關(guān)于釉面發(fā)泡陶瓷保溫板鼓包缺陷的分析

問(wèn)：韓工，我廠生產(chǎn)釉面發(fā)泡陶瓷保溫板，在生產(chǎn)30mm和35mm厚板材時(shí)氣孔均勻，在生產(chǎn)40mm厚板材時(shí)，有不均勻大氣孔，偶爾有鼓包缺陷，而在生產(chǎn)45mm厚板材時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重鼓包缺陷，尤其是四邊比較嚴(yán)重，開(kāi)介斷面如地下溶洞，見(jiàn)圖1，請(qǐng)問(wèn)是什么原因？如何解決？

答：釉面發(fā)泡陶瓷板鼓包缺陷的產(chǎn)生，可以追溯到釉面發(fā)泡陶瓷板底面料配方問(wèn)題，原料穩(wěn)定問(wèn)題，球磨細(xì)度問(wèn)題，粉料水分和顆粒級(jí)配問(wèn)題，壓機(jī)工藝參數(shù)問(wèn)題，燒成工藝制度問(wèn)題等六個(gè)方面，下面一一分析之。

1 鼓包缺陷產(chǎn)生原因分析

釉面發(fā)泡陶瓷保溫也叫有釉面發(fā)泡陶瓷保溫板（JG/T 511-2017命名）或有燒結(jié)釉面發(fā)泡陶瓷保溫裝飾板（T/CECS 480-2017）。釉面發(fā)泡陶瓷保溫板從配方體系上來(lái)講，可以分為拋光廢渣體系和珍珠巖微粉體系。

1.1配方設(shè)計(jì)對(duì)鼓包缺陷的影響

發(fā)明專利CN201110111768.2以拋光廢渣、經(jīng)破碎處理的廢拋光磚、制坯回收的廢坯粉和廢泥粉、除塵器回收粉塵、陶瓷廠排水道淤泥、經(jīng)破碎處理的拋光用廢磨塊、廢棄釉料、煤燒結(jié)余物、廢高嶺土、廢高溫砂、污泥及減水劑和增強(qiáng)劑為原料，采用濕法球磨、過(guò)篩除鐵、陳腐均化、噴霧干燥、壓機(jī)干壓成型、施釉、輥道窯裸體燒成等工藝，首次制得釉面發(fā)泡陶瓷磚（輕質(zhì)陶瓷墻漆磚）[1-3]。在以拋光廢渣為主體原料的釉面發(fā)泡陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，拋光廢渣、廢磨塊中殘存的氮化硅、碳化硅微粉為發(fā)泡劑，此外，碳酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、有機(jī)物和金屬氧化物，尤其是三氧化二鐵的含量對(duì)發(fā)泡的溫度、范圍和程度有較大影響，這些高溫化學(xué)反應(yīng)是引起鼓包缺陷和發(fā)泡的主要原因[4]。

發(fā)明專利CN201210075879.7以珍珠巖微粉為主體原料，輔以沸石、凝灰?guī)r、膨潤(rùn)土、頁(yè)巖、紫砂陶土、劣質(zhì)陶泥或劣質(zhì)高嶺土等塑性原料，以螢石為發(fā)泡助劑，以碳化硅收塵粉為發(fā)泡劑和減水劑扥助劑，采用濕法球磨、噴霧干燥、二次布料、一次干壓成型、施釉、特殊輥道窯裸體燒成等工藝制備而成，該釉面發(fā)泡陶瓷保溫板以珍珠巖微粉為主體原料，生產(chǎn)過(guò)程中，珍珠巖脫水，助泡劑脫氟，碳酸鹽脫碳，有機(jī)物氧化分解，發(fā)泡劑與氧化劑——過(guò)渡金屬氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，這些高溫化學(xué)反應(yīng)是引起鼓包缺陷和均勻發(fā)泡的主要原因[5]。

