擠壓成形大規格陶瓷薄板的生產工藝

1前 言

陶瓷薄板最初由日本研發并生產，主要生產 1200mm×2400mm×（3～6）mm規格的陶瓷板材，用來做推門板。而國內生產陶瓷薄板也是這兩年才興起，目前已有三家企業生產過陶瓷薄板，加上佛山樵東陶瓷，總共四家企業。

這種規格的產品主要銷往日本，如果內銷的話可根據客戶對尺寸不同的要求進行切割，也可適當做小一點、做厚一點，可做成仿古、滲花拋光地磚。這類產品由于薄，受熱快，可大幅減少熱用量，對企業的可持續發展起重要作用。

2生產工藝流程

陶瓷薄板采用真空擠壓成形，然后對輥壓制成厚度為6mm左右，并切割成略大于1200mm×2400mm尺寸的濕坯體，依次經干燥、素燒、施釉、印花、釉燒等工序制得產品。具體工藝流程如下：

坯體配方→原料制備→真空粗練→真空擠壓成形→對輥壓制→切割→微波干燥→低溫素燒（可免）→直線淋釉（底、面釉）→大規格印花機印花→釉燒→切割→分級包裝

3坯體配方

3.1 坯體配方類型

最初由于陶瓷薄板的特殊用途，只能做成陶質的。由于瓷質薄板容易變形，且重量太大做門板不太適宜。隨著陶瓷薄板用途不斷廣泛，最近一年出現了瓷質陶瓷薄板。

3.1.1陶質坯體

目前陶瓷行業的陶質薄板吸水率控制在6～10%，而陶瓷薄板普遍采用擠壓成形工藝，其坯體化學組成與普通陶坯不同，化學成份（wt%）為：SiO₂：66、Al₂O₃：19、CaO和MgO：4～10、K₂O和Na₂O：﹤2、Fe₂O₃：﹤1.5、TiO₂：﹤1、I.L：6～10。其配方為：砂料：30～40%、泥料：35～45%、石灰石：5～10%、硅灰石：0～10%、膨潤土：0～5%、長石：0～5%。其含鋁量高，可加入少量的長石助熔，降低吸水率。

3.1.2 瓷質坯體

瓷質陶瓷薄板是最近半年才出現的，據傳最初由馬來西亞一家陶瓷薄板生產廠家首先生產出來，其吸水率為﹤0.5%。超薄瓷板的化學組成與普通瓷質磚比較，其含鋁量更高、含硅量更低，另外含鉀、鈉量也要高一些。化學組成（wt%）為：SiO₂：66、Al₂O₃：19、CaO和MgO：﹤2、K₂O和Na₂O：4～7、Fe₂O₃：﹤1.5、TiO₂：﹤1、I.L：﹤8。其配方為：石粉：45～55%、泥料：40～50%、滑石泥：0～3%，另外，配方中要加入滑石泥和黑泥，此時泥料塑性好，不用再加膨潤土。

3.2 坯用原料

擠壓成形與干壓成形不同，其對坯料有特殊的要求，而且主要是坯體干燥強度、可塑性、吸水率等方面的要求。除此之外，原料還需選擇儲量豐富、質量穩定的品種，特別是泥料的性能必須滿足。

3.2.1泥料的選擇

干坯強度、可塑性以及收縮等工藝參數主要取決于粘土（泥料）；因此要注意選擇粘土，最好選二次粘土，燒失量太大的泥料在普通瓷磚的生產中無法使用，但可在超薄陶瓷板中使用。因為磚薄，所以不用擔心排氣問題。

