彩色立体析晶砖的关键技术研究

肖春燕，吴志坚，廖花妹

（佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司，佛山　528000）



彩色立体析晶砖的关键技术研究

肖春燕，吴志坚，廖花妹

（佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司，佛山528000）

本论文主要介绍了含有大片状熔块的彩色立体析晶砖制备过程中的关键技术，从工艺流程出发，介绍了彩色立体析晶砖生产成功最基础和重要的片状熔块布料方法。同时也详细的介绍了生产工程中最常见的砖体变形和气泡问题及解决方法。

大片状熔块；布料方法；气泡；砖体变形

1　前言

微晶砖是由微晶玻璃与陶瓷基体复合而成的建筑装饰用饰面材料，起步至今约十多年，虽然发展时间不长，但由于其吸水率低、耐污染、耐酸碱度高的理化性能；以及质地细腻、色彩丰富的装饰风格令市场前景持续看好。据不完全统计，目前国内微晶玻璃陶瓷复合砖的市场年需求量在1300万m2以上，且呈逐年上涨的趋势，说明该产品具有较广阔的市场。

鹰牌陶瓷于2009年开始研发一次烧成微晶砖，2011年8月集耐磨、立体、环保等多性能于一体的全行业首款一次烧成微晶玻璃陶瓷复合砖上市！开启了一次烧微晶石新的里程。发展至今，现有技术中一次烧成微晶砖已经由最初的120 min降低到90min快烧，也有当初细粉状熔块装饰拓展到后面的颗粒状或粉状一起布料装饰，从最初的透明熔块到后面的彩色熔块，一次烧微晶砖产品已经开发出了两代。

本文主要探讨加入大片状熔块的一次烧成微晶砖生产方法，开启了一次烧“晶聚合3.0”产品。

2　彩色立体析晶砖的关键技术

2.1彩色立体析晶砖的工艺流程

彩色立体析晶砖的工艺流程如图1所示。

图1　彩色立体析晶砖生产工艺流程

2.2片状熔块的布料方法

在之前的微晶陶瓷复合砖的生产工艺中，微晶熔块都是采用颗粒状及粉状熔块。由于颗粒状和粉状熔块流动性较好，通过瀑布式铺料设备即可实现均匀布料，铺料设备由料斗结合双层宽幅度皮带机组成，熔块粒料从料斗中流下分散到上层皮带上，然后如瀑布般约100mm的落差到下层皮带机的瓷砖表面，形成熔块粒料层，布料量由皮带走速控制。

彩色立体析晶砖产品中的立体彩晶熔块是由两种及以上的有色微晶熔块按一定比例混合而成，并且必须含有不规则片状熔块，不规则片状熔块的厚度为0.2～5mm，不规则片状熔块的最大对角线长度为0.5～10 cm。采用普通的布料方式会使片状熔块容易重叠，很难实现布料均匀性。因此，本项目发明了一种片状熔块的布料装置，通过片状熔块的布料方法来说明片状熔块布料原理。

一种片状熔块的布料方法，步骤依次包括：A、将片状的熔块倒入料斗内；B、熔块落入到输送皮带上，经由输送皮带向上运输；C、熔块从输送皮带的末端落入到第一级均分装置上的皮带上；D、第一级的均分装置上的滚筒耙将皮带上的熔块分散开，然后被分散开的熔块落入到第二级的均分装置上；E、熔块在第二级的均分装置上再次被滚筒耙均匀分散，然后从第二级的均分装置的皮带上落入到砖坯上。为了使得均匀效果更好，可以多加一个或多个的均分装置，同时对均分装置的运转速度做调整。

2.3砖体变形产生的原因

彩色立体析晶砖与普通微晶玻璃的不同之处在于：彩色立体析晶砖是有色的，不透明的，而普通微晶玻璃是透明的，出窑时彩色立体析晶砖产品的变形大，从而影响抛光后版面效果的变化，严重时会出现浅色边而造成阴阳色，因此砖形成为彩色立体析晶砖生产的关键技术难点之一。

