微晶玻璃－陶瓷復合曲面板的生產工藝研究

摘要 本文通過研究微晶玻璃-陶瓷復合材料在高溫下軟化流動的特征和晶粒相對位移的特點，論述了復合平板加熱、加壓彎曲過程中的溫場分布規律，并由此制定出合理的溫度制度，使復合板微晶表面和坯體在合理的溫度制度、溫場分布制度下同步彎曲成為所設計的曲面。

關鍵詞 微晶玻璃，陶瓷，復合曲面

1引 言

現代建筑發展的趨勢之一是大量采用“曲面圓角”的建筑造型以取代傳統呆板的“平面直角”造型。微晶玻璃-陶瓷復合曲面板是以大規格復合平板為基材，經高溫彎曲、拋光、精確切割制造而成，其強度高于天然花崗巖，是一種永久性的、具有鏡面效果和任意半徑、質感優良、凹凸面均可作為拋光面的新型高級曲面裝飾材料，適用于建筑物幾乎所有的弧面部位，使建筑物具有整體流暢的曲面效果。復合曲面板的面世，不僅為建筑設計、裝潢設計提供了全新的選擇，也使建筑裝飾更豪華、更高檔，使現代建筑散發出無窮魅力，無限生機。

作為中、高檔石材裝飾曲面板的一種替代產品，微晶玻璃-陶瓷復合曲面板新產品的開發順應了建筑業和時代發展的需要，可以在保護自然環境、節約有限資源方面產生顯著的社會效益。此外，微晶玻璃-陶瓷復合曲面板與同規格的石材曲面板相比，重量僅為后者的1/2左右，僅此一項，可節約大量的安裝和運輸費用，并能顯著地降低墻體荷載，延長建筑物的壽命，更為重要的是，在整個制造、使用過程中無有害物質排放，在使用中也不會造成環境污染。

微晶玻璃與陶瓷磚相結合，實現了兩類材料的優勢互補。它以極高的光澤度、表面零吸水率、高耐污性、高強度、高化學穩定性、綠色環保無污染特性和投資少、產量大、成本低、易于機械自動化生產的優勢，成功搶占了高檔石質板材、微晶玻璃板材和高檔瓷質拋光磚的部分市場份額，呈現出強勁的發展勢頭，具有廣闊的發展前景。目前大量生產的微晶玻璃-陶瓷復合板全部是平板產品，沒有曲面產品，在有曲面的建筑物上往往失去了作為幕墻材料的候選資格，因此，要普及微晶玻璃-陶瓷幕墻，就必須進行曲面板的研究、開發。

2生產設備

微晶玻璃-陶瓷復合曲面板的制作，最關鍵的技術問題是兩種不同的材質的軟化溫度存在差異會帶來同步彎曲的困難。微晶玻璃的軟化溫度在800℃左右，陶瓷磚的軟化溫度在1000℃左右，兩種材料的熱膨脹系數也有所差異。經過大量實驗發現，由于材質不同，加熱溫度高時，微晶玻璃-陶瓷復合板的陶瓷坯體可以彎曲成形，但表面的微晶玻璃層早已熔化并開始流淌；加熱溫度低時，微晶玻璃層尚可，但彎曲不到位，加壓不當則會出現分層、裂板現象。要使微晶玻璃-陶瓷復合板彎曲成所需的形狀和尺寸，除了人為因素的控制，設備條件同樣必不可少。

傳統的微晶玻璃弧面彎曲成形采用的都是梭式窯爐或隧道式窯爐，不易實現加壓控制；窯爐內溫度梯度大，容易造成板材上下表面溫差大從而導致熱應力過大，發生炸裂的現象。為此我們針對復合板自身的特點，研制的彎曲成形加熱設備采用電加熱專用弧型爐，一次完成加熱彎曲成形過程。

以凸模弧型爐為例，專用弧形爐將發熱體、模具、爐膛“三位一體”與壓頭組成成形系統，采用雙層爐門，依靠與之配套的自動控制系統對各項工藝參數進行適時調整。它的工作原理是：當溫度升至復合板的變形溫度范圍，保溫一定時間，復合板開始變形，產生一定撓度。此時壓頭緩慢落下，在壓力和溫度的共同作用下，板材變形速度加快，最終貼合在模具型面上。在變形過程中，壓頭能夠通過控制系統隨時調整壓力大小和加壓時間。當板材與型面貼合時，傳感器向控制系統發出信號，壓頭停止加壓；保溫一定時間后開始降溫。溫度降至350℃打開第一層爐門，溫度降至180℃時重新關閉第一層爐門，然后快速升溫至回火溫度，保溫一定時間后隨爐冷卻至350℃再打開第一層爐門，溫度降至120℃時打開第二層爐門冷卻至室溫，完成弧型爐加熱彎曲復合板的成形過程。

模具的型面材料選用加入SiC骨料的高鋁耐火泥料，經1350℃高溫燒結后，再經過金剛石磨輪的仿形磨削，加工成為標準的凸面或凹面的柱面形狀。該模具具有足夠的高溫強度、較小的熱膨脹系數和良好的熱穩定性，經適當維護、修整可重復使用80次以上。

用于彎曲微晶玻璃板的傳統高溫模具采用不銹鋼或耐熱合金鋼制成，模具的導熱系數往往是板材的幾十倍，導致升、降溫時板材受熱不均勻，尤其在退火階段，板材的溫度滯后現象嚴重，板材容易破碎、反彈變形，不利于實時控制，難以實現工業化生產。采用空心高溫無機材料制成的模具，直接從模具內部進行加熱，有效地保證了弧面溫場的分布，從根本上解決了板材的溫度滯后現象，減少了板材的破損、變形。

