國內陶瓷巖板發(fā)展現狀的研究分析

鐘偉強

（馬可波羅控股股份有限公司）

0 引言

陶瓷巖板起源于歐洲，由意大利和西班牙傳入中國，近幾年在我國發(fā)展迅速，并具有良好的市場前景以及發(fā)展空間，而陶瓷企業(yè)逐漸加大了對陶瓷巖板的研發(fā)工作，并推出各種款式的產品。陶瓷巖板的主要原料為黏土和其他無機非金屬材料，通過制粉、成型以及高溫燒成等工藝，生產出具有良好的機械加工性能的板狀陶瓷材料。通常情況下，陶瓷巖板的規(guī)格尺寸較大，最大規(guī)格可達到2400mm×3600mm，最小也有900mm×1200mm，并且厚度范圍較廣，最薄的僅有3mm，最厚的則有20mm[1]。相關研究表明陶瓷巖板的產品品質主要受到原材料配合比、加工工藝、生產設備等因素的影響[2-5]，而目前關于陶瓷巖板發(fā)展現狀的研究分析較少。鑒于此，本文將圍繞陶瓷巖板的性能特點、用途、性能影響因素、生產工藝、儀器設備、相關標準以及專利等方面進行闡述，通過對陶瓷巖板發(fā)展現狀的研究分析，以期為科研院所、相關企業(yè)對陶瓷巖板的研發(fā)工作提供參考作用。

1 陶瓷巖板的性能特征分析

1.1 陶瓷巖板的性能特點及用途

陶瓷巖板作為一種新型瓷質建筑材料，與陶瓷磚等傳統(tǒng)材料相比具有以下特點：

⑴安全衛(wèi)生，能夠與食物直接接觸，無有害、輻射等問題；

⑵具有良好的防火耐高溫性能，防火性能A1 級的產品即使遇到2000℃的明火也不會發(fā)生物理、化學變化；

⑶良好的抗污性能，低滲水率使得污漬難以滲透，減少細菌滋生；

⑷莫氏硬度達到6 度以上，使其耐刮磨性能好；

⑸優(yōu)異的耐腐蝕性能，能夠抵抗各種酸、堿溶液的侵蝕；

⑹陶瓷巖板表面容易清潔，利用濕毛巾擦拭即可清理干凈；

⑺可根據需求，設計不同的紋理，并且陶瓷巖板具有良好的機械加工性能，在鉆孔、打磨、切割時更方便。

由于陶瓷巖板具有以上的特點，因此極大地豐富了適用范圍，例如電視背景墻、地面、墻面采用陶瓷巖板可提升空間美感，如圖1(a)；櫥柜臺面、灶臺、桌面、茶幾表面采用陶瓷巖板，熱鍋等高溫物體可直接置于其表面，同時清潔方便以及能夠有效防止細菌滋生，如圖1(b)；潮濕區(qū)域如衛(wèi)生間地面、盥洗臺等采用陶瓷巖板可解決衛(wèi)生死角出現的霉變、異味等問題，如圖1(c)。

圖1 陶瓷巖板的應用

1.2 陶瓷巖板的性能影響因素

陶瓷巖板因其良好的性能而備受青睞，有諸多研究人員探索了其性能的影響因素。龍煜明[2]等通過探究氫氧化鋁添加量、莫來石添加量、球磨時間、燒成溫度和保溫時間等因素對陶瓷巖板抗折強度的影響，得到如下結論：

⑴各因素對抗折強度的影響主次順序依次為燒成溫度、氫氧化鋁添加量、莫來石添加量、球磨時間和保溫時間；

⑵由于原料中含有少量雜質，過燒后氣孔率提高，導致抗折強度發(fā)生顯著降低，而添加氫氧化鋁則改變了鋁硅比，提高了抗折強度；

⑶當燒成溫度為1200℃、氫氧化鋁添加量為8%、莫來石添加量為1%、球磨時間為1.5h 以及保溫時間為20min 時，樣品強度可達到112.8MPa，比空白組提高了107.4%。

