新型抛釉轻质高强陶瓷板制备技术的研究与应用*

冉舰波

(佛山欧神诺陶瓷有限公司 广东 佛山 528138)

随着建筑陶瓷装饰技术的发展,陶瓷产品已广泛应用于政府机关大楼、机场、地铁、银行、宾馆、商业大厦、购物中心以及大型住宅等高级建筑的内外墙装饰。早期的建筑多采用湿贴工艺进行瓷砖的内外墙装饰施工[1]。然而,由于采用湿贴施工方式的瓷砖处于建筑物外表面,在风雨侵蚀加之地震和温度变化的作用下,易出现老化、松动和脱落现象,情况严重的可能造成大量的财物损失和人员伤亡。随着陶瓷生产工艺的改进,陶瓷板材具有了致密度高、抗折强度高、抗冲击性能好等特点。另外,陶瓷板在强度、吸水率、耐候性等方面也优于传统的石材幕墙用花岗岩和大理石材料,且色彩、图案、表面质感更加丰富多彩,并可人为控制。

目前市场上使用于幕墙系统的陶瓷板[2],厚度大多为12 mm,远远达不到高层建筑干挂系统使用要求,其容重大多为2.3～2.4 g/cm3,这对建筑负重是很大的负担,容易造成事故危险。此外,普通陶瓷板玻化程度高、吸水率低、刚性过强、易造成爆裂,从建筑物上脱落,造成危险。随着国家对建筑节能减排、建设低碳城市、发展低碳建筑的要求不断提高,高新节能、低消耗、环保低碳已是建筑行业的发展主题[3]。同时对质量、安全性、功能性的要求也越高[4]。因此,具有高强度、低吸水率、低导热系数同时,表面还具有大理石图案装饰效果的轻质高强陶瓷板就具有了广阔的市场。

笔者以新型抛釉轻质高强陶瓷板制备技术的研究与应用为研究方向,将坯体容重从欧神诺晶立方砂岩产品的≤1.3 g/m3加大至≤1.85 g/m3,增加了坯体抗折强度,产品性能符合2019年国家住建部《建筑用轻质高强陶瓷板》行业标准。

其次将坯体厚度做到20 mm,更有利于干挂工艺的实施。同时表面采用抛釉工艺抛成镜面效果,即增加了产品仿天然大理石的质感效果,同时还有利于安装后的清洁维护工作。

1 实验部分

1.1 实验原料

所用原料化学组成见表1,基础坯料化学组成见表2。

表1 原料化学组成(质量%)

续表1

表2 基础坯料化学组成(质量%)

底釉、抛釉化学组成见表3和表4。

表3 底釉化学组成(质量%)

表4 抛釉化学组成(质量%)

1.2 实验方案

抛釉轻质高强陶瓷板制备工艺流程如图1所示,工艺技术参数见表5。

表5 抛釉轻质高强陶瓷板工艺技术参数

图1 抛釉轻质高强陶瓷板制备工艺流程

2 实验结果与讨论

2.1 坯体配方的研究

常规陶瓷坯体密度在2.3～2.4 g/cm3,轻质砖的密度范围可以从＜1.0 g/cm3到2.0 g/cm3。但按2019年的建筑工业行业标准《建筑用轻质高强陶瓷板》[5],规定轻质砖的密度在1.75～1.95 g/cm3。这就要求坯体具有一定的发泡孔洞。本研究采用1 000～1 500目级的超细碳化硅材料做发泡剂,在抛光砖体系配方上略微调整(见表2),在配方料中加入0.06%～0.10%的超细碳化硅材料,并带料入球磨机。

首先,碳化硅的少量加入能有效控制发泡程度[6],从而保证坯体容重不至于过低,能达到行业标准要求。其次,带料入球有利于碳化硅材料在浆料乃至粉料中分散的均匀性,能保证在烧制过程中坯体发泡产生孔洞的均匀性,避免因发泡不均匀产生砖形畸变或是釉面不平整等缺陷而无法正常稳定生产(见图2)。最后,碳化硅加入量少有利于坯体强度不至于减少太多。相比采用抛光砖废渣的配方,成品的抗折强度与普通陶瓷砖相比基本没有降低,有些批次甚至还有明显的升高,能有效保证各场景的安全使用。

图2 多孔坯体断面微观结构

2.2 釉面配方的选择与优化

轻质坯体发泡产生蜂窝状孔洞,导致坯体的烧成收缩率小的特性,要求与其搭配的面釉延展性要好,膨胀系数要小,烧成后釉面无大的针孔,不龟裂、起皱。现有的其他轻质砖产品质量问题均在这一步,导致只能采用二次烧或是直接在坯体上打印或印刷图案,做成深色或是花岗岩类图案,同时表面只能是哑光或轻微处理的柔光效果,严重限制了设计图案的选择和装饰效果。本研究选择了一款低铝的超白面釉(见表3),该面釉能采用淋釉工艺,同时面釉还能适应较小的烧成收缩,不产生龟裂、橘皮起皱等缺陷(见图3),烧制后白度达到75°左右的超白面釉保证了面釉的白度,可以使得设计图案选择更多样,装饰效果更美观。

图3 表面微观结构

图4 抛釉轻质高强陶瓷板断面微观结构

2.3 工艺制度及烧制制度的优化

为了产品能稳定生产,对工艺制度及烧制制度的优化也很重要。工艺上优化控制流程,避免淋釉前坯体表面粉尘产生。烧制制度上,延长中前温温区,缩短高温区并后移(见表6),使坯体既能发泡又不致太过,同时表面釉面能够玻化,可以顺利进行抛光工艺操作。

表6 抛釉轻质高强陶瓷板烧制制度(200 m 窑取中间烧制带温度)

图5 抛釉轻质高强陶瓷板产品照片

综上所述,本研究通过对坯体配方、面釉及烧制制度进行优化,利用坯体配方中的超细碳化硅作为发泡剂使坯体产生蜂窝状孔洞,减小坯体密度;同时利用面釉优化的延展性封住坯体孔洞,搭配抛釉形成装饰层,搭配高精度喷墨机打印的大理石设计,优化烧成制度,达到了坯体吸水率低、具有一定蜂窝孔洞,且不降低坯体强度的效果。这种表面具有天然大理石装饰效果,坯体具有蜂窝孔洞的轻质镜面抛釉砖,打破了轻质砖没有镜面抛釉产品的历史。