陶瓷釉面针孔与气泡缺陷的产生原因及克服方法

　　罗日军 在陶瓷生产过程中釉面针孔和气泡是陶瓷生产中的主要缺陷之一。其降低了制品的透明度和釉面光泽度，影响了产品的表面质量，降低了产品的质量等级，提高了生产成本，减少了职工的收入，而且还影响企业的信誉和企业的效益。而釉面针孔和气泡产生的原因牵涉面极广，所以如何尽可能地减少釉面针孔和气泡缺陷，提高产品质量，降低生产成本，也一直困扰着各陶瓷生产厂家。本文从以下几个方面全方位阐述了陶瓷釉面针孔和气泡产生的原因及其相应的克服方法，供同行参考。
　　１．泥釉用原料方面产生釉面针孔和气泡的原因如下：
　　１．１．原料中含有的有机物和碳素过多，如果这些有机物和碳素由于升温过快、氧化温度过低、氧化气氛不足等原因，在氧化分解阶段没有完全反应，而在高温阶段，釉已经熔融时再反应放出气体，就可能使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下：
　　Ｃ有机物＋Ｏ２→ＣＯ２↑（３５０℃－４５０℃） Ｃ碳素＋Ｏ２→ＣＯ２↑（约６００℃以上）
　　１．２．原料中含有硫化铁，因为硫化铁没有磁性，所以用吸铁器、吸铁棒没法除去这些杂质，硫化铁氧化反应产生的气体不仅使制品产生釉面针孔或气泡，而且反应生成的Ｆｅ２Ｏ３还会影响制品的外观颜色，且Ｆｅ２Ｏ３在高温时又会进一步分解或还原而放出气体容易使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下：
ＦｅＳ２＋Ｏ２→ＦｅＳ＋ＳＯ２↑（３５０℃－４５０℃） 
４ＦｅＳ＋７Ｏ２→２Ｆｅ２Ｏ３＋４ＳＯ２↑（５００℃－８００℃）
２Ｆｅ３Ｏ３→４ＦｅＯ＋Ｏ２↑（１２５０℃－１３７０℃） 
Ｆｅ２Ｏ３＋ＣＯ→２ＦｅＯ＋ＣＯ２↑（１０００℃－１１００℃）
　　１．３．粘土类原料中所含有的结构水，因为粘土类原料中所含有的结构水的排除温度与其结晶程度、矿物组成及升温速度等因素有关，如升温过快等操作不当的原因也可能使制品产生釉面针孔或气泡，陶瓷生产中常用的几种含有结构水的原料的脱水温度分别为：高岭石类粘土４００℃—６００℃，蒙脱石类粘土５５０℃—７５０℃，伊利石类粘土５５０℃—６５０℃，叶蜡石６００℃—７５０℃，瓷石６００℃—７００℃，滑石８００℃—９００℃。
　　１．４．原料中含有碳酸盐，因为这些碳酸盐矿物的分解反应一般要在１０００℃左右才基本结束，而这时釉已经烧结，甚至熔融，分解反应所产生的气体相对较难排除，所以也较易使制品产生釉面针孔或气泡，其反应如下：
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２↑（６００℃－１０５０℃） ＭｇＣＯ３→ＭｇＯ＋ＣＯ２↑（４００℃－９００℃）
ＭｇＣＯ３·ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＭｇＯ＋２ＣＯ２↑（７３０℃－９５０℃）
４ＦｅＣＯ３→２Ｆｅ２Ｏ３＋３ＣＯ２↑（８００℃－１０００℃） 
　　１．５．如果原料中含有较多的硫酸盐和高价铁，则非常容易使制品产生釉面针孔或气泡，因为这些硫酸盐和高价铁在氧化气氛中要在高于１２００℃以上的温度下才进行分解，在还原气氛中也要在高于１０８０℃以上的温度下才进行还原分解反应，而此时坯体已经有液相存在，釉面已经开始融化，反应所产生的气体较难排除，所以非常容易使制品产生釉面针孔或气泡。其反应如下：
