用于釉面地磚的快速結晶釉的研究

摘 要：本文論述了一種具有快速結晶能力的釉料組成。該釉燒成后具有較高的硬度，可作為墻地磚使用，其主要組成為SiO2—Al2O3—Li2O—TiO2系統。該系統可以促進多晶相的成核生長，用其配制成釉層或其它涂層施于墻地磚白坯上，可以大大提高結晶速度，從而獲得快速結晶的效果。

關鍵詞：釉面地磚；快速結晶釉；研究

1 前言

近年來，墻地磚生產技術得到了飛速的發展，各種新工藝、新配方得到不斷的應用，從而出現各種不同裝飾效果的墻地磚產品。其中，有一類產品采用玻璃粒料或熔塊原料布施于坯體上，大多采用干法施釉，燒成后經過拋光，表面產生晶瑩半透的效果，類似于微晶玻璃。但又比微晶玻璃工藝簡單、成本低。這種產品表面可以通過調整玻璃熔塊品種組成以組合出多種裝飾效果，但表面仍主要是玻璃的微晶相。因此，其硬度受到了限制、耐磨性難于提高，用于地磚有其局限性。

為了提高此釉面地磚的表面硬度，其方法之一是使其產生結晶，但是，對于快速燒成的陶瓷磚產品來說，在一小時左右的燒成周期內，普通的釉料組成很難獲得理想的析晶效果。因此，本文探討了SiO2—Al2O3—Li2O—TiO2體系的釉料，研究了其快速析晶的能力，設計了基于該系統具有快速析晶能力的釉料組成，為該類產品的創新提供了一個新的思路。

2 快速析晶的技術難點及解決方案

2.1 技術難點

本文的主要目的是在快速燒成墻地磚的條件下，通過某些特種釉料具有快速析晶的特點，得到多晶相的釉面，即采用拋光釉磚的工藝，制備出類似于微晶玻璃耐磨釉面的產品。要達到此目的，有幾個方面的難點需要克服。

（1） 在通常一小時左右的快速燒成周期內，釉層要產生理想的析晶效果，需要有足夠多的晶相比例。

（2） 釉層快速析晶時，結晶體的尺寸需要控制好，以免過度長大，影響結構的完整性和裝飾外觀。

（3） 由于通常利用熔塊干粉作釉層，最終的產品要得到平整緊密的釉層，不能出現殘留顆粒間的空隙，甚至是微觀的孔洞，這也是在素坯上干法施釉制備具有平整釉面的陶瓷磚的基本要求。

2.2 解決方案

（1） 釉料中加入晶核劑

為了得到快速析晶的效果，一般在釉料中加入一些晶核劑成份，如：CaO、TiO2、Mn3O4、Fe3O4等。同時，再引入一些晶體生長促進劑，起到類似于析晶催化劑的效果，在快速析晶的同時，又能控制晶體生長的尺寸。經過大量的試驗對比，選用SiO2—Al2O3—Li2O—TiO2系統，在適宜的組成范圍內具有非常好的快速析晶效果，可以滿足需要。

（2） 控制晶體生長速度

選用一些適宜的晶核生長劑和抑制劑，可以有效地控制晶體生長速度，使晶體能在燒成初期快速成核，早期長大，又能在生長到一定程度時速度得到控制，不至于異常長大。本文選用P2O5、ZrO2、MgO等作為晶核原料，這些物質可以提供足夠的晶核。同時，ZrO2也是一種晶體生長抑制劑，它本身不熔入熔體中。另外， ZrO2微粒的存在又大大增加了其周邊熔體的高溫粘度，這樣對熔體中其它晶體的析晶產生明顯的阻力和抑制。適當地對這些原料的比例進行調整，可以得到較理想的快速析晶效果，并且顆粒均勻細小。

（3） 改變釉漿性能

采用降低釉料熔融溫度、減小釉料表面張力、增加釉料浸潤性、減小釉料高溫粘度等方法，可有效消除干粉料燒成過程中出現的孔洞缺陷。另外，添加Li2O、B2O3等成份，不僅可以降低釉料的成熟溫度，還大大減小了釉料的表面張力，使釉料在高溫時易于鋪展平整，內部氣孔也容易排除。

3 試驗內容

3.1 釉料組成確定

經過大量試驗發現，在SiO2—Al2O3—Li2O—TiO2體系中存在一個非常窄的配方組成，在此范圍內可以得到較理想的效果。其具體配方組成見表1。

另外，加入一些有色氧化物，如：Co、Mn、Fe等的氧化物，可以獲得不同的顏色，這些色料氧化物將存在于殘余玻璃相中，并使最終的產品整體著色。其中，較有代表性的配方組成如表2所示。

3.2 工藝過程

本試驗所采用的工藝流程如圖1所示。

（1） 熔化

在制備熔塊的工藝過程中，熔塊的出口溫度非常關鍵。若此處溫度降至結晶化溫度以下，將產生嚴重問題。熔液由于結晶相的形成，導致粘度突然上升，從而難于倒出或流出。因此，最好裝備一個適宜大小的燃燒器來加熱熔爐熔液流出口。

（2） 干磨后熔塊顆粒大小分布

干磨后熔塊顆粒的粒徑分布范圍如表3所示。

（3） 混料比例

混料的比例可根據所需效果進行調配，對于1#釉料，為加強無光效果和耐磨性，可混入325目剛玉砂，比例為90%熔塊+10%剛玉砂。

（4） 釉層厚度

施釉厚度可根據實際情況進行調整，一般為1～1.5mm厚。

（5） 燒成制度

最高燒成溫度與素坯燒成溫度一致，降溫時在1100～1000℃區間需有5～7min，以便有理想的結晶效果。其燒成制度曲線如圖2所示。

4 結果分析

4.1 晶相組成

經過XRD檢測分析，釉料析晶后其晶相主要有鋰輝石、金紅石以及少量的鎂硅酸鹽和鈦酸鋁。

4.2 耐磨性

由于產生了多晶相，同時，熔體中又有較多的氧化鋁成份，所以整體上具有較高的硬度（莫氏硬度6.5～7），這種高硬度的釉面可以耐沙粒和泥土的磨損，而普通硅酸鹽物質（普通墻地磚）的硬度小于等于石英的硬度（莫氏硬度6～7）。因此，該釉面耐磨性得到了明顯的提高。

5 結論

（1） 選用SiO2—Al2O3—Li2O—TiO2體系，添加適宜添加劑，在一定的范圍內可獲得快速結晶效果的釉料。

（2） 通過預先制備熔塊，再施熔塊釉于坯體表面，不改變快速燒成制度，即可獲得具有高耐磨性的結晶釉面。