加熱速率、保留時間以及窯爐氣氛對陶瓷的影響
在燒制過程中,時間、溫度以及窯爐氣氛會影響陶瓷的燒成和熟化,Orton測溫錐(測溫三角錐)的彎曲正是反映了陶瓷的燒成和熟化。
加熱速率
加熱速率會嚴(yán)重影響測溫錐(測溫三角錐)開始發(fā)生變形彎曲的溫度、彎曲的速率、以及測溫錐(測溫三角錐)的終點(diǎn)溫度(即測溫錐(測溫三角錐)的時效溫度)。一般來說,陶瓷或測溫錐(測溫三角錐)加熱速度越快,陶瓷燒成熟化溫度或測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲溫度也越高,測溫錐(測溫三角錐)的終點(diǎn)溫度也隨著加熱速率的增加而增加。
有效加熱速率的確定
大部分的陶瓷的熟化是在燒制過程的后100℃內(nèi),測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲也是這樣的。由于測溫錐(測溫三角錐)是時間-溫度(時效溫度)的指示器,因此加熱速率會影響測溫錐(測溫三角錐)的終點(diǎn)溫度(測溫錐(測溫三角錐)的頂端達(dá)到90°的位置)。由于大部分的燒制過程有一定的保留時間,有效加熱速率必須說明保留時間這個變量。
Orton開發(fā)了一套計算機(jī)軟件,可以預(yù)測不同加熱速率和保留時間下測溫錐(測溫三角錐)變形彎曲過程。一般來說,用戶可以通過陶瓷在燒制的后100℃階段的總時間來計算有效加熱速率;舉例來說,假如窯爐的終點(diǎn)溫度是1200℃,在1100℃升溫至1200℃的過程中,耗時2.5小時;如果在1200℃保留1小時,然后從1200℃冷卻至1100℃耗時0.5小時,因此在后的100℃內(nèi)總的時間為4小時,由此有效升溫速率為100℃除4即25℃/小時。
Orton為用戶提供了溫度轉(zhuǎn)換表,如果知道了升溫速率便可以將測溫錐(測溫三角錐)的彎曲角度轉(zhuǎn)化為時效溫度,我們由此可以測定窯爐或者窯爐車的溫度差異。
保留時間
保留時間也會影響測溫錐(測溫三角錐)的變形或彎曲,一般來說,燒制過程升溫到一個平衡溫度,然后在該溫度停留1-2個小時便必須提高測溫錐(測溫三角錐)一個熱度;停留4-6個小時,必須提高測溫錐(測溫三角錐)二個熱度;停留16-20個小時,則必須提高測溫錐(測溫三角錐)三個熱度。
窯爐氣氛
陶瓷專家知道窯爐氣氛對陶瓷的反應(yīng)有極大的影響,對陶瓷的性能也就有很大的影響。由于測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲是由于熱化學(xué)反應(yīng)造成的,可以預(yù)料氣氛會影響測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲。
很幸運(yùn)的是,影響陶瓷性能的條件與測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲有關(guān)系,因此測溫錐(測溫三角錐)可以作為窯爐燒制區(qū)的評價溫度分布的一個有效工具,影響測溫錐(測溫三角錐)的窯爐環(huán)境條件主要有:
氧化和還原氣氛的含量;
硫的存在;
水蒸汽的存在;
火焰的沖擊;
附近更熱或更冷表面的輻射效應(yīng);
窯爐中的氣流流動。
還原氣氛對測溫錐(測溫三角錐)的變形有反作用,低溫測溫錐(測溫三角錐)由于含有金屬成分,尤其對還原氣氛敏感。另外,在還原氣氛中,有機(jī)的粘接劑不會被完全氧化,結(jié)果 測溫錐(測溫三角錐)會發(fā)生膨脹以及變黑。一旦膨脹,即會改變測溫錐(測溫三角錐)的變形特征。紅色的測溫錐(測溫三角錐)(即包含鐵氧化物的 測溫錐(測溫三角錐)O10至3)也會由于還原氣氛的存在發(fā)生逆反作用,在燒制后,測溫錐(測溫三角錐)會變成綠色、甚至變成黑色。
