陶瓷大板裝飾創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展方向的研究

黃大泱,梁燕珍,石明文

（1廣東歐文萊陶瓷有限公司,佛山528200 2佛山市建材行業(yè)協(xié)會(huì),佛山 528200）

1 前言

近年，陶瓷大板（巖板）成為了行業(yè)的熱門產(chǎn)品，產(chǎn)品應(yīng)用也從原來單一的建筑裝飾領(lǐng)域向家居材料領(lǐng)域拓展。其中，臺(tái)面板是家居（家具）應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，陶瓷大板（巖板）特有的耐磨、防火、防污、抗老化等優(yōu)越性能替代部分的天然石材、人造石材和木材等材料，成為家居板材的新成員。

隨著建材家居一體化，陶瓷大板（巖板）作為家居面板新元素得到了市場的青睞。但對(duì)其規(guī)格、性能和裝飾也提出了新要求，例如整體性（尺寸大）、易加工（低脆性）、易潔性（防污好）等。特別是在裝飾效果方面，家居板材與建筑裝飾有較大的差異。

由于陶瓷大板（巖板）較普通陶瓷磚規(guī)格大得多，許多成熟的裝飾手法在巖板生產(chǎn)中還難以應(yīng)用，致使目前陶瓷大板（巖板）的裝飾性受到了局限。作為臺(tái)面板材，目前市面上的陶瓷大板（巖板）普遍釉面輕薄、裝飾單調(diào)，與天然木材、石材比較，缺少“質(zhì)感”，視覺“冰冷”，這是陶瓷大板在家居應(yīng)用方面的弱點(diǎn)。

圖1 目前陶瓷大板（巖板）普遍釉面輕薄，視覺“冰冷”

圖2 仿古磚裝飾手法豐富，通過釉面能獲得“厚重感”

基于上述情況，佛山市建材行業(yè)協(xié)會(huì)與廣東歐文萊陶瓷有限公司啟動(dòng)了本項(xiàng)目的研究。通過創(chuàng)新浮雕紋理（凹凸）裝飾思路，讓產(chǎn)品獲得立體的“厚重感”，改善傳統(tǒng)產(chǎn)品“冰冷感”，專門針對(duì)巖板在家居臺(tái)面領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 技術(shù)創(chuàng)新思路

本項(xiàng)目,借助現(xiàn)有仿古磚生產(chǎn)成熟工藝，通過浮雕（凹凸模具）成型技術(shù)和易潔羊脂釉配方的研發(fā)，形成了本項(xiàng)目技術(shù)體系。

利用本項(xiàng)目技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”的研制（厚度6mm、9mm、12mm）。產(chǎn)品具有良好切割加工和應(yīng)用易潔等性能，其他物理化學(xué)指標(biāo)較目前行業(yè)產(chǎn)品均有所提升。

目前陶瓷大板（巖板）成熟的成型工藝主要有三種，即以西斯特姆為代表的“軟性模具成型”系統(tǒng)、恒力泰為代表的“剛性模具成型”系統(tǒng)、薩克米為代表的“干法輥壓成型”系統(tǒng)。

本項(xiàng)目采用以科達(dá)KD16008壓機(jī)為核心裝備的“剛性模具成型”系統(tǒng)，其成型原理與陶瓷磚基本相同。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)是成型速度快、產(chǎn)量大，同時(shí)能夠?yàn)椤皫r板浮雕（凹凸模具）成型技術(shù)”提供實(shí)施的基礎(chǔ)。

圖3 項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新路線圖

“浮雕（凹凸模具）成型”技術(shù)，雖然在傳統(tǒng)仿古磚生產(chǎn)中已成熟并廣泛應(yīng)用，但在陶瓷大板（巖板）生產(chǎn)中，在目前行業(yè)中仍然處于空白。

圖4 本項(xiàng)目實(shí)施的總體工藝流程圖

由于陶瓷大板（巖板）較仿古磚面積大得多（以2700mm×1200mm巖板為例，面積是800mm×800mm仿古磚的5倍多），而且成型厚度較仿古磚薄（6mm、9mm、12mm），模具表面凹凸對(duì)坯體密度均勻產(chǎn)生影響比較敏感，這是本項(xiàng)目的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。

