浅谈釉饰地砖产品的变形缺陷及预防措施

    卢锦葵

    摘 要：本文深入分析了釉饰地砖产品变形缺陷的影响因素，同时从坯体配方、釉料配方和窑炉烧成制度三大主要因素进行了详细探讨，提出预防措施。

    关健词：釉饰地砖；变形；预防措施

    1 引言

    陶瓷砖的烧成是有液相参与的烧结过程，伴随着熔融、软化、收缩等一系列烧结现象的出现，因坯釉性能不同、烧结状态不同、窑内热气体传热速度不同等导致砖形随之变化，当这种变化超过一定范围就会成为缺陷或痕迹留在制品上，表现为可以测量到的变形或峰谷之间的光泽差异，即砖坯变形，而辊棒痕则是砖坯在运行的前端平行于辊棒方向的波浪变形。

    2 釉饰地砖产品变形的影响因素分析

    陶瓷生产是一个多元的体系，原料的变化、工艺参数之间的相互作用，使生产过程控制变得复杂，影 响 坯 体 变 形 的 诸 多 因 素，见表1。

    2.1坯料配方对变形的影响

    坯体膨胀系数的大小取决于坯的矿物组成，而坯的矿物组成又与化学组成、原料细度和烧成制度有关。

    一般来说，一定温度下坯料配方中氧化铝含量应尽量高，配方中Al2O3含量对瓷质砖的变形，尤其是对后期变形有非常大的影响，氧化铝（主要来源于粘土）含量高，莫来石形成量多，坯体抗变形的能力好，现在很多厂家规定，配方中的Al2O3含量必须大于19%。[1]

    氧化钙和氧化镁能显著地降低坯体烧结温度和高温粘度；坯料中滑石加入量虽少但引起的变形的程度较钾、钠要大得多；同时坯料中含钙量高的原料要予以控制。熔剂含量中钠含量应适当的低、钾含量适当高，坯体不容易变形。

    生产中加入黑色色料的产品较容易变形，其主要成分为氧化铁；这些黑色色料使生成低共熔物的温度降低，膨胀系数加大，另外黑色色料的加入使坯料高温粘度降低，高温下抵抗变形的能力变差。在生产中转产黑坯产品时，一般采取调低窑炉最高烧成温度、降低窑速以及调整上下温差来适应黑坯产品的生产。

    综合上述分析可以看出，为减少砖坯的变形，基础坯料配方的制定既要着眼于配方的合理，又要保证控制过程的稳定。

    2.2釉料组成和性能对变形的影响

    砖的变形与釉的高温粘度、表面张力、熔融温度、膨胀系数有关，而这些影响因素与釉料组成有关；同时釉层厚度对变形也有直接的影响。[2]

    2.2.1釉的组成与高温粘度、表面张力的关系以及对变形的影响

    表面张力大的釉层有拉伸坯体的作用，在坯上铺展容易使釉面不平成波纹状，甚至高温下产生缩釉；表面张力小的釉，釉面粗糙或容易形成针孔。表面张力大的釉其高温粘度也大，反之表面张力小的釉高温粘度小；釉的表面张力大小受组成影响，受温度的影响变化不大；而高温粘度是随温度升高而降低。

    一般来说，釉的粘度受釉组成中碱金属、碱土金属氧化物含量及其离子半径和离子间的极化能力大小的影响。在碱金属离子中，以离子半径大的取代离子半径小的，表面张力就会明显降低，其降低程度以分子量小的Li2O最为显著，因为重量相等时，它引入的阳离子较多，其次是Na2O降低程度大于K2O，排序如下：Li+<na+<k+<pb+Zn2+：0.83 ■>Mg2+：0.78 ■。二价金属离子中钙、钡、锶的作用相近，它们对釉的表面张力有降低的作用，也随着离子半径的增大而明显降低。[3]

    一般釉中有氧化钠存在时，SiO2能降低表面张力，Al2O3则提高釉的表面张力。

    从增加釉对坯体的拉伸变形作用的角度考虑，应增加釉的粘度即加大表面张力，表面张力大的釉可以使砖形偏凹。

    2.2.2釉的始熔温度、熔融范围、釉的细度与变形的关系

    釉的始熔温度、熔融温度、釉的细度不构成对变形的直接影响。但釉的始熔温度较低时，粘度也会较低，表面张力也小。

    2.2.3坯、釉膨胀系数的大小对变形的影响

    坯与釉的膨胀系数差值是一个重要指标，当釉的温度降低到凝固温度或软化温度以下，釉料由溶液状态转变为粘性状态，这是粘度变化较大；当温度低于转化温度时，釉料开始硬化。粘性状态的温度范围内虽有应力产生，但很快就会消除：低于转化温度下，则应力不会尽快消除，此时釉层己开始固化。所以坯釉系数的差值在一定温度下才会显示出来。[4]

