梁鐸

（佛山市三水遠(yuǎn)然晶體材料有限公司，佛山　528000）

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金剛超平釉的生產(chǎn)工藝及硬度提高機(jī)理探討

梁鐸

（佛山市三水遠(yuǎn)然晶體材料有限公司，佛山528000）

“金剛超平釉”作為全拋釉的升級(jí)產(chǎn)品，無(wú)論在釉層質(zhì)感，還是解決拋光后水波紋的缺陷上都有著先天的優(yōu)勢(shì)。本文就筆者公司在幾家大型陶瓷企業(yè)中試金剛超平釉的一些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)難點(diǎn)入手，探討金剛超平釉的生產(chǎn)工藝難點(diǎn)，以及硬度改性等方面的技術(shù)問(wèn)題，為金剛超平釉的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，以及硬度耐磨度的提高提供相關(guān)的機(jī)理研究分析。

金剛超平釉；噴墨發(fā)色；硬度改性機(jī)理

1　引言

普通全拋釉普遍存在光反射“水波紋”、耐磨性差、花紋立體感弱、生產(chǎn)拋光容易穿釉等缺陷。目前眾多陶瓷企業(yè)與釉料企業(yè)聯(lián)手開(kāi)發(fā)金剛超平釉，也就是加厚透明釉層的全拋釉，采用硬磨塊拋光技術(shù)解決“水波紋”現(xiàn)象，加厚的釉層效果類似微晶石效果，但是更節(jié)省原料和生產(chǎn)成本，故有“金剛超平釉”的這一說(shuō)法。新開(kāi)發(fā)的“金剛超平釉”提高了釉面平整度、耐磨度，也使得瓷磚裝飾的圖案紋理更具層次感和生動(dòng)性。本文主要從物理化學(xué)角度去探討“金剛超平釉”的硬度改性問(wèn)題。

2　金剛超平釉的技術(shù)工藝討論

2.1金剛超平釉常用原料及組成

目前，市場(chǎng)上所流通的金剛超平釉主要為部分熔塊加生料組成的配方模式，其常用原料及化學(xué)組成如表1所示。

2.2金剛超平釉核心生產(chǎn)工藝參數(shù)

金剛超平釉是在普通全拋釉生產(chǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種硬度大，釉層較厚的透明釉，也是近幾年伴隨全拋釉和微晶石生產(chǎn)技術(shù)衍生出來(lái)的一種新型低成本、高質(zhì)感的“改性全拋釉”，通常吸水率控制在0.01%以下，其中，坯體大致化學(xué)組成和全拋釉類似，鋁含量略高，詳情如表2所示。相關(guān)制備工藝參數(shù)如表3所示。

通常情況下，金剛超平釉淋釉厚度為普通全拋釉的2～2.5倍，對(duì)釉漿性能有更高的要求，如：釉漿比重更高、流速更穩(wěn)定、更易烘干等。一般生產(chǎn)全拋釉的生產(chǎn)線都需要增加進(jìn)窯前的輔助干燥設(shè)備。

2.3金剛超平釉生產(chǎn)的難點(diǎn)和核心影響因素

2.3.1金剛超平釉的三大生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題

目前，許多釉料公司和陶企在試驗(yàn)“金剛超平釉”的過(guò)程中，備受“氣泡”、“磚形”、“防污”、“耐酸堿度”、“毛細(xì)孔”等問(wèn)題的困擾，難以兼顧眾多因素。超平金剛釉生產(chǎn)的工藝難點(diǎn)主要集中在：坯體高溫變形及排氣、厚釉層氣泡控制，以及窯爐燒成穩(wěn)定性這三個(gè)方面。超平金剛釉實(shí)際上是建筑陶瓷技術(shù)提升發(fā)展成熟的一個(gè)產(chǎn)品，對(duì)廠家坯體的質(zhì)量、釉面質(zhì)量，以及窯爐控制技術(shù)都有較高的要求。要穩(wěn)定生產(chǎn)保持較高的優(yōu)等品率，需要釉料配方、坯體配方，以及窯爐技術(shù)較好的搭配。筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中遇見(jiàn)肇慶一家陶瓷企業(yè)生產(chǎn)超平厚釉，其中連續(xù)一個(gè)月保持60%左右的優(yōu)等率，最終該廠不得不放棄生產(chǎn)該產(chǎn)品，究其原因在于廠家一天要保持12500 m2的產(chǎn)量，窯爐生產(chǎn)周期為60～65 min，加之剛從拋光磚轉(zhuǎn)向生產(chǎn)仿古磚，窯爐技術(shù)控制有欠缺導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，產(chǎn)品出現(xiàn)了熔洞、開(kāi)口氣泡，以及防污差等問(wèn)題是其降級(jí)的主要原因。因此，釉料的配方組成與陶企的坯體化學(xué)組成、窯爐燒成制度以及各工藝參數(shù)的配合，也是“金剛超平釉”產(chǎn)品穩(wěn)定、量化生產(chǎn)的前提條件。

