普通瓷器的烧制过程，可分为如下4个阶段：低温预热阶段、氧化-还原阶段、高温成瓷阶段和冷却阶段。

1  低温预热阶段

       低温预热阶段，又称：小火阶段。该阶段的温度范围大约为：常温～300 ℃。在该阶段，主要是排出坯体干燥后的残余水分。随着坯体中残余机械水与大气吸附水的排出，坯体会发生下列变化：

     （1）坯体的自重减轻：这是由于坯体中的水分减少所导致；

     （2）气孔率增加，这也是由于坯体中的原有水分排出后留下的空隙所导致；

     （3）体积收缩，这是由于随着水分排出，坯体中的颗粒会随之紧密靠拢。

       当然，在低温预热阶段发生的变化是物理变化，实际上就是坯体的进一步干燥过程。因此，要想提高陶瓷窑的生产效率，就要使坯体的入窑水分尽可能低。一般来说，隧道窑的坯体入窑水分不超过1%；辊道窑的坯体入窑水分要控制在0.5%以下。

2  氧化还原阶段

       氧化-还原阶段的温度范围为：300～950 ℃。该阶段中的主要化学变化是一些成分被氧化、盐类分解、结晶水排出以及一些晶型转变。而且，随着该阶段中相关物理化学变化的进行，坯料、釉料中会呈现相应的吸热反应或放热反应。

      （1）有机物与碳素物质等成分被氧化

       坯体中的有机物与碳素物质来源于黏土。在低温阶段，由于坯体中的有机物与碳素物质不能充分地燃烧，因此，在窑内的火焰中往往也含有一定数量的碳素物质和一氧化碳(CO)。

       在该阶段，有机物与碳素物质等成分会发生氧化反应，其反应的化学方程式为：

              

       这些反应需要在釉面熔融与坯体显气孔封闭之前就结束。否则，瓷器产品会产生烟熏、起泡等缺陷。

      （2）铁硫化物被氧化

       在该阶段，二硫化铁()与硫化亚铁(FeS)被氧化，其反应的化学方程式为：

          

      请注意：FeS是一种有害物质。FeS要在釉面熔融和坯体显气孔封闭之前就被氧化为三氧化二铁()，否则容易使瓷器产品起泡，而且所生成的也会使瓷器表面变黄或者产生黑斑。

      （3）碳酸盐分解与硫酸盐分解

       在坯料与釉料中，都含有一定数量的碳酸盐与硫酸盐。在该阶段，当温度升高到一定值时，这些碳酸盐与硫酸盐就会发生分解反应，其反应的化学方程式为：

 

      （4）排出结晶水

       在此阶段，随着温度的升高，原料中的黏土与其他含水矿物(例如，滑石、云母，等)所含的结晶水会逐渐地排出。其反应的化学方程式近似为：

      （5）晶型转变

       在573 ℃时，β-石英迅速转变为α-石英，其体积膨胀0.82%；在870 ℃时，α-石英缓慢转变为α-鳞石英，其体积膨胀16%。对于这些石英晶型转变所造成的体积膨胀，部分膨胀值会被该阶段中氧化反应、分解反应所引起的体积收缩所抵消。只要操作得当，特别是在保持窑内温度均匀的条件下，上述石英晶型转变所导致的体积变化不会对瓷器产品带来较大的不良影响。

       另外，在此阶段，黏土脱水分解所生成的无定形三氧化二铝()在950 ℃时会转变为γ-，随着温度升高，γ-则会与二氧化硅()反应而生成莫来石晶体(，缩写)。

3  高温成瓷阶段

       高温成瓷阶段的温度范围大约为：950 ℃～最高烧成温度。在高温成瓷阶段，也会产生高温玻化现象(Vitrification)。在该阶段，坯料、釉料中主要发生下述物理化学变化：

     （1）在氧化还原阶段未彻底完成的化学反应，将会继续进行。

     （2）熔融长石与低共熔物构成了瓷坯中的玻璃相；黏土颗粒与石英颗粒等物质会部分熔解在这些玻璃相中；未熔解颗粒之间的空隙则逐渐被玻璃态物质所填充；坯体发生体积收缩，因而导致其密度增大，具体的变化程度与坯料的组成有关，例如，若坯体中的石英含量较多、长石含量较少时，则其变化程度较大，反之亦然。

     （3）在高温作用下，高岭石脱水所产生的与偏高岭石分解所产生的游离三氧化二铝在约950 ℃时开始转变为γ-，在1100 ℃时，γ-会与反应以及偏高岭石分解会生成莫来石晶体。其反应的化学方程式综合为：

     （4）随着玻璃相与莫来石晶体的生成，瓷坯中的气孔率会显著降低，即瓷坯发生急剧收缩，这就导致瓷坯的强度与硬度都会明显地增大。

     （5）釉料熔融为玻璃体，然后，均匀地铺展在瓷坯的表面。

4  冷却阶段

       冷却阶段是指烧成后的瓷器从最高烧成温度起开始降温至出窑温度的过程。所以，冷却阶段的温度范围为：最高烧成温度～出窑温度。

       在冷却阶段，瓷坯与瓷釉会发生下述物理化学变化：

      （1）随着温度的降低，部分液相会析晶，部分液相则是转变为玻璃相而凝固。

      （2）在某些温度点，会发生游离石英的晶型转换，例如，在573 ℃时，α-石英转变为β-石英，这会导致石英晶体的体积收缩0.82%；在270 ℃时，α-方石英转变为β-方石英，这会导致方石英晶体的体积收缩2.8%。

     【注】在烧制瓷器过程中，液相量较多，而且玻璃相中的含量未达到饱和，因此，在其冷却阶段不会出现方石英。这样，400 ℃以下可以进行低温快速冷却。然而，在烧制半瓷器(或称“炻器”)的过程中，因液相量较少，石英颗粒不能全部熔解，于是会存在固相的方石英，在这种情况下，还需要控制低温冷却的速率，以免炻器制品产生裂纹、开裂、炸裂等缺陷。

 

参考文献：

       [1] 何秀兰. 无机非金属材料工艺学[M]. 北京：化学工业出版社，2016：249-251.

       [2] 林宗寿. 无机非金属材料工学[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2013：153-155.