全拋釉瓷質仿古磚斷裂模數影響因素的研究

杜付成　潘利敏　李惠文　曹佳媚　李萬平

摘 要：斷裂模數是瓷質磚產品的重要性能指標，本文通過一系列的對比試驗，從坯體配方的角度討論了全拋釉瓷質仿古磚斷裂模數的影響因素，希望為提高斷裂模數提供解決的思路。

關鍵詞：全拋釉；仿古磚；斷裂模數；影響因素

1 前言

全拋釉瓷質仿古磚的花色更豐富、表現力更強，它的裝飾效果及物理性能不遜于微晶石，因此，受到廣大消費者的青睞，其市場份額在逐漸擴大，使得產品的內在品質也受到越來越多的重視。斷裂模數是評價瓷質仿古磚性能的重要指標之一，它的高低直接影響到成品率、運輸過程的破損率、使用過程中所能承受載荷的大小，以及瓷質仿古磚的使用壽命等。目前，在全拋釉產品中普遍出現了斷裂模數偏低的情況。因此，本文通過一系列的對比試驗，從坯體配方的角度進行分析，找出影響全拋釉瓷質仿古磚斷裂模數的因素。

2 影響全拋釉瓷質仿古磚斷裂模數的因素

一般斷裂模數與配方、粉料顆粒級配、成形壓力、窯爐燒成等密切相關，其中，工藝配方是首要的影響因素。

本文中的斷裂模數的測定均根據國家標準GB/T 3810.4-2006《陶瓷磚試驗方法第4部分：斷裂模數和破壞強度的測定》的要求進行測定的。

2.1 坯體配方對斷裂模數的影響

坯體配方是決定生產的關鍵因素，目前，普遍使用的陶瓷磚坯體配方體系為K2O、Na2O-Al2O3-SiO2三元系統，主要組成為晶相、玻璃相，以及氣相，其中，晶相主要包括莫來石相和石英相。常見瓷質磚化學組成如表1所示。

2.1.1氧化鋁含量對斷裂模數的影響

對瓷質磚斷裂模數影響較大的為莫來石相。欲提高瓷質磚斷裂模數，需要提高其中的莫來石含量。提高莫來石含量的方法很多，但考慮到莫來石的化學組成為3Al2O3·2SiO2，因此，最直接有效的方法是提高配方中Al2O3含量。其引入方式為，直接摻入一定的純氧化鋁原料[3]，或摻入含鋁高、燒失量少的原料，如：雙水純泥等。條件合適的情況下，也可以將兩種原料一起加入。通過此方法，可適當延長高溫保溫時間，促進更多的莫來石相的生成，從而達到提高斷裂模數的目的。

為了更進一步說明氧化鋁含量對斷裂模數的影響，可以通過對比試驗加以驗證。具體配方組成為：泥料22%、石粉46%、砂32%（見表2），另外，加入12%的純泥代替鋁含量低的混合泥，試驗配方的化學成分如表3所示。

相比常規生產配方，該配方含鋁量要高、含硅量偏低。在其他條件相同的情況下，對比兩配方斷裂模數如表4所示。

由表4可知，試驗配方斷裂模數平均為45.93MPa，而原配方斷裂模數平均為40.22MPa。因此，試驗配方比原生產配方斷裂模數提高了14.2%。因為通過加入含鋁量高的原材料，可促進莫來石相的形成，達到提高瓷質磚成品斷裂模數的目的。

2.1.2中溫料對斷裂模數的影響

在試驗中，盡量采用原礦的中溫料來取代配方中的高溫料與低溫料，以達到中溫效果，測得試驗數據如表5所示。

由表5可知，原生產配方斷裂模數平均值為41.45MPa，試驗配方斷裂模數平均值為47.74MPa，斷裂模數提高了6.29MPa。由此可知，采用中溫料取代高、低溫料來提高斷裂模數是可行的。

