国内陶瓷岩板发展现状的研究分析

2022-12-01钟伟强

广东建材 2022年11期

钟伟强

（马可波罗控股股份有限公司）

0 引言

陶瓷岩板起源于欧洲，由意大利和西班牙传入中国，近几年在我国发展迅速，并具有良好的市场前景以及发展空间，而陶瓷企业逐渐加大了对陶瓷岩板的研发工作，并推出各种款式的产品。陶瓷岩板的主要原料为黏土和其他无机非金属材料，通过制粉、成型以及高温烧成等工艺，生产出具有良好的机械加工性能的板状陶瓷材料。通常情况下，陶瓷岩板的规格尺寸较大，最大规格可达到2400mm×3600mm，最小也有900mm×1200mm，并且厚度范围较广，最薄的仅有3mm，最厚的则有20mm[1]。相关研究表明陶瓷岩板的产品品质主要受到原材料配合比、加工工艺、生产设备等因素的影响[2-5]，而目前关于陶瓷岩板发展现状的研究分析较少。鉴于此，本文将围绕陶瓷岩板的性能特点、用途、性能影响因素、生产工艺、仪器设备、相关标准以及专利等方面进行阐述，通过对陶瓷岩板发展现状的研究分析，以期为科研院所、相关企业对陶瓷岩板的研发工作提供参考作用。

1 陶瓷岩板的性能特征分析

1.1 陶瓷岩板的性能特点及用途

陶瓷岩板作为一种新型瓷质建筑材料，与陶瓷砖等传统材料相比具有以下特点：

⑴安全卫生，能够与食物直接接触，无有害、辐射等问题；

⑵具有良好的防火耐高温性能，防火性能A1 级的产品即使遇到2000℃的明火也不会发生物理、化学变化；

⑶良好的抗污性能，低渗水率使得污渍难以渗透，减少细菌滋生；

⑷莫氏硬度达到6 度以上，使其耐刮磨性能好；

⑸优异的耐腐蚀性能，能够抵抗各种酸、碱溶液的侵蚀；

⑹陶瓷岩板表面容易清洁，利用湿毛巾擦拭即可清理干净；

⑺可根据需求，设计不同的纹理，并且陶瓷岩板具有良好的机械加工性能，在钻孔、打磨、切割时更方便。

由于陶瓷岩板具有以上的特点，因此极大地丰富了适用范围，例如电视背景墙、地面、墙面采用陶瓷岩板可提升空间美感，如图1(a)；橱柜台面、灶台、桌面、茶几表面采用陶瓷岩板，热锅等高温物体可直接置于其表面，同时清洁方便以及能够有效防止细菌滋生，如图1(b)；潮湿区域如卫生间地面、盥洗台等采用陶瓷岩板可解决卫生死角出现的霉变、异味等问题，如图1(c)。

图1 陶瓷岩板的应用

1.2 陶瓷岩板的性能影响因素

陶瓷岩板因其良好的性能而备受青睐，有诸多研究人员探索了其性能的影响因素。龙煜明[2]等通过探究氢氧化铝添加量、莫来石添加量、球磨时间、烧成温度和保温时间等因素对陶瓷岩板抗折强度的影响，得到如下结论：

⑴各因素对抗折强度的影响主次顺序依次为烧成温度、氢氧化铝添加量、莫来石添加量、球磨时间和保温时间；

⑵由于原料中含有少量杂质，过烧后气孔率提高，导致抗折强度发生显著降低，而添加氢氧化铝则改变了铝硅比，提高了抗折强度；

⑶当烧成温度为1200℃、氢氧化铝添加量为8%、莫来石添加量为1%、球磨时间为1.5h 以及保温时间为20min 时，样品强度可达到112.8MPa，比空白组提高了107.4%。

马杰[6]等研究了外加氧化铝粉体对陶瓷岩板坯体白度和抗折强度的影响，结果表明，氧化铝粉体的粒径是陶瓷岩板坯体白度的主要控制因素，并且粒径越小，白度越高，而氧化铝粉体中α-Al2O3含量较高时可提高陶瓷岩板坯体的抗折强度。赖文琦[7]等探索了薄型陶瓷岩板釉面质量的影响因素，结果显示乳浊釉的配方(wt.%)为：钾长石12.5、钠长石12.5、硅酸锆10、高岭土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化锌5、氧化铝2、滑石6.5，并且当釉厚度约为0.35mm，烧成温度为1200℃，保温时间为30min 时，陶瓷岩板高亮白釉面效果。胡志敏[3]等通过分析陶瓷岩板坯体、面釉、柔光釉的配方，同时提升施釉、喷墨等工艺，最后得到釉面性能良好的柔光自然面陶瓷岩板；另一方面，研究显示柔光自然面陶瓷岩板的生产缺陷主要为落脏，以及伴随少量砖渣和釉料杂质，通过在干燥、釉线、底浆上设计相关措施，减少落脏，可降低生产缺陷。

上述研究人员的研究表明，陶瓷岩板的抗折强度、白度、釉面质量等性能受到诸多因素的影响，其中内因包括原材料质量、配合比方案、烧成温度等，而外因则包括工艺技术、生产缺陷等。

2 生产设备特点及现状分析

2.1 压板设备

陶瓷岩板主要是利用压机施加作用力将陶瓷粉料压实，得到致密的岩板生坯，粉料成型工艺可分为连续辊压、皮带干压和模腔干压，其中模腔干压成型工艺制备的生坯具有内应力小、收缩率小、重复性好、尺寸精度高等特点。通常情况下，陶瓷岩板压机的压制力在105kN以上，模腔成型陶瓷岩板压机的整机重量可达到几百吨。

