微晶石工藝技術(shù)的探討及其產(chǎn)品缺陷的解決方法

摘要：本文主要講述了微晶石的發(fā)展歷程、生產(chǎn)工藝及其創(chuàng)新，以及產(chǎn)品缺陷的解決方法。實踐證明：微晶石產(chǎn)品存在的主要缺陷為硬度不夠、氣孔、變形等，如何解決這些缺陷問題，是微晶石生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：微晶石；工藝；創(chuàng)新；缺陷；解決方法

1 引言

微晶石，學(xué)名微晶玻璃，是一種采用天然無機材料，運用高新技術(shù)經(jīng)過高溫燒結(jié)的新型綠色環(huán)保高檔建筑裝飾材料。具有板面平整、色調(diào)均勻、紋理清晰、光澤柔和晶瑩、質(zhì)地堅硬細膩、防污染、耐酸堿、綠色環(huán)保、無放射性毒害等優(yōu)點。這些優(yōu)良的理化性能都是天然石材所不可比擬的。

微晶石是在與花崗巖形成條件相似的高溫狀態(tài)下，通過特殊的工藝燒結(jié)而成。但又存在區(qū)別，花崗巖是一種由火山爆發(fā)的熔巖在受到相當?shù)膲毫Φ娜廴跔顟B(tài)下隆起至地殼表層，巖漿不噴出地面，而在地底下慢慢冷卻凝固后形成的構(gòu)造巖，是一種深層酸性火成巖，屬于巖漿巖。微晶石與花崗巖、大理石、鑄石性能的比較如表1所示。

微晶石具有較多的優(yōu)點，它代表了未來建材發(fā)展的方向。但由于目前的技術(shù)有限，還存在很多的不足。因此，如何解決微晶石中的缺陷問題（硬度不夠、氣孔、變形等），是微晶石生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。

2 微晶石的發(fā)展歷程

我國陶瓷經(jīng)過近20多年的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模已躍居世界第一。但縱觀這些年來的發(fā)展，只在拋光磚領(lǐng)域的生產(chǎn)與研發(fā)處于世界領(lǐng)先水平，而其它陶瓷產(chǎn)品限于國內(nèi)的設(shè)計、材料、市場等因素，仍與發(fā)達國家有一定的差距。為促進行業(yè)的良性發(fā)展，加強行業(yè)交流，更好地推廣新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，從2002年開始，很多企業(yè)都開始投入到微晶石的生產(chǎn)上。通過在技術(shù)上的不斷改進，目前已有很多企業(yè)成功生產(chǎn)出質(zhì)量較高的微晶石。如今微晶石建筑材料已被譽為“21世紀的高檔裝飾材料”。

第一代微晶石生產(chǎn)于上個世紀90年代中后期，其優(yōu)點為潔白如玉的外觀、美麗柔美的光澤、良好的硬度與耐磨性、較好的耐酸耐堿性。但也存在一些缺點，如：大量的氣孔、晶花單調(diào)等。

2003-2005年，第二代微晶石誕生，它具有變化萬千的結(jié)晶花紋，并且整個橫斷面基本上無氣孔。但硬度、耐化學(xué)腐蝕性比第一代差。

2005-2006年，第三代微晶石研究成功，相對來說，第三代微晶石的機械性能、耐化學(xué)腐蝕性能要更好；具有形狀各異的花紋，斷面基本無氣孔。但立體層次感不強，石材質(zhì)感不佳。

2008-2009年，技術(shù)人員通過特殊的配方體系，控制晶體生長的紋路，成功獲得第四代的微晶石，它具有裝飾花紋奇特、立體層次感強、石材質(zhì)感逼真、色調(diào)柔光似水，其藝術(shù)性較強。

2009至今，已有很多企業(yè)開發(fā)出第五代微晶石，它是把陶瓷坯體、大理石紋理、玻璃微晶小顆粒三者完美合一，使此款產(chǎn)品光澤度高，同時又兼具大理石的紋理和質(zhì)感。在性能方面，它質(zhì)地堅硬細膩、吸水率低、防污、耐酸堿、抗風化，不會因冷熱突變而裂開或扭曲變形，無放射性毒害，是目前最為安全的綠色環(huán)保型材料。同時，這些優(yōu)良的特性是天然石材不可比擬的。

