数千年来,陶瓷生产技术的进步是在慢慢发展的,历史地看其发展速度开始加快并不是很久时间以前.在飞速发展的当代,我们往往很少回忆过去,但是会偶然发现在文献中提到的证据表明我们的祖先对很多事情已经有了很多的了解,而当世人还会认为他们是新出现的.
在陶瓷行业里技术的应用一般认为是件随着工业化时代的出现而产生的,这就是说,始于十九世纪中叶.然而,人们关于陶瓷生产工艺的历史考察(并不一定完善)从某种角度上看到,一种相当发达的陶瓷技术在古代早已出现.否则历史上出现的各种精美的陶瓷物件是不可能做出来的.(见表Ⅰ)
二、陶瓷历史的发展-经历于8240年
如表Ⅰ所知,人类不仅熟悉硅瓦制作已有6000年以上历史.早在公元前6250年,可以旋转的陶瓷已经在位于现在土耳其的地方出现了.几千年来陶瓷物品是手工加工成型的,但在基督降生以前很久,陶瓷模具已经开始使用,以后又有机器传动装置,依靠人力或蓄力操作.显然,蒸汽发动机的出现是沿着合理化的轨道产生的一次重大进展.
三、关于陶瓷科技知识的认识
陶瓷生产技术在不同的具体分为各不相同的生产步骤,但它几乎总是具有如下工序:*坯料制备 *成型 *干燥 *修饰 *烧结 *工艺处理和检查.
回想起来,可能看到任何机械化的进步仅仅发生在坯料制备和成型方面,有时亦扩展到干燥工序.
不久以前,柯吉尔教授巧妙地定义陶瓷为:"在允许复杂系统参与反应完全发生的足够长的时间里,不同组成的矿物和非纯物质经过一种加热烧结工艺后,产生了多晶相的,非化学计量的称为陶瓷的材料."
司各特博士在叙述普通材料的概念时,说陶瓷是:"一种由完全不纯物制成的材料",这里所谓"不纯物"是指由多种矿物和其他普通材料按一定的配比在适宜的工作条件下制造出来的.
然而,为数众多的科学家,技术人员和工人可以使用他们的反对意见,对于陶瓷材料的薄弱环节已经系统地分析过了,由此得出的看法已经导致了新材质的提出,工厂和生产工艺的发展.在各个陶瓷行业中的生产工艺程序已经得到改进.或许某些部份在空间和时间上已有"压缩",即缩小体积,节省时间.某种理想意义上说,这一系统的工艺制作步骤应该压缩到一个简单的操作程序,这将意味着原材料应该用少量的水来压制,同时配以修饰等工艺,在同一地点,生坯实现烧结,从匣钵中取出.我们不应该说是不可能的,今天的大量事情在两三年以前似乎是乌托邦式的想法:如价值昂贵的金刚石涂层,采用含水率少于百分之2原料加工制造大块瓷板,辊道窑中陶瓷辊棒的采用.然而,有件事将不得不承认,以上描述的理想状态只在个别情形是可能的(如在热压法),在大多数情况下一个人将努力创造尽可能连续的自动化工艺流程--没有任何阻挡的通过,至少是在统一的步调下,从坯料配备到产品检查,即避免任何大物料储存空隙,较小的缓冲区对于保证生产的稳定运转当然是必要的.未来技术努力的目标正是如此,显得十分重要,例如有如下几方面:
或多或少的主观意愿在表2中已经得到反映,它根据各个来源的数据,概括了德国陶瓷工业的主要经济指标,该行业的制造者在这里并不考虑,但是我们的确让自己趋向技术上的厂家.考虑的另一点估计完成每公斤产品的收益.图表说明了生产设备趋向于自动化的工厂何以开展以上上述探讨的皮带式生产形式.然而,所应该考虑的只能为适应于工业化生产的各种条件,制造过程越"细致化",自动化实现的可能性性就越小,人们总是权衡利弊以适应目前的需要.
在陶瓷行业某些分支里人均营业额比其他行业高出两倍以上,这也是可以承认的,但它与经济效益毫不相关,因为这里考虑价值的创造,其他种种生产费用.总的来说,没有任何陶瓷厂家是甘于倒退.所有厂家都是简单地通过市场渠道决定产品好坏,或用实际价值约束和调节,这意味着技术发展是随着社会发展自动地进行的.事实上,表2中一列是可能的自动化",表明这里存在一种可能性或位能面(趋势)(Potential)--即使某单位增加自动化的程度简单地依靠该交单位生产的专门化,在某些情况里,例如餐具生产,确定各项工作顺序(从成型下到质量检测),特别推荐对餐具和空心制品的统一制作,这使得连续化生产更容易些.人们在参观现代化砖瓦时可以得到一种所谓"理想化"的印象,甚至在这种车间备有"罗伯特"(一种机器人).
