瓷片全拋釉的工藝技術探討

詹長春 趙達峰 柯美云 肖榮 陳宗玲

摘要：“瓷片全拋釉”作為一種新型的瓷片釉下彩裝飾技術，能大幅度地提高瓷片整體釉面效果，這將成為高端瓷片市場的一種趨勢和潮流。本文闡述了瓷片全拋釉的生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)，并分析了瓷片全拋釉各釉層的應力情況。通過分析得出，全拋釉釉層應力決定產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，坯體承受的應力決定磚形，只有兩者之間都匹配適當，才是瓷片全拋釉產(chǎn)品的關鍵。生產(chǎn)過程的各個工藝參數(shù)都要控制好，才能達到生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)等率高的目標，取得良好的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：瓷片；全拋釉；生產(chǎn)工藝；膨脹系數(shù)；應力；磚形；熱穩(wěn)定性

1 引言

瓷片領域在最近十多年間，除了在裝飾手法上由絲網(wǎng)印刷升級到膠輥印刷，然后再升級到目前炙手可熱的噴墨打印以外，其釉面效果沒有得到絲毫提升。拿十年前的瓷片產(chǎn)品和現(xiàn)在的放一起，釉面質(zhì)感、亮度、平整度、針孔等方面都沒有得到任何改善。最近幾年，隨著仿古磚、全拋釉產(chǎn)品的風行，甚至出現(xiàn)仿古磚、全拋釉產(chǎn)品上市，高端瓷片市場不斷被蠶食，而瓷片領域卻一直無法開發(fā)出具有高鏡面效果和通透質(zhì)感的高檔產(chǎn)品來與之相抗衡。有企業(yè)曾嘗試通過增加釉層厚度來改善這方面的效果，但實踐證明其效果不明顯。唯有采取全拋釉這條工藝路線，可集仿古磚的紋理層次分明、質(zhì)感豐富與拋光磚亮光、高平整度、幾乎零針孔等優(yōu)點于一體?！按善珤佊浴本褪窃谶@種思路下，經(jīng)過多年的努力研發(fā)，克服許多技術難關，而生產(chǎn)出一種全新的瓷片新品種。

簡單來講“瓷片全拋釉”就是在瓷片上利用釉下彩裝飾技術，再施上一層全拋釉，燒成后，再采用全拋工藝技術，從而大幅度地提高瓷片整體釉面效果，該產(chǎn)品是全創(chuàng)新產(chǎn)品。本文闡述了瓷片全拋釉的生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)，并分析了瓷片全拋釉各釉層的應力情況。通過分析得出，拋釉釉層應力決定產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，坯體承受的應力決定磚形，只有兩者關系都匹配適當，才是瓷片全拋釉產(chǎn)品的關鍵。生產(chǎn)過程的各個工藝參數(shù)都要控制好，才能達到生產(chǎn)作業(yè)優(yōu)等率高的目標，取得良好的經(jīng)濟效益。

2 瓷片全拋釉產(chǎn)品工藝要點介紹

2.1瓷片全拋釉的工藝流程

瓷片全拋釉的工藝流程圖如圖1所示。

從圖1可以看出，全拋釉瓷片生產(chǎn)工藝似乎非常簡單，與鋯白、啞光等傳統(tǒng)釉面瓷片產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝相同，只不過增加了后續(xù)的拋光、干燥、打蠟等工序。所以瓷片全拋釉產(chǎn)品無需調(diào)整原坯體配方和燒成制度，使用相同坯體，可與現(xiàn)有產(chǎn)品同窯生產(chǎn)。

2.2釉線工藝參數(shù)

釉線工藝參數(shù)如表1所示（300mm×600mm規(guī)格）。

2.3拋光打蠟工序參數(shù)

（1） 拋釉機：2段32頭；

（2） 打蠟機：A液增光、B液防污；

（3） 拋頭目數(shù)配置，其具體詳情見表2所示；

（4） 加工能力：6000~7000m2/d。

2.4干燥工序參數(shù)

（1） 干燥窯一般為雙層或三層；

（2） 干燥窯長度：50m左右；

（3） 干燥溫度：110℃；

（4） 熱源：素燒或釉燒窯余熱；

（5） 干燥周期：30~40min。

2.5燒成制度

瓷片全拋釉釉燒制度為：燒成時間為60min，測溫環(huán)溫度為1096℃，窯長總共107節(jié)，其中1～17節(jié)為干燥窯。其窯爐燒成制度詳情如表3所示。

通常要生產(chǎn)出磚形較好、熱穩(wěn)定性好，拋光后無針孔、不吸污、不藏污的產(chǎn)品是較為困難的。拋釉是全熔塊釉，這就要求膨脹系數(shù)小，以保證其熱穩(wěn)定性的要求。而且透明度要高，能較好地呈現(xiàn)釉層下的紋樣。熔塊的高溫粘度大，以保證燒成后釉層中氣泡尺寸遠遠小于肉眼分辨尺寸，釉層拋光后“沒有”氣泡，不藏污，這些必須對拋釉熔塊做特殊設計。要保證磚形好，必須對瓷片坯體組成、底釉組成、燒成制度等工藝參數(shù)進行控制。這樣生產(chǎn)出的產(chǎn)品才能有高的優(yōu)等率，企業(yè)才會有良好的經(jīng)濟效益。本文主要對磚形與熱穩(wěn)定之間的關系做一簡要論述。