3 微晶石的生產(chǎn)工藝及其難點

3.1 微晶石的生產(chǎn)工藝

由圖1可以看出，微晶石是由陶瓷坯體和微晶雙層復(fù)合而成，微晶石的工藝流程大體一致，但一次燒工藝生產(chǎn)微晶石，在布料階段先進行底料布料；再進行面料布料；最后一次燒成。二次燒工藝是先經(jīng)過坯體高溫素燒，后鋪上微晶玻璃熔塊，再通過高溫燒成。一次燒成工藝相對簡單、大大縮短生產(chǎn)時間。同時，在性能方面，二次燒的微晶石先經(jīng)過坯體高溫素燒后再低溫釉燒，致使成品存在耐磨度低、硬度低、坯體與微晶結(jié)合不理想等缺陷。為了解決這些問題，技術(shù)人員經(jīng)過長期的研究，目前采用一次燒成技術(shù)，致使磚坯、花紋、微晶玻璃層一次成形，大大提高了原材料與微晶的結(jié)合度，微晶石硬度更高（莫氏硬度達到6級）、更環(huán)保更耐磨。

3.2 微晶石一次燒成技術(shù)的難點

原材料和晶體一次結(jié)合達到一次燒成。具有非常大的技術(shù)難度，在試驗過程中，產(chǎn)品不斷出現(xiàn)大溶洞、波浪形、破裂等現(xiàn)象。為了獲得較好的產(chǎn)品，需解決一次燒成的技術(shù)難點主要有三方面，一是原材料基礎(chǔ)配方的確定；二是窯爐的燒成影響；第三是達到坯體與晶面熱膨脹的平衡。

同時，一次燒微晶石的布料過程與二次燒布料過程不同，首先進行底料布料，底料通過調(diào)節(jié)刮板使素燒磚坯上的底料均勻布上；然后進行面料布料，面料通過調(diào)節(jié)刮板使其料均勻布上，面料布在底料上；最后由壓模壓平，從而使布料致密度均勻，并更清晰看到玻璃料底下的圖案。

3.3 微晶石一次燒成的優(yōu)勢

（1）更強的硬度、更高的熱穩(wěn)定性

從兩次燒轉(zhuǎn)變?yōu)橐淮胃邷責桑蛊湓跓七^程中大大節(jié)省了能耗，節(jié)省量達50%以上。更低碳、更環(huán)保、高硬度、高耐磨度等指標的全面升級也使得微晶石的耗損率大大降低，真正做到全方位的環(huán)保節(jié)能新突破。

（2）更少的氣孔

二次燒微晶石表面有一定數(shù)量的針孔，一次燒微晶技術(shù)對原料的精細化要求極高，所選的都是優(yōu)質(zhì)高級坯釉料，結(jié)合精工設(shè)備及創(chuàng)新的燒制曲線，令磚體空氣排出更徹底。結(jié)構(gòu)更致密，將磚體產(chǎn)生針孔、熔洞的機率降至最低。

（3）更好的質(zhì)感

以高端的噴墨技術(shù)為依托，可以根據(jù)使用需要生產(chǎn)出豐富多彩的多種色調(diào)多個系列。色調(diào)均勻一致、紋理清晰雅致、光澤柔和晶瑩、色彩絢麗璀璨，而且質(zhì)地堅硬細膩、不吸水防污染、耐酸堿抗風化、綠色環(huán)保、無放射性毒害。

4 微晶石產(chǎn)品的不足及解決方法

微晶石產(chǎn)品具有很多陶瓷磚、石材、拋光磚無可比擬的優(yōu)點，但也存在不足。如：產(chǎn)品的硬度不夠、氣孔、變形等缺陷。

4.1 硬度

微晶石表面晶玉層莫氏硬度為5-6級，等級低于拋光磚的莫氏硬度6-7級。微晶石表面光澤度高，可以達到90%，如果遇劃痕會很容易顯現(xiàn)出來。微晶玻璃的硬度取決于晶相的品種、晶相的尺寸與數(shù)量、玻璃相的性質(zhì)等要素。

從配方系統(tǒng)來說，可以開發(fā)新型的多元微晶玻璃配方體系，以得到含有新型硬質(zhì)晶體的微晶玻璃。如采用CaO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)，因為在硅灰石-鈣長石-石英低共熔點附近的鈣長石、硅灰石區(qū)域內(nèi)，在析出β-硅灰石（莫氏硬度為5-5.5）晶體的同時，又能析出鈣長石（CaO·Al₂O₃·2SiO₂）（莫氏硬度為6-6.5）晶體，微晶玻璃的硬度將獲得提高。還可以研制其它的硬質(zhì)晶相，如鎂橄欖石（Mg₂SiO₄，莫氏硬度為6-7）、鎂鋁尖晶石（MgAl₂O₄，莫氏硬度≥9.0）、假藍寶石（Mg₄4l₁₀Si₂O₂₃，莫氏硬度為9）。另外，還可以在配方中直接添加一定粒度高熔點、高硬度的材料，如：石英砂、鋯英石粉、莫來石粉等。