陶瓷岩板的规格尺寸远大于普通陶瓷材料，同时还需要保证陶瓷岩板具有良好的硬度、抗折强度、抗渗性等，因此对于陶瓷岩板的压机提出了更高的要求，研发人员在研发压机时遇到诸多难题：

⑴由于整机重量大，采用整体式机架不利于运输，研发人员将机架分成12 片板框，虽然方便了起吊、运输，但各个板框如何精准定位组装以及板框承载的均匀性则是研发过程中的难点，此外压机的主缸系统设计亦是难点；

⑵压机的液压系统存在流量大、惯性大、滞后性强、控制精度低、鲁棒性差等问题，因此动梁的升降控制、主缸压力的加压控制、顶出机构定位控制等均为研发的难点问题；

⑶装换模具的重量通常超过10 吨，超出叉车工作量程，因此对于特定装换模具或辅助工具的研发亦是研究的重点[4]。

2.2 高温烧成设备

陶瓷岩板在生产过程中需要经过1200℃的高温烧成，并且陶瓷岩板因其规格尺寸大的特性，对窑内温差、冷却控制、传动走砖等关键技术具有严格要求。熊亮[5]等指出陶瓷岩板在高温烧成过程中需要合理控制砖坯冷却、减小截面温差、保证走砖平直以及降低能耗等问题。针对以上问题，某公司设计研发的陶瓷岩板烧成设备具备以下特点：

⑴采用节能型蓄热式燃烧组合结构，缓解了设备内部空气过剩系数大、能耗高的问题；

⑵设计高效接力回收冷却的余热系统，具有冷却热风“零排放”、节能且无热污染的优点；

⑶设计了分区精准控制的燃烧技术和结构，使得不同温区的烧嘴燃烧状态基本一致；

⑷研发热管式换热器，有利于回收烟气的热量、减少热污染、降低燃耗；

⑸具有耐火保温结构，避免窑体外表温度过高的情况；

⑹冷却技术的研发，有助于消除坯体应力、解决冷裂问题；

⑺横向进砖、高强辊棒等技术的运用，有效解决走砖问题，提升产品合格率。

2.3 加工设备

陶瓷岩板具有良好的机械加工性能，但由于陶瓷岩板面积大、硬度大的特性，使得陶瓷岩板在加工过程中存在技术难点，解决切割裂问题，如加工圆孔、异形孔的崩口质量问题是提升陶瓷岩板加工工艺的关键，因而加大对陶瓷岩板加工设备的研发则尤为重要，有研究人员指出柔性化、数据化、智能化是陶瓷岩板加工设备的发展方向[8]。目前，有相关企业将发展方向转移至陶瓷岩板加工设备的研发中，例如佛山永达机电、科特机械、众立机械等企业围绕陶瓷岩板产品的加工研发了一系列设备，例如五轴加工中心、五轴桥切机、五轴水刀机、岩板专用倒边机、岩板专用双刀桥切机等[9]。

此外，有研究人员研究了旋转超声刀柄对陶瓷岩板转孔加工工艺的影响，以小孔入口崩边程度作为小孔加工质量评价指标，探索了不同主轴进给速度、主轴转速、电源电压与陶瓷岩板小孔加工质量之间的关系，结果如图2 所示。图中结果显示相较于传统转孔，超声辅助钻孔能够明显降低陶瓷岩板的崩边指标；另一方面，图中结果也表明崩边指标随着进给速度、电源电压以及主轴转速的增加，分别呈现增加、降低和降低的变化趋势，并且崩边指标随进给速度增幅远低于电源电压以及主轴转速造成崩边指标的降幅[10]。

3 陶瓷岩板相关标准与专利的现状分析

3.1 陶瓷岩板相关标准的分析

现阶段我国关于陶瓷岩板的相关标准如表1 所示，标准的发布时间集中在近几年，其中主要以团体标准和企业标准为主，而国家标准目前正处于起草阶段，现行标准规定了陶瓷岩板的术语、定义、分类、要求、试验方法、检验规则等内容。

表1 我国陶瓷岩板相关标准现状

有研究人员及行内专家指出陶瓷岩板相关标准的制定能够让企业按照标准生产，有助于提升产品质量，提高产品的附加值，促进陶瓷企业的转型升级以及促进中国陶瓷行业在技术、设备、管理、环保等多方面的进步；另一方面，在制定陶瓷岩板标准时，应充分检测陶瓷岩板的各项指标，收集数据并逐步完善检测方法与仪器；在生产过程中不断完善、总结技术参数；根据产品的实际使用状况，收集相关应用数据，修改相关技术指标；加强团体标准之间的交流以及中外企业之间的交流，促进陶瓷行业的发展以及国际标准的制定[11]。

3.2 陶瓷岩板相关专利的分析

陶瓷岩板作为一种新型瓷质建筑材料，诸多科研院所、相关企业对其展开了大量的研究工作。图3 展示了近三年关于陶瓷岩板相关专利的申请及授权数量，其中2022 年的专利数量截止至8 月，可以发现陶瓷岩板相关专利的授权数量呈现增加趋势，2021 年专利申请数量远多于2020 年，而截止至2022 年8 月，目前专利申请数量较低，这是由于部分已申请的专利尚未对外公布，表明近些年来科研院所及相关企业逐步加大了对陶瓷岩板的研发力度。