关于釉面发泡陶瓷保温板鼓包缺陷的分析

问：韩工，我厂生产釉面发泡陶瓷保温板，在生产30mm和35mm厚板材时气孔均匀，在生产40mm厚板材时，有不均匀大气孔，偶尔有鼓包缺陷，而在生产45mm厚板材时，出现严重鼓包缺陷，尤其是四边比较严重，开介断面如地下溶洞，见图1，请问是什么原因？如何解决？

答：釉面发泡陶瓷板鼓包缺陷的产生，可以追溯到釉面发泡陶瓷板底面料配方问题，原料稳定问题，球磨细度问题，粉料水分和颗粒级配问题，压机工艺参数问题，烧成工艺制度问题等六个方面，下面一一分析之。

1 鼓包缺陷产生原因分析

釉面发泡陶瓷保温也叫有釉面发泡陶瓷保温板（JG/T 511-2017命名）或有烧结釉面发泡陶瓷保温装饰板（T/CECS 480-2017）。釉面发泡陶瓷保温板从配方体系上来讲，可以分为抛光废渣体系和珍珠岩微粉体系。

1.1配方设计对鼓包缺陷的影响

发明专利CN201110111768.2以抛光废渣、经破碎处理的废抛光砖、制坯回收的废坯粉和废泥粉、除尘器回收粉尘、陶瓷厂排水道淤泥、经破碎处理的抛光用废磨块、废弃釉料、煤烧结余物、废高岭土、废高温砂、污泥及减水剂和增强剂为原料，采用湿法球磨、过筛除铁、陈腐均化、喷雾干燥、压机干压成型、施釉、辊道窑裸体烧成等工艺，首次制得釉面发泡陶瓷砖（轻质陶瓷墙漆砖）[1-3]。在以抛光废渣为主体原料的釉面发泡陶瓷产品生产过程中，抛光废渣、废磨块中残存的氮化硅、碳化硅微粉为发泡剂，此外，碳酸盐、硫酸盐、卤化物、有机物和金属氧化物，尤其是三氧化二铁的含量对发泡的温度、范围和程度有较大影响，这些高温化学反应是引起鼓包缺陷和发泡的主要原因[4]。

发明专利CN201210075879.7以珍珠岩微粉为主体原料，辅以沸石、凝灰岩、膨润土、页岩、紫砂陶土、劣质陶泥或劣质高岭土等塑性原料，以萤石为发泡助剂，以碳化硅收尘粉为发泡剂和减水剂扥助剂，采用湿法球磨、喷雾干燥、二次布料、一次干压成型、施釉、特殊辊道窑裸体烧成等工艺制备而成，该釉面发泡陶瓷保温板以珍珠岩微粉为主体原料，生产过程中，珍珠岩脱水，助泡剂脱氟，碳酸盐脱碳，有机物氧化分解，发泡剂与氧化剂——过渡金属氧化物发生氧化还原反应，这些高温化学反应是引起鼓包缺陷和均匀发泡的主要原因[5]。

1.2原料稳定性对鼓包缺陷的影响

原料的稳定是生产稳定的基础。釉面发泡陶瓷保温板原料可以分为坯用原料、釉用原料和过渡面料用原料三类。在坯用原料中，按功能分为发泡剂、助泡剂、减水剂、塑性原料、骨架原料、熔剂原料等，在以抛光废渣为主体原料的配方体系中，抛光废渣和废磨块中残存的碳化硅微粉为还原发泡剂，抛光废渣和废磨块中含有的氯氧镁结合剂或水泥结合剂为发泡助剂、原料中含有过渡金属氧化物如三氧化二铁、二氧化钛、氧化锰等为氧化发泡剂，抛光废渣、废弃坯粉、收尘器回收尘粉、废弃釉料、煤烧结余物、污泥等固废为熔剂，起到降低烧成温度的作用，废高岭土、废高温砂中硅铝含量高，是玻璃陶瓷产品的网络形成骨架原料，同时也起到增加坯体塑性的作用，同时原料中含有有机物质、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硫化物等原料在一定温度范围内起到助泡作用，但是由于其与主发泡剂及玻璃陶瓷烧结、产生玻璃相的温度点及工艺控制温度点不同步，其往往起到反作用，也就是说这些物质是造成鼓包缺陷危害的根本。同时，由于陶瓷磨块中磨介的种类、目数、含量不同，不同厂家结合剂的种类、组成结构不同，以及废弃物原料三氧化二铁等过渡金属氧化物的波动，都会导致发泡剂氧化还原反应产生波动。为了消除助泡剂、氧化剂和危害发泡对主体发泡的影响，需要建立原料标准体系，分类储存，合理使用。

