传统陶瓷的主要原材料包括_建筑陶瓷的主要原料是

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随着工业的快速发展，窑具作为一种特殊的耐火材料，已经成为陶瓷、锂电池等行业烧结过程中不可缺少的高温辅料产品。

窑具是什么意思？

窑具是指在工业窑炉中回收的耐火产品，用于支撑或保护燃烧后的产品。广泛用于生产日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷和高级陶瓷材料。近年来，随着新能源电路的兴起，锂电池正极材料在生产过程中需要大量高性能的窑具，导致窑具进一步受到重视。

来源:山东华美新材料科技有限公司。

窑具在使用过程中，一般都做得很轻很薄，以减少蓄热，节约能源，但必须有一定的承载能力，所以要求窑具在常温和高温下都要有较高的强度。陶瓷的快烧技术要求窑具具有更好的抗热震性；对于电子陶瓷，为了防止产品被污染，窑具要有良好的化学稳定性；现代工业要求窑具在机械运转过程中具有准确的尺寸，以保证生产的正常进行。

窑具有哪些类别？

根据窑具的材质，一般有堇青石、堇青石-莫来石、电熔应时、莫来石、钛酸铝-莫来石、碳化硅、刚玉制品等不同类型的窑具。

根据窑具的不同使用条件，我们可以将窑具分为三类:

第一类是用于隧道窑、梭式窑等窑车平台的轻质侧墙砖。这种窑具用在温度略低的地方，主要是能承受压力负荷，达到低蓄热的目的。

第二种是柱、棚、梁等。这种窑具与火焰直接接触，环境温度高。棚、梁等部位还需要承受高温和承压的双重作用，因此要求其应具有一定的高温抗折强度和良好的抗热震稳定性。

第三类是用作烧结器皿的特殊窑具，如匣钵、坩埚等。这种窑具不一定直接接触火焰，只承受瓷器本身的重力，所以它的应用环境有时要好很多。

窑具的质量和性能对整个企业的质量、产量、能耗、合格率、等级品率、生产成本和经济效益起着重要的作用。因此，提高窑具的材料性能和质量，减轻窑具的重量，延长其使用寿命，对烧制高质量的产品具有重要作用。

接下来，我们将逐一介绍各种窑具。

结构窑具

结构窑具是工业窑炉的重要组成部分。使用时，炉内温度高，直接与气体火焰接触或被发热元件辐射。通常承受比自身重，甚至数倍于自身重量的载荷力，不变形，不断裂，这就要求其具有一定的高温机械强度和良好的热震稳定性。在这类窑具中，以棚板(梁、柱通常与棚板一起使用，以棚板为代表)、推板、滚轮为主，市场容量较大。

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1、棚板、柱、梁

以棚板为例，棚板作为支撑烧制中瓷件的专用窑具，是陶瓷工业中重要的辅助材料。棚面积大，厚度薄，也是应用最广泛的窑具，无论是生产还是使用都最具代表性。窑业常用的棚板材料有堇青石-莫来石、刚玉、碳化硅等。它们的基本情况如下表所示。

堇青石-莫来石棚板中堇青石(2 MgO·2al2o 3·5sio 2)和莫来石(3Al2O3 2SiO2)的热膨胀系数分别为1.1×10-6℃-1和5.3×10-6℃-1。可以看出，两种材料的膨胀系数相差很大，两种材料是复合的。

图:广东热金宝新材料科技有限公司

随着软磁(铁氧体)材料、电子绝缘陶瓷等高温功能陶瓷的发展，传统的堇青石-莫来石棚板的应用受到了一定的限制，而刚玉-莫来石棚板得到了广泛的应用。这种棚板具有优良的高温强度、抗热震性，使用温度高(1700℃)，化学稳定性好，不易与烧成物发生反应。以板状刚玉、电熔白刚玉、电熔莫来石、Al2O3微粉和硅灰为主要原料，大吨位液压成型和超高温烧成，可生产出具有优异高温强度、抗热震性和极低高温蠕变性的刚玉-莫来石高温棚板。

烧结碳化硅具有高强度、高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性、良好的抗氧化性和抗热震性，是应用最广泛的结构陶瓷和窑具材料之一。碳化硅棚板的应用性能很大程度上取决于粘结相的性能，尤其是高温性能。二氧化硅结合碳化硅制品制备的原料纯度高，性能好，价格远优于氮化硅或赛昂结合碳化硅。近年来，由于陶瓷快速烧成技术的成熟发展，国内市场对二氧化硅结合碳化硅棚板的需求进一步增加。

