骨瓷熔塊關鍵技術研究

馬道勝 ，吝小強 ，樊葉利

(1. 杭州諾貝爾陶瓷有限公司，浙江 杭州 311100；2. 上海敦鴻商貿有限公司，上海 200240)

0 引 言

骨瓷，最早產于英國。基本工藝是以動物的骨炭、長石、粘土、石英為基本原料，經過高溫素燒后低溫釉燒兩次成型。骨瓷用料非?？季?，制作非常嚴格精細，規(guī)整性、透明性、潔白度、熱穩(wěn)定性要求非常高[1-2]。產品因“薄如紙、明如鏡、聲如磬、白如玉”而受到市場青睞，一直占領國內外高檔瓷的主導地位，成為世界珍貴瓷器品種。

傳統(tǒng)骨瓷多使用含鉛熔塊，人們又不希望制品中含鉛，因鉛在使用過程中熔出會影響到使用者的身心健康，如果人體連續(xù)地攝入鉛，鉛就會在人體內積累，將破壞人體的生理平衡，形成鉛毒癥[3-4]。我國日用瓷國標規(guī)定，鉛溶出量不超過7 ppm，而美國FDA準則將其規(guī)定為為3 ppm以下,美國加州政府的65條規(guī)定在0.266 ppm 以下?？梢姼鲊畬︺U溶出問題都很重視。另外，鉛對水的穩(wěn)定性差，制品長期使用，易吸收水份而產生吸濕膨脹，釉面會產生后期龜裂。鉛的危害還表現在燒制過程中，鉛極易揮發(fā)，粘附并侵蝕耐火物，使其變形或材料脫落，減少使用壽命。鉛還污染環(huán)境，價格昂貴，生產成本高。

為解決以上問題，本文通過研制推廣高檔骨瓷用無鉛熔塊，使其既能保持含鉛熔塊釉的高光澤等優(yōu)良性能，又能保證釉面使用過程中的鉛鎘熔出。通過對使用過程中釉泡、低成本高溫快燒等問題的解決，最終在唐山市場獲得廣泛認可。

1 骨瓷工藝分析

1.1 骨瓷生產工藝概述

骨瓷屬于高檔瓷，其胚體中含有天然骨粉，光澤呈天然骨粉獨有的自然奶白色。經過灌漿、模壓制胚、石膏模脫水，以及胚體的高溫素燒、施釉后的低溫釉燒、貼花紙烤制等工藝，成為白度高、透明度高、瓷質細膩的瓷器。

1.2 傳統(tǒng)骨瓷工藝分析

傳統(tǒng)骨瓷使用的熔塊多為鉛熔塊。鉛熔塊以鉛丹作為熔塊的主要熔劑，因鉛丹具有強烈的助熔作用。同時能顯著增大釉的折射率，賦予釉面極高的光澤，降低熔融物的粘度，擴大燒成范圍。

1.3 無鉛骨瓷和傳統(tǒng)骨瓷的工藝對比

隨著人們對鉛危害越來越重視，我國以及歐美等國對鉛溶出的標準在不斷提高。使用無鉛熔塊可以從根本上消除鉛的各種危害，使用無鉛熔塊使其既能保持含鉛熔塊釉的高光澤等優(yōu)良性能，又能保證釉面使用過程中的低鉛鎘溶出。無鉛骨瓷和傳統(tǒng)骨瓷的生產工藝基本相同，只是針對生產過程中釉泡、低成本高溫快燒等實際情況對配方、球磨、燒成作相應調整。

1.4 無鉛骨瓷代替?zhèn)鹘y(tǒng)骨瓷的工藝原理

傳統(tǒng)骨瓷鉛熔塊是利用PbO作為熔劑，是利用PbO軟化點低，可以不斷熔融，不斷排氣。無鉛骨瓷熔塊利用SrO、K2O、Li2O三者以一定比例完全取代含鉛熔塊中的PbO，既保證了釉面光澤度，又保證膨脹系數的匹配。通過反復試驗研制出無鉛骨瓷熔塊，并在唐山客戶進行取代生產。

2 釉泡缺陷解決

2.1 釉泡產生原因

釉泡是無鉛熔塊在取代鉛熔塊過程中遇到的一個關鍵問題。軟化點和高溫粘度是這個關鍵問題的關鍵點，無鉛熔塊的軟化點太低，熔塊的高溫粘度高，高溫流動性不好，不利于排氣。同是客戶的燒成條件和球磨參數不匹配也是產生釉泡的又一原因。

2.2 試驗方法和原理

通過調整SrO、K2O、Li2O三者的比例來調整無鉛骨瓷熔塊的軟化點和高溫粘度，同時對窯爐和球磨參數進行調整，以利于制品燒成時排氣，減少釉泡的產生。

2.3 試驗過程

(1)在實驗室對無鉛骨瓷骨瓷中的SrO、K2O、Li2O的含量進行調整 ：因這三種氧化物在熔塊制品燒成時分段熔融，調整每種氧化物的含量可以使熔塊在熔融過程中分段排氣，減少釉泡的產生。