在以珍珠岩为主体原料的配方体系中，主体原料珍珠微粉的化学成分、结合水含量、铁含量、粒度对生产起到关键作用，发泡剂的种类、粒度、粒度分布、用量，发泡助剂的种类、纯度、化学成分、粒度、用量，以及辅助原料沸石、凝灰岩、膨润土、页岩、紫砂陶土、劣质陶泥或劣质高岭土等塑性原料和半塑性原料中的化学成分、氧化铁含量，有机物含量、碳酸盐含量都会影响发泡的氧化还原反应和泥浆、坯体的干燥物理过程和应力反应，也会对始熔点、液相量、高温塑性、危害发泡产生影响，进而导致开裂或鼓包等缺陷的产生。

原料稳定是生产稳定的根本，为了稳定生产，需要重视料场规划设计、料场和原料工艺管理、料场现场管理和原料统计统筹管理[6]

1.3工艺控制对鼓包缺陷的影响

工艺控制包括原料入厂检验、原料风化均化、配料、球磨、喷雾干燥、干压成型、余热干燥、釉线施釉、预热干燥、氧化分解、玻化发泡、急冷、缓冷、切割、磨边等工艺过程。影响鼓包缺陷的工艺包括原料入厂检验、原料风化均化、配料、球磨、喷雾干燥、干压成型、余热干燥、釉线施釉、预热干燥、氧化分解、玻化发泡等，其中预热干燥、氧化分解、玻化发泡等工艺是在烧成窑炉里进行的，几乎看不到，俗称黑匣子作业。

对于陶瓷生产来说，有“生在原料、死在窑炉”、“生在压机、死在窑炉”，生死观不仅是哲学，也是科学，更是工艺控制的关键。

遇到开裂或者鼓包缺陷，研发说“配方没变”，采购说“供应商没变”、原料、压机、窑炉也说“工艺参数没变”。那是什么发生了变化？举个例子，原料是天然矿物，固废来源复杂，譬如珍珠岩，按照矿物形成状态及含水率分为珍珠岩、黑曜岩、松脂岩和浮石等四种。而珍珠岩开采过程产生的尾矿、副矿有：表土、流纹岩、脱玻化珍珠岩、凝灰岩、膨润土、沸石等，加工过程产生的固废有：珍珠岩微粉、脱玻化珍珠岩和膨胀珍珠岩微粉等[7]，矿物的自然变化和供应商的非自然变化都会引起原料波动。

（1）球磨细度及工艺：

球磨细度与入球原料粒度、硬度、球石质量、大中小球比例、料水球比及球磨时间有关系。塑性原料容易球磨、瘠性原料难以球磨、塑性原料过多，水料比不合理或减水剂使用不当会导致球磨中后期泥浆稠度太高而影响球磨效果。球磨细度会影响各种原料在泥浆中分散的稳定性和均匀性，同时也会影响配方的始熔点、等温点的液相量和液相对固相浸润、包溶情况，同样球磨细度也会影响发泡剂、发泡助剂以及在高温区可能产生气相的物质反应温度和均匀度，也就是说细度会影响产生气相的温度和影响气相在液相分散的均匀性和稳定性。发泡陶瓷的发泡过程是气泡核在玻璃液相中逐渐长大并趋于亚稳定分散状态过程，一旦由于细度及细度影响分散的均匀性和稳定性，就会打破亚稳定这个平衡状态，就会导致气泡与气泡之间的吞噬，形成大气泡继而形成鼓包缺陷[8]。

湿法球磨工艺分为连续分级球磨和间歇球磨两种工艺装备，单种原料球磨和配方原料球磨两种投料工艺。球磨工艺有两个目的即研磨和分散，所以一般陶瓷企业都是配方原料投料工艺，单种原料球磨工艺仅用于原料加工，连续分级球磨是新型高效节能球磨工艺，即球磨分为多级球磨多级筛分工艺，不同球磨阶段有不同的磨介、磨介比、料球水比，避免因为易磨原料、熔剂原料、细度合格原料球磨过细影响质量工艺和浪费能源及效率。