1.2原料穩(wěn)定性對(duì)鼓包缺陷的影響

原料的穩(wěn)定是生產(chǎn)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。釉面發(fā)泡陶瓷保溫板原料可以分為坯用原料、釉用原料和過(guò)渡面料用原料三類。在坯用原料中，按功能分為發(fā)泡劑、助泡劑、減水劑、塑性原料、骨架原料、熔劑原料等，在以拋光廢渣為主體原料的配方體系中，拋光廢渣和廢磨塊中殘存的碳化硅微粉為還原發(fā)泡劑，拋光廢渣和廢磨塊中含有的氯氧鎂結(jié)合劑或水泥結(jié)合劑為發(fā)泡助劑、原料中含有過(guò)渡金屬氧化物如三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化錳等為氧化發(fā)泡劑，拋光廢渣、廢棄坯粉、收塵器回收塵粉、廢棄釉料、煤燒結(jié)余物、污泥等固廢為熔劑，起到降低燒成溫度的作用，廢高嶺土、廢高溫砂中硅鋁含量高，是玻璃陶瓷產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)形成骨架原料，同時(shí)也起到增加坯體塑性的作用，同時(shí)原料中含有有機(jī)物質(zhì)、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硫化物等原料在一定溫度范圍內(nèi)起到助泡作用，但是由于其與主發(fā)泡劑及玻璃陶瓷燒結(jié)、產(chǎn)生玻璃相的溫度點(diǎn)及工藝控制溫度點(diǎn)不同步，其往往起到反作用，也就是說(shuō)這些物質(zhì)是造成鼓包缺陷危害的根本。同時(shí)，由于陶瓷磨塊中磨介的種類、目數(shù)、含量不同，不同廠家結(jié)合劑的種類、組成結(jié)構(gòu)不同，以及廢棄物原料三氧化二鐵等過(guò)渡金屬氧化物的波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡劑氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生波動(dòng)。為了消除助泡劑、氧化劑和危害發(fā)泡對(duì)主體發(fā)泡的影響，需要建立原料標(biāo)準(zhǔn)體系，分類儲(chǔ)存，合理使用。

在以珍珠巖為主體原料的配方體系中，主體原料珍珠微粉的化學(xué)成分、結(jié)合水含量、鐵含量、粒度對(duì)生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用，發(fā)泡劑的種類、粒度、粒度分布、用量，發(fā)泡助劑的種類、純度、化學(xué)成分、粒度、用量，以及輔助原料沸石、凝灰?guī)r、膨潤(rùn)土、頁(yè)巖、紫砂陶土、劣質(zhì)陶泥或劣質(zhì)高嶺土等塑性原料和半塑性原料中的化學(xué)成分、氧化鐵含量，有機(jī)物含量、碳酸鹽含量都會(huì)影響發(fā)泡的氧化還原反應(yīng)和泥漿、坯體的干燥物理過(guò)程和應(yīng)力反應(yīng)，也會(huì)對(duì)始熔點(diǎn)、液相量、高溫塑性、危害發(fā)泡產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致開(kāi)裂或鼓包等缺陷的產(chǎn)生。

原料穩(wěn)定是生產(chǎn)穩(wěn)定的根本，為了穩(wěn)定生產(chǎn)，需要重視料場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、料場(chǎng)和原料工藝管理、料場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管理和原料統(tǒng)計(jì)統(tǒng)籌管理[6]

1.3工藝控制對(duì)鼓包缺陷的影響

工藝控制包括原料入廠檢驗(yàn)、原料風(fēng)化均化、配料、球磨、噴霧干燥、干壓成型、余熱干燥、釉線施釉、預(yù)熱干燥、氧化分解、?；l(fā)泡、急冷、緩冷、切割、磨邊等工藝過(guò)程。影響鼓包缺陷的工藝包括原料入廠檢驗(yàn)、原料風(fēng)化均化、配料、球磨、噴霧干燥、干壓成型、余熱干燥、釉線施釉、預(yù)熱干燥、氧化分解、?；l(fā)泡等，其中預(yù)熱干燥、氧化分解、?；l(fā)泡等工藝是在燒成窯爐里進(jìn)行的，幾乎看不到，俗稱黑匣子作業(yè)。

