關于釉面發(fā)泡陶瓷保溫板鼓包缺陷的分析

問：韓工，我廠生產釉面發(fā)泡陶瓷保溫板，在生產30mm和35mm厚板材時氣孔均勻，在生產40mm厚板材時，有不均勻大氣孔，偶爾有鼓包缺陷，而在生產45mm厚板材時，出現(xiàn)嚴重鼓包缺陷，尤其是四邊比較嚴重，開介斷面如地下溶洞，見圖1，請問是什么原因？如何解決？

答：釉面發(fā)泡陶瓷板鼓包缺陷的產生，可以追溯到釉面發(fā)泡陶瓷板底面料配方問題，原料穩(wěn)定問題，球磨細度問題，粉料水分和顆粒級配問題，壓機工藝參數(shù)問題，燒成工藝制度問題等六個方面，下面一一分析之。

1 鼓包缺陷產生原因分析

釉面發(fā)泡陶瓷保溫也叫有釉面發(fā)泡陶瓷保溫板（JG/T 511-2017命名）或有燒結釉面發(fā)泡陶瓷保溫裝飾板（T/CECS 480-2017）。釉面發(fā)泡陶瓷保溫板從配方體系上來講，可以分為拋光廢渣體系和珍珠巖微粉體系。

1.1配方設計對鼓包缺陷的影響

發(fā)明專利CN201110111768.2以拋光廢渣、經破碎處理的廢拋光磚、制坯回收的廢坯粉和廢泥粉、除塵器回收粉塵、陶瓷廠排水道淤泥、經破碎處理的拋光用廢磨塊、廢棄釉料、煤燒結余物、廢高嶺土、廢高溫砂、污泥及減水劑和增強劑為原料，采用濕法球磨、過篩除鐵、陳腐均化、噴霧干燥、壓機干壓成型、施釉、輥道窯裸體燒成等工藝，首次制得釉面發(fā)泡陶瓷磚（輕質陶瓷墻漆磚）[1-3]。在以拋光廢渣為主體原料的釉面發(fā)泡陶瓷產品生產過程中，拋光廢渣、廢磨塊中殘存的氮化硅、碳化硅微粉為發(fā)泡劑，此外，碳酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、有機物和金屬氧化物，尤其是三氧化二鐵的含量對發(fā)泡的溫度、范圍和程度有較大影響，這些高溫化學反應是引起鼓包缺陷和發(fā)泡的主要原因[4]。

發(fā)明專利CN201210075879.7以珍珠巖微粉為主體原料，輔以沸石、凝灰?guī)r、膨潤土、頁巖、紫砂陶土、劣質陶泥或劣質高嶺土等塑性原料，以螢石為發(fā)泡助劑，以碳化硅收塵粉為發(fā)泡劑和減水劑扥助劑，采用濕法球磨、噴霧干燥、二次布料、一次干壓成型、施釉、特殊輥道窯裸體燒成等工藝制備而成，該釉面發(fā)泡陶瓷保溫板以珍珠巖微粉為主體原料，生產過程中，珍珠巖脫水，助泡劑脫氟，碳酸鹽脫碳，有機物氧化分解，發(fā)泡劑與氧化劑——過渡金屬氧化物發(fā)生氧化還原反應，這些高溫化學反應是引起鼓包缺陷和均勻發(fā)泡的主要原因[5]。

1.2原料穩(wěn)定性對鼓包缺陷的影響

原料的穩(wěn)定是生產穩(wěn)定的基礎。釉面發(fā)泡陶瓷保溫板原料可以分為坯用原料、釉用原料和過渡面料用原料三類。在坯用原料中，按功能分為發(fā)泡劑、助泡劑、減水劑、塑性原料、骨架原料、熔劑原料等，在以拋光廢渣為主體原料的配方體系中，拋光廢渣和廢磨塊中殘存的碳化硅微粉為還原發(fā)泡劑，拋光廢渣和廢磨塊中含有的氯氧鎂結合劑或水泥結合劑為發(fā)泡助劑、原料中含有過渡金屬氧化物如三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化錳等為氧化發(fā)泡劑，拋光廢渣、廢棄坯粉、收塵器回收塵粉、廢棄釉料、煤燒結余物、污泥等固廢為熔劑，起到降低燒成溫度的作用，廢高嶺土、廢高溫砂中硅鋁含量高，是玻璃陶瓷產品的網絡形成骨架原料，同時也起到增加坯體塑性的作用，同時原料中含有有機物質、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硫化物等原料在一定溫度范圍內起到助泡作用，但是由于其與主發(fā)泡劑及玻璃陶瓷燒結、產生玻璃相的溫度點及工藝控制溫度點不同步，其往往起到反作用，也就是說這些物質是造成鼓包缺陷危害的根本。同時，由于陶瓷磨塊中磨介的種類、目數(shù)、含量不同，不同廠家結合劑的種類、組成結構不同，以及廢棄物原料三氧化二鐵等過渡金屬氧化物的波動，都會導致發(fā)泡劑氧化還原反應產生波動。為了消除助泡劑、氧化劑和危害發(fā)泡對主體發(fā)泡的影響，需要建立原料標準體系，分類儲存，合理使用。