如果無法找到高粘度的粘土時，可用甲基來代替。擠壓成形時要把泥漿榨泥練泥后才可使用，因此在某種程度上講，超薄陶瓷板對坯料的要求并不高。

3.2.2砂料的選擇

砂料要求白度好即可，無其它要求。

3.2.3石粉的選擇

石粉在陶質薄板中用量很少，可以不用。它主要用在瓷質薄板中作助熔劑，要求其白度高，燒成熔融溫度低。

3.2.4其它原料的選擇

一般陶質薄板中會加入一部份石灰石和硅灰石。一般一次半燒、二次燒成可以多加一些石灰石，而一次燒成應盡可能少加。瓷質薄板中還會加入1～3%的滑石泥，用來助熔、增白。

3.3 陶瓷薄板對坯料的工藝要求

由于超薄陶瓷板采用擠壓成形的工藝，因此坯料必須滿足擠壓成形的要求。

3.3.1可塑性

可塑性是塑性坯料的主要性能，也是成形的基礎。為了保證泥料在成形操作條件下能夠順利延展成坯體，要求泥料應具備良好的可塑性。通常以“塑性指標”的數值來表征泥料可塑性的強弱，一般控制坯體的可塑性指標為2.5～3.6。

3.3.2 含水率

可塑性坯料的含水率取決于原料的性質及所采用的成形方法。一般擠壓、滾壓成形的坯料含水率為19～22%。

3.3.3干坯強度

對于超薄陶瓷板來說，干坯強度極為重要，直接影響到淋釉印花的成功與否，因此必須滿足強度要求。一般一次燒成的干坯強度要求＞1.5MPa，而陶瓷薄板對強度要求更高，最好大于＞2.0MPa。在配方配制過程中最好使用二次粘土，如廣東黑泥等，或加入少量的膨潤土。

3.3.4 收縮率

坯體的收縮包括干燥、燒成收縮。對于大規格超薄陶質板來說，坯體的收縮大小對于尺寸穩定性有著重要的作用，特別是出口日本的陶瓷推板門。因為需要經過切割才能使用，所以對于做貼在墻上的釉面磚和貼在地上的低吸水率仿古磚可對尺寸適當放寬。與普通瓷磚比較，其坯體加入泥料多，因此收縮要大一些。

3.3.5坯料細度

坯料細度大小直接影響坯料工藝性能和成品的工藝性能。細顆粒能在一定程度上提高坯料可塑性、干燥強度，并加快固相反應。與普通瓷磚相比，超薄陶瓷板坯體厚度薄、燒成速度慢，不必擔心排氣問題，因此可把坯料磨細一些以適應生產，一般控制細度在：0.5～1.5%（相當于1.0～2.5g/100ml）以下。一般普通釉面磚細度為2.5～3.5g/100ml，仿古磚稍小一點，在2.5～3.0g/100ml左右（注：是指比重在1.84±0.02時的細度）。

由于擠壓成形的坯料含泥量較大，球磨時間能大幅減小，可縮短球磨時間20～40%，降低能耗。

4釉料配方及制備

4.1 釉面磚釉料

釉面磚的底釉一般用成釉，自己調配亦可。與普通釉面磚不同，最好加入0～5%球土；因為超薄陶瓷板是采用直線淋釉器淋釉，要求釉料有良好的流速。

面釉最好使用地磚所用的高溫熔塊，或加入部份以提高始熔溫度和燒成溫度。底、面淋釉參數如下表所示：

4.2 仿古磚釉料

目前仿古磚都采用噴釉且是單層施釉，而做膠輥印花才施兩次釉(底釉和面釉)。但就目前國內生產超薄陶瓷板的廠家來說，都是使用直線淋釉器進行生產。如果用噴釉器生產1200mm×2400mm規格的產品有一定的難度，那么生產800mm×1800mm規格仿古磚則可以采用噴釉，生產時可適當提高厚度。

5坯料制備

塑性坯料的制備工藝，主要指漿料球磨后進行壓濾存放和真空粗練。

5.1 壓濾存放

泥漿一般含水量在40～60%，而成形要求坯體含水量為18～20%，因此必須把泥漿中多余的水份排除才能使用。

脫水一般采用榨泥機壓濾，其原理是采用具有很多毛細孔的濾布在壓力作用下，使水和漿料顆粒分離，制成水份22%左右的泥餅。影響壓濾效率的因素如下：

5.1.1泥漿性質

泥漿顆粒越細、粘性越大的坯料越難壓濾。泥漿的濃度越大，壓濾時間越短；泥漿的溫度越高越利于壓濾，但不宜過高，一般控制在40～60℃即可。

5.1.2壓力大小和加壓方式

一般來說，送漿壓力與壓濾速率成正比。但隨著泥層增厚，毛細管道更曲折，阻力越大。因此開始壓濾時，壓力不能太大，否則會堵住濾布孔。一般壓濾前30min左右的工作壓力為0.3～0.5MPa。

