本发明涉及陶瓷工艺中控制颜色釉呈色效果的方法及装置，具体涉及一种通过燃料配方及自由基以控制铜红釉呈色效果的方法及装置。
背景技术：
：陶瓷的烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力（压强）制度，其中，窑内的气体压强是通过影响温度和气氛间接地影响产品的烧成质量，因此，直接决定陶瓷烧成质量的只有温度和气氛两种因素。根据窑内烟气中的氧化性气体（一般为氧气）和还原性气体（一般为一氧化碳、氢气）含量的多少，窑内气氛可分为氧化气氛、还原气氛和中性气氛三种。这些即为现今被人们普遍接受的陶瓷烧成理论的内容，实际当中也是根据这些理论开展陶瓷的烧制作业。然而，由长期的实践和相关理论得出，将对包括颜色釉呈色效果在内的陶瓷烧成质量产生影响的气氛仅划分到氧化、中性、还原气氛这一层次尚不完善，需进一步细分，其中就应考虑气氛中的自由原子和自由基对烧成质量的影响。燃烧理论指出，燃料的燃烧过程复杂，燃烧过程中会产生一定量的活性高、不稳定、易和其它物质发生化学反应的物质——自由原子和自由基。由于其异常活泼，它们必然有可能，也有时机在烧制过程中与陶瓷的釉料、坯料等发生化学反应，从而对包括颜色釉呈色效果在内的陶瓷烧成质量产生影响，这业已被近期的研究成果所证实。不同种类的可燃气体在燃烧过程中产生的自由原子和自由基的种类不同，而燃料流量不同，则产生的自由原子和自由基的数量不同。基于自由原子和自由基对烧成质量的影响，烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含的各单一或混合气体的种类及流量即所谓燃料配方对铜红釉的呈色效果产生影响。铜红釉以铜离子为着色剂，钧红、祭红等我国传统名贵釉种均属于铜红釉。以钧红釉瓷器为例，时至今日，其烧制仍然存在呈色不稳，呈色不佳的问题，导致烧制的成功率偏低，有“十窑九不成”之说。有鉴于此，有必要对中性、还原、氧化气氛的气氛分类方法做进一步的细化并对之前被忽略的相关影响因素加以控制。技术实现要素：经长期理论和实验研究后取得本发明成果。发明考虑到自由原子和自由基对铜红釉呈色效果的影响，对现行的气氛分类方法做进一步的细化，通过对燃料配方及自由原子和自由基的控制实现对铜红釉呈色效果的有效控制，本发明的目的之一是提供通过燃料配方及自由原子和自由基控制铜红釉呈色效果的方法，目的之二是提供一种基于前述方法设计出的装置。本发明提供一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的方法，该方法通过控制陶瓷烧制过程中不同时刻燃气及助燃气体中所包含的各单一气体或混合气体的种类及流量即所谓燃料配方，以及控制不同时刻气氛中的自由原子和自由基的种类和数量，以实现对铜红釉呈色效果的准确控制。本发明提供一种通过燃料配方及自由基控制铜红釉呈色效果的装置，该装置包含：管式电炉、燃料配方控制系统、助燃空气流量控制系统、炉内压力控制系统（亦为排烟系统）、燃料燃烧器即烧嘴、自由原子和自由基发生装置、炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置、控制整个装置运行的计算机控制系统。其中，燃料配方控制系统与自由原子和自由基发生装置共同实现对烧制过程中自由原子和自由基种类和数量的控制。所述管式电炉包含al2o3管、硅碳棒、热电偶，以及温度控制器，具有温度分段自动控制功能。所述燃料配方控制系统包含盛装氧气、氮气、液化石油气、氢气等气体的气瓶及流量测量仪器和控制流量的电动阀门。所述助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门。所述炉内压力控制系统亦为排烟系统，包含压力传感器、电动阀门和排烟风机，控制炉内压力的原因是因为控制气氛的需要。所述自由原子和自由基发生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器、流量计、电动阀门和微波放电腔。所述炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置与气泵相连。所述控制整个装置运行的计算机控制系统包含adam4018模块、adam4520模块、pcl726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器。特别的，控制整个装置运行的计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含pid控制器和fuzzy控制器的pid-fuzzy综合控制系统，该系统采用pid和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用pid控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用pid控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，烧制制品的热源采用两种方式提供，一种为由管式电炉的硅碳棒发热提供热源，而少量可燃气体通过燃烧器的燃烧是为了提供烧制所需的还原性气氛；另一种由可燃气体通过燃烧器的燃烧提供热源。