從鍵能與配位數(shù)角度來說，一般玻璃的莫氏硬度還取決于離子間的鍵能大小。如硅、硼、鋁離子價態(tài)高，與氧離子的距離小、吸引力大、場強度大、單鍵能大，使玻璃硬度變大。而堿金屬元素鉀、鈉等，原子價低，與氧離子的距離大、吸引力小、場強度小、單鍵能小，使玻璃硬度變低。堿土金屬元素介于這兩種之間。即離子電價越高，正負離子間距越小，則硬度越高。各氧化物組對玻璃的硬度提高的作用大致是：SiO₂>B₂O₃>MgO>ZnO>BaO>Al₂O₃>Fe₂O₃>K₂O>Na₂O>PbO。另外，離子的配位數(shù)對晶體硬度影響很大，硬度隨著配位數(shù)的上升而提高。

4.2 氣孔

微晶石表面有一定數(shù)量的針孔，遇到臟東西很容易顯現(xiàn)，將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。在實際生產(chǎn)中，氣泡產(chǎn)生的原因較多，本文主要從晶化過程、熔制過程、氣氛等方面進行研究。

（1）晶化過程對氣孔的影響

在晶化過程中，晶化溫度與晶化時間對氣孔的影響較大。隨著晶體的析出，玻璃粘度迅速增大，質(zhì)點遷移受到限制，因此使晶化階段的氣孔更加難以排出。所以在微晶玻璃基礎(chǔ)成份選擇適當?shù)耐瑫r，一定要準確制定和嚴格控制好晶化時間、晶化溫度。晶化溫度對氣孔的出現(xiàn)及體積的擴大有很大的影響，通過研究發(fā)現(xiàn)，每組成份的玻璃都有其最佳的晶化溫度范圍，在此范圍析出的晶體會不斷長大，同時不會影響氣體的變化。因此，需找到最佳的晶化溫度范圍。與此同時，晶化時間也一定要適當，否則將不利于產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）熔制過程對氣孔的影響

在晶化過程中，還有部分的氣孔是沒法排除的。因此，在熔制過程中一定要嚴格控制好其熔制的質(zhì)量。其中最為關(guān)鍵的因素就是澄清時間，如果澄清時問不夠，這些氣泡將永久的存在于晶化顆粒花紋的中部。在產(chǎn)品拋光后將成為氣孔。

（3）氣氛對氣孔的影響

在實際生產(chǎn)中，雜質(zhì)是不可能避免的，如果燒成氣氛不合適，將會發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，雜質(zhì)與配方中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)大量的氣體，部分氣體被排除，但還有大量的氣體留在玻璃體內(nèi)，形成較大的氣泡。因此，通過對氣氛的適當調(diào)節(jié)，可以有效地消除氣泡。

4.3 變形

微晶石產(chǎn)品變形的原因主要可以分為三大類，一是坯釉膨脹系數(shù)不匹配，由于釉與坯是緊密聯(lián)系在一起的，如果二者之間膨脹系數(shù)不一致，釉在冷卻固化后，釉層中便會有應(yīng)力出現(xiàn)，會影響釉在坯體上的附著性能，導(dǎo)致產(chǎn)品變形；二是生產(chǎn)工藝控制不當，如果燒成曲線設(shè)置不合理，窯內(nèi)氣流不穩(wěn)定，坯釉化學(xué)成份波動較大等因素均會造成產(chǎn)品的變形；三是熔塊化學(xué)成份不均勻，熔塊化學(xué)成份偏差過大時易導(dǎo)致其熱膨脹系數(shù)不一致，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致其翹曲變形。如果坯釉的膨脹系數(shù)完全一致，嚴格控制好生產(chǎn)工藝，使原料混合均勻、高溫混熔均勻，其平面度完全可以控制在較理想的范圍之內(nèi)，使微晶石產(chǎn)品的變形在最小程度。

5 結(jié)語

近幾年，隨著家庭裝修市場不斷升溫，需求也越來越大。因此，微晶石前景是非常樂觀的。但通過上述分析，微晶石在迅速發(fā)展的同時生產(chǎn)方面還存在著一些嚴重的問題。徹底解決這些問題將是一個漫長而艱苦的過程。因此，技術(shù)人員應(yīng)克服浮躁心理，扎實工作，從根本上解決這些問題。才有希望最終在激烈的市場競爭中立于不敗之地。