衛(wèi)生陶瓷干坯裂紋修補的新材料研制*

徐文龍 陳擁強 唐小勇 范文杰

(1 佛山市法恩潔具有限公司 廣東 佛山 528500)(2 景德鎮(zhèn)樂華陶瓷潔具有限公司 江西 景德鎮(zhèn) 333400)

前言

目前衛(wèi)生陶瓷的半成品缺陷修補分濕補、干補。修補干坯裂紋存在著各自的工藝與調(diào)制修補材料的方法；在因修補材料引起的修補產(chǎn)生不同的缺陷中，大部分的缺陷為風裂、色差、凹凸等批量缺陷尤為嚴重，很大程度上影響了產(chǎn)品的實物質(zhì)量與美觀。本課題研究的是主要引入各種新的原料組成來調(diào)制新材料，以改善因修補材料性能影響半成品的合格率與燒成成品的質(zhì)量。

1 實驗內(nèi)容

1.1 實驗方案

本課題通過調(diào)整瓷粉、氧化鋁、玻纖與漿料比例，調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)，去解決修補材料的風裂、凹凸等生產(chǎn)上的實際問題。通過引入鐠黃等原料來調(diào)整修補材料的色差。我們探究了修補干坯裂紋工藝，嘗試尋找最佳修補干坯裂紋的最佳修補材料配方。

1.2 實驗所用原料及設備

本實驗所用原料均為景德鎮(zhèn)樂華陶瓷潔具有限公司生產(chǎn)衛(wèi)生潔具所用原料。主要原料有瓷粉、氧化鋁、減水劑、玻纖、鐠黃等原料；設備有高頻分散機、剪刀、硅酸鹽化學分析儀、電子秤、烘箱。原料化學組成及設備明細如表1和圖2所示。

表1 實驗用原料化學組成(質(zhì)量%)Tab.1 Chemical composition of raw materials (wt%)

表2 實驗儀器名稱及型號Tab.2 Name and model number of the equipments

生產(chǎn)泥漿采用的是日常所用的泥漿，生產(chǎn)泥漿的引入主要是為修補材料提供硅鋁等含量的同時也為修補材料提供了一定的物理化學性能；減水劑為修補料提供減水性和降低一定的觸變性；鐠黃為燒成后修補的區(qū)域中和一定的雜色，瓷粉為減少修補材料燒成后的收縮，氧化鋁調(diào)節(jié)修補材料的燒成溫度；燒成環(huán)境都是在1 200～1 220 ℃隧道窯中進行的。

1.3 修補材料的探索性實驗

對干坯裂紋修補材料研制進行探索性實驗的一系列的實驗配方(如表3所示)。

表3 探索實驗配方(質(zhì)量%)Tab.3 Experimental formula (wt%)

1.4 氧化鋁對修補材料的影響

固定生產(chǎn)泥漿為60、玻纖4、瓷粉30，探究氧化鋁的引入量對干坯裂紋的修補材料影響，從而得出最佳的引入量。具體實驗配方如表4所示。

表4 實驗配方(氧化鋁)(質(zhì)量%)Tab.4 Experimental formula (wt%)

1.5 玻纖對修補材料的影響

固定生產(chǎn)泥漿為60、氧化鋁4.5、瓷粉30；玻纖為玻璃纖維，溫度在850 ℃左右，屬于熔劑類，探究玻纖的引入量對干坯裂紋的修補材料影響，從而得出最佳的引入量。具體實驗配方如表5所示。

表5 實驗配方(玻纖)(質(zhì)量%)Tab.5 Experimental formula (wt%)

1.6 瓷粉對修補材料的影響

固定生產(chǎn)泥漿為60、氧化鋁4.5、玻纖4，探究瓷粉的引入量對干坯裂紋的修補材料影響；瓷粉是采用潔具廢瓷進行加工破碎進行過篩后進行使用。具體實驗配方如表6所示。

表6 實驗配方(瓷粉)(質(zhì)量%)Tab.6 Experimental formula (wt%)

2 綜合性指標檢測

采用上述6組試驗配方調(diào)制修補材料對產(chǎn)品進行修補，燒成之后對其色差、風裂、抗龜裂檢驗是否合格，其中色差及風裂我們采用的是放在分級臺上用肉眼識別；抗龜裂試驗我們根據(jù)國家標準GB/T 6952-2015《電工和電子測量設備性能表示》將試驗的每組試片放入電飯煲且使試樣與容器底部互不接觸，加入水和無水氯化鈣，浸沒試樣，煮沸，用溫度計測量溫度，通過調(diào)整水中氯化鈣濃度來調(diào)節(jié)溫度至110 ℃±5 ℃，在此溫度上保持1.5 h，然后取出試片并迅速放入2～3 ℃的冷水中急冷5 min，再在加2倍體積水的紅(藍)墨水溶液中浸泡2 h后查裂，都無裂則為合格。修補區(qū)域干燥后是否有裂紋，筆者采用對修補區(qū)域干燥后刷煤油來檢查是否產(chǎn)生裂紋。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 修補材料的探索性實驗

