3mm高強陶瓷薄板制備技術的研究與應用

冉艦波，楊良鈞

摘 要：遵循建設“資源節約型、環境友好型”社會的基本國策，順應節能減排，持續發展的時代步伐，陶瓷薄板越來越多地出現在了建陶市場上。目前陶瓷薄板在耐磨、抗折、防水等多方面都已經達到相當的標準，完全可以用來代替傳統的木材、玻璃或鋁型材等家居飾面板材料。本文以3mm高強陶瓷薄板制備為研究方向，采用新的高鋁配方及加工工藝，磚體在尺寸和厚度上可以做到大而薄（尺碼1600mm×3200mm，厚度僅2.8～3.2mm），能夠有效降低材料的重量，節約運輸及掛裝成本，方便了施工，減輕建筑負載，可滿足建筑物室內室外干掛裝飾等需求。

關鍵詞：高強陶瓷薄板；3mm；高鋁配方；室內室外干掛裝飾

1 前言

早在上世紀80年代，日本已經提出了瓷質薄板的概念[1]。2002年意大利西斯特姆公司首創薄板技術，開始實現工業化生產。2004年，西班牙的瓷質薄板已經推向了市場。2007年，歐洲70%以上的陶瓷品牌都有瓷質薄板，瓷質薄板產品已經占據了很大的市場比例。中國直到2008年才在市面上推出薄板，由于當時社會經濟發展和市場經濟發達程度不夠，瓷質薄板沒有足夠的生存基礎，未能興起。近年來，隨著建陶行業日漸成熟，節能減排的口號喊出，瓷質薄板才真正走入人們的視野。

遵循建設“資源節約型、環境友好型”社會的基本國策，順應節能減排，持續發展的時代步伐，陶瓷薄板越來越多地出現在了建陶市場上。它與傳統陶瓷相比，從生產上節材、節電、節水，降低能耗；從質量上硬度高、阻燃性能強、低吸水率、耐磨損；從應用范圍上可廣泛用于各種建筑、寺廟修繕、船舶、文化廣場等，極具發展潛力[2]。所以，瓷質薄板在節能降耗以及質量上的優勢成為了“兩型社會”中建陶行業的新寵。未來5-10年陶瓷行業發展趨勢有三個關鍵詞——“減薄、減量、減速”。繼噴墨、微晶石之后，陶瓷薄板將成為下一個熱點。

2 陶瓷薄板的國內外發展現狀

2.1 國外發展現狀

據初步統計，意大利、波蘭、土耳其、西班牙跟德國等都有生產薄板，在歐洲的二次裝修中，薄板的應用非常普遍。其中，德國因其對建筑的找平有強制要求，故在德國薄板的鋪貼基本可以免去找平步驟，所以膠黏劑在德國薄板鋪貼中運用廣泛，而且效果很好。

意大利有家公司在薄板中添加一層玻璃纖維，這層玻璃纖維就類似于汽車的防爆膜，能顯著提升薄板的破壞強度，原本3mm薄板的強度加入玻璃纖維后能提升至6mm薄板的強度。該公司薄板主要產品規格為1000mm×3000mm跟1200mm×3600mm，已經運用到裝修的各個方面，尤其是對墻紙的取代。

土耳其主要生產1000mm×3000mm規格的薄板產品，主要用于別墅的的裝修。國外薄板采用的鋪貼方法與國內的完全相反，80%的鋪貼是采用干掛，僅20%采用濕貼法施工。

2.2 國內發展現狀

到目前為止，生產陶瓷薄板的企業并不多，如新中源、新明珠、蒙娜麗莎等頭部企業，由于生產薄板的設備要求非常的高，對技術方面的人才要求也高，也就決定了產品的生產成本要比傳統的瓷磚高出很多。在市場的終端上，薄板仍然被稱為概念性產品，走進千家萬戶的家庭還是有一定的距離，這是由于陶瓷薄板被消費者接受的程度還是遠遠比不上傳統瓷磚，對薄板的了解還不是很多。

隨著國家大力提倡資源節約、低碳環保，節能減排無論從政府政策、國家發展還是市場需求等方面都可以說刻不容緩。市場需求是產品產生的首要前提，故而，能減輕建筑物自重，加快施工速度，降低施工污染，提升建筑物設計感，降低綜合成本的安全耐用環保高科技材料——瓷質陶瓷薄板，就順應大環境的需求而誕生了。消費者對薄板尚處于“認知”階段，尚未形成良好的購買力。“消費者是需要引導的，目前來看薄板作為墻磚比較容易被接受，但作為家居飾面板等使用還需要時間。”事實上，目前薄板在耐磨、抗折、防水等多方面都已經達到相當的標準，完全可以用來代替傳統的木材、玻璃或鋁型材等家居飾面板材料。

本文以3mm高強陶瓷薄板制備為研究方向，采用新的配方及加工工藝，磚體在尺寸和厚度上可以做到大而薄（尺碼1600mm×3200mm，厚度僅2.8～3.2mm），能夠有效降低材料的重量，節約運輸及掛裝成本，方便了施工，減輕建筑負載，可滿足建筑物室內室外干掛裝飾等需求。