ＭｇＳＯ４→ＭｇＯ＋ＳＯ３↑（＞６００℃）
ＣａＳＯ４→ＣａＯ＋ＳＯ３↑（１２５０℃－１３７０℃剧烈）
Ｎａ２ＳＯ４→Ｎａ２Ｏ＋ＳＯ３↑（１２００℃－１３７０℃）
２Ｆｅ２Ｏ３→４ＦｅＯ＋Ｏ２↑（１２５０℃－１３７０℃）
Ｆｅ２Ｏ３＋ＣＯ→２ＦｅＯ＋ＣＯ２↑（１０００℃－１１００℃）
　　以上反应在还原气氛中温度为１０８０℃－１１００℃
　　泥釉用原料方面产生釉面针孔和气泡的相应克服方法如下：
　　（１）泥釉用原料尽量选择不含有或尽可能少含有硫酸盐和高价铁的原料，也尽量选择不含有或尽可能少含有硫化铁的原料，也应尽量选择那些含有有机物和碳素较少的原料，泥用原料应尽量少用或不用含有碳酸盐的原料，釉用原料中含有碳酸盐的原料也不宜过多使用。
　　（２）硅灰石不含有有机物、吸附水及结晶水，所以硅灰石几乎不产生气体，因此用硅灰石代替方解石或白云石配泥、用硅灰石代替方解石、白云石和石英配釉时，可以减少泥釉中气体的产生量，从而相应减少了釉面针孔或气泡。
　　２．烧成操作方面产生釉面针孔和气泡的原因如下：
　　２．１．低温火焰不清，燃烧不充分，造成沉碳素，在高温时随着过剩空气系数的增加或在还原末期、冷却期而被烧掉，从而留下釉面针孔或气泡。
　　２．２．强还原气氛过浓，强还原时间过长，造成坯釉吸收过多的碳素和碳化物，而这些碳素和碳化物如在还原末期或冷却期而被氧化，从而留下釉面针孔或气泡。
　　２．３．氧化分解阶段，如果升温过快、氧化温度过低或氧化气氛不足等原因，造成有机物、碳素和硫化铁未被完全氧化而进入了还原期，那么这些有机物、碳素和硫化铁在还原末期或冷却期有可能才被氧化而产生釉面针孔或气泡。
　　２．４．氧化分解阶段，如果升温过快等原因，造成碳酸盐没完全分解以及粘土类原料的结晶水没完全排除，当烧成进入高温阶段后，坯体出现液相、釉面已经开始融化，反应所产生的气体无法自由排出釉面，于是便出现了釉面针孔或气泡。
　　２．５．对于低温快烧的陶瓷，虽然坯内的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质在釉熔融前都已经完全氧化分解，但由于升温过快，所产生的气体在釉熔融前没能完全排出，在釉熔融后仍有大量的气体排出，这些气体冲破釉面而造成釉面针孔，没能冲出釉面便形成气泡，因升温速度过快，釉也难以拉平气体冲出釉面留下的凹坑，即使延长高温保温时间，仍会在釉面留下釉面针孔缺陷。
　　２．６．烧成温度不够，使釉料未能充分的均匀流布而造成釉面针孔。
　　２．７．强制通风，灰粒过多，水蒸汽存在，可能造成釉面针孔或气泡。
　　２．８．釉面玻化时升温过快或烧成温度过高，釉面产生沸腾而造成釉面针孔或气泡。
　　２．９．当坯体采用还原气氛烧成时，还应注意两个重要温度点的选择，即由强氧化气氛转为强还原气氛的温度点（气氛转换温度）和强还原气氛转弱还原气氛的温度点。窑内的气氛及其强弱以烟气中的游离氧及一氧化碳的含量而定，游离氧浓度为８％—１０％时，称强氧化气氛，游离氧浓度为２％—５％时，称弱氧化气氛；游离氧浓度小于１％时，而一氧化碳的浓度为１％—７％时称还原气氛，其中一氧化碳的浓度为２％—６％时称强还原气氛，一氧化碳的浓度为１％—２％时称弱还原气氛。转换温度应根据坯釉配方情况适当选择，转换温度太低或太高，即转换温度太早或太晚都可能造成制品产生釉面针孔或气泡，还会产生阴黄、烟薰等缺陷。
