一次快烧多晶微晶陶瓷的工艺技术难点及解决措施

2013年第4期渊第201期冤

佛山陶瓷

31

KnowledgeLecture

知识讲座

范新晖袁周子松袁廖花妹

渊佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司袁佛山528031冤

本文主要阐述了微晶玻璃陶瓷复合砖的研发现状袁一次快烧

多晶微晶陶瓷的工艺流程尧优点袁以及工艺技术的难点及解决措施遥

实践证明袁一次快烧微晶陶瓷由于采用新配方尧新工艺原理尧有色高

温析晶熔块袁使得微晶陶瓷复合砖从120~150min的一次烧成生产周

期缩短到90min袁节能效果显著遥

一次烧曰微晶陶瓷曰快速烧成曰析晶熔块曰多晶

1前言

步提高产品档次袁同时袁使其真正适应陶瓷的生产工艺要

求袁从根本上解决气孔这一关键性的技术难题袁是所有陶

微晶玻璃陶瓷复合砖是以陶瓷材料为基体袁在特定

瓷企业所普遍关心的遥

的工艺条件下袁将微晶玻璃复合在陶瓷基体上的新型高

档建筑装饰材料遥由于微晶玻璃的性能比陶瓷更优异袁

2微晶玻璃陶瓷复合砖的研发现状

如院花色丰富尧质感强尧易清洁等遥因此袁在国内高端消费

市场和国际第一世界国家市场上极受欢迎袁市场发展空

间极大遥由于微晶陶瓷材料具有优良的力学尧电学尧磁学尧

瓷砖进行复合袁并在2001年09月03日袁第一代微晶玻璃

1997年袁北京德然陶瓷技术公司将微晶玻璃材料和陶

光学等性能袁且具有简单的制备工艺技术尧廉价的原材料

陶瓷复合砖的发明专利获得了国家专利局的授权与批准遥

和低的制造成本袁以及能工业化大规模生产等优势袁因

此袁不失为一种高性能低价位尧应用市场广阔的新型陶瓷

2006年袁博德精工建材公司研发二次烧成微晶玻璃复

合砖袁取得了不错的成就袁并申请了一系列微晶玻璃复合板

材料袁已成为新型陶瓷材料开发应用的热点之一遥

专利袁开启了第三代微晶玻璃陶瓷复合砖的新时代遥第三代

目前袁国内主要是采用二次烧成和一次烧成的工艺

微晶玻璃成功将第二代微晶玻璃与第一代微晶玻璃柔合在

生产微晶玻璃陶瓷复合砖袁但二次烧成具有一定的缺陷袁

一起袁既形成了可控尧自然尧柔和的纹理袁又解决了第二代微

如院烧成周期长尧能耗高曰微晶玻璃层较厚袁微晶石坯体与

晶玻璃的硬度尧耐磨性和花纹不稳定性等缺陷遥

微晶结合不理想曰容易变形开裂曰硬度低尧耐磨性差遥进一

请了一系列大理石微晶玻璃复合板专利袁开启了第四代

2009年袁南海嘉俊陶瓷公司开发了二次烧成技术袁申

佛山市院市合作引导资金项目袁项目编号院2012HY100291

大理石微晶玻璃陶瓷复合砖的新时代遥第四代微晶玻璃

佛山市禅城区产学研专项资金项目袁项目编号院2012B1018

成功将印花技术袁如院丝网尧辊筒尧喷墨等技术与微晶玻璃

.. All Rights Reserved.