    影响坯釉适应性有四个方面，即坯釉的膨胀系数之差、坯釉中间层、釉的弹性和抗张强度以及釉层厚度。

    2.2.4釉层厚度的影响

    釉层加厚总的趋势是使釉的压应力降低，表现为烧成制品凸变形减小。由于釉层厚度不同，煅烧过程中釉组成改变的情况也不同，一般情况下釉层厚度< 0.3 mm，釉组成的变化对釉应力的影响比较明显；薄釉层在煅烧时组分改变相应较大，中间层相对厚度增加，有利于提高釉中压应力。当釉层较厚时，釉应力降至最低值而且不再继续变化。同时釉与坯的种类不同，釉层对应力的影响也不相同。[5]

    釉饰砖产品中淋釉比喷釉的釉层厚，故对于同样的配方和烧成制度的淋釉产品来说相对凸变形较小。

    2.3窑炉烧成制度对变形的影响

    有釉砖的理想烧成状态是在坯体基本完成氧化还原反应后釉层开始熔化，从减少釉层熔融、坯体进一步反应、气体的排除而造成的釉面缺陷的角度希望釉的始熔温度高些为好。

    辊道窑在烧成过程中，当窑炉的下部温度高，上下温差较大时，砖坯下表层先行收缩呈凸变形状态，温差越大凸变形越大；另一方面当釉層进入熔融状态，釉层的软化收缩、釉的表面张力作用有拉伸坯体向上的作用；同时窑内上部和辊下气体流动速度不同坯体传热速率不同也会出现凹凸变形。

    窑炉的压力分布是实现温度制度的保证。压力变化直接导致窑内气流的变化，流速不同使砖坯表面与内部热交换速率不同，这是窑压影响变形的直接原因；同时压力变化对窑炉火焰性质、坯体的热传递效率、冷却风的冷却效果都产生影响。一般情况下，窑炉的冷却带整个处于正压状态、烧成带为微正压或零压状态，而预热带由于燃烧废气的抽出为负压。零压位为窑内压力的重要控制点，一般处在烧成带前端。为满足整个窑炉温度与压力分布，窑内除进风及排烟孔外还设有挡火墙、挡火板，同时窑内各段砖距疏密也对温度、压力起调节作用，并对变形产生影响。

    3 釉饰地砖产品变形的解决办法与预防措施

    综合上文从坯体配方、釉料配方和窑炉烧成制度三大主要因素的分析，为较好地解决釉饰砖产品变形问题，工艺基础管理上要尤其注意如下几个主要方面：

    （1）坯料中氧化铝含量要适当的提高与稳定；

    （2）注意滑石的引入对变形的影响，对于减少滑石用量的坯料配方要进行试验；

    （3）在釉料性能方面注意釉的高温粘度对变形的影响；

    （4） 注意釉面光泽度在辊棒痕方面反映出的严重程度，对板时基础配方要尽量靠近无光区，同时注意模具表面的胶膜厚度对釉面质感的影响。

    在实际生产中所谓“看着砖烧窑”，就是说生产过程中工艺基础、坯釉配方不尽相同，各种影响因素都不同程度的处在动态中，烧成过程中的砖形的变化在所难免；原料波动、配方变化、深浅色坯不同、施釉方法不同、品种变化等使得窑炉控制产生变化。烧成工序要掌握这些变化的规律，使窑炉调整有方向，在烧成方面：

    （1）重点控制970 ～ 1180℃窑炉上下温差，不使砖坯出现凸变形；

    （2）增加负压提高该区间的传热速率；

    （3）注意总结并参照坯釉开始出现收缩和变形的温度对该区间烧成制度的影响。对于解决辊棒痕缺陷来说，窑炉的调整要更注重窑炉同一截面的上下温度的对应和传热速率的调整。

    参考文献

    [1] 蔡飞虎， 冯国娟. 陶瓷墙地砖生产技术[M]. 武汉理工大学出版社， 2011.

    [2] 刘康时. 陶瓷工艺原理[M]. 华南理工大学出版社， 1990.

    [3] 李家驹，缪松兰，马铁成，等.陶瓷工艺学[M].北京：中国轻工业出版社2006.

    [4] 王敏.影响建筑卫生陶瓷釉适应性的因素[J].陶瓷研究 2008.1：40～43.

    [5] 毛瑞. 影响陶瓷材料坯釉适应性的因素分析[J]. 广东轻工职业技术学院学报， 2008， 7（2）：17-19.

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