2.推盘子

陶瓷推板窑在工业中应用广泛，推板是其基本的附属材料，其性能通常决定了窑炉的运行效率。推焦窑在运行时，要求承受陶瓷坯体或匣钵的载荷、巨大的顶力和高温下与轨道的摩擦阻力而不断裂，冷热循环使用寿命可达几十次甚至上百倍。因此，推钢机必须在常温和高温下具有较高的强度和耐磨性，以及优良的热震稳定性。目前国内外常用的推板有碳化硅和刚玉莫来石，如下表所示。

碳化硅推板主要由氧化硅和碳化硅结合而成。由于碳化硅在1300℃以上被氧化，应用范围有限，只适用于一些低端制造领域或炉温较低的地区。目前较大的应用领域有锂电池正极材料推板窑和无机粉体煅烧推板窑，其应用温度都不高。

刚玉、莫来石等传统耐火材料具有软化温度高、抗蠕变性好等优点。但纯刚玉制品由于热膨胀系数大，抗热震性差。而莫来石材料的热膨胀系数明显低于刚玉，可以作为制品的次晶相或粘结相。因此，刚玉莫来石推板结合了两种材料的性能，特别是其抗热震性较刚玉制品有很大提高。可用于烧制高温陶瓷材料的推板窑，使用寿命可达100次以上。

目前，推板性能处于领先地位的有韩国的YJC、日本的圣戈班、三井金属矿业和大阪窑业等。，并且在国内有多家代理商，占领了国内软磁铁氧体烧结窑推板市场，使用寿命明显优于国内同类产品。

3.翻车保护杆

辊道窑利用棒的旋转来输送生坯，使生坯通过预热、烧结、冷却而逐渐烧结。辊道窑的优点是:带棒的上下加热窑温度均匀，产品烧成周期短，燃料消耗低。陶瓷辊棒是辊道窑的关键部件，消耗很大。在产品的连续高温烧制中起到承载和传动的作用。既要在使用时耐高温，又要在长期转动中具有耐高温蠕变的特性。陶瓷辊的主要材料是刚玉、氧化铝、电熔应时和碳化硅。其中，碳化硅辊的材料包括再结晶和反应烧结碳化硅。

来源:山东华美新材料科技有限公司。

氧化陶瓷辊的最高使用温度基本小于1250℃。比如中低温辊道窑比如日用瓷的彩烧，墙地砖的素烧，基本都是用氧化陶瓷辊道窑。除烧成带外，高铝陶瓷辊道窑还可用于中高温辊道窑的其他低温部位，如铁氧体、日用卫生洁具、Al2O3基板等。玻璃退火工艺的温度在600 ~ 900℃范围内，广泛使用的抗热震性优异的熔融应时辊在熔融应时的应用中不会改变晶型，辊的外观尺寸精度和表面光洁度必须满足要求。

碳化硅陶瓷辊棒的使用温度可超过1300℃，常作为中高温辊道窑用辊棒的首选材料。再结晶碳化硅辊道窑具有高温和高承载能力，用于高温环境下的辊道窑，生产氧化铝陶瓷和其他特种陶瓷制品。重结晶碳化硅热电偶保护管以其优异的耐腐蚀性和高导热性满足了高温测量领域的持续需求。此外，各种工业炉也使用冷风管和一些异形管。

需要指出的是，陶瓷辊棒的制备工艺很关键，尤其是成型工艺的控制。通常采用真空挤压和等静压两种制备技术。高温烧结工艺(挤压空)可以获得低吸水率、高温高强度的产品，但该工艺生产的产品热震稳定性通常较差。与挤压工艺相比，等静压和高温烧结工艺可以获得高吸水率和高高温强度的制品，制品的抗热震性是其独特的优势。

烧结器具(匣钵、坩埚、垫板)

用于支持陶瓷体烧制的专用窑具，或含有粉末的匣钵(正极材料、磁粉、高纯陶瓷材料等的煅烧和合成。对于辊道窑、推板窑和隧道窑中的热处理，根据制造商的烧制工艺，这些窑具将经受不同的加热条件，并且这些产品的材料取决于烧结体的类型和热处理工艺。

