高吸水率衛生陶瓷的研究開發＊

王曉蘭 成智文 劉 娥

（咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000）

前言

隨著我國經濟建設規模的擴大和人民生活水平的提高，人們對建筑衛生陶瓷的需求量越來越大，對產品質量和功能的要求也越來越高。這也促進了我國建筑衛生陶瓷工業發展迅猛，衛生陶瓷的生產企業的規模不斷擴大和企業數量也在不斷增加。

目前，衛生潔具產品的概念，已經遠遠超出傳統觀念。它作為現代化生活的標志性用品，不僅要具有衛生與清潔功能，還應具有保健、審美以及娛樂功能。近年來，衛生潔具產品新推出了附加悠閑式浴缸、淋浴盆、柜盆、蒸汽房、雙聯洗滌器、大型廚房洗槽等功能的一系列配套產品，市場發展前景廣闊。

為了生產出新型衛生潔具產品，必須生產出具有低變形度，尺寸準確，強度較高的衛生陶瓷，才能與其它部件配合安裝。因此研究開發收縮小，強度高的坯料，是現階段衛生陶瓷行業的趨勢和研究方向，也是陶瓷科研工作者的必要任務和工作重點。

經過調研，目前我國專業生產陶瓷原料的大型企業并不多，其中的一家是新會嘉窯原料有限公司，它是東南亞地區一家主要的專業陶瓷原料供應商，每年出口及內銷量逾70萬t。在提供優質穩定原料的同時，該公司多年來不斷開發適合于生產高級衛生潔具、日用陶瓷、耐火材料、電子陶瓷、墻地磚、釉料等一系列優質球土和高品位高嶺土產品，以滿足陶瓷工業發展的需求。另一家是佛山市高明新科美陶瓷原料有限公司，擁有多個儲量豐富的礦山資源，完善的生產工藝，健全的物理及化學檢測方法可提供從原礦到成品的全過程即時檢測數據，以保證產品的標準化和穩定性。該公司年產球粘土泥條15萬t，水洗球粘土10萬t，同時還開發出具有燒失量低，流動性能、強度、注漿性能和燒成性能良好的衛生陶瓷坯泥。從這2家公司銷售量可以看出，衛生陶瓷企業為了生產出色差小、強度高、品質好的優質產品，必須購買性能穩定的陶瓷的原料，以確保產品質量。因此衛生陶瓷原料標準化具有廣闊的市場前景。

咸陽陶瓷研究設計院作為建筑衛生陶瓷行業惟一的科研單位，已具有60余年的建筑衛生陶瓷的研究歷史，并且擁有一批高素質的科研開發隊伍，在行業內具有一定的影響力，走在行業技術最前沿。該院經過一年多努力，研究出適合澆注大型雙聯洗滌器，大型廚房洗槽等高吸水率衛生瓷坯體配方用的原料，以推動衛生陶瓷產業技術創新，滿足市場需求。