表1　金剛釉釉料常用原料的化學(xué)組成（wt%）

表2　坯體的化學(xué)組成及含量

表3　金剛超平釉上線工藝參數(shù)（鐘罩式淋釉）

在“金剛超平釉”的研發(fā)過(guò)程中，極難解決釉層“厚”度和釉層“透”度之間的矛盾。一方面，“金剛超平釉”產(chǎn)品追求的就是釉層的厚度，以體現(xiàn)磚面飽和的色彩和頗具立體感的裝飾效果；另一方面，釉層厚度增加數(shù)倍，硬度要求較高，導(dǎo)致釉層高溫黏度大大增加，融熔溫度和熔平時(shí)間與產(chǎn)量的博弈問(wèn)題突出。金剛超平釉產(chǎn)品的淋釉量是普通全拋釉的2～3倍，水份、雜質(zhì)量增多，在高溫時(shí)排氣要比普通全拋釉困難，這要求釉料具有合適的高溫黏度和較寬的燒成范圍，這對(duì)釉料配方體系和窯爐燒成制度提出了更高的要求。在一定的高溫黏度下盡可能減少釉層中的氣泡量，同時(shí)又保證足夠?qū)挼臒煞秶@是設(shè)計(jì)金剛超平釉配方組成時(shí)的主要思路。

3.3.2 輸液加溫組在采取常規(guī)保溫措施的基礎(chǔ)上對(duì)輸入液體進(jìn)行加溫，來(lái)達(dá)到保溫作用。有研究報(bào)道，術(shù)中輸入大量與室溫等同的液體或輸血，每升冷晶體使體溫下降 0.25℃，2 單位血液使體溫降低 0.5℃［10］。因此，有人主張輸入接近人體溫度(37℃ ～38℃)的液體［11］。在靜脈輸液管道接上電子加溫儀，溫度調(diào)至37℃，對(duì)抗了因冷液體進(jìn)入體內(nèi)后吸收大量的熱量而引起體溫下降。本研究中輸液加溫組的患者體溫在整個(gè)手術(shù)過(guò)程中都能維持在正常體溫水平。由此可見(jiàn)，術(shù)中采取加溫輸入液體等措施，可有效維持手術(shù)患者的體溫恒定。但要嚴(yán)格控制輸血溫度，不能超過(guò)37℃，以免破壞血液成分［12］。

與此同時(shí)，“金剛超平釉”產(chǎn)品與燒成制度也息息相關(guān)，窯爐燒成溫度直接影響“金剛超平釉”生產(chǎn)穩(wěn)定性。在生產(chǎn)過(guò)程中，窯爐燒成曲線時(shí)有波動(dòng)，而“金剛超平釉”熔融溫度高，其對(duì)窯爐燒成溫度的敏感程度大大高于普通全拋釉。因此，極易出現(xiàn)針孔、凹釉、麻面等缺陷。如何控制好窯爐的面溫、底溫及燒成時(shí)間，保證足夠的溫度和時(shí)間來(lái)充分融平釉面、控制變形，也是在控制窯爐燒成制度時(shí)面臨的較大難點(diǎn)［1］。

此外，“金剛超平釉”產(chǎn)品入窯前的干燥和出窯后的拋光，也是“金剛超平釉”產(chǎn)品的重要影響因素?！敖饎偝接浴绷苡粤渴瞧胀ㄈ珤佊缘?～4倍，因而含水率極高，磚坯在入窯之前需要增加相應(yīng)的干燥設(shè)備、措施以及空間，最終把水份排出，避免入窯燒成時(shí)出現(xiàn)針孔、炸磚等問(wèn)題。拋光工藝也極其重要，制定出適合于金剛超平釉瓷質(zhì)磚的拋光工藝，調(diào)整硬性磨塊和彈性磨塊配比、壓力，才能得到更好地拋光效果。

2.3.2金剛超平釉的后期龜裂以及切割裂磚問(wèn)題

一般的研究表明，釉層越薄，釉的彈性越大，彈性越大就能夠補(bǔ)償坯體與釉層產(chǎn)生的應(yīng)力，也能夠補(bǔ)償機(jī)械作用產(chǎn)生的應(yīng)力。而厚的釉層就難以緩和坯體與釉層間因膨脹系數(shù)的差別而引起的應(yīng)力破壞作用。金剛超平釉由于有較全拋釉厚2～2.5倍的釉層厚度，因此而產(chǎn)生的后期龜裂，以及切割裂問(wèn)題應(yīng)該引起相關(guān)廠家的高度重視，控制好坯體和釉料的膨脹系數(shù)以及恰當(dāng)?shù)臒汕€是根治金剛釉產(chǎn)品后期龜裂及切割裂的根本方法。

