提高全抛釉瓷砖釉面硬度的研究

胡志敏

摘 要：随着人们住房条件的改善、装修档次的不断提高，全抛釉瓷砖以其釉面花纹图案丰富、光泽度佳等特点占据了家装瓷砖的半壁江山，受到无数消费者的青睐。伴随需求量的增大，质量要求也越来越高。本文概述全抛釉瓷砖釉面硬度的测量，从釉料配方组成、多元配方系统、添加硬质晶体等对全抛釉瓷砖釉面硬度的提高展开研究。

关键词：全抛釉;釉面;硬度;配方

1 前 言

全抛釉瓷砖具有良好的装饰效果，但是其釉面硬度较低，容易出现划痕，影响使用寿命。本文概述全抛釉瓷砖的釉面硬度分级方法。并通过分析影响有釉砖釉面硬度的因素，通过调整配方组成最终提高有釉砖的釉面硬度。

2 陶瓷砖釉面硬度的测量

硬度是固体物质抵抗多种施加外力后可能形成的永久形变能力的量度。常用的硬度表示方法有刻画硬度和压入硬度。陶瓷釉面测试硬度一般选用刻画硬度，即陶瓷产品的釉面硬度是指釉面能承受硬物刻画而不出现划痕的能力，实际测量中刻画硬度常用莫氏硬度来表示。1824年德国矿物学家莫斯首先提出并创立一种硬度表，如表1所示。它是一种利用矿物的相对刻画硬度划分矿物硬度的标准，硬度一共被划分为10级，每一级都由一种常见的矿物指代。在实际测试时，在未知硬度的矿物上选定一个平滑面，用表1中已知硬度的矿物中的一种对未知矿物进行刻画，如果在未知矿物上刻划出不可恢复的痕迹，则说明未知矿物硬度小于已知矿物;如果在已知矿物上出现划痕，则说明未知矿物硬度大于已知矿物。这种方法简单易用，缺点是区分度低。[1]

3 配方选择的理论依据

釉面的硬度主要取决于釉层的化学组成、矿物组成和显微结构，它们与釉层结构单元的键强、化学键数目和结构网络连接的紧密程度紧密相关。通常陶瓷釉中各组分间的共价键强度越低、网络结构越疏松，强度也越低;离子电价越低，正负离子的间距越大，离子配位数越小，硬度越低。通过改变优化釉料配方和化学组成可以在一定程度上影响釉面结构和釉面硬度，但同样对釉的黏度、表面张力、色度、光泽度等性能也会产生较大的影响，在实际生产中其工艺过程难以准确控制。

本文将从调整釉用氧化物含量入手，研究其对釉面性能的影响，达到提升硬度的目的。釉料中常用氧化物的作用如下：

二氧化硅在陶瓷釉料中起网络形成体的作用，增加二氧化硅含量会增加釉料的硬度。常用石英砂引入，二氧化硅能提高釉的高温黏度，提高釉的强度及烧结温度，能生成玻璃增加透光性，提高始熔点、强度、耐酸碱度。

三氧化二铝的加入也有利于硬度的提高，常用铝粉或高铝黏土引入，可提高釉的高温黏度、始熔点、硬度、耐酸碱度和稳定性，膨胀系数较低。

氧化锌，主要用工业氧化锌引入，助融效果好，烧成范围宽，膨胀系数小，适量加入能提高釉面的韧性，达到一定量后能增白消光。

氧化钾：一般由钾长石引入，熔剂的一种，烧成范围宽，稳定性较好，能降低釉的熔融温度和高温黏度。

氧化钠：一般由钠长石引入，助融效果好于钾长石，能降低釉的熔融温度和高温黏度，膨胀系数比钾长石大，烧成范围比钾长石窄。

常用的釉用氧化物中二氧化硅、氧化锌、氧化铝硬度靠前，氧化钾和氧化钠的硬度靠后。本文选取二氧化硅、氧化锌、氧化铝为研究变量。[2、3]

此外，选择釉料原料时应尽可能避免采用波动大的原材料，而选取使用部分熟料、快烧料和烧失少料为宜。比如：煅烧氧化锌、刚玉、硅灰石、烧滑石、透辉石、熔块等，以加快反应和减少挥发组分排出、减少气相残留。如原料中铁、钛含量过高，会造成釉层透明度下降、色调变化等问题，因此要尽量使原料纯化。且在搅拌等工序须按照一定的技术操作规程进行操作，避免混入杂质。[1]

