乳白玻璃陶瓷缺陷探討及改善措施*

張存浩

(廣東健誠高科玻璃制品股份有限公司 廣東 潮州 515658)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,玻璃材料的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)化科學(xué)與技術(shù)對材料提出了更高的要求。乳白玻璃是由結(jié)晶相和玻璃相構(gòu)成的復(fù)合材料。該類產(chǎn)品白度非常高,在使用過程中無重金析出。被廣泛應(yīng)用于餐具和廚房用具上。

1 乳白玻璃餐具成形工藝

1.1 定義及應(yīng)用范圍

日用乳白玻璃餐具,是微晶玻璃的一種。是由結(jié)晶相和玻璃相構(gòu)成的一類陶瓷復(fù)合材料,一般通過對玻璃進(jìn)行適當(dāng)加熱處理以使玻璃體內(nèi)產(chǎn)生足量結(jié)晶相而獲得。

由于外觀形態(tài)與普通陶瓷餐具很像,但又比陶瓷餐具具有更高的白度、更高的機(jī)械強(qiáng)度,同時在重金屬析出上,乳白玻璃餐具比普通陶瓷餐具更具優(yōu)勢。所以日用乳白玻璃餐具是普通陶瓷餐具不錯的替代品。

1.2 成形工藝

日用乳白玻璃餐具的生產(chǎn)工藝流程圖(見圖1)。

圖1 日用乳白玻璃餐具的生產(chǎn)工藝流程圖

圖2 乳白玻璃陶瓷成形工藝流程圖

乳白玻璃陶瓷一般使用氟化物作為乳濁劑,加入氟化物之后會使玻璃的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被打破。從而有利于晶體的析出。由于這個特性,乳白玻璃陶瓷一般使用電熔爐熔制玻璃液,使用冷頂工藝進(jìn)行熔制。而火焰爐等其他爐型由于沒有冷頂工藝,在熔制玻璃液會造成大量的氟化物揮發(fā),不利于環(huán)境,也不利于玻璃的晶體的析出。

熔化好的玻璃液會通過流液油、上升道流至料道。在這過程中,主要是為了消除玻璃液的氣泡。同時在料道時可以調(diào)整玻璃液的成形溫度。對下一步成形做好準(zhǔn)備。

目前普遍的成形工藝有壓制、離心等。壓制是通過兩個陰陽模進(jìn)行擠壓。使得形成需要的形狀。而離心則是通過一個陰模,然后通過離心力使得整個玻璃液均勻分布在陰模上成形。

成形后的產(chǎn)品經(jīng)退火處理,消除殘余應(yīng)力,獲得乳白玻璃陶瓷。

2 產(chǎn)品缺陷原因及解決措施

2.1 產(chǎn)品缺陷分類

在整個生產(chǎn)工藝過程中,乳白玻璃陶瓷自身的缺陷一般分為2大類,分別是:

(1)玻璃體在熔化過程中造成的缺陷。

(2)玻璃體在成形過程中造成的缺陷。

乳白玻璃陶瓷缺陷各類及產(chǎn)生原因是多種多樣的。要查明缺陷產(chǎn)生的原因,并不是很簡單的,消除它也比較困難。

因為乳白玻璃陶瓷缺陷的產(chǎn)生與玻璃的熔制工藝過程緊密相關(guān)。同一類的缺陷可能在熔制過程的不同階段由不同原因產(chǎn)生。因此必須經(jīng)常嚴(yán)格控制過程,盡可能地防止缺陷產(chǎn)生。

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2.2 熔化過程缺陷定義及產(chǎn)生原因

玻璃體的缺陷按其狀態(tài)不同,如表1所示。

表1 日用玻璃陶瓷熔化過程缺陷種類及現(xiàn)象

冷炸、結(jié)石:在生產(chǎn)過程中,有時會出現(xiàn)乳白玻璃陶瓷在退火爐中冷卻后,在不接觸的情況下出現(xiàn)自動炸裂的情況,類似于鋼化玻璃的自爆現(xiàn)象。鋼化玻璃自爆主要原因是由于在進(jìn)行鋼化處理時由于應(yīng)力沒有處理好而造成的。而乳白玻璃陶瓷的冷炸現(xiàn)象是由于玻璃料不均勻造成的。嚴(yán)重時會產(chǎn)生看到明顯不溶物出現(xiàn),這類東西就是結(jié)石。大部份的乳白玻璃陶瓷主要是氟元素作為析晶材質(zhì),氟在熔化爐里會產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕性,也就造成了氟會對熔化爐的耐火磚進(jìn)行侵蝕,耐火磚主要成份是鋯,這樣造成鋯的析出量會增加。但鋯的密度比較大,在料液經(jīng)過料道時。密度較重的鋯會與玻璃體產(chǎn)生分離。而鋯與玻璃體的膨脹系數(shù)又不一樣。這使得玻璃料產(chǎn)生了一個應(yīng)力。也使得產(chǎn)品產(chǎn)生炸裂現(xiàn)象。

針對這個問題,一般會在熔化爐的料道下打一個小孔,進(jìn)行排渣處理。大造份的鋯會在料道底部流出。從而減少冷炸及結(jié)石現(xiàn)象。

透明:乳白玻璃陶瓷是通過析晶,再經(jīng)過晶體長大。使得產(chǎn)生乳白色。但晶體長大需要時間,如果在晶體生成前快速降溫,會使得晶體長不大或者不產(chǎn)生晶體。這樣會出現(xiàn)透明現(xiàn)象。針對這個問題,可以通過控制溫度,使得玻璃陶瓷的降溫處于勻速狀態(tài)。即可以解決這類問題。