四、每个都有它自己的特点和要害
对各的考察表明了有多么特别重要的发明已在近年里作出,显然,技术进步总是在出现麻烦的地方积累了,总是在环境需要保护的地方和制作过程趋向合理化的地方激发了.
1.制砖工业,(The Brickmaking Industry)
的明显地集中在发展大型成套设备和节约能量上面,工厂的大产量是年产5千万块标准规格的制砖(即每周1百万块),用于这类生产的机电设备已臻完善,有了惊人生产能力的超大型压砖机技术(包括软泥和挤压成形砖块),是进一步发展了传统技术的,经过良好验证的模式的开始,崭新的,大的装载和卸货装备,可以每小时轻易地输送40000块砖,这可以说明相当惊人的,同样突出的事情在窑炉业中亦已经做到,因为整个窑炉建筑是封闭式的,几乎不允许窑炉各处的缝隙吸进空气,能量消耗因此截止到每公斤制品200千卡,具有45吨载重量的大型窑车可以在窑炉中运行200米的长度,安装宽度达9米--.它们做这种事情完全自动化,不需任何操作者监督它的行为.
2.建筑砖瓦业(The Roofing Tike Industry)
这中工艺突出的变化是在烧结砖瓦中匣钵的使用,与自动化装卸设备一起,它们解决了现化建筑砖瓦厂的"装载"问题,以致它们现在有着相对的连续性,大型自动化生产线,为此,还加上已描述过的炉窑设备的改进,它导致了一种较大程度废气的操作,因而可以做到的能量需求(200kcal/kg制品).
好几年前,一座快速烧成窑炉出现了,但是常规模式的隧道窑至今仍在普通采用,快速烧成窑并没有取得完全的成功,在这方面存在的障碍或许是:
*典型砖瓦器形横截面上物体厚度的变化.
*许多产品的变形,使得它们在烧成中不能搁放在水平位置,对处于垂直位置的产品作出浪费能源的烧成制度.
*厚材料经常包含的足够的有机物.导致烧成过程非常缓慢.
3.制管工业(The Pipemaking Industry)
形状集装加工使得事情简单化了,减少了手工模制带来的高气孔率,例如引入Y型连接的挤压机.因为合成材料的使用,管端和插承之间接封的复杂操作不再与陶瓷有关,这里有关制造过程也加快了.仅仅在几年以前,英国制造商开始使用辊道窑进行管道烧结,即使这类窑炉只能用作烧结薄壁管道,它却意味着一个重要的发展阶段.另一方面,制作这些陶瓷管道的原料包含百分之50予烧结材料,以使在烧结中释放的一部分能量可以为原料利用.同时技术专家偿正在努力尝试在加快浇结过程的同时,亦使辊道窑有效地用于烧结厚壁管道.管道的长度和形状在烧成中的变化始终引起了窑车在隧道中安置的问题.在某些情况下,梭式窑可以单独地负载更多的重量,或具有更大的灵活性,在不同烧成制度它们能够更容易操作,超大型梭式窑(窑内体积过500立方米)的发展决不是偶然的,一些公司已经在这方面做了大量的工作
4.瓷砖工业(The Tile Industry)
我们知道砖瓦不是在湿态,就是在干态成型的, 这是两码事.一年又一年,两类方法截然分开,依据不同产品的特点.相同的生产程序从坏料制备到技术处理是在某些非常不同的方式里进行的,然而近年来,制造者已经相互取长补短,两类方法相互交叉.湿法模压工艺由原来的垂直方向放置的砖瓦传递,改为更有效地平放位置的传递,有关成形工艺现在采用平面牛头的冲压方式,由于采用干压工艺,辊道窑的使用已经变为可能,除此之外,在储存仓里砖瓦储存时间已大大缩短,因而减少了占用空间,由于干压工艺的发展,储存车已取代了干烧窑或隧道里湿砖的相当复杂的操作.今天不再容易决定干法还是湿法工艺的优劣.综上所述,生产的运行现在更有连续性了.而且今天有非常类似于其中允许产品生产稳定进行的辊道窑的新型滚动干澡设备,这是更有效的方式.
