超大規(guī)格薄瓷板的研制

陳靜編譯

（成都當(dāng)代環(huán)境藝術(shù)設(shè)計有限公司，成都 610000）

1 前言

眾所周知，瓷磚作為一種不燃性裝飾材料，建筑設(shè)計人員就其使用具有較高的信賴度。近些年來，超大規(guī)格薄瓷板應(yīng)用正在逐步推廣。它雖具有諸多良好的性能，但由于其屬脆性材料，經(jīng)受沖擊超過自身的耐久力，易斷裂。有關(guān)專利文獻(xiàn)報道了一種大規(guī)格薄瓷板的生產(chǎn)工藝，由于在原料中使用纖維質(zhì)礦物硅灰石，沖擊力超過耐久力，難以斷裂。但是，為了提高強(qiáng)度，進(jìn)一步提高燒結(jié)度時，素坯難以保持燒成形狀。近來，海外一瓷磚生產(chǎn)企業(yè)研制出強(qiáng)度特性、耐熱沖擊和抗凍性良好的超大規(guī)格薄瓷板。

這里所指大規(guī)格薄板的厚度在1～10 mm，最好1～6 mm，一邊長度為800～3000 mm。板體可與金屬板、石膏板、膠合玻璃纖維布等材料疊合成復(fù)合板材使用。

2 研制方案

其方案如下：結(jié)晶相含有莫來石和含或不含石英。石英含有量在0～20%范圍內(nèi)。瓷板中，Ca元素即CaO為0～1%，Mg元素即MgO為0～1%。最好含有Zr即ZrO為3～15%。由于結(jié)晶相含有莫來石，石英含量在所定范圍內(nèi)，熱變化下難以產(chǎn)生裂紋，滿足強(qiáng)度、耐熱沖擊性和抗凍性的要求。結(jié)晶相含有長石結(jié)晶礦物，鉀長石和鈉長石中的至少一種。結(jié)晶相最好不含鈣長石。研制表明，結(jié)晶相中含有鈣長石的原大規(guī)格瓷板因含較多Ca，提高燒成度時，易熔化變形。結(jié)晶相含莫來石和鈣長石時，莫來石含量應(yīng)多于鈣長石含量，這樣可抑制熔化變形，提高制品形狀穩(wěn)定性。若含石英，其含量最佳為10～20%，板中石英含量越少，耐熱沖擊性越好。長石結(jié)晶礦物含量下限值為10%，最佳為20～40%。

一般說來，生產(chǎn)吸水率在1%以下的瓷磚時，在原料中使用長石作溶材，有助于物料熔融，與其它成分化學(xué)反應(yīng)，形成與物料質(zhì)異的結(jié)晶相和非結(jié)晶相，物料中含有的部分玻璃質(zhì)礦物不熔融而殘留，燒成后保持與物料同質(zhì)的結(jié)晶相。殘留的玻璃質(zhì)礦物顆粒即長石結(jié)晶礦物作為晶核，在其周圍附著其它的晶相和玻璃質(zhì)礦物顆粒，燒成時保持良好形狀。因此，通過調(diào)節(jié)燒成條件，使部分玻璃質(zhì)礦物熔融化學(xué)反應(yīng)，一部分保持其結(jié)晶相，不僅燒成時保持良好形狀，而且變化較快，縮短燒成時間，快速燒成。特別是就生產(chǎn)吸水率在1%以下的大規(guī)格瓷板而言，由于可快速燒成，減輕制品翹曲，研制變形和龜裂。此外，物料中石英含量在20%以下，玻璃質(zhì)礦物可為晶核得以有效利用，熱變化下難以產(chǎn)生裂紋，獲得強(qiáng)度特性、抗凍性和耐熱沖擊良好的大規(guī)格薄瓷板。瓷板的理想化學(xué)組成如表1所示。

表1 化學(xué)組成（%）

正如上述，要求瓷板的吸水率在1%以下（最好0.01～0.5%），這有助于確保大規(guī)格的強(qiáng)度，而且由于含有莫來石成分，可獲得耐熱沖擊性，即便燃燒也不會熔融變形，同時抑制水對板體的滲透，防止水凍結(jié)引起的破損，適宜用于外墻裝飾。對該大規(guī)格施釉時，其平均膨脹率應(yīng)大于釉層，即便瓷板為大規(guī)格薄型，也能防止翹曲。

3 原料及配比

大規(guī)格瓷板是由粘土礦物、玻璃質(zhì)礦物和氧化鋯礦物的混合料成形、燒結(jié)而成。原料配料按表1化學(xué)組成制備，特別是石英、Ca和Mg元素要控制在所定范圍內(nèi)，這樣在燒成過程中，莫來石結(jié)晶相較鈣長石相優(yōu)先生成，這可獲得如下好處：利于吸水率達(dá)1%以下，在熱變化下難以產(chǎn)生裂紋，形狀穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)陡波形加熱曲線下的快速燒成，提高生產(chǎn)效率。