　　２．１０．烧成气氛对釉面针孔也有很大的影响，氧化气氛可促进釉熔体化学反应的进行和有机物及碳素的燃烧，有利于气体在釉料熔化之前迅速排除，从而避免产生釉面针孔或气泡，而还原气氛则抑制釉料中氧化反应的进行和有机物及碳素的燃烧，致使气体的排出推迟到釉料熔融之后（尤其是锆釉），从而导致釉面针孔或气泡。
　　烧成方面产生釉面针孔或气泡的相应克服方法如下：
　　（１）氧化分解阶段，要保证足够了氧化气氛，升温不宜过快，氧化温度不宜过低，还可以在进入强还原气氛之前，一般使制品在９５０℃－１０５０℃附近，于强氧化气氛下适当保温一段时间，以期在釉层玻化前使坯内的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质尽可能地完全氧化分解，以及结晶水的充分排除。
　　（２）还原末期，升温速度不宜过快，缩小温差，促使釉充分熔化流布均匀，但又必须防止过火而引起釉面沸腾。
　　（３）强还原气氛不宜过浓，结束不能太迟，以免造成过多的沉碳，也有利于沉碳等物质早点被烧掉。
　　（４）窑炉操作人员应根据产品的种类，窑车的装车密度等进行小火操作。窑车装杯类产品的装车密度比装碟、碗类产品的装车密度大，氧化温度可适当高一些，且氧化时间可适当延长些；注浆类产品的氧化温度可比可塑类产品的氧化温度适当高２５℃左右，且注浆产品的氧化时间比可塑类产品可适当长些；厚胎类产品应比薄胎类产品的氧化温度适当高１５℃，且氧化时间比薄胎类产品可适当长些，这样以使产品（窑车各个部分的产品）中的有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐等杂质尽可能地完全氧化分解，以及结晶水的充分排除。
　　（５）当坯体采用还原气氛烧成时，气氛转换温度因坯釉配方而异，要慎重选择，一般气氛转换温度确定在釉层始熔温度前１５０℃左右为宜，气氛转换温度太低或太早，因有机物、碳素、硫化铁和碳酸盐没有完全氧化分解容易使制品产生釉面针孔或气泡，还会产生烟薰等缺陷，气氛转换温度太高或太晚，则容易使制品产生阴黄等缺陷；强还原气氛转为弱还原气氛的温度也要根据坯釉配方情况适当选择，一般日用瓷制品在１２５０℃左右转入弱还原气氛，转换太早易使制品产生阴黄等缺陷，转换太晚，则会增加坯釉吸收的游离碳素而可能使制品产生釉面针孔或气泡。
　　３．泥釉配方方面产生釉面针孔和气泡的原因如下：
　　３．１．釉料中含有碳酸盐（尤其是石灰石）过多，高温时碳酸盐分解产生的气体，以及碳酸盐分解生成的ＣａＯ在烧成过程中容易吸收游离碳素和碳化物，这些被吸收的游离碳素和碳化物随着温度的提高而被烧掉而生成的气体，这些气体如果逸出则可能产生釉面针孔，如果没有逸出则可能形成气泡。
　　３．２．釉料的高温粘度大（釉料的高温粘度与釉料的颗粒、流动性能和釉料的化学成分有关），使釉下层排出的气体，最初会出现小气泡，随着温度的继续上升，大气泡被熔掉，而小气泡被留下，也会出现釉面针孔或气泡；釉料的高温粘度大，釉料的流动性能也差，使气体逸出釉面时所产生凹坑难以被流平而产生釉面针孔。
　　３．３．釉料的始熔温度过低，阻碍了气氛渗入到坯体中，从而推迟了坯体中的各种氧化还原反应的进行，当釉熔体封闭坯胎后，这些反应所产生的气体容易使产品产生釉面针孔或气泡；而釉料过早玻化，氧化分解所产生的气体不易逸出，只能滞留于釉层中而形成气泡，这些气体如随温度的升高而冲出釉面便形成釉面针孔。