产品变形即产品的平整度超出标准要求。变形分为抛光变形及滞后变形两种。抛光变形即抛光后成品的变形。滞后变形是指成品经过放置一定时间后，由于内应力的释放而使平整度又发生变化从而超出标准要求。滞后变形严重影响终端客户的使用效果及装饰效果，危害极大。因此，在生产中应充分考虑并避免滞后变形的出现。滞后变形产生的主要原因是砖坯烧成时吸水率过高或冷却制度不合理造成表面层与底面层内应力差大。变形缺陷产生的原因有：

（1）彩色熔块与陶瓷坯体膨胀系数不匹配；

（2）烧成冷却制度不合理，产生半成品变形；

（3）各种熔块布料不均匀；

（4）素烧砖坯厚度不均匀；

（5）抛光导致变形加大，使用的磨块级配不合理；

（6）烧成中应控制晶体的析晶量，保证合适的膨胀系数。

产生变形的主要原因是彩色熔块与陶瓷坯体热膨胀系数的匹配性、坯体的烧成收缩率和烧成曲线对彩色立体析晶砖的适应性等。通过数十次的上线中试，最终摸索、制定出合理、科学的窑炉烧制曲线。最高烧成温度为1210±5℃，烧成周期160min左右。通过设计合理的微晶熔块配方使它的膨胀系数与坯料配方的膨胀系数相近、设计烧成收缩率合适的坯体配方及制定合适的烧制曲线，这也是研究成功的关键之一。

2.4表面针孔（或熔洞）问题及解决方法

一次烧彩色立体析晶砖的针孔缺陷指微晶玻璃层内存在封闭气泡，经表面抛光后出现针孔，针孔内藏污，影响使用及装饰效果。由于微晶熔块颗粒间存在孔隙，在烧结晶化温度下不可能全部排除，因此微晶玻璃内有气泡是必然的，是由微晶陶瓷复合砖生产工艺本身决定的。我们只能有效地控制气孔的产生数量和大小，使之达到我们需要的效果。原因主要如下：

（1）立体彩晶微晶熔块烧制过程产生的针孔

在烧制过程中，若高温均化时间不够，在基础玻璃颗粒中会带有一定量的气泡，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，而会永久地存在于晶化颗粒花纹的中心部位，在研磨抛光后成为针孔，出现在微晶玻璃板材的表面，因此要得到高质量的装饰板材，必须保证玻璃的烧制质量。解决方法：微晶熔块配方中，不宜过多地使用钾、钠、硼、铅的氧化物，熔制温度不能太低，保温时间要长，以便各种氧化物充分分解；要注意晶体物质与玻璃体的比例，严格控制烧成曲线，在微晶颗粒半熔融状态下，保持颗粒之间有一定的玻璃相就要开始冷却。

（2）烧成过程产生的针孔

对于应用一次烧成法生产彩色立体析晶砖，玻璃颗粒的烧制过程非常关键。开始时，玻璃颗粒接触处的粒子产生迁移，会形成颈部，直至颈部互相冲突。随着颈部的生长，颗粒会重新排列，此时气泡位于颗粒与颗粒之间所包围的顶点，气泡之间相互连通，形状复杂。进一步的物质迁移，会使连通气泡发生收缩，形状发生变化，此时连通气泡被切除，成为孤立气泡。通过对已完成烧结过程的样品观察，大多数的气泡均在玻璃颗粒交界处存在。

为了使晶核大量产生，需要尽量增大单位体积，采用不同力度级别的微晶熔块颗粒，这样颗粒之间的空隙就会产生，不可避免地有空气储存在颗粒之间，如果工艺控制不当，就会产生气孔，这种气孔的形态是圆形的，有大有小，一般内层与底层看到的气孔是比较典型的颗粒之间的气孔。解决的方法：要控制好微晶熔块颗粒级配比，太细了熔点会偏低，还没有排完气体，就封闭了表面，再排气时就容易产生气孔，太粗则提高了烧成温度，大颗粒未熔融，使表面凹凸不平，抛光后就容易看到气孔了。最重要的是控制好烧成曲线，在始熔点之前要尽量排完气体，要使颗粒体积及收缩缓慢地进行，窑炉不能有空气进入，微正压烧成。