辊道窑一个明显的发展是用于新型建筑材料,因此它是第三世界发展中国家陶瓷工业的常用设备,一般来说,窑炉温度在周未可以降低,生产暂时停止,在另一方面,在很多国家(欧洲)一种固定的工作周期已经发展为每周允许7×2班(包括星期天),或者至少每周6×2班,这认为是缩短储存时间和空间的需要.成粒作用在喷雾干燥工艺中已经优化了,主要是考虑能量需求问题,目前的喷雾干燥工艺能有效地专门利用残余热量,另外,增进成粒作用的途经多了,在一个综合过程中,经干燥磨碎的粉末湿润和成粒,然后在流化床干燥器中部分原料重新干燥,近年来突出的成就是用1500吨奢力的压力机和快速烧成的彩烧窑能在不多于两三分钟里实行第三次烧结,在陶瓷工业里,上述重大技术是实现完全自动化的决定因素.未来的研究和发展将会使传说体力劳动在很大程度上被智能机器方法取代,如在分类和质量控制领域里.
5.耐火材料(The Refractory Industry)钢材危机,开始于八十年代早期的欧洲,经西方国家的工业生产带来了不可避免的衰退,所以制造商重新考虑他们的状况是需要的.在传统形式上看,质量是隧道窑烧成工艺的决定困素,现在已经改变为有利于生产数量的工艺制度,这意味着较小的生产能力,但有较高的产值.很多耐火材料,比如董青石制品要求更准确的烧成曲线,所以这类生产厂家不得不修改其烧成工艺.所有这些要求都会引起对梭式窑的重新兴趣,它的生产能力在今天可以大批量烧结.除此之外,电子计算机对干压过程有这么大的改进以致有关工艺现在是自动调节,可以自动地拣出不合格的产品,近年来,新技术带来的等静压法已在耐火材料工业中采用,由于具有特殊的优越性,这种工艺逐渐变得不可缺少.此外,未成型产品的加工,往往重于数百公斤,这项繁重的任务已经让给可以相当仔细地执行这一操作的罗伯特(机器人)去做了.
6.餐具工业(The Table ware Industry)
在过去几年中,这个里许多事情一直在进行着,毕竟,它作为就业人员多的行业已经是很长时间了,正在通过调整超于合理化.首先应该提到,干压工艺采用了一种准静态过程,这样不仅确保了质量,而且可以减少生产过程中的设备体积等一系列旧有空间.如果某些时候以前,由耗占空间的覆旋法和注浆室向连续生产线转化已经是相当大的进展,新型模型机允许制作过程集中到小的可能的空间(包括修坏工序).因为含水量已经减少到百分之2的低值,干燥等工序也就不再成为问题了.在某些领域里,加压浇铸(Pressure Casting)一定大型块片成型在内的兴趣.两种成型方法都以生产连续运行为先决条件,在这种转变中隧道窑发挥作用.自动化也已经进入像装饰和输运这样的领域,例如自动输送过程,或者用现代装备去制造用于辊道窑的运载车,进一步的工作预计会出现在西德目前试制的模压、修饰工艺,产品的储存方式当然也值得某些注意.
7.卫生洁具(The Sanitary Ware Industry)
在这个领域,加压浇涛(Pressure Casting)亦已经清晰地改变了材料的流动性,当一组三个模压机和两个压机同时使用状况下,就可以出现这种情况.除此,具有高强度的重结晶碳化硅窑具已经使得烧法过程的优化,而这一过程亦已经通过辊道窑的采用有所裨益.采用微波方法使之干燥过程,可以说卫生用品生产是神奇般的发展,已经大量地运用于连续生产线.成组烧铸(Battery Casting)亦有了很大的改进,以致它现在已经得到很快发展.用于喷涂的机器人或许会受到重用,他们在卫生洁具领域中用途增多.
8.新型陶瓷(Advanced Ceramics)
我们在这里仅提到这一迅速发展的领域中与传统陶瓷(绝缘体,化学工业陶瓷,等等)有关的内容.大规模的梭式窑和快速干燥机已经做了许多件,广泛用于这一领域,加压浇铸(Pressure Casting)正在引进,当然等静压工艺亦一样.然而,对于这些进展,这一行业也将强烈地依据专家们的研究结果.
九江东庆耐火科技有限公司是一家研发和生产碳化硅窑具的高新技术企业,年生产能力已达四千吨,产品广泛应用于陶瓷、机械、工业窑炉、化工、航天等领域.公司经营的产品有氧化物结合碳化硅制品、无压烧结碳化硅制品、反应烧结碳化硅制品.我公司已获得国家科技型中小企业创新的大力支持,并与省级院士工作站和省级工程陶瓷研究建立了密切的技术合作关系.