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，助燃气体可以采用两种方式提供，一种为由包含助燃风机在内的助燃空气流量控制系统提供，另一种则由包含氧气和氮气瓶的燃料配方控制系统提供。特别的，一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，传统意义上的气氛即氧化、还原、中性气氛的控制采用双流量控制，即根据烧成制度和燃烧理论计算出各时刻燃料和助燃气体的流量，并对二者分别加以控制，以实现在不同温度阶段产生所需要的氧化、还原或中性气氛。附图说明图1为本发明的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的示意图。图2为一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的控制系统的信号传递和转换图。图3为一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置的控制系统中压力和温度的pid-模糊综合控制系统的示意图。附图中各标号含义为：1.流量计，2.电动阀门，3.容器，4.微波放电腔，5.管式电炉，6.硅碳棒，7.热电偶，8.排烟风机，9.压力传感器，10.计算机控制系统，11.温度控制器，12.al2o3管，13.炉内样气收集及自由原子和自由基捕捉装置，14.燃烧器，15.助燃风机，16.co气瓶，17.ch4气瓶，18.h2气瓶，19.液化石油气气瓶，20.o2气瓶，21.n2气瓶，22.adam4018模块，23.adam4520模块，24.工业控制计算机，25.显示器，26.pcl726模块，27.压力执行机构，28.流量执行机构，29.温度信号，30.流量信号，31.压力信号，32.给定值w，33.比较器，34.选择器，35.pid控制器，36.控制对象，37.输出信号，38.fuzzy控制器。具体实施方式实施例1：利用发明的装置，以电热元件提供热源，管式炉内通入空气和n2分别提供氧化气氛和中性气氛，少量co的燃烧提供还原气氛，通过自由基oh控制均红釉的呈色效果烧制均红釉试件。步骤为：（1）通过浸釉方式给陶瓷试件施以均红釉，然后将试件放入管式炉的al2o3陶瓷管内；（2）以管式电炉中硅碳棒的发热提供热源；（3）分别选择空气提供氧化气氛，n2提供中性气氛，少量co的燃烧提供还原气氛。根据烧成制度，确定需要还原气氛时各时刻co的流量，通过燃烧计算得出相应时刻助燃空气的流量；（4）打开工业控制计算机中的控制软件，写入温度分段控制程序，及各时刻的空气、co和n2的流量值，各时刻的窑内压力值；（5）确定在某温度后各时刻自由基发生装置中有机蒸汽的流量，以产生各时刻相应数量的自由基oh；（6）启动发明的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置；（7）利用炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置收集多个时刻炉内的样气，并通过捕捉剂捕捉其中的自由基oh。送往检测仪器检测自由基oh的量；（8）两个实验的比较，一个实验为启动自由原子和自由基发生装置产生一定量的自由基oh，另一个为不启动自由原子和自由基发生装置从而不产生自由基oh。利用国际照明委员会色度学委员会制定的cielab颜色空间坐标体系表征颜色釉的呈色效果，将两个对比实验烧成的试件进行lab测定。比较两个实验的呈色效果，确定其中最优的烧制方式。上述通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，管式电炉包含硅碳棒、热电偶，以及温度控制器，具有温度分段自动控制功能；co和n2流量控制系统包含co和n2流量测量仪器和电动阀门；助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门；炉内压力控制系统包含压力传感器、电动阀门和排烟风机；自由基oh发生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器、流量计、电动阀门和微波放电腔；炉内样气收集及自由基oh捕捉装置与气泵相连；计算机控制系统包含adam4018模块、adam4520模块、pcl726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器；计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含pid控制器和fuzzy控制器的pid-fuzzy综合控制系统，该系统采用pid和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用pid控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用pid控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。