不含鉛和鐵的測溫錐(測溫三角錐)(測溫錐(測溫三角錐)O19至O11,“無鐵”的測溫錐(測溫三角錐)為O10至3以及4至42)可以在還原氣氛中使用,在還原氣氛之前將 測溫錐(測溫三角錐)中的有機(jī)粘接劑完全氧化即可,在空氣中加熱測溫錐(測溫三角錐)到800-850°F即可完全燃燒測溫錐(測溫三角錐)中的有機(jī)粘接劑。PCE測溫錐(測溫三角錐)或預(yù)先煅燒的 測溫錐(測溫三角錐)成功應(yīng)用于在中性或還原氣氛中。
相對于氧化氣氛來說,測溫錐(測溫三角錐)以及大部分的陶瓷在還原氣氛中要熟化得快,或者換句話說可以在更低的溫度下熟化陶瓷制品。預(yù)先煅燒的 測溫錐(測溫三角錐)會改變測溫錐(測溫三角錐)的變形特性,因此使用預(yù)先煅燒的測溫錐(測溫三角錐)的用戶必須建立自己的監(jiān)控程序。
對于“切換”的窯爐(即交替變換氧化和還原氣氛),一般來說不會對測溫錐(測溫三角錐)有反作用。
窯爐氣氛是含硫的或還原性的,可能會引起窯爐中的測溫錐(測溫三角錐)產(chǎn)生一個“結(jié)皮”,而內(nèi)部卻具有更加流動性,因此測溫錐(測溫三角錐)的變形會變得不確定,這個“結(jié)皮”的產(chǎn)生是由于 測溫錐(測溫三角錐)表面化學(xué)成分的變化而產(chǎn)生的。
改進(jìn)的無鐵的測溫錐(測溫三角錐),04至3(1976年后開始提供)以及所有熱度高于3號測溫錐(測溫三角錐)可以應(yīng)用于含硫的氣氛中。
對于常規(guī)的測溫錐(測溫三角錐)010至3,也會遇到測溫錐(測溫三角錐)的”結(jié)皮“,這主要由于升溫速度太快或在燃燒氣氛中時間太長造成的,這種”結(jié)皮“是由于原材料、玻璃料中的硼氧化物在水蒸汽的存在下?lián)]發(fā)造成的,”結(jié)皮“會造成 測溫錐(測溫三角錐)在更高的溫度下變形彎曲,嚴(yán)重的”結(jié)皮“會造成測溫錐(測溫三角錐)根本不是以弧形狀彎曲,而是直接斷裂,像斷裂的樹枝,表面不光滑、斷裂面也非常鋒利。
改進(jìn)的無鐵的測溫錐(測溫三角錐),010至3,也不含有硼氧化物,因此不會發(fā)生”結(jié)皮“現(xiàn)象。
水蒸汽的存在,在水蒸汽含量比較高的情況下,也會影響測溫錐(測溫三角錐)的性能。事實上,即使少量的水蒸汽也會使得測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲溫度提前,這是因為在燒制過程中水蒸汽會擴(kuò)散到 測溫錐(測溫三角錐)中,引起玻璃化過程的變化(參閱文獻(xiàn) Effect of Atmospheres in Firing Ceramics - C.J. Koenig Published by the Columbia Gas System Service Corp., Columbus, Ohio and the Southern California Gas Co., Los Angeles, California)。這是在電窯爐和敞開的氣體窯爐中測溫錐(測溫三角錐)表現(xiàn)出不一樣的特性的主要原因。雖然水蒸汽在燃燒爐中高達(dá)19%的含量,但是我們沒有必要把 測溫錐(測溫三角錐)取出不用,因為測溫錐(測溫三角錐)和陶瓷制品有類似的行為,即測溫錐(測溫三角錐)還是對陶瓷制品有指導(dǎo)意義的。
其他窯爐條件
固體燃料產(chǎn)生的灰塵會落在測溫錐(測溫三角錐)上,也會在一定程度上影響測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲,像鹽汽、鉛化合物和鋅化合物會在測溫錐(測溫三角錐)上產(chǎn)生一個表面釉,也許會、也許不會影響測溫錐(測溫三角錐)的性能。
火焰會使得測溫錐(測溫三角錐)頂端熔融,如果可能的話,測溫錐(測溫三角錐)應(yīng)避免放置在火焰處或通風(fēng)口。
很熱的表面?zhèn)鱽淼妮椛?,或測溫錐(測溫三角錐)放置在冷表面的附近,也會影響測溫錐(測溫三角錐)的變形彎曲,因此測溫錐(測溫三角錐)放置的條件應(yīng)該與陶瓷制品一致。