在以珍珠巖為主體原料的配方體系中，主體原料珍珠微粉的化學成分、結合水含量、鐵含量、粒度對生產起到關鍵作用，發(fā)泡劑的種類、粒度、粒度分布、用量，發(fā)泡助劑的種類、純度、化學成分、粒度、用量，以及輔助原料沸石、凝灰?guī)r、膨潤土、頁巖、紫砂陶土、劣質陶泥或劣質高嶺土等塑性原料和半塑性原料中的化學成分、氧化鐵含量，有機物含量、碳酸鹽含量都會影響發(fā)泡的氧化還原反應和泥漿、坯體的干燥物理過程和應力反應，也會對始熔點、液相量、高溫塑性、危害發(fā)泡產生影響，進而導致開裂或鼓包等缺陷的產生。

原料穩(wěn)定是生產穩(wěn)定的根本，為了穩(wěn)定生產，需要重視料場規(guī)劃設計、料場和原料工藝管理、料場現(xiàn)場管理和原料統(tǒng)計統(tǒng)籌管理[6]

1.3工藝控制對鼓包缺陷的影響

工藝控制包括原料入廠檢驗、原料風化均化、配料、球磨、噴霧干燥、干壓成型、余熱干燥、釉線施釉、預熱干燥、氧化分解、玻化發(fā)泡、急冷、緩冷、切割、磨邊等工藝過程。影響鼓包缺陷的工藝包括原料入廠檢驗、原料風化均化、配料、球磨、噴霧干燥、干壓成型、余熱干燥、釉線施釉、預熱干燥、氧化分解、玻化發(fā)泡等，其中預熱干燥、氧化分解、玻化發(fā)泡等工藝是在燒成窯爐里進行的，幾乎看不到，俗稱黑匣子作業(yè)。

對于陶瓷生產來說，有“生在原料、死在窯爐”、“生在壓機、死在窯爐”，生死觀不僅是哲學，也是科學，更是工藝控制的關鍵。

遇到開裂或者鼓包缺陷，研發(fā)說“配方沒變”，采購說“供應商沒變”、原料、壓機、窯爐也說“工藝參數(shù)沒變”。那是什么發(fā)生了變化？舉個例子，原料是天然礦物，固廢來源復雜，譬如珍珠巖，按照礦物形成狀態(tài)及含水率分為珍珠巖、黑曜巖、松脂巖和浮石等四種。而珍珠巖開采過程產生的尾礦、副礦有：表土、流紋巖、脫玻化珍珠巖、凝灰?guī)r、膨潤土、沸石等，加工過程產生的固廢有：珍珠巖微粉、脫玻化珍珠巖和膨脹珍珠巖微粉等[7]，礦物的自然變化和供應商的非自然變化都會引起原料波動。

（1）球磨細度及工藝：

球磨細度與入球原料粒度、硬度、球石質量、大中小球比例、料水球比及球磨時間有關系。塑性原料容易球磨、瘠性原料難以球磨、塑性原料過多，水料比不合理或減水劑使用不當會導致球磨中后期泥漿稠度太高而影響球磨效果。球磨細度會影響各種原料在泥漿中分散的穩(wěn)定性和均勻性，同時也會影響配方的始熔點、等溫點的液相量和液相對固相浸潤、包溶情況，同樣球磨細度也會影響發(fā)泡劑、發(fā)泡助劑以及在高溫區(qū)可能產生氣相的物質反應溫度和均勻度，也就是說細度會影響產生氣相的溫度和影響氣相在液相分散的均勻性和穩(wěn)定性。發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡過程是氣泡核在玻璃液相中逐漸長大并趨于亞穩(wěn)定分散狀態(tài)過程，一旦由于細度及細度影響分散的均勻性和穩(wěn)定性，就會打破亞穩(wěn)定這個平衡狀態(tài)，就會導致氣泡與氣泡之間的吞噬，形成大氣泡繼而形成鼓包缺陷[8]。

濕法球磨工藝分為連續(xù)分級球磨和間歇球磨兩種工藝裝備，單種原料球磨和配方原料球磨兩種投料工藝。球磨工藝有兩個目的即研磨和分散，所以一般陶瓷企業(yè)都是配方原料投料工藝，單種原料球磨工藝僅用于原料加工，連續(xù)分級球磨是新型高效節(jié)能球磨工藝，即球磨分為多級球磨多級篩分工藝，不同球磨階段有不同的磨介、磨介比、料球水比，避免因為易磨原料、熔劑原料、細度合格原料球磨過細影響質量工藝和浪費能源及效率。