粘土礦物屬一種形成陶瓷骨格的物質(zhì)，如粘土、瓷石、高嶺土、絹云母等。粘土有天然和合成兩種。天然粘土有以粘土礦物為主體的高可塑性粘土，具體是木節(jié)粘土、頁巖粘土、陶土。粘土礦物用量為配料總量的10～70%（15～60%最佳）。這里配料總量是指形成燒結(jié)體的用量總量，不包括濕法成形中所用的拌合水、表面活性劑和有機(jī)高分子材。玻璃質(zhì)礦物材有長石、白云母等。其中理想的為長石，如鉀長石和鈉長石。玻璃質(zhì)礦物料用量為配料總量的30～90%（40～80%最佳）。含鋯礦物料有鋯石、氧化鋯、碳酸鋯等，最宜使用的是鋯石。含鋯礦物料用量為配料總量的3～25%（5～15%最佳）。就生產(chǎn)超大規(guī)格瓷板而言，為使燒結(jié)體中主要生成物為莫來石結(jié)晶相，原料中來自灰長石、石灰石或硅灰石中的Ca化合物最好控制在最低量。因為含有這種化合物，陶瓷中生成鈣長石，較多含有，燒結(jié)時熔化顯著變形。配料中亦可使用集料。由于配料中減少了易熔化成分，較原本用料的干燥性降低，摻用集料抑制可抑制坯體干燥裂紋形成。集料宜使用熟耐火土、硅石、廢陶瓷粉等。低吸水性陶瓷原料以使用廢陶瓷粉為好。集料粒徑為1.7 mm以下（0.5 mm以下最佳），這可降低大規(guī)格瓷板的吸水率。濕法成形時，集料粒徑最好在0.1 mm以上，有利于縮短干燥時間。集料用料為配料總量的0～20%。為著色瓷板，原料中可添加色料，以使用無機(jī)顏料為好。其用量為配料總量的0～5%。按以上要求配料，燒制的大規(guī)格瓷板可獲得良好的強(qiáng)度、抗凍性和耐熱沖擊性。

4 生產(chǎn)方法

坯體采用濕法或干法成形。濕法成形具有以下優(yōu)點(diǎn)：不需要大型模具和壓機(jī)，易根據(jù)各種規(guī)格成形平板、中空或異形（如曲面狀）的坯體，干燥前可在其表面經(jīng)不銹鋼輥形成各式各樣的浮雕花紋。干法成形的優(yōu)點(diǎn)是不需要干燥，即使干燥，條件溫和，降低生產(chǎn)能耗；由于坯體含水量減少，干燥收縮小，內(nèi)部收縮變形小，易生產(chǎn)翹曲變形小的超大規(guī)格瓷板；坯體成形時不像濕法那樣，坯體內(nèi)部原料定向，而難以形成定向分布，瓷板形狀穩(wěn)定性好。

坯體燒成前，可進(jìn)行干燥（包括加熱干燥）。干燥最高溫度50～200℃，80～150℃最佳。在所設(shè)定溫度下干燥，燒制瓷板無干燥裂紋和翹曲。

坯體燒成條件：燒成最高溫度1100～1200℃，1100～1180℃最佳。在該燒成溫度下，獲得無裂紋、無變形的薄型大規(guī)格瓷板。燒成的瓷板還可進(jìn)行后修飾加工處理。坯體在正式燒成前，也預(yù)燒。預(yù)燒溫度為600～1140℃，800～1100℃最佳。在該溫度范圍內(nèi)預(yù)燒，瓷板無裂縫和變形。燒成前或后可施釉。以釉漿或釉粒形態(tài)施釉。采用體素?zé)笫┯裕贌傻姆绞綖楹谩?/p>

5 試驗

（1）試驗 1

將用作粘土礦物的粘土和用作玻璃質(zhì)礦物的長石按所定化學(xué)成分，制備混合料，置于磨機(jī)中混合細(xì)磨，噴霧干燥成粉料，經(jīng)25000 t壓坯機(jī)的35～40 MPa壓力壓制成尺寸為1090×3270×5.5（mm）的坯體，于150℃下熱干燥25 min，送入輥道窯，由常溫經(jīng)30 min升溫至1170℃，保持10 min，經(jīng)20 min冷卻出窯，制成大規(guī)格薄瓷板。

（2）試驗 2～4

除使用的粘土礦物和玻璃質(zhì)礦物原料、混合物的石英含量和組成不同外，其余試驗過程與試驗1相同，制成大規(guī)格薄瓷板。

（3）試驗5

除在試驗4所用原料中添加以氧化鐵為主要成分的顏料2%外，其余過程與試驗1相同，制成大規(guī)格薄瓷板。

（4）試驗6

除原料中配合含鋯礦物鋯石外，其余試驗過程與試驗1相同，制成大規(guī)格薄瓷板。

上述試驗結(jié)果如表2所示。表中表明，試驗獲得良好結(jié)果。

表2 化學(xué)組成及試驗結(jié)果

6 結(jié)語

通過調(diào)整化學(xué)組成，板體中含結(jié)晶相莫來石和石英（或不含石英）時，石英含量在0～20%，CaO在0～1%，MgO在0～1%，最好還含有3～15%的ZrO2，可燒制強(qiáng)度特性、抗凍性和耐熱沖擊性良好、吸水率小的超大規(guī)格薄瓷板。