對(duì)于陶瓷生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，有“生在原料、死在窯爐”、“生在壓機(jī)、死在窯爐”，生死觀不僅是哲學(xué)，也是科學(xué)，更是工藝控制的關(guān)鍵。

遇到開(kāi)裂或者鼓包缺陷，研發(fā)說(shuō)“配方?jīng)]變”，采購(gòu)說(shuō)“供應(yīng)商沒(méi)變”、原料、壓機(jī)、窯爐也說(shuō)“工藝參數(shù)沒(méi)變”。那是什么發(fā)生了變化？舉個(gè)例子，原料是天然礦物，固廢來(lái)源復(fù)雜，譬如珍珠巖，按照礦物形成狀態(tài)及含水率分為珍珠巖、黑曜巖、松脂巖和浮石等四種。而珍珠巖開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生的尾礦、副礦有：表土、流紋巖、脫玻化珍珠巖、凝灰?guī)r、膨潤(rùn)土、沸石等，加工過(guò)程產(chǎn)生的固廢有：珍珠巖微粉、脫玻化珍珠巖和膨脹珍珠巖微粉等[7]，礦物的自然變化和供應(yīng)商的非自然變化都會(huì)引起原料波動(dòng)。

（1）球磨細(xì)度及工藝：

球磨細(xì)度與入球原料粒度、硬度、球石質(zhì)量、大中小球比例、料水球比及球磨時(shí)間有關(guān)系。塑性原料容易球磨、瘠性原料難以球磨、塑性原料過(guò)多，水料比不合理或減水劑使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致球磨中后期泥漿稠度太高而影響球磨效果。球磨細(xì)度會(huì)影響各種原料在泥漿中分散的穩(wěn)定性和均勻性，同時(shí)也會(huì)影響配方的始熔點(diǎn)、等溫點(diǎn)的液相量和液相對(duì)固相浸潤(rùn)、包溶情況，同樣球磨細(xì)度也會(huì)影響發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑以及在高溫區(qū)可能產(chǎn)生氣相的物質(zhì)反應(yīng)溫度和均勻度，也就是說(shuō)細(xì)度會(huì)影響產(chǎn)生氣相的溫度和影響氣相在液相分散的均勻性和穩(wěn)定性。發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡過(guò)程是氣泡核在玻璃液相中逐漸長(zhǎng)大并趨于亞穩(wěn)定分散狀態(tài)過(guò)程，一旦由于細(xì)度及細(xì)度影響分散的均勻性和穩(wěn)定性，就會(huì)打破亞穩(wěn)定這個(gè)平衡狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致氣泡與氣泡之間的吞噬，形成大氣泡繼而形成鼓包缺陷[8]。

濕法球磨工藝分為連續(xù)分級(jí)球磨和間歇球磨兩種工藝裝備，單種原料球磨和配方原料球磨兩種投料工藝。球磨工藝有兩個(gè)目的即研磨和分散，所以一般陶瓷企業(yè)都是配方原料投料工藝，單種原料球磨工藝僅用于原料加工，連續(xù)分級(jí)球磨是新型高效節(jié)能球磨工藝，即球磨分為多級(jí)球磨多級(jí)篩分工藝，不同球磨階段有不同的磨介、磨介比、料球水比，避免因?yàn)橐啄ピ?、熔劑原料、?xì)度合格原料球磨過(guò)細(xì)影響質(zhì)量工藝和浪費(fèi)能源及效率。