耐火材料或耐熱材料制成的底模可以是整體的、分體的、組合式的，底模表面可以向上彎曲、向下彎曲，底模表面可以是連續的曲面也可以是不連續的曲面，可以是規則的曲面也可以是不規則的曲面，底模的形狀也可以只是給復合平板提供一個彎曲的空間形狀。

熱壓窯爐可以是間歇式或連續運行方式的，間歇式熱壓窯爐是由梭式窯、鐘罩窯、倒焰窯、馬弗爐、電爐等各種窯爐加設加壓裝置即成為間歇式熱壓窯爐，當采用連續運行熱壓窯爐時，窯爐由隧道窯、輥道窯、推板窯等連續運行的窯爐附加壓力裝置改造而成，在爐膛中進入高溫段的位置，爐頂上伸下一根或幾根吊鉤，吊鉤可以上升、下降，可以旋轉180°，底模與上壓頭間隔排列向前運行，底模上有復合平板，上壓頭的上部有吊孔，將吊鉤調整到合適的起始位置，吊鉤的方向與上壓頭運行方向相反，當上壓頭向前運行時，上壓頭上的吊孔正好套在吊鉤上，此時吊鉤吊起上壓頭并旋轉180°后停在爐膛上部，等待底模向前運動至上壓頭的正下方，此時吊鉤放下將上壓頭壓在底模上的復合板上，復合板在溫度、壓力的作用下被壓成所需的曲面形狀，吊鉤也可采用多種抓鉤的形式，吊鉤的動作和位置可通過窯爐中設置的觀察窗由人工手動進行操作和控制，也可通過各種傳感器進行自動控制，也可采用程序控制。

上壓頭和吊鉤均為耐火材料或耐熱材料制造，上壓頭可以是整體、分體或組合式的，上壓頭的下表面可以是連續的曲面也可以是不連續的曲面，可以是規則的曲面，也可以是不規則的曲面，上壓頭的形狀可以使其對復合板局部加壓或對整塊板面加壓。

上壓頭對復合板施加壓力的時機十分重要，微晶玻璃-陶瓷復合平板由各工廠生產，采用的微晶玻璃層和陶瓷層的配方各不相同，其各自的軟化溫度也有很大差別，上壓頭下壓時的正確溫度應該是當陶瓷層已軟化而微晶玻璃尚未流淌、起皺、多孔時的溫度，一般而言加壓時的溫度應在850～900℃之間。

對于不同的微晶玻璃-陶瓷復合板需采用不同的溫度和壓力，對大批生產的連續式熱壓爐，根據不同批次特定的復合板，其壓頭形狀和重量是經過反復試驗后確定的；在間歇法生產時，對不同的復合板應采用不同壓力，采用上壓頭的部分重力或全部重力的壓力作用時，一種可采用的方式是在上壓頭的懸掛裝置的爐外部分安裝彈簧秤或類似的計量裝置，放下上壓頭與復合板接觸時，計量裝置指示值與重量的差值即是復合板實際所受的壓力，適度拉緊或放松上壓頭可以調節復合板所承受的壓力為零至上壓頭的全部重力，使復合板在上壓頭的重力作用下逐步彎曲至與底模貼合或與下壓頭的形狀一致，上壓頭的重量受爐膛大小等因素的限制，當上壓頭全部重力尚不足以使復合板彎曲到位時，可對上壓頭另外施加壓力。

傳統的微晶玻璃弧面磨光使用的是磨頭磨光，往往由于磨頭壓力調整不當，引起板材破損，采用特殊的材料可有效地避免這一問題，使生產出的微晶玻璃-陶瓷復合曲面板的表面光澤度大于90度。

3生產工藝

石材曲面板可將整塊石材經切割、磨削而成，微晶玻璃曲面板可采用傳統彎曲玻璃板的方法制作。微晶玻璃-陶瓷復合板的表面是厚度為3～5mm的微晶玻璃，基層是10～15mm的普通陶瓷磚。微晶玻璃-陶瓷復合曲面板是將已燒結成形的微晶玻璃-陶瓷平面板材，經高溫加壓彎曲成為曲面板材。微晶玻璃的軟化溫度在800℃左右，陶瓷磚的軟化溫度在1000℃左右，兩種材料的熱膨脹系數也有差異。要使復合板在一定溫度范圍內熱壓彎曲成為要設計的曲面，且不發生破碎和層面錯位、分離現象，必須有合理的溫度制度、溫場分布制度使兩者同步彎曲，這種溫場分布制度、溫度制度必須使復合平板在彎曲過程中的破損率降到最低，可以使平板準確地貼合于模具表面，并在出窯后曲面不發生反彈。工藝流程為：復合平板→曲面熱壓成形（試驗爐加熱彎曲成形）→磨削拋光機磨光→曲邊切割機切割→直邊切割機切割→檢驗→表面復膜→包裝。

4結語

隨著社會經濟的發展，各種各樣新穎的建筑形式的出現必將會產生更多的弧形墻面和圓柱，這就為微晶玻璃-陶瓷復合曲面板的應用帶來機遇，該種新型的裝飾材料必將以其新穎的造型和優良的性價比來滿足社會的需求。

參考文獻

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