32

FOSHANCERAMICS

Vol.23No.4渊SerialNo.201冤

干粒装饰技术结合袁实现了图案花色的新突破遥温快速烧制工艺袁以及多种多色析晶熔块之间的配比要求

2010年袁鹰牌陶瓷将陶瓷坯体技术尧釉料装饰技术与

微晶玻璃干粒熔制技术尧一次烧成技术等多种技术相结

合袁成功研究出一次烧微晶陶瓷复合砖新技术遥即为第五一次快烧是指将生坯施釉干燥后袁入窑经高温一次

代微晶陶瓷复合砖袁简称野晶聚合冶一次烧技术遥野晶聚合冶烧成的制品袁其生产工艺流程如图1所示遥

技术成功推动了产业技术节能减排尧数字化和装饰多样化

等方面的进步袁加速了建筑陶瓷产业的转型升级遥

3一次快烧多晶微晶陶瓷优点及工艺流程

一次快烧产品具有质感细腻尧热稳定性较好尧耐急冷

急热尧不变形尧高耐磨尧高硬度等优点袁使得多晶微晶陶瓷

的耗损率大大降低遥一次烧生产的微晶玻璃陶瓷砖凹凸

立体效果明显袁版面图案更加丰富尧逼真袁其耐磨度和防

污性更优于传统的二次烧微晶玻璃陶瓷复合砖遥同时袁目

前所知的鹰牌炫彩野晶聚合冶烧成周期仅为90min袁其通过

采用新配方袁加快了微晶玻璃的析晶速度袁增大了微晶玻

璃的析晶量袁实现了随机炫彩晶粒色彩变幻的仿真纹理袁

色彩更绚丽尧图案更真实遥但是袁一次快烧技术对坯体高

表1某些产品在不同温度下的膨胀系数

线膨胀系数渊a

l

伊10冤

-6

温度坯体微晶底釉微晶釉

100益5.61494.86344.5782

200益6.02595.14455.0796

300益6.43535.45375.3979

400益6.82575.66075.6488

500益7.18735.85635.8522

600益7.89776.10366.179

700益7.66828.18848.7418

体膨胀系数渊a

v

伊10冤

-7

温度坯体微晶釉

100益168.45137.35

200益180.78152.39

300益193.06161.94

400益204.77169.46

500益215.62175.57

600益236.93185.37

700益230.05262.25

较高遥本实验所采用的坯体与釉的膨胀系数如表1所示遥

图1一次快烧多晶微晶陶瓷生产工艺流程图

4一次快烧多晶微晶陶瓷的工艺技术难点

及解决措施

渊1冤砖体变形

因为一次烧成技术中袁坯尧釉料和微晶玻璃熔块的烧

成是同时进行的袁因此袁烧成时不但要考虑坯体强度尧烧

成周期等因素袁更应着重考虑多晶微晶玻璃与陶瓷坯体

热膨胀系数的匹配性尧坯体的烧成收缩率和烧成曲线对

微晶产品的适应性等问题遥所以袁一次烧成微晶陶瓷产品

的平整度是制约成品率的关键难题之一遥

渊2冤表面针孔尧熔洞尧气泡等问题

一次烧成多晶微晶玻璃陶瓷复合砖的针孔缺陷是指

微晶玻璃层内存在的封闭气泡袁经表面抛光后出现开口

针孔袁针孔内藏污袁影响使用及装饰效果遥由于微晶熔块

颗粒间存在孔隙袁在烧结晶化温度下不可能全部排除袁因

此袁微晶玻璃内有气泡是必然的袁是由微晶陶瓷复合砖生

产工艺本身决定的遥我们只能有效地控制气孔的产生数

量袁使之达到我们需要的效果遥

渊3冤缩釉问题

缩釉即表面的微晶玻璃层与基体陶瓷层出现了分

.. All Rights Reserved.