（2）粉料水分、顆粒級(jí)配及壓機(jī)成型工藝：

粉料水分、顆粒級(jí)配影響粉料的體積密度、流動(dòng)性。在壓機(jī)成型時(shí)，粉料的體積密度、流動(dòng)性影響坯體的強(qiáng)度、針密度和針密度的均勻性，釉面發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡是氧化還原反應(yīng)，氧化劑有兩個(gè)來(lái)源，一是坯體顆粒之間的氣相（空氣中的氧），二是過(guò)渡金屬氧化物，而且坯體之間的孔隙不僅有利于水、有機(jī)物、碳酸鹽的分解和排除，而且有利于高溫空氣、熱量的傳遞，特別是當(dāng)釉料液相、面料液相和底料液相還不足以封閉氣孔、包溶固相的時(shí)候，可以保證氣相的暢通流動(dòng)。當(dāng)坯體針密度、厚度發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致氣相的流通受阻，隨著液相的產(chǎn)生就會(huì)導(dǎo)致鼓包。所以壓機(jī)的面料厚度、壓力、排氣、保壓時(shí)間等工藝制度是會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)泡和發(fā)泡鼓包缺陷的。

（3）燒成工藝

燒成工藝包括預(yù)熱干燥、氧化分解、?；l(fā)泡、急冷、緩冷等工藝階段，其中預(yù)熱干燥、氧化分解、?；l(fā)泡工藝階段對(duì)發(fā)泡及發(fā)泡鼓包缺陷是有影響的。一般意義的預(yù)熱干燥是脫去坯體的物理吸附水，對(duì)于珍珠巖亦或水泥結(jié)合劑磨塊，因含有化學(xué)結(jié)合水，在預(yù)熱干燥階段是無(wú)法全部脫除的，這剩余的化學(xué)結(jié)合水，既是發(fā)泡劑，也是還原劑和助泡劑，所以釉面發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡鼓包缺陷與燒成窯的預(yù)熱干燥工藝是有關(guān)聯(lián)的。

釉面發(fā)泡陶瓷燒成時(shí)自上而下包括釉面層、面料層和發(fā)泡陶瓷本體，由內(nèi)至外包括高溫?zé)煔夂陀悦姘l(fā)泡陶瓷界面和釉面發(fā)泡陶瓷。在氧化分解階段，我們務(wù)必使得有機(jī)物質(zhì)、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、部分水和助泡劑分解并排除，這需要氧含量、窯氣壓、溫度和時(shí)間保證，也需要原料濕法球磨時(shí)細(xì)度和均化質(zhì)量保證。在?；l(fā)泡階段，液相逐漸產(chǎn)生，浸潤(rùn)、包溶固相，還原性發(fā)泡劑與氧化性發(fā)泡劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生泡核，泡核在液相和助泡劑液相作用下，穩(wěn)定分散在陶瓷玻璃液相中，在一定溫度、窯壓和時(shí)間保證下，泡核逐漸獨(dú)立長(zhǎng)大。如果液相粘度變化過(guò)快、窯壓太小、泡核成長(zhǎng)過(guò)程中壓力變化太快、太大就會(huì)快速增大，甚至吞噬周邊小氣泡，形成鼓包型發(fā)泡。

2 缺陷解決辦法

通過(guò)以上分析，我們可以得出：

1）解決釉面發(fā)泡陶瓷保溫板鼓包缺陷的基礎(chǔ)是原料的穩(wěn)定，尤其是干凈度、化學(xué)成分、粒度、含水率、鐵含量等指標(biāo)；

2）良好的配方設(shè)計(jì)以及配方原料及其技術(shù)指標(biāo)，特別是助熔劑、發(fā)泡劑及發(fā)泡助劑的選擇和粒度及粒度分布設(shè)計(jì)是生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵；

3）面料和釉料配方的匹配性，球磨、噴料、成型、施釉及燒成工藝技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)是保證穩(wěn)定發(fā)泡而不鼓包的必備條件。

參考文獻(xiàn)

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[8]韓復(fù)興等，從“泡泡”悟出的陶瓷發(fā)泡機(jī)理[J]，佛山陶瓷，2020（10）：1-3.

（韓復(fù)興）