2.1.3鉀鈉含量對斷裂模數的影響

本文通過調整鉀、鈉含量的方法，研究其對斷裂模數的影響，其具體配方組成如表6所示，斷裂模數如表7所示。其燒結溫度和燒結溫度范圍測定如圖1所示。

由表7可知，高鉀配方的斷裂模數平均值為46.58MPa，高鈉配方的斷裂模數平均值為43.07MPa，斷裂模數提高了8.1%。由圖1可知，高鉀配方燒結范圍明顯比高鈉燒結范圍寬。其主要原因是：鉀長石的熔融范圍可達300℃，遠高于鈉長石的熔融范圍（鈉長石只有150℃）。鉀長石含量增多，燒成范圍會增大，而鈉長石含量增多，則會趨于減小坯體的燒成范圍，鉀長石在高溫燒成的瓷化陶瓷坯體中主要起助熔作用，促進玻璃相生成，有利于陶瓷坯體燒結反應的進行；有利于莫來石的發育與生長；有利于降低陶瓷坯體的吸水率；有利于提高坯體的機械強度。但是，考慮到鉀長石含量繼續增多，玻璃相會越來越多，莫來石相越來越少。而玻璃相的斷裂模數低于莫來石相的斷裂模數，對陶瓷的斷裂模數不利。因此，綜合考慮，鉀的含量控制在2.5%～3.3%時較好。

2.2 球磨細度對斷裂模數的影響

用250目篩檢測漿料細度，同一配方，球磨細度需控制的篩余在0.7%～1.0%、0.2%～0.5%、0.02%～0.08%三個不同的區間，并對比了不同細度對產品斷裂模數的影響，如表8所示。

由表8可知，當細度為0.9%時，產品的斷裂模數平均為43.54MPa；當細度為0.3%時，產品的斷裂模數平均為47.18MPa，斷裂模數提高了3.64MPa；當細度為0.05%時，產品的斷裂模數平均為46.30MPa，降低了0.88MPa。由此可見，細度適中時（篩余為0.3%），產品的斷裂模數最高。

其主要原因是：當細度從0.9%減小到0.3%時，一方面可以使造粒后的粉料大小分布更加均勻，粉料的粒度越小，單位質量粉料的表面積越大，顆粒間的擴散距離短，容易致密化，并且小的晶粒還能防止微裂紋的發生，有利于斷裂模數的提高；另一方面，因為石英顆粒較難磨細，顆粒偏粗，同時含量又偏高，在高溫燒成時會產生一系列的晶型轉變[1]，晶型轉變時會發生體積變化而導致微裂紋的產生，嚴重時會導致瓷磚開裂，使得瓷磚的斷裂模數降低。而細度越細可以除去原料中含有的大量游離石英（SiO2）。另外，在外部條件相同的情況下，偏細的粉料在壓機模腔內會堆積得更加致密，在壓制時更易壓實，可提高坯體致密度，從而達到提高斷裂模數的目的。石英晶型轉變如圖2所示。

但當細度減小到0.05%時，成品磚的斷裂模數平均值又有所降低，因為顆粒的粒徑也不是越細越好[2]，坯體的顆粒過細，易形成二次結晶，促使粗大的晶粒形成。同時，可能造成氣孔封閉在晶粒內無法排出，破壞了物相分布的均勻性，反而導致斷裂模數降低。

在大生產過程中，顆粒磨得過細，也會增大企業的生產成本，并不利于斷裂模數的提高。因此，球磨細度為0.2%～0.5%時，效果最佳。

3 結論

（1） 提高配方中氧化鋁的含量可適當提高瓷質磚的斷裂模數。

（2） 采用中溫料部分取代高、低溫料，能提高瓷質磚的斷裂模數。

（3） 當鉀的含量控制在2.5%～3.3%時，可以提高瓷質磚的斷裂模數。

（4） 在配方相同的情況下，球磨細度控制在0.2%～0.5%范圍，可以獲得較高的斷裂模數。

參考文獻

[1] 陸佩文.無機材料科學基礎[M].湖北：武漢理工大學出版社，2003.

[2] 朱振峰，孫海礁，楊俊等.工藝條件對陶瓷強度影響規律的研究[J].陶瓷，2003，（4）：13～16.

[3] 周健兒，馬玉琦，王娟等.提高大規格超薄建筑陶瓷磚坯性能的研究[J].陶瓷學報，2006，27.