1.匣钵/坩埚

用粉末(锂电池正极材料、磁粉、高纯陶瓷粉)填充，然后在辊道窑、推板窑、隧道窑中进行热处理的匣钵一般采用挤压、机械压制、浇注、等静压成型。根据产品的成分和结构选择合适的成型工艺。应用最广泛的材料有堇青石-莫来石、刚玉-莫来石、碳化硅和石墨，其中锂离子正极材料的合成应用最为广泛。

堇青石-莫来石匣钵因其优异的抗热震性和经济性而广泛应用于锂电池正极材料领域。

由于碳酸锂/氢氧化锂碱性强，熔点低，对酸性耐火材料腐蚀性强，所以铝硅匣钵的使用寿命一般较短。

刚玉匣钵主要用于在低热震条件和高温的环境中煅烧一些高纯粉体，如高纯氧化铝粉体。匣钵需1800℃烧成，采用Al2O3含量为99.9wt%的氧化铝活性粉和低钠白刚玉等制成。结合剂灰分含量低(灰分≤0.01wt%)，保证了整个原料控制中杂质的有效控制和充分的高温烧成。

来源:临沂林鸿无机材料有限公司

石墨和碳化硅制成的匣钵具有导热率高、耐高温、抗热震性好、抗氧化性差的特点，但在还原性气氛中耐碱腐蚀性能优良。石墨匣钵通常用作在还原气氛中装载高温烧结材料的容器，用于磷酸亚铁锂烧结和电磁材料烧结。传统的石墨匣钵采用机加工生产，效率低，成本高。此外，碳化硅匣钵广泛应用于制药、精细化工、工程冶金、酸洗等行业。

2.承载板

承重板在服役时，既要承受移动时的推力，又要承受装卸产品时的摩擦力，冷热循环后也不会开裂。在满足承压板抗热震性的前提下，提高承压板的抗弯开裂能力是关键。要求轴承板具有优良的化学惰性，不与轴承产品发生反应。承重板的材料为氧化铝、氧化锆、复合材料等。，主要用于电子陶瓷、特种陶瓷等领域。

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刚玉承重板是一种高档窑具，其主晶相为α-Al2O3。具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐磨等优良性能。高温(> 1650℃)变形小，但烧结温度高，热震稳定性差。在压电陶瓷换能器的烧成过程中，刚玉承载板会出现中心翘曲、表面分层粉化和剥落现象。

氧化锆是一种耐腐蚀、耐高温的难熔氧化物。氧化锆承压板常用作介电陶瓷、粉末冶金、片式电容器、铁氧体磁性材料等产品的烧结垫，以防止烧结时零件粘连和电子元器件电磁性能损失。

导电陶瓷和器件陶瓷的烧成温度一般在1400℃-1650℃之间，一般为刚玉-莫来石、刚玉和复合。

钛酸钡陶瓷是电子陶瓷行业的明星产品。烧结是其制备过程中的重要步骤，是决定钛酸钡致密化和微观结构的最终阶段。因此，烧结板的质量尤为重要。由于钛酸钡熔点低(1625℃)，密度大，碱性强，传统的铝硅窑具容易与之反应，导致产品污染。国外窑具生产厂家已将等离子喷涂技术应用于烧成板的制备工艺，即烧成板中间夹层为刚玉-莫来石材料，外围为氧化锆熔覆涂层，具有抗热震性高，与烧成的片式叠层陶瓷电容器不反应、不粘连的特点。

摘要

随着工业的发展，烧成产品的种类越来越多，窑具的应用领域也在不断扩大。不仅用于陶瓷行业，还用于精细化工、锂离子电池等行业。根据烧制产品的性能特点，对窑具材料的性能要求不仅仅局限于机械强度和热震稳定性，有些领域还要求窑具具有良好的耐腐蚀性，不污染烧制产品。不同的侵蚀介质对窑具材料有不同的要求。例如，在生产锂离子电池正极材料的过程中，要求窑具材料具有良好的热震稳定性和良好的抗碱性锂化合物腐蚀性。在压电陶瓷的生产中，要求窑具材料耐铅及其化合物。

参考来源:

[1]千帆等.窑具的应用现状及发展前景

[2]安等.新型节能框架窑具在陶瓷烧成中的应用

[3]张玮琪等.窑具材料的研究现状与展望