成型后，生坯表面凹凸紋理必須與釉面圖案吻合，才能形成整體裝飾效果。因此，“易潔磨砂羊脂釉”配方研制、“定位施釉印刷技術(shù)”等成為了本項(xiàng)目另外的技術(shù)難點(diǎn)。

針對(duì)上述問題，本項(xiàng)目形成了“巖板浮雕成型技術(shù)”、“易潔磨砂羊脂釉配方”等多個(gè)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

3 技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)

項(xiàng)目在實(shí)施過程中，技術(shù)創(chuàng)新涉及到生產(chǎn)多個(gè)工序，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、坯料配方、釉料配方、成型工藝、施釉印刷、煅燒工藝、冷加工過程等。

本項(xiàng)目以科達(dá)KD16008壓機(jī)、MEIJIA大型噴墨機(jī)等裝備為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過自主創(chuàng)新，形成了“巖板浮雕成型技術(shù)”、“易潔磨砂羊脂釉配方”兩大技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

圖5 科達(dá)KD16008壓機(jī)

圖6 MEIJIA大型噴墨機(jī)

3.1 巖板浮雕成型技術(shù)

圖7 凹凸面仿古磚成型技術(shù)原理

本項(xiàng)目在普通仿古磚生產(chǎn)基礎(chǔ)上，將浮雕（凹凸模具）成型技術(shù)拓展到陶瓷大板（巖板）生產(chǎn)中。由于磚坯成型面積和厚度的改變（面積明顯增大、厚度減薄），技術(shù)應(yīng)用難度發(fā)生了明顯變化。

一般情況下，仿古磚采用反面沖壓（底模在上方），底模設(shè)有網(wǎng)格狀的底紋（0.3~0.5mm）；面模在下方，設(shè)有凹凸紋理（一般≤3mm）。成型時(shí)粉料填充深度為28~30mm（生坯厚度12~13mm），粉料壓縮比為2.2~2.3。磚面“浮雕效果”主要通過表面凹凸模具（上模）來形成，意味著壓制時(shí)粉料呈現(xiàn)非等厚狀態(tài)，“凹”與“凸”位置的粉料壓縮量不相同，因此，“凹”與“凸”位置的生坯致密度也不相同。但由于傳統(tǒng)仿古磚坯體尺寸較小，輕微密度差異不至于造成坯體斷裂，而且底模也有凹凸紋理，一定程度上起到緩沖抵消作用。

圖8 凹凸模具的壓制粉料造成坯體密度不均勻

圖9 巖板浮雕（凹凸模具）成型技術(shù)原理

當(dāng)“浮雕成型（凹凸模具）”技術(shù)應(yīng)用到規(guī)格為2700mm×1200mm的陶瓷大板（巖板）時(shí)，情況就發(fā)生變化了。第一，由于磚坯規(guī)格大，無法翻坯，只能采用正面沖壓（面模在上方）；第二，底模為平面（沒有格紋），否則燒后磚坯表面會(huì)產(chǎn)生格紋“影子”；第三，由于磚坯規(guī)格很大，輕微的密度差異都會(huì)引起生坯斷裂和燒成變形。

本項(xiàng)目運(yùn)用“振動(dòng)預(yù)壓布料”工藝。即粉料經(jīng)初次布料后，通過一個(gè)與凹凸模芯形狀相匹配、具振動(dòng)功能的布料板，對(duì)粉料進(jìn)行預(yù)壓，從而獲得與凹凸模芯形狀相匹配的布料。

“振動(dòng)預(yù)壓布料”工藝是“浮雕成型技術(shù)”的核心。“浮雕成型技術(shù)”首次實(shí)現(xiàn)了陶瓷大板（巖板）凹凸面壓制，為巖板行業(yè)提供了新的技術(shù)方法。