3 全拋釉瓷片的配方及化學組成

全拋釉瓷片的底釉、面釉、拋釉都采用大部分熔塊加少量生料球磨混合而成，其詳細的化學組成見表4。

瓷片拋釉是全熔塊釉，為了在全拋釉層形成足夠大的壓應力，拋釉的膨脹系數(shù)一定要小于面釉。我們知道，瓷片面釉膨脹系數(shù)較小，拋釉比面釉膨脹系數(shù)還要小，這就是一個困難的問題；如果做到了拋釉的膨脹系數(shù)較小，可能會導致其磚形太凸，不能滿足磚形的要求；如果做到了拋釉膨脹系數(shù)比較小，釉層溫度太高，導致其透明度不好；如果坯體濕膨脹大，那就更難解決問題了。因此，本文從瓷片全拋釉各釉層的應力情況進行分析，以滿足坯釉的適應性，來獲得磚形較好的產(chǎn)品。

4 瓷片面釉層應力分析

瓷片全拋釉的開發(fā)應用需要解決的核心問題之一就是在保持原有磚形不變的情況下，提高瓷片抗熱震性。產(chǎn)品熱穩(wěn)定性差，會出現(xiàn)后期龜裂等問題，這歸根結底還是由于瓷片坯釉適應性差引起的。原則上說，拋釉層中形成足夠大小的壓應力是決定產(chǎn)品熱穩(wěn)定性能否滿足產(chǎn)品標準的關鍵（熱穩(wěn)定性好或釉面開裂）。

首先要確定釉層中形成多大的壓應力產(chǎn)品熱穩(wěn)定才符合要求。坯體與釉層之間的膨脹系數(shù)與應力之間的關系如圖2所示。

由圖2可見，當坯體膨脹系數(shù)為6.2×10-6/℃（20~450℃）時，釉層中的應力為零。根據(jù)稻田博的統(tǒng)計，保證釉層不開裂，熱穩(wěn)定性符合國家標準要求至少要形成大于500 kg/cm2壓應力。也就是說，坯體膨脹系數(shù)應為7.2×10-6/℃ ，坯體膨脹系數(shù)要比釉膨脹系數(shù)大0.5×10-6/℃；如果要在釉層中形成1100kg/cm2，坯體膨脹系數(shù)應為8.7×10-6/℃，也就是說,坯體比釉膨脹系數(shù)大2.0×10-6/℃就足夠了。

我們知道，處于塑性狀態(tài)下的物體，因為物體內(nèi)各質(zhì)點可以移動，所以不能形成應力。那么物體是要在從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣袒癄顟B(tài)時刻才會產(chǎn)生應力，應力因膨脹系數(shù)的不同，產(chǎn)生不同的收縮率，進而產(chǎn)生了應力。當應力超過了材料的屈服值就導致制品的變形—磚形的變化。

一般底釉軟化溫度比坯體低很多，面釉又比底釉軟化溫度低。釉從高溫塑性狀態(tài)冷卻到固化狀態(tài)要經(jīng)過一個所謂的“固化溫度”—TR。釉的組成不同，軟化溫度也不同，從而“固化溫度”也不同。根據(jù)一些學者的研究，“固化溫度”應為軟化點溫度和轉(zhuǎn)變溫度的平均值。從“固化溫度”開始，在釉層才會產(chǎn)生應力。一般釉的軟化點Ts為850℃左右，而轉(zhuǎn)變溫度Tg為650℃。具體在實例中，固化溫度大約為650℃，此時面釉就已經(jīng)固化了。冷卻后，在面釉層中開始形成應力。如圖s3所示，在590~650℃，底釉和面釉膨脹系數(shù)相等，面釉中的應力為零。低于590℃時，面釉層中形成的壓應力逐漸增大。冷卻到室溫，在面釉中形成的壓應力約為1350kg/cm2。根據(jù)材料力學應力與應變關系式，如（1）式，且圖 3中應變量△L/L0 =1.8，所以在面釉層中形成的壓應力為1350kg/cm2。實踐證明，該產(chǎn)品熱穩(wěn)定性較好。

S= E△L/L0=750×1.8 =1350kg/cm2 （1）

其中，S—應力 kg/cm2；

E—彈性模量kg/cm2，(陶瓷彈性模量變化不大，一般為750×103）；

△L/L0—應變量無量綱。

5 坯體與底釉應力分析

根據(jù)材料力學虎克定律，制品的變形與制品所受的應力成正比。全拋釉制品是由坯體、底釉、面釉和拋釉四部分組成。在這四層中形成的應力相互平衡，應力平衡的最終結果決定著制品的形狀。這四部分的組成不同，產(chǎn)生應力的過程也不同，在各層產(chǎn)生應力的時刻和大小，以及在冷卻過程各層應力的演變過程也不同。因此本文重點描述底釉與坯體膨脹系數(shù)不同時，應力在冷卻中的變化情況。然后再分析面釉與底釉因膨脹系數(shù)的不同引起面釉的應力變化和各應力之間平衡對制品磚形所產(chǎn)生的影響。