快速燒成瓷片熱穩(wěn)定性研究

陳雯

摘 要：本文以煅燒高嶺土、高嶺土、硅酸鋯、鉀長石、鈉長石、坯面釉濕料等為原料，以膨脹系數(shù)相匹配為理論依據(jù)，通過大量實驗，獲得了膨脹系數(shù)同坯體和面釉互相適合的化妝土。這種化妝土能適合快速燒成，并且制成瓷磚的熱穩(wěn)定性合格。

關(guān)鍵詞：快速燒成；熱穩(wěn)定性；化妝土

1 前言

隨著人們生活水平的提高和陶瓷市場的激烈競爭，消費者對陶瓷制品的要求也越來越高，豐富陶瓷產(chǎn)品成為滿足市場需求的一種重要手段。高光黑色瓷片以其純正、凝重的裝飾效果深得人們的喜愛，但我司生產(chǎn)的大規(guī)格高光黑色瓷片，熱穩(wěn)定性不過關(guān)，對此進行了研究，最終使其熱穩(wěn)定性合格。

2 理論依據(jù)

熱穩(wěn)定性又稱抗熱震性，耐急冷急熱性，指陶瓷材料抵抗溫度劇變而不破壞的性能。熱穩(wěn)定性跟同膨脹系數(shù)有關(guān)，若坯釉的熱膨脹系數(shù)相同或接近，那么在冷卻時，坯釉的收縮是一致的，坯釉結(jié)合完美，釉中既不會出現(xiàn)張應(yīng)力也不會出現(xiàn)壓應(yīng)力。這只是最理想的狀態(tài)，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)使釉的膨脹系數(shù)略小于坯的膨脹系數(shù)，釉中產(chǎn)生不大的壓應(yīng)力，這可以提高釉的熱穩(wěn)定性。

膨脹系數(shù)的相關(guān)要素有：坯料結(jié)構(gòu)；化妝土的結(jié)構(gòu)；面釉的結(jié)構(gòu)；模具形面的結(jié)構(gòu)；壓機壓力的改變；燒成的時間、溫度、曲線，共六大要素。

坯釉的適應(yīng)性好，熱穩(wěn)定性就好。坯釉的適應(yīng)性是指熔融性良好的釉熔液冷卻后與坯體緊密結(jié)合，不開裂也不剝落的能力。影響坯釉適應(yīng)性主要有四個方面：坯、釉二者膨脹系數(shù)之差；坯釉中間層、釉坯的彈性；抗張強度即釉層厚度。

使坯釉相適應(yīng)主要有以下兩種方法：（1）使坯、釉二者膨脹系數(shù)之差較小，并且釉的膨脹系數(shù)略小于坯的膨脹系數(shù)；（2）增加釉的彈性模量。釉的彈性好，即使坯釉的膨脹系數(shù)有一定差別，也可以減少釉面裂紋。

3 各種原料的外觀質(zhì)量及性能

煅燒土：是一種熟料，在使用前已經(jīng)過高溫煅燒，失去了結(jié)晶水和有機物，基本上沒有燒失量，因此它的燒成收縮小，燒成前后組成成分基本不變，可以保證產(chǎn)品的尺寸準確，平整不變形。其外觀呈現(xiàn)灰白色，有少許的紅色鐵斑，微裂紋，塊狀或致密的塊狀。主要成份是SiO2和MgO，膨脹系數(shù)較小。

煅燒高嶺土：是一種熟料，高嶺土經(jīng)過高溫煅燒，失去了結(jié)晶水和有機物，基本上沒有燒失量。外觀呈現(xiàn)白色粉末，主要成份是SiO2和Al2O3 ， 膨脹系數(shù)較小。

超細鋯英粉：主要成份為硅酸鋯。硅酸鋯的熔點高，化學(xué)穩(wěn)定性好，不受燒成氣氛的影響，可提高釉的化學(xué)穩(wěn)定性，特別是耐酸能力，此外，還能顯著提高坯釉結(jié)合性能，提高陶瓷釉面硬度和抗龜裂性能。近幾年已被廣泛應(yīng)用為建筑衛(wèi)生陶瓷的乳濁劑。