（2）粉料水分、顆粒級配及壓機成型工藝：

粉料水分、顆粒級配影響粉料的體積密度、流動性。在壓機成型時，粉料的體積密度、流動性影響坯體的強度、針密度和針密度的均勻性，釉面發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡是氧化還原反應，氧化劑有兩個來源，一是坯體顆粒之間的氣相（空氣中的氧），二是過渡金屬氧化物，而且坯體之間的孔隙不僅有利于水、有機物、碳酸鹽的分解和排除，而且有利于高溫空氣、熱量的傳遞，特別是當釉料液相、面料液相和底料液相還不足以封閉氣孔、包溶固相的時候，可以保證氣相的暢通流動。當坯體針密度、厚度發(fā)生變化時，就會導致氣相的流通受阻，隨著液相的產生就會導致鼓包。所以壓機的面料厚度、壓力、排氣、保壓時間等工藝制度是會嚴重影響發(fā)泡和發(fā)泡鼓包缺陷的。

（3）燒成工藝

燒成工藝包括預熱干燥、氧化分解、玻化發(fā)泡、急冷、緩冷等工藝階段，其中預熱干燥、氧化分解、玻化發(fā)泡工藝階段對發(fā)泡及發(fā)泡鼓包缺陷是有影響的。一般意義的預熱干燥是脫去坯體的物理吸附水，對于珍珠巖亦或水泥結合劑磨塊，因含有化學結合水，在預熱干燥階段是無法全部脫除的，這剩余的化學結合水，既是發(fā)泡劑，也是還原劑和助泡劑，所以釉面發(fā)泡陶瓷的發(fā)泡鼓包缺陷與燒成窯的預熱干燥工藝是有關聯(lián)的。

釉面發(fā)泡陶瓷燒成時自上而下包括釉面層、面料層和發(fā)泡陶瓷本體，由內至外包括高溫煙氣和釉面發(fā)泡陶瓷界面和釉面發(fā)泡陶瓷。在氧化分解階段，我們務必使得有機物質、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、部分水和助泡劑分解并排除，這需要氧含量、窯氣壓、溫度和時間保證，也需要原料濕法球磨時細度和均化質量保證。在玻化發(fā)泡階段，液相逐漸產生，浸潤、包溶固相，還原性發(fā)泡劑與氧化性發(fā)泡劑發(fā)生氧化還原反應，產生泡核，泡核在液相和助泡劑液相作用下，穩(wěn)定分散在陶瓷玻璃液相中，在一定溫度、窯壓和時間保證下，泡核逐漸獨立長大。如果液相粘度變化過快、窯壓太小、泡核成長過程中壓力變化太快、太大就會快速增大，甚至吞噬周邊小氣泡，形成鼓包型發(fā)泡。

2 缺陷解決辦法

通過以上分析，我們可以得出：

1）解決釉面發(fā)泡陶瓷保溫板鼓包缺陷的基礎是原料的穩(wěn)定，尤其是干凈度、化學成分、粒度、含水率、鐵含量等指標；

2）良好的配方設計以及配方原料及其技術指標，特別是助熔劑、發(fā)泡劑及發(fā)泡助劑的選擇和粒度及粒度分布設計是生產穩(wěn)定的關鍵；

3）面料和釉料配方的匹配性，球磨、噴料、成型、施釉及燒成工藝技術參數(shù)的設計是保證穩(wěn)定發(fā)泡而不鼓包的必備條件。

參考文獻

[1]韓復興等，珍珠巖在有釉面發(fā)泡陶瓷生產中的應用[J]，陶瓷，2020（8）：21-25.

[2]韓復興等，輕質陶瓷墻漆磚生產工藝研究[J]陶瓷，2010（10）：58-62.

[3]一種輕質陶瓷磚的生產方法[P]，佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司，2011.11.23.

[4]韓復興，關于拋光廢渣泡沫陶瓷磚生產問題的解析[J]，佛山陶瓷，2012（3）：67-68.

[5]一種保溫裝飾陶瓷板及其生產方法[P]，信陽方浩實業(yè)有限公司，2012.07.23.

[6]韓復興、李小雷，談陶瓷廠的料場工藝管理[J]，佛山陶瓷，2009（1）：24-26.

[7]韓復興，關于珍珠巖的答疑[J]，佛山陶瓷，2022（6）：55-60；

[8]韓復興等，從“泡泡”悟出的陶瓷發(fā)泡機理[J]，佛山陶瓷，2020（10）：1-3.

（韓復興）