氣泡:氣泡產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜。一般分為一次氣泡及二次氣泡:

(1)一次氣泡。在玻璃的熔化過程中,原料會進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時會產(chǎn)生大量的氣體。在澄清過程中無法將氣體完全排出。此為一次氣泡。一次氣泡一般跟原料和澄清時間有關(guān)系。修改原料配方或才延長澄清時間,降低出料產(chǎn)量都可以較好地減少一次氣泡的產(chǎn)生。

(2)二次氣泡。在玻璃熔化過程中,一部份氣泡會排到空氣中,另一部份氣泡會溶解在玻璃體中。二次氣泡就是已經(jīng)溶解在玻璃體的氣泡,由于澄清溫度的不適當(dāng)。使得這些氣泡再次被析出,這就是二次氣泡?？刂坪昧系赖某吻鍦囟?使料道的溫度從高向低降溫,會改善二次氣泡的產(chǎn)生。

2.3 成形過程缺陷定義及產(chǎn)生原因

玻璃體的缺陷按其狀態(tài)不同,如表2所示。

表2 日用玻璃陶瓷成形過程缺陷種類及現(xiàn)象

一般乳白玻璃陶瓷成形過程中的工藝流程是:

在每個步驟控制不好,都容易產(chǎn)生殘次品。

(1)控制料滴。每個產(chǎn)品都一個重量,料滴需要控制重量以及溫度,甚至是料滴的形狀及下料位置。

控制料滴的重量與玻璃制品的重量息息相關(guān),還影響玻璃制品成形。當(dāng)料滴重量過輕時,容易出現(xiàn)缺料,模具填充不滿或產(chǎn)品偏小的缺陷;當(dāng)料滴重量過重時,則容易出現(xiàn)雙邊,料滴溢出模具。

玻璃制品成形開始和終了時的粘度變化隨著玻璃的組成、成形方法、制品尺寸大小和重量是不相同的。玻璃液體有一個特性,高溫下粘度小,低溫下粘度高。玻璃的粘度越小,流動性就越大。所以當(dāng)生產(chǎn)不同器形時,需要合理的調(diào)整好料滴溫度。小器形需要相對較高的溫度,不然容易出現(xiàn)冷斑等缺陷,大器形需要相對較低的溫度,不然脫模時尚未完全定形,容易變形。料滴溫度過高或過低時都可能會出現(xiàn)料印缺陷。通過控制溫度使玻璃粘度發(fā)生改變,即可改變玻璃的流動性,以達(dá)到成形和定形。

料滴的形狀及下料位置也會影響到玻璃器皿成形,如下料中心與機(jī)器轉(zhuǎn)動中心不重合時候,就會出現(xiàn)產(chǎn)品偏心現(xiàn)象。

(2)剪切。剪刀手切割時一般用水進(jìn)行冷卻,否則玻璃易發(fā)生破裂。當(dāng)剪刀口冷卻不及時或剪刀口剪切不齊時,就會出現(xiàn)剪刀印這種缺陷。

(3)匹配模具。模具對成形的制品有極其重要的作用,模具的材料選擇,模具的設(shè)計和加工工藝,以及模具的維護(hù)都必須給以高度的重視。模具與制品表面相接觸,所以模具表面的光潔度就直接轉(zhuǎn)移到制品外表面上。模具應(yīng)具有良好的耐熱性和熱穩(wěn)定性,使用熱穩(wěn)定性低的材料時,模具與玻璃接觸的內(nèi)表面容易產(chǎn)生裂紋。模具溫度要適配,當(dāng)模具溫度過冷時,容易提前凝固,產(chǎn)生冷斑。模具需選擇高抗氧化能力,在較高溫下不易被氧化,應(yīng)該不生銹,否則,將加速模具的損耗,并影響玻璃制品的質(zhì)量,產(chǎn)生?；胰毕?。

(4)拋光?；饞伖鈺r應(yīng)采用最少輻射熱的燃燒器,使制品表面不可避免的微裂紋、折紋以及波紋等缺陷通過表面熔化消除,玻璃制品又不變形,以尖銳的“藍(lán)”火焰為好。對制品口部進(jìn)行高溫加熱,依靠玻璃表面張力的作用,使其口部邊緣軟化以恢復(fù)透明變得光滑。使用的燃料,天然氣和氧氣的比例不匹配時,及燒的時間過長時,容易出現(xiàn)口圈燒黃,口圈燒泡等缺陷。

3 結(jié)論

生產(chǎn)乳白玻璃陶瓷,應(yīng)穩(wěn)定熔制、成形、退火等工藝過程,制訂合理的操作規(guī)程與工藝參數(shù)。在生產(chǎn)過程中需要注意如下幾個方面:

(1)控制好熔化溫度及出料量,同時對料道的溫度更需要嚴(yán)格控制。同時對料道進(jìn)行相應(yīng)的改造?？梢詼p少乳白玻璃陶瓷熔化過程中產(chǎn)生的缺陷。

(2)在成形過程中,控制好模具的溫度及模具的匹配度。同時調(diào)整好下料中心。這樣能很好地控制成形缺陷。

(3)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個因素均會導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷,嚴(yán)重的會引起炸裂或在使用過程中炸裂。因此需要嚴(yán)格控制,這樣才能生產(chǎn)出具有高質(zhì)量的產(chǎn)品。