(2)生產工藝調整：在客戶的協助下調整了溫度曲線，將窯爐的前溫由760 ℃調高到900 ℃，高溫區(qū)保溫時間由60 min延長到80 min。這是因為釉泡中的大泡是由前溫低，升溫過急引起的，通過提高前溫使氧化分解的比較充分，如10寸盤的大泡就會由7%降到了2%，而盤口的邊泡(在顯微鏡下看也是釉泡)則是因為個別燒嘴風和煤氣的配比不合理，風小火焰長，火焰接觸到盤口上造成產品的溫度局部過高，形成邊泡。通過對窯爐的燒成曲線和風與煤氣比的調整，問題得到大的改善，邊泡由15%降到了4%。調整球磨機球石、熔塊料、水的加入配比，最終確定為2 : 1 : 0.4，同時調整球磨機球磨時間由50 h-60 h改進為38 h-48 h，釉漿篩余最終控制為0.02-0.06 g／250目·500 ml。同時我們對釉漿參數也進行了調整，比重為：180 g/100 ml，細度D90為13-15 μm(如圖1)，因為細度過細會產生釉面釉泡和針孔，細度過大則無法過篩，燒不熟，釉面亮度差。

圖1 釉漿細度進行調整后參數D90=14.13 μmFig.1 Parameters obtained after the adjustment of glaze slurry fi neness D90=14.13 μm

3 高溫快燒和降低成本技術

3.1 高溫快燒和低成本的需求

甲公司是一個全國聞名的骨瓷企業(yè)，其產品產銷國內，出口歐美，影響力較大，一直是公司的目標客戶。但是，其它客戶的進車速度為30 min/車，而甲公司則為18-22 min/車；同樣，其他客戶產量為45萬件/月，而甲公司則為60萬件/月。客戶需求燒成快、產量大，能適合高溫快燒的低成本無鉛骨瓷熔塊，與其配合。

3.2 試驗和解決過程

針對這種低成本高溫快燒的情況，初始配方一是不能達到燒成效果的。公司將初始配方一中價格比較高的Li2CO3、ZnO等原料改為鋰輝石、K2CO3等價格低的原料，開發(fā)了一個低成本、軟化點高的熔塊配方二。經過多次試驗，配方二無法滿足客戶的需求，只能利用兩個配方搭配各取所長。初始配方一的軟化點為630 ℃，配方二的軟化點為710 ℃。經過試驗，兩個熔塊的搭配比例為配方一 30%和配方二 70%，搭配后軟化點為700 ℃左右。搭配的熔塊既滿足了客戶的燒成條件，又降低了生產成本?？蛻粼谑褂煤蟪善仿噬仙?2%，成本降低了10%，達到歷史最高水平，遙遙領先國內、國際其它快燒客戶。

4 膨脹系數、軟化點、熔流試驗的品質管控

4.1 關鍵技術

品質是產品的生命。對膨脹系數、軟化點、熔流試驗等產品參數進行數據管控可以保證熔塊質量，防止因質量變化而引起生產問題。

4.2 試驗方法和原理

膨脹系數的管控是為了保證熔塊膨脹系數和胚體匹配；軟化點管控為防止釉泡等缺陷產生；熔流試驗管控同樣為防止釉泡、流釉等產生，管控方法均由公司儀器測試或品保人員實驗得出數據與標準品對比。

4.3 品質管控過程

產品品質的管控尤為重要。公司的每批無鉛骨瓷熔塊都要進行膨脹系數、軟化點、熔流試驗進行品質管控，膨脹系數利用公司膨脹系數儀測試，控制在220±5×10-7℃(如圖2)，膨脹系數如果變化太大，熔塊和坯體的配合性就差，容易產生崩瓷、釉裂等缺陷。軟化點也是利用膨脹系數儀測試，控制在630±10 ℃，軟化點過低，會產生前文講到的釉泡；過高生產出來的產品釉面不夠光滑、平整、細膩。熔流試驗管控試驗(如圖3)：生產樣品311#和中間的無鉛骨瓷熔塊1001#標準對比，流淌長度基本相同，證明其高溫流動性與1001#基本相同；而312#則不同，其流淌長度較1001#長，說明其高溫流動性比較好，在客戶生產時容易產生釉縷、麻口，必須提高高嶺土或高溫熔塊來增加釉的高溫粘度，或增加甲基纖維素的添加量來增加釉漿粘度以利于增加施釉重量；反之，如果流淌長度較1001#短，說明其高溫流動性較1001#差，生產出來的成品釉面會不夠光滑、平整、細膩，應提高燒成溫度來解決。通過對膨脹系數、軟化點、熔流試驗進行品質管控，無鉛骨瓷熔塊品質得到保證，在唐山市場更具備競爭力。

圖2 膨脹系數儀測試Fig.2 Thermal expansion test

圖3 熔流試驗管控試驗Fig.3 Controlled melt fl ow test

5 結 論

(1)通過對骨瓷生產工藝中使用的含鉛熔塊用無鉛熔塊代替，首先針對含鉛熔塊中PbO的功能進行分析，修改配方利用SrO、K2O、Li2O三者以一定比例完全取代含鉛熔塊中的PbO，研制出無鉛骨瓷熔塊。并對在代替使用過程中遇到釉泡、低成本高溫快燒等問題進行分析；通過對骨瓷熔塊配方的優(yōu)化和客戶生產工藝的調整，使釉泡、低成本高溫快燒等問題得到解決。同時通過有效對膨脹系數、軟化點、熔塊熔流的品質管控，產品質量穩(wěn)定，避免釉泡等缺陷產生，使無鉛骨瓷熔塊更有競爭力，客戶使用后，成品率大幅提升。

(2)唐山客戶在使用無鉛骨瓷熔塊后，都反映無鉛骨瓷熔塊的燒成范圍寬、釉面平整度好、便于操作，生產成品率穩(wěn)定在歷史較高水平。一家年產500萬件骨瓷的企業(yè)因為球磨效率、燒成，尤其成品率的大幅提高年降低成本150萬元，給客戶帶來可觀的經濟效益。