膨脹系數(shù)對瓷磚變形的影響

劉俊濤 余青

摘 要：本文通過對坯體、釉料的膨脹系數(shù)進行監(jiān)測，從中發(fā)現(xiàn)釉與坯的膨脹系數(shù)的曲線特點。在600℃～700℃階段，坯料和釉料的膨脹系數(shù)差異較大，通過適當調(diào)節(jié)這個溫度段的膨脹系數(shù)，可以縮小坯釉膨脹系數(shù)的差距，以改善坯釉的適應性，從而改善瓷磚的變形情況。結果表明，有針對性地提高釉料膨脹系數(shù)對減少瓷磚變形能起到更好的作用。

關鍵詞：調(diào)節(jié)；膨脹系數(shù)；瓷磚；變形

1 引言

影響瓷磚變形的因素很多，包括粉料級配、成形條件、燒成制度等，其中，熱膨脹性對瓷磚變形的影響，主要表現(xiàn)在燒成后的冷卻階段。筆者監(jiān)測到的熱膨脹系數(shù)，是從其常溫開始，受熱過程中表現(xiàn)出來的長度或體積變長、變大的特性。以成品受熱后的膨脹特性來推斷其在冷卻過程中的坯釉收縮情況。線性熱膨脹系數(shù)是本試驗的研究對象，它指的是由室溫至試驗溫度間，每升高1℃，試樣長度的相對變化率如（1）式。

理論上來講，坯釉的膨脹系數(shù)越接近越好。但由于其成分存在差異，所以其膨脹系數(shù)也不可能相同。因此，只能要求它們的差異在合理的范圍內(nèi)，使得對于瓷磚變形的影響達到最低。本試驗即從其內(nèi)在因素著手，通過調(diào)節(jié)其膨脹系數(shù)，以改善坯釉的適應性，從而降低瓷磚的最終變形率。

2 試驗過程

2.1 某產(chǎn)品初始變形量的研究

表1為某產(chǎn)品的變形指標情況。

從表1可以看出，該產(chǎn)品均呈龜背變形，且部分超出要求。雖然剛出窯時，不是很嚴重，但隨著時間推移，坯釉層所受應力趨于穩(wěn)定?？梢钥闯觯冃螖?shù)值朝著不利方向發(fā)展。

2.2 坯釉膨脹系數(shù)監(jiān)測情況

對某產(chǎn)品的坯體和面釉進行膨脹系數(shù)測試，測試結果如圖1所示。

由圖1可知，坯的膨脹系數(shù)大于釉的膨脹系數(shù)，且在不同溫度段，兩者膨脹系數(shù)的差距變化較大；坯體最大膨脹系數(shù)溫度為650℃左右，釉的最大膨脹系數(shù)溫度為900℃左右，最大膨脹系數(shù)出現(xiàn)的溫度點相距200℃以上；產(chǎn)品在冷卻時釉面收縮小，坯體收縮大，且隨著溫度逐漸降低，坯體的收縮先增大后減小，釉的收縮逐漸降低。因此，可以判定坯釉膨脹系數(shù)的差異是造成龜背變形的原因之一。

2.3 面釉膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)

2.3.1高膨脹原料的選擇

為了提高釉料的膨脹系數(shù)，試驗人員分別選取了膨脹系數(shù)較高的原料A和原料B，并對這兩種原料的膨脹系數(shù)進行測試，將其結果與坯體進行對比，如圖2和圖3所示。

由圖2可知，原料A隨溫度的上升，膨脹系數(shù)一直上升。由圖3可知，原料B隨溫度的上升，其膨脹系數(shù)開始上升，到600℃以后，其膨脹系數(shù)突然下降。與坯體的膨脹系數(shù)相比，這兩種原料在低溫區(qū)（600℃以下）的膨脹系數(shù)均比坯體要大，說明該原料可以適當提高釉料低溫區(qū)的膨脹系數(shù)。但是，在高溫區(qū)（600℃以上），兩者的膨脹系數(shù)表現(xiàn)不一致。

2.3.2配方調(diào)整后面釉膨脹系數(shù)分析

表2為添加原料A、原料B后新配方的情況。

將調(diào)整后的釉-A和釉-B分別與坯體的膨脹系數(shù)進行對比，其結果如圖4、圖5所示。

由圖4可以看出，添加原料A后，釉-A的膨脹系數(shù)在低溫段有了明顯的提升，并在800℃后大于坯體的膨脹系數(shù)。由圖5可以看出，釉-B的膨脹系數(shù)在低溫段也有明顯提高，但是高溫段也略小于坯體的膨脹系數(shù)。