实施例2：利用发明的装置，以燃料燃烧提供热源，助燃风机提供燃烧所需助燃空气，通过自由基oh控制铜红釉的呈色效果烧制铜红釉试件。步骤为：（1）通过浸釉方式给陶瓷试件施以铜红釉，然后将试件放入管式炉的al2o3陶瓷管内；（2）选取co为燃料，根据烧成制度，通过燃烧计算确定各时刻的co流量和助燃风流量；（3）打开工业控制计算机中的控制软件，写入各时刻的燃料流量、助燃空气流量、窑内压力值；（4）确定在某温度后各时刻自由原子和自由基发生装置中有机蒸汽的流量，以产生各时刻相应数量的自由基oh；（5）启动发明的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置；（6）利用炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置收集多个时刻炉内的样气，并通过捕捉剂捕捉其中的自由基oh；送往检测仪器检测自由基oh的量；（7）按照（1）~（6）的步骤，分别开展在五个不同时刻加入自由基oh的比较实验。根据研究，自由基发生较强作用的时间段是从700℃左右即坯体发生剧烈氧化反应的时刻开始，终止于高火保温结束（止火）的时刻；因此分别选择850℃、920℃、980℃、1050℃、1100℃作为开始加入自由基oh的时刻，并且都于止火时停止加入自由基；（8）利用国际照明委员会色度学委员会制定的cielab颜色空间坐标体系表征颜色釉的呈色效果，分别对五个对比实验烧成的试件进行lab测试，测试结果如表1所示；表中，a的正方向代表红色，值越大表示红色越深；b的负方向代表蓝色，其绝对值越大代表蓝色越深。由表可见，除980℃到1050℃外，其它情况则是开始加入自由基时的温度越高，红色越浅；除1050℃到1100℃外，开始加入自由基时的温度越高，蓝色越深。比较五个实验的呈色效果，确定其中最优的烧制方式。表1不同温度时开始加入自由基oh烧成品的lab测试结果开始加入自由基oh时的温度/℃lab85044.318.6-8.292047.514-1298048.512.9-12.5105053.913.7-13.9110055.811.7-12.6上述通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，co流量控制系统包含co流量测量仪器和电动阀门；助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门；炉内压力控制系统包含压力传感器、电动阀门和排烟风机；自由基oh产生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器、流量计、电动阀门和微波放电腔；炉内样气收集及自由基oh捕捉装置与气泵相连；计算机控制系统包含adam4018模块、adam4520模块、pcl726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器；计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含pid控制器和fuzzy控制器的pid-fuzzy综合控制系统，该系统采用pid和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用pid控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用pid控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。实施例3：利用发明的装置，以燃料燃烧提供热源，助燃风机提供燃烧所需助燃空气，通过自由基oh控制铜红釉的呈色效果烧制铜红釉试件。步骤为：（1）通过浸釉方式给陶瓷试件施以铜红釉，然后将试件放入管式炉的al2o3陶瓷管内；（2）选取co为燃料，根据烧成制度，通过燃烧计算确定各时刻的co流量和助燃风流量；（3）打开工业控制计算机中的控制软件，写入各时刻的燃料流量、助燃空气流量、窑内压力值；（4）确定在某温度后各时刻自由基发生装置中有机蒸汽的流量，以产生各时刻相应数量的自由基oh；（5）启动发明的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置；（6）利用炉内样气收集以及自由原子和自由基捕捉装置收集多个时刻炉内的样气，并通过捕捉剂捕捉其中的自由基oh。