在探索性實驗中尋找最佳的基礎性試驗配方，對探索性實驗組進行色差、風裂、抗龜裂的檢測，觀察修補后是否有裂紋。綜合性評價結(jié)果如表7所示。

表7 綜合性評價結(jié)果Tab.7 Comprehensive performance evaluation

從表7可以看出，J-1在各組實驗中結(jié)果最好，為此我們選用J-1為最佳基礎配方，并對其進行進一步的探究。

3.2 氧化鋁對修補材料的影響實驗

在氧化鋁單因素實驗中尋找最佳氧化鋁引入量，對氧化鋁單因素實驗組進行色差、風裂、抗龜裂的檢測，以及在修補后是否有裂紋進行檢測。綜合性評價結(jié)果如表8所示。

表8 綜合性評價結(jié)果Tab.8 Comprehensive performance evaluation

從表8可以看出，隨著氧化鋁含量的不斷增加，干坯修補材料燒成后的色差先是慢慢地縮小然后增大，這是由于氧化鋁增加燒成溫度不斷地升高，直至接近坯體的燒成溫度；當氧化鋁進一步的提升燒成溫度且超過坯體的燒成溫度，故使修補區(qū)域慢慢發(fā)白，同時修補區(qū)域的吸水率也偏大，易造成風裂。通過大量的實驗可以得出當氧化鋁的引入量為4.5%時效果最好。

3.3 玻纖對修補材料的影響實驗

玻纖單因素實驗中尋找最佳玻纖引入量，對玻纖單因素實驗組進行色差、風裂、抗龜裂的檢測以及在對修補后裂紋的檢測。綜合性評價結(jié)果如表9所示。

表9 綜合性能評價Tab.9 Comprehensive performance evaluation

從表9可以看出，玻璃纖維溫度較低，隨著引入量的加大修補區(qū)域溫度慢慢的降低，直至出現(xiàn)略微的色差。由于引入量不大，對溫度影響也不是特別大，其主要影響是其物理性能，在調(diào)制完成、修補干燥后是否會裂。從表9我們可以看出，玻纖引入量過少時，修補容易裂；過多時物理的粘結(jié)性能較差，難以修補，容易掉落。在前期干燥時就開裂，導致后期燒成風裂及抗龜裂試驗的不合格。從表9我們還可以看出，J-13為最佳實驗組，即當玻纖引入量為4%時其效果最佳。

3.4 瓷粉對修補材料的影響實驗

瓷粉單因素實驗中尋找最佳瓷粉引入量，對瓷粉單因素實驗組進行色差、風裂、抗龜裂的檢測以及在修補后是否有裂紋的檢測。綜合性評價結(jié)果如表10所示。

表10 綜合性能評價Comprehensive performance evaluation

從表10可以看出，在瓷粉未引入時容易風裂，隨著瓷粉引入量的增加色差由發(fā)暗到不明顯。由此可以看出瓷粉主要的作用是其燒成總收縮小，燒成后不會導致修補區(qū)域與坯體收縮不一致造成風裂及凹凸。從表10還可以看出，J-19為最佳實驗組，即當瓷粉的引入量為30%時其效果最佳。

4 結(jié)論

本課題通過大量實驗可以看出玻纖、瓷粉、氧化鋁對修補材料的影響較大；其中氧化鋁對修補的色差影響比較大；玻纖對修補材料的修補干燥后的裂紋影響較大；瓷粉對修補材料的風裂影響較大。這是由于瓷粉的總收縮較小。當氧化鋁為4.5%、瓷粉為30%、玻纖為4%時修補材料的效果為最佳；其生產(chǎn)泥漿線性膨脹系數(shù)(見圖1左)：6.168×10-6/℃、修補料線性膨脹系數(shù)：6.717×10-6/℃，二者膨脹系數(shù)比較接近。

圖1 修補料(右)生產(chǎn)漿(左)線膨脹系數(shù)曲線

圖2 修補料(右)修補成品(左)數(shù)碼照片

綜上實驗可以得出，窯爐燒成溫度為1 200～1 220 ℃時，干坯裂紋的修補材料配方范圍為：泥漿：55%～60%、氧化鋁：4%～10%、瓷粉：27%～32%、玻纖：1%～3%、鐠黃：0.05%～0.1%。