2.4 試驗產(chǎn)品調(diào)整后的變形情況

通過對最終的瓷磚變形進行檢測，其結果反映釉-B的效果要好于釉-A，其產(chǎn)品調(diào)整前后的變形對比情況如表3所示。

從表3可以看出，釉-B產(chǎn)品的變形范圍最小，其平整度最好。

3 結果分析與討論

本試驗只對面釉的膨脹系數(shù)進行了調(diào)節(jié)，且以上試驗均在相對穩(wěn)定一致的加工條件和燒成條件下進行，因而可以排除物料細度、燒成制度等對坯釉膨脹系數(shù)測試值的影響。調(diào)整前，坯釉差異較大，坯體的膨脹在600℃達到峰值，釉的膨脹系數(shù)較低，產(chǎn)品最終變形不理想；調(diào)整后，坯釉差距縮小，但原料B的效果比原料A的要好。其主要原因分析如下。

3.1 配方的影響

該批次產(chǎn)品坯體配方和面釉配方的組成分別如表4和表5所示。

由表4、表5可知，坯料主要來源于天然礦物，其原料波動大。但釉料是為精細加工礦物，配方可調(diào)節(jié)性強。因此，由于坯釉成分的的差異，導致其坯體和釉的膨脹系數(shù)存在較大的差異。

3.2 化學成分的影響

通過對配方中的化學成分進行檢測與計算，得到最終坯釉的化學成分，如表6所示。

由表6可知，坯和釉的化學成分有明顯區(qū)別，坯中某些原料的成分較高，如SiO2、K2O、Na2O等，約為釉中含量的2倍；而釉中的CaO、MgO、ZrO2成分較高，是坯中的6倍以上。

（1） SiO2含量的影響

有研究指出，坯體中一般含有石英、莫來石、方石英和玻璃相等常見礦物相，而方石英的膨脹系數(shù)約是其余原料膨脹系數(shù)的兩倍。溫度在20～800℃階段，其α方石英的膨脹系數(shù)>20×10-6/℃；而α石英的膨脹系數(shù)>8×10-6/℃。本試驗坯體的化學成分中， SiO2成分較高，因而其生成此兩種礦物相的幾率大大增加，使得坯體的膨脹系數(shù)也較大。

（2） 熔劑等組分的影響

根據(jù)相關資料顯示，各種氧化物形成玻璃態(tài)時的體膨脹系數(shù)如表7所示。

檢測升溫過程中，在600℃以后，坯體中逐漸出現(xiàn)液相，空間架構被熔解，固體石英含量降低，（下轉第25頁）因而α坯體降低。然而，由表7可知，坯體中熔劑含量不高，在5%～8%范圍，所以形成的液相不多。SiO2進入液相的比例較低，因而始終α坯體>α面釉；另一方面，在600℃前，面釉的熔劑含量決定了其膨脹系數(shù)較低。此試驗中，面釉中熔劑含量較高，在16%～18%范圍，形成的玻璃相比坯體多，SiO2進入玻璃相的比例也多，因而顯著地降低了釉的膨脹系數(shù)。又由于釉中熔劑多以膨脹系數(shù)較低的CaO、MgO為主，K2O 、Na2O為輔，所以進一步降低了釉中玻璃體的膨脹系數(shù)。但是，隨著溫度的升高，在600℃以后，玻璃相開始出現(xiàn)液相，質(zhì)點間的振動加劇，表現(xiàn)出α面釉持續(xù)增加。

3.3 坯釉膨脹系數(shù)的匹配性

從燒成后的冷卻過程來看，坯釉膨脹系數(shù)的差異不容忽視。在實際燒成冷卻時，坯在600℃左右劇烈收縮，但釉層幾乎停滯收縮，因此釉層受到坯體的壓應力較大，造成其龜背變形。同時，高溫狀態(tài)的膨脹系數(shù)也很重要，即從全液相急冷的過程中，釉的收縮也不宜過大，當它的膨脹系數(shù)大于坯體，隨著溫度的降低，固相連續(xù)出現(xiàn)，釉層受到的張應力逐漸抵消。其造成的影響僅靠低溫時的坯體收縮帶來的壓應力還是消除不了，因而也就呈現(xiàn)出最終產(chǎn)品的波浪狀變形，這也就是原料B比原料A效果好的原因。

4 結論

由于坯體原料的限制，面釉的調(diào)整比較容易實現(xiàn)，通過合理地調(diào)節(jié)面釉的膨脹系數(shù)，從而達到降低瓷磚變形的目的。通過試驗可以得出：坯釉的化學成分不同，會導致其膨脹系數(shù)不同，應在允許范圍內(nèi)使其接近；坯釉膨脹系數(shù)的差別會隨溫度的變化而變化，不能單看某個溫度的數(shù)值；提升面釉膨脹系數(shù)要有針對性，不能一味提高，要看其最終膨脹曲線與坯體的匹配性。

經(jīng)過調(diào)整后，最終順利解決了生產(chǎn)實踐中產(chǎn)品變形的問題。

參考文獻

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