（2）粉料水分、颗粒级配及压机成型工艺：

粉料水分、颗粒级配影响粉料的体积密度、流动性。在压机成型时，粉料的体积密度、流动性影响坯体的强度、针密度和针密度的均匀性，釉面发泡陶瓷的发泡是氧化还原反应，氧化剂有两个来源，一是坯体颗粒之间的气相（空气中的氧），二是过渡金属氧化物，而且坯体之间的孔隙不仅有利于水、有机物、碳酸盐的分解和排除，而且有利于高温空气、热量的传递，特别是当釉料液相、面料液相和底料液相还不足以封闭气孔、包溶固相的时候，可以保证气相的畅通流动。当坯体针密度、厚度发生变化时，就会导致气相的流通受阻，随着液相的产生就会导致鼓包。所以压机的面料厚度、压力、排气、保压时间等工艺制度是会严重影响发泡和发泡鼓包缺陷的。

（3）烧成工艺

烧成工艺包括预热干燥、氧化分解、玻化发泡、急冷、缓冷等工艺阶段，其中预热干燥、氧化分解、玻化发泡工艺阶段对发泡及发泡鼓包缺陷是有影响的。一般意义的预热干燥是脱去坯体的物理吸附水，对于珍珠岩亦或水泥结合剂磨块，因含有化学结合水，在预热干燥阶段是无法全部脱除的，这剩余的化学结合水，既是发泡剂，也是还原剂和助泡剂，所以釉面发泡陶瓷的发泡鼓包缺陷与烧成窑的预热干燥工艺是有关联的。

釉面发泡陶瓷烧成时自上而下包括釉面层、面料层和发泡陶瓷本体，由内至外包括高温烟气和釉面发泡陶瓷界面和釉面发泡陶瓷。在氧化分解阶段，我们务必使得有机物质、碳酸盐、硫酸盐、硫化物、部分水和助泡剂分解并排除，这需要氧含量、窑气压、温度和时间保证，也需要原料湿法球磨时细度和均化质量保证。在玻化发泡阶段，液相逐渐产生，浸润、包溶固相，还原性发泡剂与氧化性发泡剂发生氧化还原反应，产生泡核，泡核在液相和助泡剂液相作用下，稳定分散在陶瓷玻璃液相中，在一定温度、窑压和时间保证下，泡核逐渐独立长大。如果液相粘度变化过快、窑压太小、泡核成长过程中压力变化太快、太大就会快速增大，甚至吞噬周边小气泡，形成鼓包型发泡。

2 缺陷解决办法

通过以上分析，我们可以得出：

1）解决釉面发泡陶瓷保温板鼓包缺陷的基础是原料的稳定，尤其是干净度、化学成分、粒度、含水率、铁含量等指标；

2）良好的配方设计以及配方原料及其技术指标，特别是助熔剂、发泡剂及发泡助剂的选择和粒度及粒度分布设计是生产稳定的关键；

3）面料和釉料配方的匹配性，球磨、喷料、成型、施釉及烧成工艺技术参数的设计是保证稳定发泡而不鼓包的必备条件。

参考文献

[1]韩复兴等，珍珠岩在有釉面发泡陶瓷生产中的应用[J]，陶瓷，2020（8）：21-25.

[2]韩复兴等，轻质陶瓷墙漆砖生产工艺研究[J]陶瓷，2010（10）：58-62.

[3]一种轻质陶瓷砖的生产方法[P]，佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司，2011.11.23.

[4]韩复兴，关于抛光废渣泡沫陶瓷砖生产问题的解析[J]，佛山陶瓷，2012（3）：67-68.

[5]一种保温装饰陶瓷板及其生产方法[P]，信阳方浩实业有限公司，2012.07.23.

[6]韩复兴、李小雷，谈陶瓷厂的料场工艺管理[J]，佛山陶瓷，2009（1）：24-26.

[7]韩复兴，关于珍珠岩的答疑[J]，佛山陶瓷，2022（6）：55-60；

[8]韩复兴等，从“泡泡”悟出的陶瓷发泡机理[J]，佛山陶瓷，2020（10）：1-3.

（韩复兴）