送往检测仪器检测自由基oh的量；（7）按照（1）~（6）的步骤，分别开展自由基oh浓度不同的两个实验，一个实验产生高浓度的自由基oh，另一个产生低浓度的自由基oh。两个实验都于920℃时加入自由基oh，止火时停止加入；（8）利用国际照明委员会色度学委员会制定的cielab颜色空间坐标体系表征颜色釉的呈色效果，分别将两个实验烧成的试件进行lab测试，测试结果如表2所示，表中符号a和b及其值大小的含义同表1。由表可见，加入高浓度自由基与低浓度自由基相比，烧成品红色变深，而蓝色变浅。比较两个实验的呈色效果，确定其中最优的烧制方式。表2分别加入高、低浓度自由基oh烧成品的lab测试结果自由基oh的浓度lab高浓度49.419-10低浓度51.48.1-14.7上述通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，co流量控制系统包含co流量测量仪器和电动阀门；助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门；炉内压力控制系统包含压力传感器、电动阀门和排烟风机；自由基oh发生装置包含盛装有机蒸汽或无机小分子的容器、流量计、电动阀门和微波放电腔；炉内样气收集及自由基oh捕捉装置与气泵相连；计算机控制系统包含adam4018模块、adam4520模块、pcl726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器；计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含pid控制器和fuzzy控制器的pid-fuzzy综合控制系统，该系统采用pid和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用pid控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用pid控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。实施例4：利用发明的装置，以燃料燃烧提供热源，助燃风机提供燃烧所需助燃空气，通过燃料配方控制铜红釉的呈色效果烧制铜红釉试件。步骤为：（1）通过浸釉方式给陶瓷试件施以铜红釉，然后将试件放入管式炉的al2o3陶瓷管内；（2）选择液化石油气为燃料，并于850℃~止火期间掺入流量为2l/min的h2，根据烧成制度，通过燃烧计算确定各时刻的液化石油气和助燃风流量；（3）打开工业控制计算机中的控制软件，写入各时刻的液化石油气、h2和助燃空气的流量，及窑内压力值；（4）启动本发明的一种通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置；（5）分别将掺入燃料更换为ch4、co，其它不变，重复上述步骤（1）~（4）；（6）利用国际照明委员会色度学委员会制定的cielab颜色空间坐标体系表征颜色釉的呈色效果，将以上述三种不同气体为掺入燃料，经上述步骤烧成的试件进行lab测试，测试结果如表3所示，表中符号a和b及其值大小的含义同表1。由表可见，液化石油气（lpg）中分别掺入三种不同气体h2、ch4、co釉的呈色效果各不相同。比较三个实验的呈色效果，确定其中最优的烧制方式。表3三种不同燃料配方烧成品的lab测试结果燃料lablpg中掺入h250.719.7-11.2lpg中掺入ch448.815.2-12.2lpg中掺入co59.17.2-11.4上述通过燃料配方和自由基控制铜红釉呈色效果的装置中，燃料配方控制系统包含盛装氧气、氮气、液化石油气、氢气等气体的气瓶及流量测量仪器和控制流量的电动阀门；助燃空气流量控制系统包含助燃风机、助燃空气流量测量仪器及电动阀门；炉内压力控制系统包含压力传感器、电动阀门和排烟风机；计算机控制系统包含adam4018模块、adam4520模块、pcl726模块、压力执行机构、流量执行机构、工业控制计算机、显示器；计算机控制系统中，温度和压力的控制采用包含pid控制器和fuzzy控制器的pid-fuzzy综合控制系统，该系统采用pid和模糊控制相结合的控制方式，即：当实测温度与设定温度误差低于某个域值w1时，采用pid控制方式；当实测温度与设定温度误差高于某个域值w1时，采用模糊控制方式；当实测压力与设定压力误差低于某个域值w2时，采用pid控制方式；当实测压力与设定压力误差高于某域值w2时，采用模糊控制方式。域值w1与域值w2由试验确定。上述实施例表明，采用该方法和装置能有效控制铜红釉的呈色效果。该方法和装置适用但不限于以下领域：通过试验，获得优化的燃料配方以及自由基的种类和数量，以实现某一配方的铜红釉稳定且优良的呈色效果。当然，也可利用该方法和装置开展对铜红釉呈色机理的研究工作。当前第1页12