圖10 本項(xiàng)目用于浮雕成型的2700×1200mm凹凸模具

圖11 本項(xiàng)目“浮雕成型技術(shù)”的浮雕（凹凸）布料

圖12 運(yùn)用“浮雕成型技術(shù)”壓制2700mm×1200mm巖板

3.2 易潔磨砂羊脂釉配方

“易潔磨砂羊脂釉”主要體現(xiàn)在釉面性能和裝飾效果方面。性能方面要求釉面耐磨、易潔，耐腐蝕性強(qiáng)；裝飾方面要求釉層具有半透明、半乳濁油脂光澤，能與凹凸紋理相吻合。

眾所周知，釉面的耐磨、抗劃性能取決于釉面玻璃網(wǎng)絡(luò)完整程度網(wǎng)絡(luò)越完整，硬度越高，耐磨性越強(qiáng)。另外是釉面能析出微小晶體（例如微晶玻璃）。

釉面的抗污、易潔性能主要取決于釉面析晶形狀，在于避免或減少釉面微晶“凸刺”，讓析出的微晶包裹于熔融的玻璃網(wǎng)絡(luò)之中。

釉面的耐化學(xué)腐蝕性，關(guān)鍵在于避免和減少玻璃體中的殘余晶體（未被玻璃熔解的礦物）和小氣泡存在，殘余晶體和氣泡越少，耐化學(xué)腐蝕性越強(qiáng)。

圖13 釉面被化學(xué)侵蝕過程原理示意

釉面的耐磨抗劃、抗污易潔、耐化學(xué)腐蝕等性能，相互之間也存在著關(guān)聯(lián)。當(dāng)釉面出現(xiàn)劃痕、化學(xué)侵蝕微孔時(shí)，其抗污易潔性能也就會(huì)明顯下降。

在裝飾效果方面，陶瓷磚釉面通常有“亞光釉”、“乳濁釉”、“透明釉”三大類型。“亞光釉”又稱“無光釉”，呈不透明、不透光，光線全部在表層被反射；“乳濁釉”可透光、但不透明，部分光線在表層反射、部分光線在釉層內(nèi)漫反射；“透明釉”俗稱“水晶釉”，呈透光、透明，大部分光線在釉層內(nèi)產(chǎn)生折射和反射。

圖14 陶瓷磚亞光釉、乳濁釉、透明釉光學(xué)原理

“易潔磨砂羊脂釉”光學(xué)特征介乎于“乳濁釉”和“透明釉”之間，結(jié)合釉面半拋工藝，釉面具有“磨砂玻璃”效果。

“易潔磨砂羊脂釉”在普通乳濁釉基礎(chǔ)上，通過提高透明度，從而獲得光線柔和質(zhì)感，具有一定的透明度，能夠清楚地透視釉下彩的圖案，使玻璃層呈現(xiàn)膠體一樣的玉質(zhì)效果。

眾所周知，玻璃中微晶尺寸越大、數(shù)量越多，乳濁效果越明顯。當(dāng)增加一定數(shù)值時(shí)，就向“亞光”方向變化；當(dāng)減少一定數(shù)值時(shí)，向透明方向變化。在傳統(tǒng)乳濁釉中，一般采用以ZrO2為乳濁劑，細(xì)度D50為5~10μm，以CaO、MgO作為乳濁輔助材料。

本項(xiàng)目技術(shù)關(guān)鍵，在于控制釉體中微晶顆粒尺寸和數(shù)量。本項(xiàng)目以鉀長石為乳濁劑，結(jié)合高溫?zé)芍贫龋俪砂琢袷V物微晶的形成，實(shí)現(xiàn)乳濁效果。同時(shí)引入適量CeO2（氧化鈰）作為乳濁輔助材料，以擴(kuò)寬具有乳濁效果的釉料燒成溫度范圍。另外，配方中適當(dāng)提高SiO2含量，增加釉面的透明度，以控制和避免析晶過度，防止造成透明度的下降。

釉料在高溫煅燒過程中，首先滿足膨脹系數(shù)、高溫粘度、表面張力、熔融溫度、坯釉結(jié)合、燒成范圍等基本要求，通過配方試驗(yàn)，結(jié)合煅燒制度調(diào)整，尋找和追求釉面最優(yōu)的光學(xué)效果。

