提高全拋釉瓷磚釉面硬度的研究

胡志敏

摘 要：隨著人們住房條件的改善、裝修檔次的不斷提高，全拋釉瓷磚以其釉面花紋圖案豐富、光澤度佳等特點占據(jù)了家裝瓷磚的半壁江山，受到無數(shù)消費者的青睞。伴隨需求量的增大，質(zhì)量要求也越來越高。本文概述全拋釉瓷磚釉面硬度的測量，從釉料配方組成、多元配方系統(tǒng)、添加硬質(zhì)晶體等對全拋釉瓷磚釉面硬度的提高展開研究。

關(guān)鍵詞：全拋釉;釉面;硬度;配方

1 前 言

全拋釉瓷磚具有良好的裝飾效果，但是其釉面硬度較低，容易出現(xiàn)劃痕，影響使用壽命。本文概述全拋釉瓷磚的釉面硬度分級方法。并通過分析影響有釉磚釉面硬度的因素，通過調(diào)整配方組成最終提高有釉磚的釉面硬度。

2 陶瓷磚釉面硬度的測量

硬度是固體物質(zhì)抵抗多種施加外力后可能形成的永久形變能力的量度。常用的硬度表示方法有刻畫硬度和壓入硬度。陶瓷釉面測試硬度一般選用刻畫硬度，即陶瓷產(chǎn)品的釉面硬度是指釉面能承受硬物刻畫而不出現(xiàn)劃痕的能力，實際測量中刻畫硬度常用莫氏硬度來表示。1824年德國礦物學(xué)家莫斯首先提出并創(chuàng)立一種硬度表，如表1所示。它是一種利用礦物的相對刻畫硬度劃分礦物硬度的標準，硬度一共被劃分為10級，每一級都由一種常見的礦物指代。在實際測試時，在未知硬度的礦物上選定一個平滑面，用表1中已知硬度的礦物中的一種對未知礦物進行刻畫，如果在未知礦物上刻劃出不可恢復(fù)的痕跡，則說明未知礦物硬度小于已知礦物;如果在已知礦物上出現(xiàn)劃痕，則說明未知礦物硬度大于已知礦物。這種方法簡單易用，缺點是區(qū)分度低。[1]

3 配方選擇的理論依據(jù)

釉面的硬度主要取決于釉層的化學(xué)組成、礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，它們與釉層結(jié)構(gòu)單元的鍵強、化學(xué)鍵數(shù)目和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接的緊密程度緊密相關(guān)。通常陶瓷釉中各組分間的共價鍵強度越低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越疏松，強度也越低;離子電價越低，正負離子的間距越大，離子配位數(shù)越小，硬度越低。通過改變優(yōu)化釉料配方和化學(xué)組成可以在一定程度上影響釉面結(jié)構(gòu)和釉面硬度，但同樣對釉的黏度、表面張力、色度、光澤度等性能也會產(chǎn)生較大的影響，在實際生產(chǎn)中其工藝過程難以準確控制。

本文將從調(diào)整釉用氧化物含量入手，研究其對釉面性能的影響，達到提升硬度的目的。釉料中常用氧化物的作用如下：

二氧化硅在陶瓷釉料中起網(wǎng)絡(luò)形成體的作用，增加二氧化硅含量會增加釉料的硬度。常用石英砂引入，二氧化硅能提高釉的高溫黏度，提高釉的強度及燒結(jié)溫度，能生成玻璃增加透光性，提高始熔點、強度、耐酸堿度。

三氧化二鋁的加入也有利于硬度的提高，常用鋁粉或高鋁黏土引入，可提高釉的高溫黏度、始熔點、硬度、耐酸堿度和穩(wěn)定性，膨脹系數(shù)較低。

氧化鋅，主要用工業(yè)氧化鋅引入，助融效果好，燒成范圍寬，膨脹系數(shù)小，適量加入能提高釉面的韌性，達到一定量后能增白消光。

氧化鉀：一般由鉀長石引入，熔劑的一種，燒成范圍寬，穩(wěn)定性較好，能降低釉的熔融溫度和高溫黏度。

氧化鈉：一般由鈉長石引入，助融效果好于鉀長石，能降低釉的熔融溫度和高溫黏度，膨脹系數(shù)比鉀長石大，燒成范圍比鉀長石窄。

常用的釉用氧化物中二氧化硅、氧化鋅、氧化鋁硬度靠前，氧化鉀和氧化鈉的硬度靠后。本文選取二氧化硅、氧化鋅、氧化鋁為研究變量。[2、3]

此外，選擇釉料原料時應(yīng)盡可能避免采用波動大的原材料，而選取使用部分熟料、快燒料和燒失少料為宜。比如：煅燒氧化鋅、剛玉、硅灰石、燒滑石、透輝石、熔塊等，以加快反應(yīng)和減少揮發(fā)組分排出、減少氣相殘留。如原料中鐵、鈦含量過高，會造成釉層透明度下降、色調(diào)變化等問題，因此要盡量使原料純化。且在攪拌等工序須按照一定的技術(shù)操作規(guī)程進行操作，避免混入雜質(zhì)。[1]