1 原料

1.1 原料外觀及燒結性能

原料外觀及燒結性能見表1。

表1 原料外觀及燒結性能

續表1

1.2 粘土原料的物理性能

粘土原料的物理性能見表2。

表2 粘土原料的物理性能

1.3 原料化學分析

原料化學全分析結果如表3所示。

表3 原料化學全分析（質量%）

1.4 主要原料X衍射分析

X衍射礦物類型分析如表4所示。

表4 X衍射礦物類型分析

2 坯料配方研究

2.1 坯料配方試驗

根據原料性能測試結果，可以確定耐火材料的坯料配方（如表5所示）。

表5 耐火材料坯料配方（質量%）

2.2 耐火材料坯料化學成分

耐火材料坯料化學成分見表6。

表6 耐火材料坯料化學成分（質量%）

2.3 工藝流程

按配方配料→球磨→過篩、除鐵→泥漿陳腐→注漿成形→干燥→施釉→燒成→檢驗。

2.4 工藝參數

按照工藝流程及燒成性能等，選取Y5配方進行試驗，其工藝參數如下：

料∶球∶水＝1∶1.8∶0.4；

球磨時間：6h；

含水率：29.78%；

細度：1.25% （萬孔篩余）；

容重：1.81g／cm2；

旋轉粘度：1300cp；

pH 值：8；

流動性：78s；

厚化度：1.72；

吃漿速度：6.3mm。

2.5 樣品主要性能

樣品的主要性能見表7。

表7 樣品主要性能

3 釉料配方及組成

釉料配方見表8，釉料化學組成見表9。

表8 釉料配方（質量%）

表9 釉料化學組成（質量%）

4 討論

4.1 單一電解質加入量對衛生陶瓷泥漿性能的影響

對耐火坯料泥漿分別用電解質碳酸鈉、水玻璃、腐植酸鈉和三聚磷酸鈉進行調漿，測試泥漿的旋轉粘度（見圖1）。從圖1可以看出，碳酸鈉對泥漿性能的影響效果最好，其次分別是水玻璃、三聚磷酸鈉、腐植酸鈉，腐植酸鈉對泥漿性能影響效果較差。根據各電解質對泥漿、注漿、燒成性能的影響，綜合考慮得出，電解質的最佳加入量分別是碳酸鈉為0.18%～0.20%、水玻璃為0.22%～0.24%、腐植酸鈉為0.05%～0.07%。

圖1 碳酸鈉對耐火材料坯料泥漿性能的影響

圖2 水玻璃對耐火材料坯料泥漿性能的影響

4.2 坯、釉結合性能

釉是附著在坯體上的覆蓋層，因此釉的線膨脹系數與坯體的線膨脹系數必須相適應。否則，在燒成、冷卻或使用過程中遇到溫度激變時，由于溫差較大產生應力而導致釉層出現裂紋甚至釉層剝落的缺陷。坯、釉的膨脹系數α非常接近，一般情況下陶瓷釉的α值為50×10－7～100×10－7；陶瓷坯體的α值為40×10－7～90×10－7，差別不大。當α釉＞α坯時，釉受到拉應力易產生釉層細裂紋；當α釉＜α坯，釉受到壓應力，結果可使釉層發生鱗片狀縮釉、缺釉、滾釉。在器皿彎曲度大的地方，當應力過大時，甚至導致坯體損壞，脫釉現象有時發生在坯體入窯前，這是由于釉層干燥收縮大，或者坯面含有溶解鹽所導致的。無論是陶瓷坯和釉，它們的耐壓強度都比耐拉強度高。實踐中裂紋要比剝落發生的幾率大，這是因為薄層釉的耐拉強度很低，因此在選擇釉料組成時，盡可能選用線膨脹系數較坯料低的釉，使它在冷卻時寧可受到輕微的壓應力，也不要受到拉應力。本配方線膨脹系數（見表10），選取Y5配方，作為最后制作樣品的配方，坯、釉結合性良好。

圖3 焦磷酸鈉對耐火材料坯料泥漿性能的影響

表10 配方線膨脹系數

5 結論

1）耐火材料坯體配比（質量%）為：博愛±（Ⅰ）15～17、焦作白土8～10、汝州黑矸7～8、汝州青矸7～9、佳爾長石16～20、佳爾石英0～10、燒煤矸石20～24。

2）電解質的最佳加入量分別是：碳酸鈉為0.18%～0.20%、水玻璃為0.22%～0.24%、腐植酸鈉為0.05%～0.07%。

3）經過試驗研究制得了收縮小、吸水率高，適用于快速成形、燒成的高溫耐火坯料。

1 中國硅酸鹽學會陶瓷分會建筑衛生陶瓷專業委員會，中國建材咸陽陶瓷研究設計院.現代建筑衛生陶瓷技術手冊.北京：中國建材工業出版社，2010

2 薛福連.試論影響建筑衛生陶瓷釉適應性的因素.現代技術陶瓷，2007（2）：51～54

3 江濤.高檔衛生瓷潔具泥漿的性能及稀釋劑的應用.中國陶瓷，1996（6）：32～54