离袁露出陶瓷坯体的现象袁其产生的原因是微晶熔块粒子

铺的很厚袁造成高温流动性不好遥

渊4冤烧成周期短

目前袁行业上现有的一次烧周期一般为120耀150min

左右曰二次烧微晶石的素烧时间为70耀110min袁釉烧时间

为120耀150min遥因此袁总体烧成时间比二次烧缩短了一

半袁节能效果显著遥但相对于鹰牌陶瓷的90min一次快烧

来说袁现有的120min一次烧技术仍有提升改进的空间遥

渊5冤有色高温析晶熔块配方

该熔块晶体在一般温度阶段不熔融袁只有到较高的

烧成温度时才会熔化析晶遥

渊6冤获得仿真纹理效果

可以增大微晶玻璃的析晶量袁以及多晶析晶熔块的

使用方法袁使其装饰面获得立体晶花效果尧有色晶核悬浮

效果袁以及多层次多晶花的炫彩仿真纹理遥

根据一次烧自身的工艺特点袁结合企业自身所研发

产品的工艺要求袁必须从原料尧坯釉料配方尧微晶熔块配

比尧工艺控制尧科学的烧成制度尧生产设备的特性尧质量管

理等方面相结合袁才能解决上述问题遥

渊1冤产品收缩不一出现的变形

产品变形的主要原因是多晶微晶玻璃与陶瓷坯体热

膨胀系数的不匹配袁以及坯体的烧成收缩率和烧成曲线

对晶聚合产品不适应等造成的遥微晶玻璃材料膨胀系数

一般较陶瓷材料膨胀系数小袁故应将瓷砖坯体的膨胀系

数调小袁使其与微晶玻璃层的膨胀系数一致遥否则将因膨

胀系数上的差异而造成两类材料的冷却收缩不一产生变

形遥因此袁设计烧成收缩率合适的坯体配方及制定合适的

烧制曲线袁这是该项目成功的关键所在遥

渊2冤产品出现的野凹冶尧野凸冶变形

在一次烧过程中袁坯体与釉渊微晶玻璃冤存在膨胀系

数差异大等问题时袁会导致产品变形遥如院当釉渊微晶玻

璃冤的膨胀系数大尧坯的膨胀系数小时袁砖会呈现野凹冶形曰

当釉渊微晶玻璃冤的膨胀系数小尧坯的膨胀系数大时袁砖体

会呈现野凸冶形遥针对此情况袁可考虑在两者间铺设一层保

护层袁即聚晶微粉层袁它可以起到缓冲保护的作用袁通过

对聚晶微粉层配比的调整袁以克服熔块尧釉面与坯体之间

膨胀系数差异大的问题袁其结构形式如图2所示遥

SiO65%耀70豫尧氧化铝AlO18%耀22豫尧氧化铁FeO0.1%耀

本文所采用的聚晶微粉层的化学成份为渊wt%冤院氧化硅

22323

0.3豫尧氧化钠与氧化钾混合物RO3%耀12%尧氧化钛TiO

22

0.1%耀0.5%尧氧化钙CaO0%耀1豫尧氧化镁MgO0%耀2%遥此方

2013年第4期渊第201期冤

佛山陶瓷

33

图2解决坯体与釉膨胀系数差异大的结构示意图

法在规模化生产上不建议轻易采用袁若一次烧成工艺中

冷却曲线控制稍有不当袁微晶熔块尧聚晶微粉层和坯体的

膨胀系数略有变动袁烧制出来后袁釉层内应力未能完全释

放袁既使放置多天后袁仍会有内应力释放造成坯层剥离遥

而目前在底釉与坯体中加入化妆土是最常用尧最稳妥尧最

普遍的方法袁通过化妆土来调节膨胀系数和烧成温度袁解

决变形尧龟裂脱皮和气孔等缺陷遥

渊3冤多晶微晶熔块烧制过程产生的针孔

在烧制过程中袁若高温均化时间不够袁在基础玻璃颗

粒中会有一定量的气泡遥这些气泡在玻璃颗粒烧结与晶

化过程中不可能完全被排除袁而会永久地存在于晶化颗

粒花纹的中心部位袁在研磨抛光后成为针孔袁出现在微晶

玻璃板材的表面遥因此袁要得到高质量的装饰板材袁必须

保证玻璃的烧制质量遥其解决方法为院微晶熔块配方中袁

不宜过多地使用钾尧钠尧硼尧铅等氧化物曰熔制温度不能太

低袁保温时间要长袁以便各种氧化物充分分解曰要注意晶

体物质与玻璃体的比例袁严格控制烧成曲线曰在微晶颗粒

半熔融状态下袁颗粒之间有一定的玻璃相时开始冷却遥

渊4冤晶化过程产生的针孔

当玻璃颗粒的烧结过程结束后袁便开始进入晶化阶

段袁CaO-Al系统玻璃所具有的表面易析晶袁其决

232

O-SiO

定了晶体首先从颗粒边界面开始生长遥当温度发生偏离

时袁过高的温度会使针孔中的气体出现体积扩大和上浮

现象袁而温度过低又将因液相产生量不足而造成表面凹

凸不平袁形成气孔或孔洞遥

渊5冤微晶熔块配方设计解决针孔尧气孔等问题

微晶玻璃和过渡层釉料的高温粘度要小袁并且还需

控制微晶熔块颗粒级配袁减少熔块颗粒间的气孔率袁以解

决烧成过程中产生的针孔和熔洞遥具体做法是院将一定粒

度的熔块细粉除去袁这样砖体中的空气将更容易尧更彻底

的排出袁使得砖体产生针孔尧熔洞的机率降至最低袁烧后

产品微观结构更加致密袁从而大大减少了微晶玻璃熔块

与陶瓷坯体在一次烧成时产生的毛细孔缺陷问题遥

.. All Rights Reserved.

