随着化石类矿物原料的日渐枯竭,世界能源供应日趋紧张,能源危机已初现端倪,
能源价格上涨,导致生产成本大幅提高。因此,各行各业都在采取有效措施来节能降
耗。陶瓷行业是能耗的大户,例如,在陶瓷生产中,烧成的能耗费用所占生产成本的比
例是相当大的,国外占到了25%左右,而国内则占到了30%以上。烧成温度对燃料消
耗的影响可用下式表示:F=100-013(t2-t1)。式中,F 为温度t1 时的单位燃耗与温
度t2 时的单位燃耗之比 (%)。由上式可知,当其他条件相同时,烧成温度每 降 低
100℃,单位制品的能耗降低约13%。由此可见,降低陶瓷产品的烧成温度,能大大降
低烧成能耗。因此,降低烧成温度,减少烧成能耗是降低生产成本,提高经济效益的一
个重要环节,也是陶瓷行业的一项长期的重要任务。
陶瓷的生产过程一般包括原料处理和加工、备料、成型、烧成 (烧结)等基本单元
操作。其中,将陶瓷坯体置于高温炉中,通过坯体物质的扩散、蒸发凝聚、熔解沉
淀、黏性流动等综合的传质作用,最终使坯体的体积收缩、气孔率减小、密度增大、强
度增加,直至完全致密化形成强固体材料的过程,即为烧结。
陶瓷的烧结主要分为固相烧结和液相烧结。固相烧结和液相烧结的共同点是烧结的
推动力都是表面能,其烧结过程都是由颗粒重排、气孔填充和晶粒生长等阶段组成的。
而不同点则在于由于流动传质比扩散传质快,因而液相烧结致密化速率高,可使坯体在
比固相烧结温度低得多的情况下获得致密的烧结体。在固相烧结中,少量外加剂可与主
晶相形成固溶体促进缺陷增加,如果加入少量外加剂可产生液相,就形成了液相烧结,
可大大促进烧结的进行。例如,传统陶瓷和大部分电子陶瓷的烧结依赖于液相形成、黏
滞流动和溶解再沉淀过程,而对于高纯、高强结构陶瓷的烧结,则以固相烧结为主,它
们是通过晶界扩散或点阵扩散来达到物质迁移的。
从陶瓷的烧结过程来看,要降低烧结温度就要使坯体在较低的温度下出现较多的液
相或者降低烧结能垒,增加烧结推动力。