馬杰[6]等研究了外加氧化鋁粉體對陶瓷巖板坯體白度和抗折強度的影響，結果表明，氧化鋁粉體的粒徑是陶瓷巖板坯體白度的主要控制因素，并且粒徑越小，白度越高，而氧化鋁粉體中α-Al2O3含量較高時可提高陶瓷巖板坯體的抗折強度。賴文琦[7]等探索了薄型陶瓷巖板釉面質量的影響因素，結果顯示乳濁釉的配方(wt.%)為：鉀長石12.5、鈉長石12.5、硅酸鋯10、高嶺土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化鋅5、氧化鋁2、滑石6.5，并且當釉厚度約為0.35mm，燒成溫度為1200℃，保溫時間為30min 時，陶瓷巖板高亮白釉面效果。胡志敏[3]等通過分析陶瓷巖板坯體、面釉、柔光釉的配方，同時提升施釉、噴墨等工藝，最后得到釉面性能良好的柔光自然面陶瓷巖板；另一方面，研究顯示柔光自然面陶瓷巖板的生產缺陷主要為落臟，以及伴隨少量磚渣和釉料雜質，通過在干燥、釉線、底漿上設計相關措施，減少落臟，可降低生產缺陷。

上述研究人員的研究表明，陶瓷巖板的抗折強度、白度、釉面質量等性能受到諸多因素的影響，其中內因包括原材料質量、配合比方案、燒成溫度等，而外因則包括工藝技術、生產缺陷等。

2 生產設備特點及現狀分析

2.1 壓板設備

陶瓷巖板主要是利用壓機施加作用力將陶瓷粉料壓實，得到致密的巖板生坯，粉料成型工藝可分為連續(xù)輥壓、皮帶干壓和模腔干壓，其中模腔干壓成型工藝制備的生坯具有內應力小、收縮率小、重復性好、尺寸精度高等特點。通常情況下，陶瓷巖板壓機的壓制力在105kN以上，模腔成型陶瓷巖板壓機的整機重量可達到幾百噸。

陶瓷巖板的規(guī)格尺寸遠大于普通陶瓷材料，同時還需要保證陶瓷巖板具有良好的硬度、抗折強度、抗?jié)B性等，因此對于陶瓷巖板的壓機提出了更高的要求，研發(fā)人員在研發(fā)壓機時遇到諸多難題：

⑴由于整機重量大，采用整體式機架不利于運輸，研發(fā)人員將機架分成12 片板框，雖然方便了起吊、運輸，但各個板框如何精準定位組裝以及板框承載的均勻性則是研發(fā)過程中的難點，此外壓機的主缸系統(tǒng)設計亦是難點；

⑵壓機的液壓系統(tǒng)存在流量大、慣性大、滯后性強、控制精度低、魯棒性差等問題，因此動梁的升降控制、主缸壓力的加壓控制、頂出機構定位控制等均為研發(fā)的難點問題；

⑶裝換模具的重量通常超過10 噸，超出叉車工作量程，因此對于特定裝換模具或輔助工具的研發(fā)亦是研究的重點[4]。

2.2 高溫燒成設備

陶瓷巖板在生產過程中需要經過1200℃的高溫燒成，并且陶瓷巖板因其規(guī)格尺寸大的特性，對窯內溫差、冷卻控制、傳動走磚等關鍵技術具有嚴格要求。熊亮[5]等指出陶瓷巖板在高溫燒成過程中需要合理控制磚坯冷卻、減小截面溫差、保證走磚平直以及降低能耗等問題。針對以上問題，某公司設計研發(fā)的陶瓷巖板燒成設備具備以下特點：

⑴采用節(jié)能型蓄熱式燃燒組合結構，緩解了設備內部空氣過剩系數大、能耗高的問題；

⑵設計高效接力回收冷卻的余熱系統(tǒng)，具有冷卻熱風“零排放”、節(jié)能且無熱污染的優(yōu)點；

⑶設計了分區(qū)精準控制的燃燒技術和結構，使得不同溫區(qū)的燒嘴燃燒狀態(tài)基本一致；

⑷研發(fā)熱管式換熱器，有利于回收煙氣的熱量、減少熱污染、降低燃耗；

⑸具有耐火保溫結構，避免窯體外表溫度過高的情況；

⑹冷卻技術的研發(fā)，有助于消除坯體應力、解決冷裂問題；

⑺橫向進磚、高強輥棒等技術的運用，有效解決走磚問題，提升產品合格率。

2.3 加工設備

陶瓷巖板具有良好的機械加工性能，但由于陶瓷巖板面積大、硬度大的特性，使得陶瓷巖板在加工過程中存在技術難點，解決切割裂問題，如加工圓孔、異形孔的崩口質量問題是提升陶瓷巖板加工工藝的關鍵，因而加大對陶瓷巖板加工設備的研發(fā)則尤為重要，有研究人員指出柔性化、數據化、智能化是陶瓷巖板加工設備的發(fā)展方向[8]。目前，有相關企業(yè)將發(fā)展方向轉移至陶瓷巖板加工設備的研發(fā)中，例如佛山永達機電、科特機械、眾立機械等企業(yè)圍繞陶瓷巖板產品的加工研發(fā)了一系列設備，例如五軸加工中心、五軸橋切機、五軸水刀機、巖板專用倒邊機、巖板專用雙刀橋切機等[9]。