3　金剛超平釉的硬度改性討論

3.1釉耐磨性能討論

一般情況下，陶瓷磚的釉面硬度與釉面的耐磨性成正比［2］，即磚的釉面硬度高，其釉的耐磨性好，釉面的表面硬度是釉料微觀化學(xué)組成在宏觀上的一個(gè)性能體現(xiàn)，不同的釉料配方，其釉面的耐磨性能是不一樣的，金剛超平釉的本身是一種透明玻璃態(tài)體中夾雜一系列的微觀晶體復(fù)合玻璃層，適度的晶體可以在保持釉料透明不影響花色的情況下，具有較好的耐磨度。金剛超平釉層中常見(jiàn)的晶體有鈣長(zhǎng)石、硅灰石晶體、莫來(lái)石晶體。一般鈣長(zhǎng)石、莫來(lái)石晶體在溫度高于1100℃，釉熔體開(kāi)始玻璃化時(shí)開(kāi)始形成，由于晶體透明度和光澤度高，可在不影響釉面的透光性的同時(shí)，提高釉表面耐磨和防滑性能，其透明釉體系仍然屬于CaO-Al2O3-SiO2體系［3］。

3.2釉層硬度改性討論

對(duì)于目前快速的燒成曲線制度，在配方的設(shè)計(jì)和選擇上尤為重要，盡量選取低燒失的原材料組織開(kāi)發(fā)配方，有利于減少高溫下釉層氣體產(chǎn)生和減少氣泡。

一般情況下高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和方石英其體積收縮大約在20%，而含有硅灰石的配方試驗(yàn)其體積收縮只有8%～9%。因此，含針狀硅灰石的坯料燒成收縮比較小，能滿足釉料燒結(jié)后的強(qiáng)度與韌性。同時(shí)，硅灰石可以有效地降低燒成溫度，縮短燒成周期。此外，硅灰石熔點(diǎn)溫度比較低，尤其在硅灰石與瓷坯中的堿-堿土成份結(jié)合時(shí)能進(jìn)行較低溫度燒成。一般在坯料中摻入10%～20%的硅灰石取代長(zhǎng)石、石英時(shí)，可將陶瓷制品的燒成溫度降低80～120℃。硅灰石最先引入到釉面磚坯料配方中，使其燒成熱能損耗由3600 cal/kg下降為1850 cal/kg。硅灰石具有良好的熱膨脹特性，它的熱膨脹系數(shù)隨溫度升高，呈直線性上升，非常有利于快速燒成的工藝要求，熱穩(wěn)定性好。因此，可以防止瓷質(zhì)磚的開(kāi)裂、微裂、破損和炸裂等缺陷［4］。

實(shí)踐表明，引入煅燒α-氧化鋁或者剛玉材料可以在一定程度上提升釉面的硬度和釉層抗熱震性。通常以長(zhǎng)石中的鋁源為主，不夠情況下，通過(guò)煅燒氧化鋁和白剛玉等制品引入氧化鋁，提高釉面硬度和熱震性［5］。

此外，引入含鋰的原材料，也可以在提高硬度耐磨度時(shí)，同時(shí)保持釉層高溫熔融體具有較低的黏度，利于釉層氣泡的排出和澄清。由于鋰的熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，所以后期產(chǎn)品切割加工不容易產(chǎn)生崩邊崩角現(xiàn)象。但是鋰原料相對(duì)價(jià)格較高也是很多公司不愿意采用的一個(gè)重要原因。

4　結(jié)論

（1）超平金剛釉料和普通全拋釉的生產(chǎn)工藝接近，對(duì)淋釉性能有更高的要求，選用較好的甲基添加劑有利于淋釉性能的穩(wěn)定，其透明釉的淋釉克數(shù)為普通全拋釉的2.5～3倍，太厚不利于釉層氣泡排出，容易產(chǎn)生坯體夾生、磚型二次變形等缺陷。另外，還會(huì)導(dǎo)致釉面拋光防污差、毛孔多等問(wèn)題的出現(xiàn)。

（2）超平金剛釉對(duì)坯體有一定的要求，要求坯體燒失量盡可能小，在成本能接受的情況下，坯體鋁含量的提高有利于生產(chǎn)磚型的穩(wěn)定，一般建議坯體鋁含量不低于21%。

（3）超平金剛釉需要釉料配方，坯體配方，以及窯爐技術(shù)較好的搭配，才能保持較高的生產(chǎn)優(yōu)等率，不同廠家生產(chǎn)原料、窯爐技術(shù)不盡相同，需要一定的生產(chǎn)摸索期才能找到較好的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)技術(shù)的平衡點(diǎn)，適合生產(chǎn)坯體穩(wěn)定和窯爐技術(shù)較好的廠家進(jìn)行該產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試。

（4）在1200℃大致一樣的燒成溫度下，超平金剛的釉料配方直接決定了釉面的硬度和耐磨度，引入燒失量小、硬度大的原材料、以及較合理的釉料熔劑搭配可以有效改善釉面的硬度。

［1］華夏陶瓷網(wǎng)，http：//www.chinachina.net/Info-Center/ArticleShow. asp ArticleID=50649［Z］.

［2］李家駒.陶瓷工藝學(xué)［M］.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

［3］王培銘.無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)［M］.北京：同濟(jì)大學(xué)出版社，1999.

［4］蔡克勤，張強(qiáng).硅灰石在陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用［J］.佛山陶瓷，2004（09）.

［5］陳艦，唐飛全.剛玉對(duì)陶瓷地磚釉面耐磨性能影響的研究［J］.東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（05）.

梁鐸，男，陜西省人，碩士，從事超細(xì)色料、微晶熔塊技術(shù)研發(fā)工作。