4 实 验

4.1 实验原料及设备

4.1.1 实验原料

实验釉用原材料的化学组成见表2。

4.1.2 实验设备

主要实验设备为：快速球磨机、实验球磨罐及球石、烘箱、刮釉器、硬度笔。

4.2 实验配方设计及效果分析

制备这种具有高硬度的抛釉是施釉在已布完面釉和印花后的砖坯表面。结合前文概述的有釉砖的釉面硬度的检测方法及影响釉面硬度的因素，下面就通过调整抛釉配方来提高全抛釉砖的釉面硬度。

4.2.1 氧化铝的影响

釉料中的氧化铝主要以黏土、长石、氧化铝等引入，是形成釉的网络中间体，既能与二氧化硅结合也能与碱性氧化物结合，氧化铝能改善釉的性能，提高化学稳定性和硬度。刚玉是所有氧化铝中最稳定的物相，表现为熔点高、硬度大、结构紧密、机械强度高等特点。根据资料分析，结合生产经验设定配方如表3。

根据配方称料，2倍配方量加入球磨罐，球磨后过100目筛，通过刮釉的方式刮在喷墨打印图案上，经过60min烧成，烧成后得到的样品如图1所示。

配方一：抛釉透感较好，硬度笔测4级无划痕、5级有划痕;

配方二：抛釉透感较好，硬度笔测4级无划痕、5级有划痕;

配方三：抛釉釉面有发白现象、不够透，硬度笔测 5级无划痕、6级有划痕;

配方四：抛釉釉面发白较严重，透感较差，硬度笔测5级无划痕、6级有划痕。

实验结果对比发现：随着刚玉含量的增加，硬度会提高。但随着釉料温度逐步升高，釉面透明感变差、发朦发白。配方三最佳。

4.2.2 二氧化硅的影响

二氧化硅主要以石英矿引入，另外黏土、长石也可引入一部分，在釉料中作为网络形成体，在透明釉中一般含量在50%左右。二氧化硅可以提高釉料的熔融温度，硬度。适度增加含量可提高釉的透明性、化學稳定性。根据前面的实验结果，设计配方如表4，烧制后得到样品如图2所示。

配方一：抛釉釉面透感较好，硬度笔测5级无划痕、6级有划痕，但釉面抛后有毛孔，记号笔测防污有痕迹;

配方二：抛釉釉面透感较好，硬度笔测5级无划痕、6级有划痕，但釉面抛后有较多毛孔，记号笔测防污痕迹严重;

配方三：抛釉釉面透感很好，硬度笔测6级无划痕，但釉面抛后有较多毛孔，记号笔测防污痕迹严重。

实验结果对比发现：随着石英含量的增加，硬度会提高。抛釉透感会变好。但随着石英含量的增加，釉料高温难熔、毛孔增多。综上，配方一最佳，但毛孔和防污仍需改进。

4.2.3 氧化锌的影响

氧化锌是直接以煅烧氧化锌的方式引入釉料之中。氧化锌可以使釉易熔，降低高温釉的烧成温度，对釉的力学强度、熔融性能均能起到良好的作用，可增加釉的成熟温度范围。设计配方如表5，烧制后得到样品如图3所示。

配方一：抛釉釉面透感较好，硬度笔测5级无划痕、6级有划痕，但釉面抛后有毛孔，记号笔测防污有痕迹;

配方二：抛釉釉面透感较好，硬度笔测5级无划痕、6级有划痕，但釉面抛后毛孔比较少，记号笔测防污无痕迹;

配方三：抛釉釉面透感较好，硬度笔测5级有划痕，但釉面抛后毛孔较少，记号笔测防污无痕迹;

实验结果对比发现：氧化锌对抛釉有较好的助熔效果，可减少釉层气泡，提高抛釉的防污性能。综上，配方二最佳，即为最终配方。

5 结 论

本文通过调节配方中刚玉、石英、氧化锌的含量来获得釉面效果较佳的抛釉砖，通过实验发现，最佳配方为：钾长石30、白云石5、烧滑石10、透辉石10、硅灰石4、硫酸钡11、氧化锌6、石英8、高岭土6、刚玉8、熔块A 6，在此配方下可获得抛釉釉面透感较好、硬度5级、釉面抛后毛孔较少、记号笔测防污无痕迹的抛釉砖。

参考文献

[1] 胡俊. 提高陶瓷砖釉面硬度的途径[J]. 佛山陶瓷， 2012， （02）：10-16.

[2] 氧化物在陶瓷中的作用.百度文库.https：//wenku.baidu.com/view/59e90c19fad6195f312ba620.

[3] 戴长禄，杨勇，杨明.锆在建筑陶瓷坯体、釉料及微晶玻璃中的作用与影响[J].佛山陶瓷，2011（3）：30-33.