34

FOSHANCERAMICS

Vol.23No.4渊SerialNo.201冤

另外袁还可以通过减少坯料配方的烧失量和改善生期缩短到90min袁节能效果显著提升遥优等品率可控制在

产工艺条件来控制砖坯中有机物的含量袁以减少坯料中

产生的气体遥通过制定合理的烧成曲线袁在适当的烧结尧

晶化温度下袁以及特定的工艺条件下形成表面致密的结节能量保守估计能达到2100t标煤以上遥

构层袁也可有效地减少一次快烧过程中带来的针孔问题遥

渊6冤调整坯料配比

合理的陶瓷生坯成份袁不但能保证陶瓷生坯具有足够

的强度袁还能与多晶微晶熔块有匹配的烧成温度尧匹配的三维立体仿真效果的新产品袁实现随机炫彩晶粒色彩变

热膨胀系数遥使其具有排气量小尧易氧化尧适合快速烧成等幻的仿真纹理袁色彩更绚丽尧图案更真实尧更丰富袁满足了

特点袁以减少对玻璃气孔的影响袁有利于缩短烧成周期遥人们追求美感的视觉享受遥

渊7冤坯体配方及工艺参数

在坯体的制备方面袁通过调整坯体的配方及工艺参

数袁使坯料具有可塑性好尧强度高尧易氧化尧硅铝含量较高尧

抗变形能力强尧烧成后强度高等特性遥同时袁调整坯体的热

膨胀系数袁使之与微晶熔块粒的热膨胀系数基本接近遥

68%耀73豫尧AlO17%耀23豫尧FeO0.5%耀1%尧TiO臆0.5%尧

本文所采用的坯体配方的化学成份为渊wt%冤院SiO

2

CaO0.8%耀1.2豫尧MgO臆2.5%尧KO臆2.5豫尧NaO1%耀3豫尧

烧失量3%耀4%遥

23232

22

渊8冤熔块配方

通过不同熔块配方袁加入特殊的催化剂袁利用不同种

类熔块熔点的先后差异袁以及多晶微晶玻璃有色微晶熔

块粒料始熔点温度较高的特点袁拟定科学的一次快速烧

成制度袁可使熔块烧结后相互渗透袁使坯体中的气体CO

SO

2

2

排放容易袁气孔少袁且不与釉上图案色彩发生反应遥借

尧

助相界尧颗粒表面尧裂纹表面等缺陷中的一种或几种来完

成非均匀有色熔块微晶成核袁增加析晶量尧晶花效果显

著尧减少玻璃相袁减少了结晶相与玻璃相之间的层次感袁

制备出色彩绚丽多变且纹理仿真程度高的炫彩产品遥从

而使玻璃层的硬度大大提高袁产品更加抗污耐磨的同时

保证了图案花纹的清晰遥

5总结

解决微晶玻璃熔块尧坯体与熔块之间的膨胀系数匹配

渊1冤通过调整有色析晶熔块与坯体的配方袁可有效

问题遥

尧有色高温析晶熔块理尧科学的烧成工艺尧烧成制度袁使得

渊2冤一次快烧微晶陶瓷由于采用新配方尧新工艺原

微晶陶瓷复合砖在原有120耀150min的一次烧成生产周

85%以上遥

渊3冤对比二次烧烧成技术袁一次烧节能效果更佳袁年

渊4冤采用新配方加快了微晶玻璃的析晶速度袁增大

了微晶玻璃的析晶量遥

渊5冤有色微晶熔块析晶技术的使用袁可制备出具有

[1]姚青山.一次烧微晶砖产品生产技术浅述[J].山东陶瓷,2012,4.

[2]李家铎,戴若冰.一次烧成工艺技术探讨[J].陶瓷,2006,9.

[3]蔡飞虎,冯国娟.陶瓷墙地砖生产技术[M].武汉理工大学出版,

2002,376-390.

[4]韩复兴,李小雷.一种新型微晶玻璃生产技术的探索[N].陶城报,

2007,7.

[5]韩复兴,李小雷.谈微晶玻璃熔窑的烤窑工艺[J].佛山陶瓷,2008,(3).

[6]林伟,陈贤伟,路明忠.一次烧微晶玻璃陶瓷砖的生产方法[P].专

利号:CN2.6.

[7]林伟,陈贤伟,路明忠等.微晶玻璃陶瓷复合砖[P].专利号:CN20

1120277380.5.

[8]梁桐伟.一种微晶玻璃-聚晶微粉-陶瓷复合砖[P].专利号:CN201

220226379.4.

.. All Rights Reserved.