金剛超平釉的生產工藝及硬度提高機理探討

梁鐸

（佛山市三水遠然晶體材料有限公司，佛山　528000）

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金剛超平釉的生產工藝及硬度提高機理探討

梁鐸

（佛山市三水遠然晶體材料有限公司，佛山528000）

“金剛超平釉”作為全拋釉的升級產品，無論在釉層質感，還是解決拋光后水波紋的缺陷上都有著先天的優勢。本文就筆者公司在幾家大型陶瓷企業中試金剛超平釉的一些經驗和技術難點入手，探討金剛超平釉的生產工藝難點，以及硬度改性等方面的技術問題，為金剛超平釉的產品標準化生產，以及硬度耐磨度的提高提供相關的機理研究分析。

金剛超平釉；噴墨發色；硬度改性機理

1　引言

普通全拋釉普遍存在光反射“水波紋”、耐磨性差、花紋立體感弱、生產拋光容易穿釉等缺陷。目前眾多陶瓷企業與釉料企業聯手開發金剛超平釉，也就是加厚透明釉層的全拋釉，采用硬磨塊拋光技術解決“水波紋”現象，加厚的釉層效果類似微晶石效果，但是更節省原料和生產成本，故有“金剛超平釉”的這一說法。新開發的“金剛超平釉”提高了釉面平整度、耐磨度，也使得瓷磚裝飾的圖案紋理更具層次感和生動性。本文主要從物理化學角度去探討“金剛超平釉”的硬度改性問題。

2　金剛超平釉的技術工藝討論

2.1金剛超平釉常用原料及組成

目前，市場上所流通的金剛超平釉主要為部分熔塊加生料組成的配方模式，其常用原料及化學組成如表1所示。

2.2金剛超平釉核心生產工藝參數

金剛超平釉是在普通全拋釉生產基礎上發展起來的一種硬度大，釉層較厚的透明釉，也是近幾年伴隨全拋釉和微晶石生產技術衍生出來的一種新型低成本、高質感的“改性全拋釉”，通常吸水率控制在0.01%以下，其中，坯體大致化學組成和全拋釉類似，鋁含量略高，詳情如表2所示。相關制備工藝參數如表3所示。

通常情況下，金剛超平釉淋釉厚度為普通全拋釉的2～2.5倍，對釉漿性能有更高的要求，如：釉漿比重更高、流速更穩定、更易烘干等。一般生產全拋釉的生產線都需要增加進窯前的輔助干燥設備。

2.3金剛超平釉生產的難點和核心影響因素

2.3.1金剛超平釉的三大生產技術問題

目前，許多釉料公司和陶企在試驗“金剛超平釉”的過程中，備受“氣泡”、“磚形”、“防污”、“耐酸堿度”、“毛細孔”等問題的困擾，難以兼顧眾多因素。超平金剛釉生產的工藝難點主要集中在：坯體高溫變形及排氣、厚釉層氣泡控制，以及窯爐燒成穩定性這三個方面。超平金剛釉實際上是建筑陶瓷技術提升發展成熟的一個產品，對廠家坯體的質量、釉面質量，以及窯爐控制技術都有較高的要求。要穩定生產保持較高的優等品率，需要釉料配方、坯體配方，以及窯爐技術較好的搭配。筆者在生產實踐中遇見肇慶一家陶瓷企業生產超平厚釉，其中連續一個月保持60%左右的優等率，最終該廠不得不放棄生產該產品，究其原因在于廠家一天要保持12500 m2的產量，窯爐生產周期為60～65 min，加之剛從拋光磚轉向生產仿古磚，窯爐技術控制有欠缺導致生產不穩定，產品出現了熔洞、開口氣泡，以及防污差等問題是其降級的主要原因。因此，釉料的配方組成與陶企的坯體化學組成、窯爐燒成制度以及各工藝參數的配合，也是“金剛超平釉”產品穩定、量化生產的前提條件。