（3）晶化过程产生的针孔

当玻璃颗粒的烧结过程结束，便开始进入晶化阶段，CaO-Al2O3-SiO2系统玻璃所具有的表面易析晶特性决定了晶体首先从颗粒边界面开始生长。当温度发生偏离时，过高的温度会使针孔中的气体出现体积扩大和上浮现象，而温度过低又将因液相产生量不足而造成表面凹凸不平，形成气孔或孔洞。

（4）外来杂质和气氛产生的针孔

在生产过程中,可能会引起针孔产生的杂质有：耐火材料的粉粒、微晶熔块粒料在运输过程中掺入的粉尘、铁锈或有机物小颗粒、烧结过程中从风管吹入的铁锈及其它杂质等。在有杂质粉粒存在的微晶熔块粒料中，烧成窑内的气氛也会对微晶陶瓷复合砖上的气泡和针孔产生严重的影响。在适当的烧结、晶化温度，以及特定的工艺条件下才能形成表面一层无针孔的致密层。如何保证致密层的形成且尽量加深致密层是一个综合的系统工程。

（5）砖坯中气孔的产生

由一次烧彩色立体析晶砖工艺流程得知，我们这次是通过多层布熔块的工艺，烧成是晶体化。由于坯体中含有的有机盐、无机盐，另外，粉料中颗粒状的杂质（如铁质、未磨细的残渣颗粒），将产生比较大的气孔或气泡。所以，在配方中尽量少用有机、无机盐较多的原料，烧失量控制在5%以下；原料制备过程中，控制好泥浆的细度，一般为0.8～1.2（250目筛余）；严格控制过筛除铁工序，采用磁力较大的除铁器；喷雾塔粉料运输过程中，要加强工艺控制，严防杂质的混入；在烧成过程中，要增加氧化时间，以有利于碳酸盐、硫酸盐的充分分解氧化。

综合来说，引发针孔主要是三个方面的原因：各种熔块本身携带气孔，熔块大小的粒度配比在烧成过程中产生，还有就是坯体还有机物质多排期不完全。所以关键是合适的彩晶熔块配方的设计。要求彩晶玻璃和过渡层釉料的高温粘度要小，并且还需通过控制彩晶熔块颗粒级配，减少熔块颗粒间的气孔率来解决减少彩晶玻璃熔块在烧成过程中产生的针孔和熔洞。具体做法是将一定粒度的熔块细粉去除。这样砖体空气排出更容易、更彻底，将砖体产生针孔、熔洞的机率降至最低，烧后产品微观结构更加致密，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。另外，还需通过减少坯料配方的烧失量和改善生产工艺条件来控制砖坯中有机物的含量，尽量减少坯料中产生的气体的机会。

3　结论

本文主要探讨了彩色立体析晶砖生产成功最重要的创新是片状熔块布料方法和最常见的砖体变形和气泡问题解决方法。得到的产品由于由多种不同形状和颜色的熔块组成，不同颗粒大小的晶体之间能够相互扩散及渗透，熔块粉在坯体表面分布得更加均匀，令晶体渗透界面模糊和不均匀化，实现了纹理过渡自然仿真效果，从而使坯体在烧成过程中砖形更易得到控制，且产品的色彩更加均匀。

［1］廖花妹,吴志坚,范新晖.一种彩色立体析晶微晶砖的制备方法［J］.佛山陶瓷,2016,234（1）：36～37.50.

［2］范新晖,周子松,廖花妹.一次烧微晶砖产品生产技术浅述［J］.佛山陶瓷,2013,201（4）：31`34.

［3］姚青山.一次烧微晶砖产品生产技术浅述［J］.山东陶瓷,2012,35（4）：34～35.38.