高嶺土：是釉中不可缺少的成分，可滿足釉料的懸浮性和附著力。

燒滑石：是煅燒后的熟料，由天然的含水硅酸鎂礦物滑石煅燒失去結(jié)晶水而來。主要含MgO和SiO2，有利于降低釉的熱膨脹系數(shù)和收縮性，提高表面張力，還可增加釉表面硬度、機械強度和抗酸堿風(fēng)化能力，促進坯釉結(jié)合，從而減弱釉的碎裂傾向。然而，在高溫時為強助熔劑，增加釉的流動性?；脒m量，有利于產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和增寬燒成溫度范圍，低溫時卻有提高耐火度的作用，同時對光澤也有一個適中的影響，少量的MgO在釉中能提高釉的光澤度，大量的MgO會使釉料失透，形成半光甚至無光，并引起釉燒溫度提高，促進結(jié)晶生成。

鉀長石：是熔劑性原料，使釉的成熟溫度，高溫粘度降低，同時降低釉的耐化學(xué)侵蝕能力，使釉的膨脹系數(shù)增大。

鈉長石：也是熔劑性原料，主要成份含有Na2O，Na2O的膨脹系數(shù)較大，會使釉的膨脹系數(shù)增大。

4 實驗過程

由上述理論依據(jù)可知，要使陶瓷磚的熱穩(wěn)定性能好，必須使坯和釉的膨脹系數(shù)相適應(yīng)，釉的膨脹系數(shù)要略小于坯的膨脹系數(shù)，釉受到的壓應(yīng)力較小，陶瓷磚的熱穩(wěn)定性才好。

本次實驗是使用大生產(chǎn)的坯體，面釉用全熔快釉，在大生產(chǎn)相同的窯爐燒成制度的條件下進行。通過調(diào)整面釉的膨脹系數(shù)，在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下難以實現(xiàn)，所以只能通過調(diào)整化妝土的膨脹系數(shù)，使“坯→化妝土→面釉”互相適應(yīng)。

參照現(xiàn)有的化妝土配方，經(jīng)過大量優(yōu)化實驗，最后得到有代表性的化妝土配方，見表1。分別在兩廠進行中試，經(jīng)過檢測，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性都合格。

調(diào)整煅燒土、煅燒高嶺土的用量，并增加了鈉長石。由于生產(chǎn)需要，對坯料配方進行調(diào)整，調(diào)整后坯料配方見表2。

計算出坯料的化學(xué)組成見表4。

坯式如下：

根據(jù)霍爾因子和坯的加和性能計算其線膨脹系數(shù)。根據(jù)理論知識，化妝土的線膨脹系數(shù)要略小于坯的膨脹系數(shù)。根據(jù)化妝土的特性，配方組成必須：（1）不含950℃以上易分解或脫水并產(chǎn)生氣體的成分；（2）含適量的耐火組成，如鋯英粉、煅燒高嶺土、煅燒土等；（3）含有適當?shù)娜蹌够瘖y土本身燒結(jié)，并能促進與坯體、面釉的經(jīng)合，調(diào)整膨脹系數(shù)。

化妝土的調(diào)配原則：（1）使用鐵鈦含量低的原料；（2）為了提高始熔點，又不至于大幅度提高熱膨脹系數(shù)，應(yīng)提高氧化鋁含量，同時避免增加游石英用量；（3）化妝土中不要使用生滑石等原料，碳酸鹽生料也應(yīng)少用或盡量不用?？梢允褂脽㈧褵邘X土、煅燒土等無燒失量原料。

筆者參照中試的化妝土配方，經(jīng)過大量優(yōu)化試驗，最后得出具有代表性的化妝土配方，調(diào)整后的化妝土配方見表5，其化學(xué)組成見表6，化妝土的化學(xué)成分見表7。

