熱彎陶瓷巖板生產(chǎn)常見問題探討*

梁 鐸 汪慶剛,2 陳鵬程,2 劉春江,2 吳洋,2

(1 蒙娜麗莎集團股份有限公司 廣東 佛山 528500)

(2 廣東省大尺寸陶瓷薄板企業(yè)重點實驗室 廣東 佛山 528500)

熱彎陶瓷巖板是一種新型的曲面陶瓷板,其耐酸堿腐蝕、耐污性、耐候性較天然石質(zhì)弧形板更優(yōu)越,且價格比石材低,加上其獨特的裝飾效果,可廣泛應用于室內(nèi)外家具的弧形面裝飾、室外耐酸防腐保護面等,對美化人居環(huán)境有著重要的意義。但熱彎技術還不夠成熟,對熱彎技術的深度研究和技術突破是行業(yè)迫切需要解決的問題[1]。筆者就熱彎陶瓷巖板在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的技術問題進行相關的分析探討,以穩(wěn)定熱彎陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)和提升生產(chǎn)效率。

1 實驗內(nèi)容

1.1 主要設備

熱彎工藝的核心設備是熱處理的窯爐設備,一般采用隧道式窯爐、梭式窯(抽屜式窯爐)較為常見;模具一般采用高溫耐火材料,主要以高溫化學結構穩(wěn)定性好的剛玉莫來石質(zhì)耐火材料為主;加熱方式主要以電加熱或天然燃料為主。其他設備有數(shù)碼水刀切割機、機械弧面板磨切削機、手拋機、手動磨削機、手動磨刷機等設備。

1.2 工藝流程

熱彎陶瓷巖板的工藝流程,如圖1所示,入窯熱彎的工藝制度和過程直接決定了熱彎陶瓷巖板的效果和品質(zhì)。

圖1 熱彎陶瓷板的工藝流程示意圖

1.3 熱彎陶瓷板的二次熱處理溫度制度

溫度制度是陶瓷巖板熱彎工藝的核心,巖板二次熱處理最高溫度控制在其燒成溫度范圍之間,主要根據(jù)巖板坯體配方、厚度和彎曲弧度進行調(diào)整。

筆者所使用厚度為10.5 mm 的巖板,制定最高二次熱處理溫度為1 180℃。不同的升溫速率對產(chǎn)品性能有一定的影響,通常采用單室爐進行二次熱處理實驗,其冷卻方法為自然冷卻。熱彎的升溫曲線、保溫點需要根據(jù)現(xiàn)有坯體的軟化情況做適當?shù)恼{(diào)整和測試;確保坯體在熱彎過程中不開裂,表1為現(xiàn)有熱彎工藝的溫度制度。

表1 現(xiàn)有熱彎工藝的溫度制度

由于巖板在常溫下是典型的脆性材料,無法對其進行塑性加工。經(jīng)高溫加熱后,巖板坯體中玻璃相會發(fā)生軟化或局部熔融,使其具有一定的塑性,可以在自重或外力的作用下發(fā)生塑性變形,該高溫塑性加工過程通常也被稱為二次熱處理過程[2]。二次熱彎的升溫曲線、保溫點需要根據(jù)現(xiàn)有坯體的軟化情況做適當?shù)恼{(diào)整,以確保坯體在熱彎過程中不開裂不變形為佳。

2 熱彎陶瓷巖板的缺陷及原因分析

2.1 熱彎產(chǎn)品的光澤度、色差變化原因分析以及解決措施

由于熱彎的溫度較原始燒成的溫度低,同時在熱彎過程中根據(jù)熱彎的不同效果需要保溫較長時間及緩慢冷卻,,此工藝過程會導致透明拋釉類巖板產(chǎn)品在熱彎后出現(xiàn)光澤度下降、析晶、變色等問題(見圖2)。

圖2 二次熱彎前后樣品表面情況對比

筆者通過對熱彎前后樣品進行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn),巖板產(chǎn)品經(jīng)過熱彎工藝處理后釉層中析出了大量的晶體,這是造成釉面失透、光澤度降低的主要原因(見圖3)。

圖3 常規(guī)拋釉產(chǎn)品熱彎前后顯微結構圖

為解決上述熱彎變色光澤度下降等問題,筆者開發(fā)出了高硅低鋁高鋅的透明拋釉,并選取了熱彎后透明不變色的樣品、熱彎變啞光的常規(guī)樣品進行能譜分析,對比結果如圖4、圖5所示。

圖4 熱彎后透明不變色拋釉層能譜

圖5 熱彎后變色啞光的拋釉產(chǎn)品能譜

由能譜半定量分析結果可知,在釉料組成上,氧化硅、氧化鋇、氧化鎂、氧化鉀整體含量差別不大,區(qū)別在于熱彎后釉層透明不變色的拋釉配方中鋁含量較低,含有極少量或者不含有鈉,氧化鋅的含量較高,整體硅鋁比為6∶1。而普通熱彎變色啞光的拋釉配方中硅鋁比為3∶1,含有少量鈉,氧化鋅的含量較低?？傮w對比分析,熱彎不變色光澤度較好的透明拋釉配方屬 于“高硅低鋁高鋅的透明釉”體系[3]。釉熔體在二次熱彎過程中,析晶受到熱彎溫度制度、釉料化學組成等影響[4],在二次熱彎的制度下(熱彎最高溫度低于最高燒成制度30～50℃),普通的全拋釉配方及組成,在熱彎最高溫度點,釉熔體的粘度較大且處于半玻璃化狀態(tài),而“高硅低鋁高鋅的透明釉”體系在熱彎溫度最高點處于完全玻璃化狀態(tài),同時這種體系由于粘度較低,在熱彎的高溫保溫階段晶體生長較慢導致析晶情況大為減弱,保持了釉層較好的玻璃狀態(tài),因此光澤度和發(fā)色情況較穩(wěn)定。