5.1.3其它原因的影響

壓濾時間還取決于濾布種類，以前常用帆布，現在大多使用尼龍布。濾布在使用時要定時清洗，一般使用80～90次必須清洗一次。另外濾布新舊也會產生極大影響。

一般壓濾之后需粗練陳腐，而在實際生產中不陳腐，只是存放1～2天，但也能起到一定的陳腐均化作用。

5.2 真空粗練

真空粗練機由傳動系統、進料系統、真空系統、擠壓系統等四個系統組成。由于泥餅內含有一定氣體，經過真空練泥，不但能使泥料水份均化，而且能抽出其內部所含的氣體，提高泥料的可塑性，利于擠壓成形。練泥機如圖1所示。

6成形

6.1 真空擠壓成形

真空擠壓成形機的出口安裝有一成形模口。生產1200mm×2400mm×（3～6）mm規格產品時，必須先擠成1200mm×600mm×45mm規格的毛坯。真空擠壓成形機如圖2所示。

6.2 對滾擠壓成型

真空擠壓后，還需對滾擠壓，擠成需要的厚度，并切割成所需要的長度和寬度。對滾擠壓如圖3～6所示。

7微波干燥

微波干燥效率高，節省能源。此外，用微波干燥器干燥的坯體水份均勻，成品率高。微波干燥與窯爐干燥的比較如表2所示。

8低溫素燒（可以不用）

素燒是為了提高坯體強度，以便于釉線走磚、淋釉和印花。大規格的陶瓷薄板素燒窯很短，且溫度低。

如果坯體強度夠高，可以不素燒。但目前陶瓷薄板都是陶質的，大多經過兩次淋釉，因此不素燒就無法達到生產要求。

9直線淋釉

由于超薄陶瓷板厚度尺寸太大，無法用鐘罩，只能使用直線淋釉器。但它在生產時容易出現釉路，特別是大規格產品就更容易出現問題，因此其對釉漿性能要求很高，要求粘度好、潤滑好、流速好。直線淋釉器如圖7所示。

10超大規格印花

超大規格印花機與小規格印花機不同，其印花方向和釉線走磚方向相同。其它的都與普通規格瓷磚相差不多，對花釉要求都一樣。對于寬度小于600mm的產品，也可采用膠輥印花。超大規格印花機如圖8所示。

11釉 燒

和普通瓷磚一樣，釉燒窯的燒成溫度和燒成曲線都差不多，比窯爐輥棒較細且密一些。釉燒窯如圖9所示。

12切 割

對于出口日本的產品無需切割，但是銷售國內的產品并不需要這么大，可根據使用要求切割成各種不同的規格，如：30cm×45cm、30cm×60cm、30cm×90cm、30cm×30cm、60cm×60cm等，還可切成各種不同的形狀，并且可做腰線、做內墻磚，也可做地磚。不但省掉了模具，還節省了許多其它機械設備。圖10與11分別是直線切割機與弧線切割水刀的示意圖。

13總 結

超薄磚工藝，特別是一次燒成瓷質超薄磚的生產工藝，可大幅減少原料用量，其厚度為3～6mm，只有現行墻地磚厚度的1/4，原料用量可減少60%以上，能源節約至少40%以上。除此之處，還可減少生產設備和人工，也利于工廠管理；設備簡單，利于操作；節省時間，提高生產率和成品率。由于磚本身薄，廢品返球磨也很容易，球磨時間極短。

一次燒成超薄瓷板、一次半燒超薄陶板產品屬于綠色產品，是陶瓷行業發展的一種趨勢。

(注：本文有部份圖片和參數由陳燦基先生提供，在此表示由衷的感謝。)

參考文獻

1 汪嘯穆.陶瓷工藝學

2 曾奎可，鄧偉強.廣東省陶瓷行業的能耗現狀及節能措施[J].佛山陶瓷，2006（2）

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