表1　金剛釉釉料常用原料的化學組成（wt%）

表2　坯體的化學組成及含量

表3　金剛超平釉上線工藝參數（鐘罩式淋釉）

在“金剛超平釉”的研發過程中，極難解決釉層“厚”度和釉層“透”度之間的矛盾。一方面，“金剛超平釉”產品追求的就是釉層的厚度，以體現磚面飽和的色彩和頗具立體感的裝飾效果；另一方面，釉層厚度增加數倍，硬度要求較高，導致釉層高溫黏度大大增加，融熔溫度和熔平時間與產量的博弈問題突出。金剛超平釉產品的淋釉量是普通全拋釉的2～3倍，水份、雜質量增多，在高溫時排氣要比普通全拋釉困難，這要求釉料具有合適的高溫黏度和較寬的燒成范圍，這對釉料配方體系和窯爐燒成制度提出了更高的要求。在一定的高溫黏度下盡可能減少釉層中的氣泡量，同時又保證足夠寬的燒成范圍，這是設計金剛超平釉配方組成時的主要思路。

3.3.2 輸液加溫組在采取常規保溫措施的基礎上對輸入液體進行加溫，來達到保溫作用。有研究報道，術中輸入大量與室溫等同的液體或輸血，每升冷晶體使體溫下降 0.25℃，2 單位血液使體溫降低 0.5℃［10］。因此，有人主張輸入接近人體溫度(37℃ ～38℃)的液體［11］。在靜脈輸液管道接上電子加溫儀，溫度調至37℃，對抗了因冷液體進入體內后吸收大量的熱量而引起體溫下降。本研究中輸液加溫組的患者體溫在整個手術過程中都能維持在正常體溫水平。由此可見，術中采取加溫輸入液體等措施，可有效維持手術患者的體溫恒定。但要嚴格控制輸血溫度，不能超過37℃，以免破壞血液成分［12］。

與此同時，“金剛超平釉”產品與燒成制度也息息相關，窯爐燒成溫度直接影響“金剛超平釉”生產穩定性。在生產過程中，窯爐燒成曲線時有波動，而“金剛超平釉”熔融溫度高，其對窯爐燒成溫度的敏感程度大大高于普通全拋釉。因此，極易出現針孔、凹釉、麻面等缺陷。如何控制好窯爐的面溫、底溫及燒成時間，保證足夠的溫度和時間來充分融平釉面、控制變形，也是在控制窯爐燒成制度時面臨的較大難點［1］。

此外，“金剛超平釉”產品入窯前的干燥和出窯后的拋光，也是“金剛超平釉”產品的重要影響因素。“金剛超平釉”淋釉量是普通全拋釉的2～4倍，因而含水率極高，磚坯在入窯之前需要增加相應的干燥設備、措施以及空間，最終把水份排出，避免入窯燒成時出現針孔、炸磚等問題。拋光工藝也極其重要，制定出適合于金剛超平釉瓷質磚的拋光工藝，調整硬性磨塊和彈性磨塊配比、壓力，才能得到更好地拋光效果。

2.3.2金剛超平釉的后期龜裂以及切割裂磚問題

一般的研究表明，釉層越薄，釉的彈性越大，彈性越大就能夠補償坯體與釉層產生的應力，也能夠補償機械作用產生的應力。而厚的釉層就難以緩和坯體與釉層間因膨脹系數的差別而引起的應力破壞作用。金剛超平釉由于有較全拋釉厚2～2.5倍的釉層厚度，因此而產生的后期龜裂，以及切割裂問題應該引起相關廠家的高度重視，控制好坯體和釉料的膨脹系數以及恰當的燒成曲線是根治金剛釉產品后期龜裂及切割裂的根本方法。

3　金剛超平釉的硬度改性討論

3.1釉耐磨性能討論

一般情況下，陶瓷磚的釉面硬度與釉面的耐磨性成正比［2］，即磚的釉面硬度高，其釉的耐磨性好，釉面的表面硬度是釉料微觀化學組成在宏觀上的一個性能體現，不同的釉料配方，其釉面的耐磨性能是不一樣的，金剛超平釉的本身是一種透明玻璃態體中夾雜一系列的微觀晶體復合玻璃層，適度的晶體可以在保持釉料透明不影響花色的情況下，具有較好的耐磨度。金剛超平釉層中常見的晶體有鈣長石、硅灰石晶體、莫來石晶體。一般鈣長石、莫來石晶體在溫度高于1100℃，釉熔體開始玻璃化時開始形成，由于晶體透明度和光澤度高，可在不影響釉面的透光性的同時，提高釉表面耐磨和防滑性能，其透明釉體系仍然屬于CaO-Al2O3-SiO2體系［3］。