2.2 熱彎產(chǎn)品鼓包、炸裂、開裂原因分析及解決措施

陶瓷巖板在熱彎過程中有時會產(chǎn)生鼓包,甚至炸裂現(xiàn)象,如圖6所示。

圖6 熱彎后鼓包及炸裂

由圖6可知,a品牌陶瓷巖板在未彎曲之前,在升溫加熱接近熱彎溫度點的階段出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象;b品牌陶瓷巖板在軟化彎曲之后即在慢冷階段炸裂的情況。

其中熱彎加熱鼓包的現(xiàn)象出現(xiàn)較多且難解決,尤其是在剛生產(chǎn)或轉(zhuǎn)換產(chǎn)品時,此工藝缺陷和不同廠家的坯體配方差異較大有主要關系,一般當坯體氧化不充分且燒結較快的情況下,坯體在二次熱彎的過程中容易出現(xiàn)坯體鼓包現(xiàn)象。生產(chǎn)過程中坯體氧化充分、燒結較好的情況下在巖板二次熱彎的過程中可以減少鼓包的情況發(fā)生。b品牌陶瓷巖板在軟化彎曲之后即在慢冷階段出現(xiàn)炸裂的現(xiàn)象,主要是板材受熱不平衡導致產(chǎn)生熱應力不均勻所致。在升溫階段,若升溫速度太快,會造成板材上、下表面及內(nèi)部溫度不一致,產(chǎn)生的應力超過允許應力而炸裂。同時,在坯體緩慢冷卻時降溫速度太快導致退火不良,應力過大也會造成炸裂。

針對電熱彎時巖板鼓包、炸裂、開裂問題提出以下解決措施:

(1)根據(jù)不同的產(chǎn)品探索合理的熱彎工藝制度。

(2)加熱電阻絲的分布和模具的支承方式要合理。在熱彎過程中對于需要重點熱彎的部分一般單獨布局加熱絲,加熱的過程應使用模具保護發(fā)熱絲不與產(chǎn)品接觸,避免局部溫度偏高導致炸裂、開裂的情況發(fā)生;巖板在模具上的位置應處于窯爐上、下兩排“品”字型加熱絲布局中心線的中間,防止加熱絲直接燒在板上,以求靠氣流均勻加熱板材實現(xiàn)熱彎的目的。

(3)調(diào)整熱彎的加熱操作模式。在剛生產(chǎn)或換產(chǎn)品時,要用小實驗爐模擬相關工藝曲線,保證升溫和降溫的速率的均勻一致性和可控性;在達到設定溫度的前提下,要求操作工在升溫階段盡可能保持爐體內(nèi)的電熱絲均勻緩慢升溫,保證溫度上升的均勻性,防止產(chǎn)品局部熱彎過程太快而導致表面產(chǎn)生褶皺紋現(xiàn)象(見圖7)。

圖7 熱彎后產(chǎn)品產(chǎn)生褶皺紋現(xiàn)象

2.3 熱彎產(chǎn)品弧形變形原因及解決措施

熱彎陶瓷巖板出窯后有時弧面變形度和母線直度偏差較大,生產(chǎn)大直徑板時更難控制。主要原因是模具在窯中發(fā)生了變形和熱彎巖板在降溫階段發(fā)生了“反彈”現(xiàn)象,需改進模具的質(zhì)量,使用低收縮的新型耐火材料模具。可考慮使用空心高強、耐高溫的耐火管狀材料(見圖8)為模具的弧面,降低

圖8 圓柱形模具造型

圖9 小凹槽技術降低熱彎難度

3 結論

(1)巖板的釉面配方對熱彎弧形巖板的釉面光澤及變色問題起到?jīng)Q定性作用,需要有針對性的開發(fā)亮光透明釉、不變色的啞光釉等配方,確保熱彎前后釉面的光澤度一致、發(fā)色穩(wěn)定和釉面質(zhì)量平整光滑。

(2)選擇坯體氧化較好的巖板產(chǎn)品,可以有效減少熱彎過程中鼓包、釉面二次氣泡的產(chǎn)生,確保熱彎后的產(chǎn)品釉面質(zhì)量符合預期效果;另外,合理的熱彎制度可以避免熱彎過程中的產(chǎn)品開裂,需要多次實驗確定熱彎產(chǎn)品的升降溫曲線。

(3)選擇合適的模具材料,配合模具結構設計,同時合理的加熱方式能夠更好地控制熱彎尺寸,減少熱彎后弧形巖板的變形開裂等問題。