4 實 驗

4.1 實驗原料及設(shè)備

4.1.1 實驗原料

實驗釉用原材料的化學(xué)組成見表2。

4.1.2 實驗設(shè)備

主要實驗設(shè)備為：快速球磨機、實驗球磨罐及球石、烘箱、刮釉器、硬度筆。

4.2 實驗配方設(shè)計及效果分析

制備這種具有高硬度的拋釉是施釉在已布完面釉和印花后的磚坯表面。結(jié)合前文概述的有釉磚的釉面硬度的檢測方法及影響釉面硬度的因素，下面就通過調(diào)整拋釉配方來提高全拋釉磚的釉面硬度。

4.2.1 氧化鋁的影響

釉料中的氧化鋁主要以黏土、長石、氧化鋁等引入，是形成釉的網(wǎng)絡(luò)中間體，既能與二氧化硅結(jié)合也能與堿性氧化物結(jié)合，氧化鋁能改善釉的性能，提高化學(xué)穩(wěn)定性和硬度。剛玉是所有氧化鋁中最穩(wěn)定的物相，表現(xiàn)為熔點高、硬度大、結(jié)構(gòu)緊密、機械強度高等特點。根據(jù)資料分析，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)定配方如表3。

根據(jù)配方稱料，2倍配方量加入球磨罐，球磨后過100目篩，通過刮釉的方式刮在噴墨打印圖案上，經(jīng)過60min燒成，燒成后得到的樣品如圖1所示。

配方一：拋釉透感較好，硬度筆測4級無劃痕、5級有劃痕;

配方二：拋釉透感較好，硬度筆測4級無劃痕、5級有劃痕;

配方三：拋釉釉面有發(fā)白現(xiàn)象、不夠透，硬度筆測 5級無劃痕、6級有劃痕;

配方四：拋釉釉面發(fā)白較嚴重，透感較差，硬度筆測5級無劃痕、6級有劃痕。

實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：隨著剛玉含量的增加，硬度會提高。但隨著釉料溫度逐步升高，釉面透明感變差、發(fā)朦發(fā)白。配方三最佳。

4.2.2 二氧化硅的影響

二氧化硅主要以石英礦引入，另外黏土、長石也可引入一部分，在釉料中作為網(wǎng)絡(luò)形成體，在透明釉中一般含量在50%左右。二氧化硅可以提高釉料的熔融溫度，硬度。適度增加含量可提高釉的透明性、化學(xué)穩(wěn)定性。根據(jù)前面的實驗結(jié)果，設(shè)計配方如表4，燒制后得到樣品如圖2所示。

配方一：拋釉釉面透感較好，硬度筆測5級無劃痕、6級有劃痕，但釉面拋后有毛孔，記號筆測防污有痕跡;

配方二：拋釉釉面透感較好，硬度筆測5級無劃痕、6級有劃痕，但釉面拋后有較多毛孔，記號筆測防污痕跡嚴重;

配方三：拋釉釉面透感很好，硬度筆測6級無劃痕，但釉面拋后有較多毛孔，記號筆測防污痕跡嚴重。

實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：隨著石英含量的增加，硬度會提高。拋釉透感會變好。但隨著石英含量的增加，釉料高溫難熔、毛孔增多。綜上，配方一最佳，但毛孔和防污仍需改進。

4.2.3 氧化鋅的影響

氧化鋅是直接以煅燒氧化鋅的方式引入釉料之中。氧化鋅可以使釉易熔，降低高溫釉的燒成溫度，對釉的力學(xué)強度、熔融性能均能起到良好的作用，可增加釉的成熟溫度范圍。設(shè)計配方如表5，燒制后得到樣品如圖3所示。

配方一：拋釉釉面透感較好，硬度筆測5級無劃痕、6級有劃痕，但釉面拋后有毛孔，記號筆測防污有痕跡;

配方二：拋釉釉面透感較好，硬度筆測5級無劃痕、6級有劃痕，但釉面拋后毛孔比較少，記號筆測防污無痕跡;

配方三：拋釉釉面透感較好，硬度筆測5級有劃痕，但釉面拋后毛孔較少，記號筆測防污無痕跡;

實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：氧化鋅對拋釉有較好的助熔效果，可減少釉層氣泡，提高拋釉的防污性能。綜上，配方二最佳，即為最終配方。

5 結(jié) 論

本文通過調(diào)節(jié)配方中剛玉、石英、氧化鋅的含量來獲得釉面效果較佳的拋釉磚，通過實驗發(fā)現(xiàn)，最佳配方為：鉀長石30、白云石5、燒滑石10、透輝石10、硅灰石4、硫酸鋇11、氧化鋅6、石英8、高嶺土6、剛玉8、熔塊A 6，在此配方下可獲得拋釉釉面透感較好、硬度5級、釉面拋后毛孔較少、記號筆測防污無痕跡的拋釉磚。

參考文獻

[1] 胡俊. 提高陶瓷磚釉面硬度的途徑[J]. 佛山陶瓷， 2012， （02）：10-16.

[2] 氧化物在陶瓷中的作用.百度文庫.https：//wenku.baidu.com/view/59e90c19fad6195f312ba620.

[3] 戴長祿，楊勇，楊明.鋯在建筑陶瓷坯體、釉料及微晶玻璃中的作用與影響[J].佛山陶瓷，2011（3）：30-33.