3 實驗部分

實驗主要設備包括：西斯特姆30000噸皮帶輥壓壓機、西斯特姆八通道功能噴墨打印機（配備星光1024HF噴頭）、Air Power六槍S形擺動式高壓噴釉柜、西斯特姆十二通道噴墨打印機（配備星光1024M和星光1024HF噴頭）、西斯特姆八通道功能噴墨打印機（配備星光1024HF噴頭）、200米國產恒力泰輥道窯、激光切割機及橋切機。

所用原料及化學組成見表1，3mm高強陶瓷薄板制備工藝流程見圖1。實驗采用常規配方（配方1-2）和高鋁配方（配方3-5）進行實驗，配方成分組成見表2、表3。各配方工藝參數見表4。

4實驗結果與討論

4.1 高鋁坯體配方的研究

采用常規配方（配方1-2）和高鋁配方（配方3-5）進行實驗，測試得到薄板破壞強度和斷裂模數性能見表5、表6。由結果可知，常規配方坯體斷裂模數在40～50MPa之間，以其作為薄板坯體配方，其破壞強度僅在200～300N左右，遠遠達不到陶瓷薄板400N破壞強度的行業標準。高鋁配方中，采用超細剛玉粉作為增韌劑，一是由于其成分穩定，誘導晶化性能穩定可控；二是材料可批量采購、適合多批次大量生產，避免了因為增韌性能不可控，導致批量生產時性能波動影響增強效果[3]。

高鋁配方（配方3-5）中的高嶺土在加熱過程中會脫水生成偏高嶺（Al2O3·2SiO2），在繼續的加熱過程中，偏高嶺會分解為莫來石和石英，這樣形成的莫來石其形狀貼近于母礦形狀的粒狀或鱗狀莫來石；同時剛玉粉作為莫來石晶相誘導劑，產品內部出現大量高溫液相后，溶解于高溫玻璃相中的Al2O3和SiO2通過溶解-析出機理，在基質玻璃中和長石玻璃的四周可形成稠密的放射狀或交織網狀的二次針狀莫來石。這些在玻璃相內彌散的二次莫來石對于玻璃相有著極好的增韌強化作用，可以很好地改善產品的性能，最終增強坯體強度。

4.2 燒制制度的優化

為了保證坯體強度達標、產品平整度效果良好、破壞強度要高還要能夠穩定生產，對產品的生產制度一定要優化，包括工藝控制參數及燒制制度，尤其是燒制制度，更是控制有效形成針狀莫來石晶相的關鍵。工藝上，優化控制流程，加強漿料細度控制及成形坯體表面質量控制；燒制制度上，加長高溫區縮短保溫區，縮短急冷區并延長緩冷區等使坯體有效產生更多的莫來石晶相以達成目標。采用配方4和配方5進行調整燒制制度的實驗，檢測配方4平均吸水率為0.043%，平均體積密度2.485g/cm3；配方5平均吸水率0.039%，平均體積密度2.478g/cm3。通過優化調整燒制制度，拉長燒制高溫區，縮短急冷區，延長緩冷區的方式保證了薄板坯體中莫來石晶相的產生，增強了產品強度性能并能夠穩定生產，表面質量能夠達到仿古磚質量要求。

5結語

（1）在本研究3mm高強陶瓷薄板的生產方法中，采用超細剛玉粉作為莫來石晶相誘導劑并入球球磨，保證了剛玉粉在漿料及粉料中的均勻性，可以有效保證其在晶化時可以有效控制其晶化均勻性，也有利于燒制磚形的控制。

（2）高鋁配方中增加了超細剛玉石粉，在燒制中又調整了燒制制度，因此有利于形成稠密的放射狀或交織網狀的二次針狀莫來石，這些在玻璃相內彌散的二次莫來石對于玻璃相有著極好的增韌強化作用，可以很好地提升產品的強度性能，普通磚材斷裂模數一般在40～50MPa之間，薄板的斷裂模數一般都超過55MPa，歐神諾3mm高強陶瓷薄板的斷裂模數都在60MPa以上，且在厚度在3.2mm以下的情況下，平均破壞強度還能達到400N以上，具有輕薄高強的效果。

（3）通過調整燒制曲線中溫度區間的設置，使坯體能產生放射狀或交織網狀的針狀莫來石以增強坯體強度，同時也有利于調整半成品磚形的平整，使產品表面能達到仿古磚產品的啞光及柔滑質感。

（4）通過對工藝流程參數的系統調整控制，實現了3mm高強陶瓷薄板產品的穩定連續大量生產，產品質量穩定，缺陷較少，優等率較高。

參考文獻

[1]? 張電. 高強陶瓷薄板的研究 [D]; 武漢理工大學， 2015.

[2] 范發晟. 陶瓷薄板的材料性能與裝飾實踐應用研究 [J]. 中國建筑裝飾裝修， 2022， No.246（18）： 70-72.

[3] 馬杰， 黃佳奇， 劉世明， 等. 氧化鋁粒徑對陶瓷薄板坯體高溫熱塑性變形的影響 [J]. 中國陶瓷， 2021， 57（11）： 55-61.