圖15 本項(xiàng)目“易潔磨砂羊脂釉”的光學(xué)原理

根據(jù)上述原理，本項(xiàng)目“易潔磨砂羊脂釉”從滿足釉面耐磨、易潔性能，以及半透明、半乳濁的油脂光學(xué)效果出發(fā)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，確定最優(yōu)化的釉料配方（獲得專利授權(quán)）。

（1）采用全熔塊釉，確保避免釉層留有殘余礦物；

（2）選擇和控制以白榴石、硅灰石為析晶對(duì)象；

（3）通過控制窯爐保溫時(shí)間長短，控制析晶效果。

圖16 行業(yè)同類產(chǎn)品釉面輪廓SEM照片（凸刺明顯）

圖17 本項(xiàng)目“易潔磨砂羊脂釉”SEM照片（沒有凸刺）

表1 “易潔磨砂羊脂釉”配方化學(xué)成份

表1 “易潔磨砂羊脂釉”配方化學(xué)成份（續(xù)）

表2 “易潔磨砂羊脂釉”主要工藝參數(shù)

表3 “易潔磨砂羊脂釉”半拋（磨砂）工藝參數(shù)

經(jīng)過配方優(yōu)化的“易潔磨砂羊脂釉”，結(jié)合燒成工藝，釉體中白榴石微晶析出的尺寸和數(shù)量得到了準(zhǔn)確控制，釉面微觀狀態(tài)下的“凸刺”明顯減少，實(shí)現(xiàn)了釉面良好的防污易潔功能。

圖18 本項(xiàng)目“易潔磨砂羊脂釉”裝飾效果（局部）

4 項(xiàng)目創(chuàng)新產(chǎn)品

圖19 “2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”（拋光前）

圖20 “2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”（拋光后）

圖21 “凹凸飾面巖板”性能及裝飾優(yōu)于同類產(chǎn)品

通過本項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)，成功生產(chǎn)出“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”系列產(chǎn)品。釉面具有良好耐磨抗劃、防污易潔性能和羊脂磨砂光澤效果，結(jié)合凹凸浮雕的磚面。產(chǎn)品獲得立體的“厚重感”，改善目前產(chǎn)品“視覺冰冷”，可廣泛應(yīng)用于家居各類臺(tái)面板。

“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”的耐磨抗劃、防污易潔、抗腐蝕等性能獲得了重大突破，明顯領(lǐng)先于行業(yè)同類產(chǎn)品水平。產(chǎn)品的其他各項(xiàng)性能指標(biāo)，達(dá)到和超過了GB/T23266-2009《陶瓷板》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表4 本項(xiàng)目產(chǎn)品與行業(yè)同類產(chǎn)品釉面性能比較

圖22 行業(yè)同類產(chǎn)品清潔擦拭情況

圖23 本項(xiàng)目產(chǎn)品一次性擦拭干凈

5 小結(jié)

“凹凸飾面巖板”項(xiàng)目研發(fā)，借助現(xiàn)有仿古磚生產(chǎn)的成熟工藝，創(chuàng)新了“巖板浮雕成型技術(shù)”和“易潔磨砂羊脂釉配方”生產(chǎn)技術(shù)。

“巖板浮雕成型技術(shù)”通過“振動(dòng)預(yù)壓布料”工藝，對(duì)粉料進(jìn)行預(yù)壓，獲得與凹凸模芯形狀相匹配的布料，保證壓制時(shí)“凹”與“凸”位置壓縮比相同，實(shí)現(xiàn)磚坯密度均勻。

“易潔磨砂羊脂釉”在普通乳濁釉基礎(chǔ)上，通過配方優(yōu)化，控制白榴石微晶析出，實(shí)現(xiàn)良好的耐磨抗劃、防污易潔性能；通過提高透明度，從而獲得光線柔和的油脂光澤釉面質(zhì)感。

運(yùn)用本項(xiàng)目技術(shù)研發(fā)的“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到和超過了GB/T23266-2009《陶瓷板》國家標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中，其耐磨抗劃、防污易潔等性能獲得重大突破，領(lǐng)先于行業(yè)同類產(chǎn)品水平。

本項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)行業(yè)陶瓷大板（巖板）立體浮雕生產(chǎn)技術(shù)突破，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。