對聚晶微粉超透料通透性的分析

摘 要：文章對聚晶微粉超透料的通透性進行了詳細分析，并針對目前超透料通透性不佳、易變形、易分層、易產生熔洞、耐磨性差等問題的解決提出看法和處理意見。

關鍵詞：拋光磚；聚晶微粉；超透料；通透性

1 前 言

第一代聚晶微粉透料的開發始于2002年，最早是嘉俊陶瓷開發的，開發的理念是能開發出如微晶玻璃一樣的質感材料，可使微粉磚更加具有肌理裝飾效果，紋理更加有層次性和立體性。所以當初就是用微晶玻璃熔塊做助熔的，考慮就是微晶熔塊膨脹系數與坯一致且始熔點較高，也正是這個緣故，這種材料就叫微晶材料或聚晶材料，應用這種材料開發的產品就稱為聚晶微粉或立體微粉。但是微晶熔塊很昂貴，很難普及使用，也有人用低溫長石來研制出新的聚晶材料，因燒成溫度低且能增透，有人把這種材料叫做低溫料或透料，更有人藝術化地叫做玉質料。

第二代聚晶微粉透料的開發始于2009年，最早是鷹牌陶瓷開發的。新一代透料更通透清澈，如清澈的水、純凈的水晶，所以也叫液晶玉或超透料。新一代液晶玉更能增加磚的通透性、立體感和層次性，是仿玉石系列拋光磚的必備材料，但生產時易出現諸如成形時分層（粉料塑性差、易靜電、排氣困難、成形困難）和無法提壓次的問題，以及燒成時變形（上翹或波浪形變形）、熔洞（始熔點低、排氣難）和拋光后透光性差、耐磨性差等問題。本文對影響聚晶微粉超透料通透性的因素進行了分析。

2 影響聚晶微粉超透料通透性的因素分析

聚晶微粉磚尤其是透晶磚，面料低溫透料的使用量較大，占2%~98%，后者可達95%以上。如此多的透料，單靠降低溫度、增加玻璃相含量來增加透料的透性和磚的通透性是遠遠不夠的，也易造成磚的變形、分層、熔洞和耐磨性下降等問題。解決問題的關鍵，首先應弄清影響聚晶微粉透料通透性的因素，主要有以下三方面：

（1） 空氣與透料透光體界面的反射和吸收情況，尤其是漫反射；

（2） 透料透光體對光的吸收和散射情況即透光率，包括晶界、相界、氣泡、雜質、缺陷等因素對光傳導的影響；

（3） 透料透光體與底料界面的反射及底料對光的吸收。

2.1空氣與透料透光體界面的反射和吸收對通透性的影響

光在拋光磚拋光面上的反射、吸收和透射同樣遵循能量守恒定律，見關系式（1）。

T+R+Q=I（1）

其中：

T——透射光能量；

R——反射光能量；

Q——吸收光量；

I——入射光總能量。

光的透射遵循光的折射定律，見關系式（2），透射率主要與材料的折射率有關，基本上是定值。而吸收和反射與拋光面的粗糙程度及干凈度有關系，因此拋光面的拋光精度、光潔度對聚晶微粉的通透性影響至深。合理的拋光工藝是保證聚晶微粉拋光磚通透性的前提。

n21=sinθi/sinθt=v1/v2 （2）

式中：

θi——入射光線與法線的夾角；

θt——折射光線與法線的夾角；

n21——第二介質對第一介質的相對折射率；

v1、v2——不同傳導體中的光速。

要減低聚晶微粉拋光磚拋光面對光的反射和吸收，除了增加拋光面的拋光精度和光潔度外，涂覆增透膜也不失為一種好方法，增透膜是利用透明膜對發射光的干涉相消原理，降低反射率、增加光的透過率。

圖1為增透膜的工作原理圖，其中n1

△=2n■e=(2k+1)■

e■=■

式中：

n——薄膜的折射率；

t——入射點的薄膜厚度；

θt——薄膜內的折射角；

±λ／2 ——由于兩束相干光在性質不同的兩個界面（一個是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。

增透膜的設計是利用薄膜的折射率小于聚晶微粉透明材料和膜的厚度等于光的強光波長如紅光的1/4時發生的發射光相消原理，增強入射光的透過率，提高拋光磚的通透性。

2.2透料透光體的質量包括顏色、晶體、粒徑、晶界、相界、氣泡、雜質等因素對其通透性的影響。

聚晶微粉透料對光的吸收和反射（尤其是漫反射）對聚晶微粉拋光磚的通透性影響極大。透料透光體的質量與材料配方及生產工藝有極大關系，如何在材料配方及生產工藝上保證材料的透光質量是本文的重點，將著重探討。