3.2釉層硬度改性討論

對于目前快速的燒成曲線制度，在配方的設計和選擇上尤為重要，盡量選取低燒失的原材料組織開發配方，有利于減少高溫下釉層氣體產生和減少氣泡。

一般情況下高嶺石轉變為莫來石和方石英其體積收縮大約在20%，而含有硅灰石的配方試驗其體積收縮只有8%～9%。因此，含針狀硅灰石的坯料燒成收縮比較小，能滿足釉料燒結后的強度與韌性。同時，硅灰石可以有效地降低燒成溫度，縮短燒成周期。此外，硅灰石熔點溫度比較低，尤其在硅灰石與瓷坯中的堿-堿土成份結合時能進行較低溫度燒成。一般在坯料中摻入10%～20%的硅灰石取代長石、石英時，可將陶瓷制品的燒成溫度降低80～120℃。硅灰石最先引入到釉面磚坯料配方中，使其燒成熱能損耗由3600 cal/kg下降為1850 cal/kg。硅灰石具有良好的熱膨脹特性，它的熱膨脹系數隨溫度升高，呈直線性上升，非常有利于快速燒成的工藝要求，熱穩定性好。因此，可以防止瓷質磚的開裂、微裂、破損和炸裂等缺陷［4］。

實踐表明，引入煅燒α-氧化鋁或者剛玉材料可以在一定程度上提升釉面的硬度和釉層抗熱震性。通常以長石中的鋁源為主，不夠情況下，通過煅燒氧化鋁和白剛玉等制品引入氧化鋁，提高釉面硬度和熱震性［5］。

此外，引入含鋰的原材料，也可以在提高硬度耐磨度時，同時保持釉層高溫熔融體具有較低的黏度，利于釉層氣泡的排出和澄清。由于鋰的熱穩定性能優良，所以后期產品切割加工不容易產生崩邊崩角現象。但是鋰原料相對價格較高也是很多公司不愿意采用的一個重要原因。

4　結論

（1）超平金剛釉料和普通全拋釉的生產工藝接近，對淋釉性能有更高的要求，選用較好的甲基添加劑有利于淋釉性能的穩定，其透明釉的淋釉克數為普通全拋釉的2.5～3倍，太厚不利于釉層氣泡排出，容易產生坯體夾生、磚型二次變形等缺陷。另外，還會導致釉面拋光防污差、毛孔多等問題的出現。

（2）超平金剛釉對坯體有一定的要求，要求坯體燒失量盡可能小，在成本能接受的情況下，坯體鋁含量的提高有利于生產磚型的穩定，一般建議坯體鋁含量不低于21%。

（3）超平金剛釉需要釉料配方，坯體配方，以及窯爐技術較好的搭配，才能保持較高的生產優等率，不同廠家生產原料、窯爐技術不盡相同，需要一定的生產摸索期才能找到較好的生產成本和生產技術的平衡點，適合生產坯體穩定和窯爐技術較好的廠家進行該產品生產調試。

（4）在1200℃大致一樣的燒成溫度下，超平金剛的釉料配方直接決定了釉面的硬度和耐磨度，引入燒失量小、硬度大的原材料、以及較合理的釉料熔劑搭配可以有效改善釉面的硬度。

［1］華夏陶瓷網，http：//www.chinachina.net/Info-Center/ArticleShow. asp ArticleID=50649［Z］.

［2］李家駒.陶瓷工藝學［M］.北京：中國輕工業出版社，2001.

［3］王培銘.無機非金屬材料學［M］.北京：同濟大學出版社，1999.

［4］蔡克勤，張強.硅灰石在陶瓷工業中的應用［J］.佛山陶瓷，2004（09）.

［5］陳艦，唐飛全.剛玉對陶瓷地磚釉面耐磨性能影響的研究［J］.東莞理工學院學報，2007（05）.

梁鐸，男，陜西省人，碩士，從事超細色料、微晶熔塊技術研發工作。