃态涂层 |
电瓷釉
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