此外，有研究人員研究了旋轉超聲刀柄對陶瓷巖板轉孔加工工藝的影響，以小孔入口崩邊程度作為小孔加工質量評價指標，探索了不同主軸進給速度、主軸轉速、電源電壓與陶瓷巖板小孔加工質量之間的關系，結果如圖2 所示。圖中結果顯示相較于傳統(tǒng)轉孔，超聲輔助鉆孔能夠明顯降低陶瓷巖板的崩邊指標；另一方面，圖中結果也表明崩邊指標隨著進給速度、電源電壓以及主軸轉速的增加，分別呈現增加、降低和降低的變化趨勢，并且崩邊指標隨進給速度增幅遠低于電源電壓以及主軸轉速造成崩邊指標的降幅[10]。

3 陶瓷巖板相關標準與專利的現狀分析

3.1 陶瓷巖板相關標準的分析

現階段我國關于陶瓷巖板的相關標準如表1 所示，標準的發(fā)布時間集中在近幾年，其中主要以團體標準和企業(yè)標準為主，而國家標準目前正處于起草階段，現行標準規(guī)定了陶瓷巖板的術語、定義、分類、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等內容。

表1 我國陶瓷巖板相關標準現狀

有研究人員及行內專家指出陶瓷巖板相關標準的制定能夠讓企業(yè)按照標準生產，有助于提升產品質量，提高產品的附加值，促進陶瓷企業(yè)的轉型升級以及促進中國陶瓷行業(yè)在技術、設備、管理、環(huán)保等多方面的進步；另一方面，在制定陶瓷巖板標準時，應充分檢測陶瓷巖板的各項指標，收集數據并逐步完善檢測方法與儀器；在生產過程中不斷完善、總結技術參數；根據產品的實際使用狀況，收集相關應用數據，修改相關技術指標；加強團體標準之間的交流以及中外企業(yè)之間的交流，促進陶瓷行業(yè)的發(fā)展以及國際標準的制定[11]。

3.2 陶瓷巖板相關專利的分析

陶瓷巖板作為一種新型瓷質建筑材料，諸多科研院所、相關企業(yè)對其展開了大量的研究工作。圖3 展示了近三年關于陶瓷巖板相關專利的申請及授權數量，其中2022 年的專利數量截止至8 月，可以發(fā)現陶瓷巖板相關專利的授權數量呈現增加趨勢，2021 年專利申請數量遠多于2020 年，而截止至2022 年8 月，目前專利申請數量較低，這是由于部分已申請的專利尚未對外公布，表明近些年來科研院所及相關企業(yè)逐步加大了對陶瓷巖板的研發(fā)力度。

圖3 近三年陶瓷巖板專利申請數、授權數情況

4 結論

通過從陶瓷巖板的性能特點、用途、性能影響因素，生產設備的研究分析，相關標準的制定及相關專利的申請、授權等方面研究分析了陶瓷巖板的發(fā)展現狀，主要得到以下結論：

⑴陶瓷巖板具有耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿、耐菌、易清潔等特點，在一定程度上擴大了其適用范圍；陶瓷巖板的性能受到原材料質量、配合比、燒成溫度、保溫時間、工藝技術、生產缺陷等多因素的影響。

⑵由于陶瓷巖板尺寸規(guī)格大、厚度范圍廣的特點，以及具有良好的可機械加工性能，因此對相關儀器、生產設備提出了更高的要求，加強對儀器、設備的研發(fā)有利于生產出品質優(yōu)良的陶瓷巖板產品。

⑶有關部門在近幾年發(fā)布了陶瓷巖板的團體標準及企業(yè)標準，同時國家標準正在起草中，標準的制定有助于優(yōu)化陶瓷巖板的生產工藝、提升陶瓷巖板的品質，以及促進陶瓷行業(yè)的進步；近三年相關專利的發(fā)展狀況顯示出科研院所及相關企業(yè)更加注重對陶瓷巖板的研發(fā)工作，有利于企業(yè)的轉型升級。