2.2.1原料的選擇

原料包括晶體原料如石英、高嶺土、高溫砂、黑泥、白泥、球土、透輝石、硅灰石、鋰輝石、燒滑石等，玻璃體原料如鉀長石、鈉長石、鋰長石、瓷石、云母、珍珠巖、霞石、熔塊、廢玻璃等，助劑如增強劑、增稠劑、稀釋劑、澄清劑、脫色劑、析晶劑、增韌劑等。原料的選擇原則是保證材料配方透光性設計需要和聚晶微粉拋光磚的生產條件需要，也要保證產品使用的物性和安全需要。從高透光的幾種天然硅酸鹽礦物的晶系特點、成礦特點和晶型轉變特點，可得出聚晶微粉透料配方原料選取的基本原則，主要有如下三點：

（1） 原料純、成分單一、穩定且最好以鉀長石為主玻璃相形成體，晶相為透輝石形成體；

（２） 原料燒失小，形成玻璃時，殘余晶相為單斜晶系的小分子且殘余晶相不發生晶型轉變，不出現膨脹失透；

（3） 透明玻璃的成分多，玻璃粘度大，不易在降溫時分相；

（４） 原料中次要礦物和副礦物成分少，稀土含量較高的副礦影響透光率，此外副礦中的過渡元素鐵鈦磷等也影響失透。

（5） 如無法避免分相和析晶，建議引入多元析晶劑，使得晶體尺寸更小。表1中列出了常用的聚晶微粉透料用原料。

2.2.2配方的設計

聚晶微粉透料的配方結構首先不再考慮晶體較大的樹枝狀或網狀莫來石晶體，而是考慮晶體較小的針狀莫來石、透輝石、鋰輝石和硅灰石的多元晶體，玻璃相選擇高溫粘度大的K2O-MgO-CaO-Al2O3-SiO2玻璃，而不是粘度低的Na2O-CaO-Al2O3-SiO2玻璃。這方面的開發可以參考長石（伊利石）-硅灰石（透輝石）質透明釉，只要鈣和鎂的氧化物含量在8%以內，都可以研制出不同通透性的透料，膨脹系數可以用鋰輝石微調。此外，玻璃相中也有更微細的晶體，如絹云母晶體、透長石晶體，因玻璃粘度大，晶體也僅僅呈晶核狀態，且晶核為極小的單斜晶體。當然，也可以選用伊利石或含云母較多的瓷石，配方示例如表2所示。

2.2.3生產的控制

生產控制的關鍵是原料的均化情況，原料的細度、純度，粉料的粒度分配、水分比重，成形時致密度的均勻性、排氣狀態和燒成曲線。其中，燒成曲線尤顯重要，要求氧化段長一些，保證氣體排出，高溫燒成段短一點，急冷快一點，緩冷慢一點，保證透料在高溫玻璃狀態時粘度較高，不分相不析晶。

2.3透料透光體與底料及其他透光體面料界面對光的吸收和反射

光經過折射后，在透料與底料或裝飾料的界面形成的反射光，經重新折射后進入肉眼后形成視覺漂移，這些視覺漂移的效果就是立體效果或者是通透效果。透料無論做線料、塊料、粒料或全透料都要有可比性，既要增加通透反差，又要使反差柔和自然。如做線料和塊料的透料被其它面料和底料形成的不透溝槽包圍，溝槽和透料玻璃體形成的界面對光的吸收和反射既與玻璃體有關，也與不透溝槽界面的粗糙度、色度和曲面度有關，還與不透材料的晶體狀態、晶粒排列方向、晶界狀態及材料缺陷有關。如有的玻璃體與非玻璃體界面會有晶體成長、微氣體富集、微裂紋產生、分相物質富集等，這些都會影響聚晶微粉透料的通透性。

3結論

綜上分析，影響聚晶微粉透料通透性的主要因素有如下四點：

（1） 原料選擇和配方設計是影響聚晶微粉透料通透性的根本，選取原料應考慮原料的晶體結構、純度、白度和在配方中的作用，總的原則是玻璃相高溫粘度要大，晶體要小，氣相及殘余相要少，玻璃折射率要大。

（2） 從生產工藝流程控制看，要控制好原料儲存、原料均化、球磨加工、噴霧干燥、模壓成形、干燥燒成、磨削拋光等過程的工藝參數和工藝衛生，保證控制的精度和干凈度。

（3） 利用非透料的顏色和界面對二次反射時光的吸收和反射率的影響，以及布料裝飾工藝提高透料的通透性也是重要的手段。

（4） 增透膜可以提高一次反射時的光的透過率，并能彌補界面光潔度、毛孔等缺陷，從工藝角度講也是重要的增透手段。

參考文獻

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專利號:CN200920060045.2.

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灣鷹牌陶瓷有限公司，專利號:CN200910192628.5.