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陶瓷生產工藝——干燥
發布時間：
2021-10-28 13:24
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陶瓷的生產過程中有許多工藝，坯料與坯體的干燥是陶瓷生產中重要的工藝過程之一。在坯料(砂石、黏土)及釉料的制備過程中，一般需要對泥漿進行壓濾脫水或噴霧干燥，使其達到一定的含水率。一般地，注漿成型法，坯料含水率為28%～38%；可塑成型法，坯料含水率為19%～25%；壓制成型法，坯料含水率為3%～7%。坯體中含有一定量的水分，其強度較低，在運輸和再加工(如黏結、修坯)過程中，很容易變形或因強度不高而破損，因而為了提高成型后坯體的強度，要進行干燥。通過干燥處理，坯體失去可塑性，具有一定的彈性與強度。另一方面，坯體中含水率高，其吸附釉漿的能力差，所以為了提高坯體吸附釉層能力，其含水率應達到一定的程度。此外，經干燥除去坯體中絕大多數的自由水之后，坯體很少發生收縮，從而使坯體在燒成階段可以快速升溫，而不發生制品變形或開裂，既保證了燒成質量又可以縮短燒成周期，最終提高窯爐利用率，降低能耗。通常坯體入窯前的含水率應干燥至2%以下。但過分干燥，也是不必要的，因為當坯體放置在大氣中時，會再吸附水分而膨脹，也可能發生開裂。許多陶瓷制品在成型后要進行濕修、鑲接或干修，它們都有自己合適的坯體含水量，因此，成型后的坯體的水分不能一次干燥到1%～3%，而要根據成型中各加工工序的要求，分階段地進行干燥，最后干燥到適合進窯的最終含水率。
類型
按泥料的不同含水量，可分為等速干燥和降速干燥兩個階段。以可塑成型壞體為例，此種坯體含水分高，其固體物料量相對較少，水分充填于坯體的固體顆粒之間，表面水分均布，干燥時表面水分蒸發。固體顆粒間水分逐步排除而相互靠攏。整個坯體產生收縮。這時，當周圍溫度、濕度等環境條件不變時，水分以近于相等的速度排除。這一階段為等速干燥階段。當坯體進一步干燥，顆粒逐步相互靠攏貼緊。此時水分連續體不復存在，水分僅存在于顆粒間的空隙。干燥所排除的水分已不再來自坯體水分的連續體，而必須經由坯體內的通道擴散至表面再蒸發排出。隨著坯體水分的減少，干燥速度逐漸下降，由于顆粒已經靠攏、坯體不再收縮。這一階段為降速干燥階段。半干和干法成型坯體含水分少。沒有等速于燥階段，坯體干燥收縮少，非大型或特異型制品不致因坯體收縮而產生廢品，干燥控制比較容易。干燥過程中，為防止產生廢品，可先在常溫下預干燥，然后再進一步進行燥。
干燥過程
干燥過程中，水分擴散是靠外擴散和內擴散來進行的。外擴散指坯體表面的水分以蒸汽形式從表面擴散到周圍介質中的過程；內擴散則是水分在坯體內部進行移動的過程，內擴散根據水分移動的推動力不同，有濕傳導和熱濕傳導兩種形式。
(1)濕傳導：坯體在干燥過程中，由于表面水分的蒸發，在其表面與內部之間形成了水分濃度差，因此在坯體厚度的方向上有一個水分濃度梯度，由此引起水分的移動。水分從坯體內部移動到表面，主要是靠擴散滲透和毛細管力的作用來進行的。因為水分的擴散及移動速度與水分濃度梯度成比例，所以這種現象稱為濕傳導，又叫濕擴散。
(2)熱濕傳導：使用輻射熱或高溫熱空氣干燥坯體時，由于坯體的導熱性較差，或者由于坯體表面水分蒸發時需要吸收大量的熱量，往往造成坯體的內、外溫度不同，在坯體的厚度方向上產生溫度梯度，由于坯體內的溫度梯度而引起水分移動的現象稱熱濕傳導，也叫熱擴散。產生熱擴散的原因可由毛細管現象來解釋。水的表面張力是隨溫度的增加而減小的，毛細管兩端存在溫差，導致兩端的表面張力不同，從而產生水分移動，由表面張力較小處向表面張力較大處移動，即由熱端向冷端移動。因此熱擴散的方向與熱流的方向是一致的。
干燥特性
(1)加熱階段：坯體置于干燥介質(熱空氣)中，坯體表面被加熱，水分蒸發速度很快地增大。但由于該階段時間很短，除去的水量不多。
加熱階段應防止黏土制品表面上凝聚水分，因為這樣會使其強度(結合性)下降，并且產生的應力可能使制品中出現開裂現象。最有效的加熱方法是制品在成型以前用蒸汽加熱黏土坯料，這不但可以縮短干燥時間，還可降低坯體中的應力，提高制品質量。也可以在相對濕度高的介質中利用紅外線輻射來加熱制品。
(2)恒速干燥階段：當坯體內部水分移動速度(內擴散速度)等于表面水分蒸發速度(亦等于外擴散速度)，坯體表面維持濕潤狀態。干燥介質傳給坯體表面的熱量等于水分汽化所需的熱量，坯體表面溫度不變，等于介質的濕球溫度。此時，干燥速度穩定，故稱恒速干燥階段。在這一階段，是自由水(非結合水)進行蒸發，坯體會產生體積收縮，并往往產生能使坯體成為廢品的收縮應力。干燥過快，坯體容易變形、開裂。恒速干燥階段結束時，物料水分降低到臨界值。此時盡管物料內部可能仍有自由水，但在表層內已為結合水。到達臨界點后，表層停止收縮，再繼續干燥時僅增加坯體內的孔隙，因此恒速干燥階段是干燥的重要階段。
干燥速度(蒸發速度)與坯體表面和周圍介質的水蒸氣濃度差、分壓差、溫度差有關，也與坯體表面的空氣速度有關(增大坯體表面的氣流速度可以使氣膜阻力下降)。
(3)降速干燥階段：進入降速干燥階段，坯體含水率減少，內擴散速度小于表面水分蒸發速度及外擴散速度，表面不再維持濕潤狀態，干燥速率逐漸降低。此階段，物料溫度開始逐漸升高，由于是排出結合水，坯體不產生體積收縮(有時略有收縮)，不會產生干燥廢品。降速階段的干燥速度，取決于內擴散速率，故又稱內擴散控制階段，此時坯體的結構、形狀、尺寸等因素影響著干燥速率。
(4)平衡階段：當坯體干燥到表面水分達到平衡水分時，干燥速度降為零。此時，坯體與周圍介質達到平衡狀態。平衡水分的多少與坯體材料性質和周圍介質的溫度和濕度有關，用吸附等溫線表示。
干燥工藝,陶瓷生產
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