釉式如下：

根據(jù)霍爾因子和釉的加和性能計算其線膨脹系數(shù)，其線膨脹系數(shù)略比坯體的膨脹系數(shù)小。

本文主要研究大規(guī)格高光黑色瓷片的熱穩(wěn)定問題。

釉層的開裂有兩種類型，如果開裂的形狀如圖1（1），釉層出現(xiàn)交錯網(wǎng)狀的裂紋，這說明釉應(yīng)到張應(yīng)力，釉的膨脹系數(shù)大于坯的膨脹系數(shù)。2003年廠里藝術(shù)馬賽克就利用這個性能，生產(chǎn)出裂紋釉馬賽克。如果開裂的形狀如圖1（2），釉層出現(xiàn)圓圈狀裂紋，這說明釉受到較大壓應(yīng)力，釉的膨脹系數(shù)遠小于坯的膨脹系數(shù)。如果釉面出現(xiàn)針孔，熔洞或有窯臟，往往在這些地方容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，這是因為有缺陷的地方是應(yīng)力集中的地方。

影響熱穩(wěn)定性的因素有：坯、釉的膨脹系數(shù)，釉料彈性模量。坯、釉中的膨脹系數(shù)大小主要取決于坯、釉結(jié)構(gòu)中的離子鍵力，鍵力愈大，熱膨脹系數(shù)愈??；鍵力愈小，熱膨脹系數(shù)愈大。SiO2 是網(wǎng)絡(luò)生成體，增加它的含量，使釉整體結(jié)構(gòu)的緊密度提高而膨脹系數(shù)降低。堿金屬和堿土金屬氧化物中的金屬離子能削弱釉中的Si-O鍵力，隨著其含量的增加，膨脹系數(shù)增大。

釉料彈性模量是影響釉面開裂的重要因素之一，釉的彈性可以補償坯和釉之間的接觸層所產(chǎn)生的應(yīng)力，同時也能補償機械力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力。不論坯料或釉料，其彈性模量大的，彈性均小，一般認為釉組成中的堿金屬氧化物能降低釉的彈性模量。影響釉彈性的因素除了化學(xué)組成外，氣泡的大小和數(shù)量、釉層的厚薄及釉的不均勻性等因素都有一定的影響。

黑色色料屬于同晶混合型尖晶石系顏料。由于黑色色料中Fe2O3 含量較高。使用該色料時，一些未合成的尖晶石的Fe2O3混入釉中，會導(dǎo)致產(chǎn)品的釉面產(chǎn)生小氣泡。因為ZnO和MgO會影響黑色的發(fā)色，所以黑色色料必須用少ZnO無MgO的基礎(chǔ)釉。在鈣釉、鋇釉、鉛釉及高溫流動性好的長石釉中，加入黑色色料會呈現(xiàn)出非常鮮明的黑色。

本次實驗選用全熔塊釉作為面釉的配方，選用1405熔塊，化學(xué)組成見表8。面釉配方是1405熔塊94%、高嶺土6%，面釉的化學(xué)組成見表9。

釉式如下：

根據(jù)霍爾因子和釉的加和性能計算其線膨脹系數(shù)，釉的膨脹系數(shù)又比化妝土的膨脹系數(shù)小。

必須指出，由于釉之間的組分相互滲透，以及釉中可能存在結(jié)晶物，使熔融釉不能達到均一的組織，因而下述計算方法不能真實表現(xiàn)釉的某一物理性質(zhì)，計算結(jié)果只能作為參考。

5 工藝參數(shù)及控制指標

化妝土：料：球：水=1：2：36

球磨細度：325目篩余：0.03%至0.08%

面釉：料：球：水=1：2：36

球磨細度：325目篩余：2.5%至4%

最高燒成溫度：1110℃

燒成周期：52 min

6 結(jié)果

小試完成后，在其中一廠進行大生產(chǎn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品通過檢測中心檢測，熱穩(wěn)定性170℃：三次不裂；耐化學(xué)腐性：GLA；抗釉裂性：不裂；耐污染性：4級；透水性：1級。

7 結(jié)論

通過調(diào)整化妝土的配方，使其膨脹系數(shù)與坯體、面釉互相適應(yīng)，能改善瓷片的內(nèi)質(zhì)，使其合格。