國(guó)內(nèi)陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析

鐘偉強(qiáng)

（馬可波羅控股股份有限公司）

0 引言

陶瓷巖板起源于歐洲，由意大利和西班牙傳入中國(guó)，近幾年在我國(guó)發(fā)展迅速，并具有良好的市場(chǎng)前景以及發(fā)展空間，而陶瓷企業(yè)逐漸加大了對(duì)陶瓷巖板的研發(fā)工作，并推出各種款式的產(chǎn)品。陶瓷巖板的主要原料為黏土和其他無(wú)機(jī)非金屬材料，通過(guò)制粉、成型以及高溫?zé)傻裙に嚕a(chǎn)出具有良好的機(jī)械加工性能的板狀陶瓷材料。通常情況下，陶瓷巖板的規(guī)格尺寸較大，最大規(guī)格可達(dá)到2400mm×3600mm，最小也有900mm×1200mm，并且厚度范圍較廣，最薄的僅有3mm，最厚的則有20mm[1]。相關(guān)研究表明陶瓷巖板的產(chǎn)品品質(zhì)主要受到原材料配合比、加工工藝、生產(chǎn)設(shè)備等因素的影響[2-5]，而目前關(guān)于陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析較少。鑒于此，本文將圍繞陶瓷巖板的性能特點(diǎn)、用途、性能影響因素、生產(chǎn)工藝、儀器設(shè)備、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及專利等方面進(jìn)行闡述，通過(guò)對(duì)陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析，以期為科研院所、相關(guān)企業(yè)對(duì)陶瓷巖板的研發(fā)工作提供參考作用。

1 陶瓷巖板的性能特征分析

1.1 陶瓷巖板的性能特點(diǎn)及用途

陶瓷巖板作為一種新型瓷質(zhì)建筑材料，與陶瓷磚等傳統(tǒng)材料相比具有以下特點(diǎn)：

⑴安全衛(wèi)生，能夠與食物直接接觸，無(wú)有害、輻射等問(wèn)題；

⑵具有良好的防火耐高溫性能，防火性能A1 級(jí)的產(chǎn)品即使遇到2000℃的明火也不會(huì)發(fā)生物理、化學(xué)變化；

⑶良好的抗污性能，低滲水率使得污漬難以滲透，減少細(xì)菌滋生；

⑷莫氏硬度達(dá)到6 度以上，使其耐刮磨性能好；

⑸優(yōu)異的耐腐蝕性能，能夠抵抗各種酸、堿溶液的侵蝕；

⑹陶瓷巖板表面容易清潔，利用濕毛巾擦拭即可清理干凈；

⑺可根據(jù)需求，設(shè)計(jì)不同的紋理，并且陶瓷巖板具有良好的機(jī)械加工性能，在鉆孔、打磨、切割時(shí)更方便。

由于陶瓷巖板具有以上的特點(diǎn)，因此極大地豐富了適用范圍，例如電視背景墻、地面、墻面采用陶瓷巖板可提升空間美感，如圖1(a)；櫥柜臺(tái)面、灶臺(tái)、桌面、茶幾表面采用陶瓷巖板，熱鍋等高溫物體可直接置于其表面，同時(shí)清潔方便以及能夠有效防止細(xì)菌滋生，如圖1(b)；潮濕區(qū)域如衛(wèi)生間地面、盥洗臺(tái)等采用陶瓷巖板可解決衛(wèi)生死角出現(xiàn)的霉變、異味等問(wèn)題，如圖1(c)。

圖1 陶瓷巖板的應(yīng)用

1.2 陶瓷巖板的性能影響因素

陶瓷巖板因其良好的性能而備受青睞，有諸多研究人員探索了其性能的影響因素。龍煜明[2]等通過(guò)探究氫氧化鋁添加量、莫來(lái)石添加量、球磨時(shí)間、燒成溫度和保溫時(shí)間等因素對(duì)陶瓷巖板抗折強(qiáng)度的影響，得到如下結(jié)論：

⑴各因素對(duì)抗折強(qiáng)度的影響主次順序依次為燒成溫度、氫氧化鋁添加量、莫來(lái)石添加量、球磨時(shí)間和保溫時(shí)間；

⑵由于原料中含有少量雜質(zhì)，過(guò)燒后氣孔率提高，導(dǎo)致抗折強(qiáng)度發(fā)生顯著降低，而添加氫氧化鋁則改變了鋁硅比，提高了抗折強(qiáng)度；

⑶當(dāng)燒成溫度為1200℃、氫氧化鋁添加量為8%、莫來(lái)石添加量為1%、球磨時(shí)間為1.5h 以及保溫時(shí)間為20min 時(shí)，樣品強(qiáng)度可達(dá)到112.8MPa，比空白組提高了107.4%。

馬杰[6]等研究了外加氧化鋁粉體對(duì)陶瓷巖板坯體白度和抗折強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，氧化鋁粉體的粒徑是陶瓷巖板坯體白度的主要控制因素，并且粒徑越小，白度越高，而氧化鋁粉體中α-Al2O3含量較高時(shí)可提高陶瓷巖板坯體的抗折強(qiáng)度。賴文琦[7]等探索了薄型陶瓷巖板釉面質(zhì)量的影響因素，結(jié)果顯示乳濁釉的配方(wt.%)為：鉀長(zhǎng)石12.5、鈉長(zhǎng)石12.5、硅酸鋯10、高嶺土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化鋅5、氧化鋁2、滑石6.5，并且當(dāng)釉厚度約為0.35mm，燒成溫度為1200℃，保溫時(shí)間為30min 時(shí)，陶瓷巖板高亮白釉面效果。胡志敏[3]等通過(guò)分析陶瓷巖板坯體、面釉、柔光釉的配方，同時(shí)提升施釉、噴墨等工藝，最后得到釉面性能良好的柔光自然面陶瓷巖板；另一方面，研究顯示柔光自然面陶瓷巖板的生產(chǎn)缺陷主要為落臟，以及伴隨少量磚渣和釉料雜質(zhì)，通過(guò)在干燥、釉線、底漿上設(shè)計(jì)相關(guān)措施，減少落臟，可降低生產(chǎn)缺陷。

上述研究人員的研究表明，陶瓷巖板的抗折強(qiáng)度、白度、釉面質(zhì)量等性能受到諸多因素的影響，其中內(nèi)因包括原材料質(zhì)量、配合比方案、燒成溫度等，而外因則包括工藝技術(shù)、生產(chǎn)缺陷等。

2 生產(chǎn)設(shè)備特點(diǎn)及現(xiàn)狀分析

2.1 壓板設(shè)備

陶瓷巖板主要是利用壓機(jī)施加作用力將陶瓷粉料壓實(shí)，得到致密的巖板生坯，粉料成型工藝可分為連續(xù)輥壓、皮帶干壓和模腔干壓，其中模腔干壓成型工藝制備的生坯具有內(nèi)應(yīng)力小、收縮率小、重復(fù)性好、尺寸精度高等特點(diǎn)。通常情況下，陶瓷巖板壓機(jī)的壓制力在105kN以上，模腔成型陶瓷巖板壓機(jī)的整機(jī)重量可達(dá)到幾百噸。

陶瓷巖板的規(guī)格尺寸遠(yuǎn)大于普通陶瓷材料，同時(shí)還需要保證陶瓷巖板具有良好的硬度、抗折強(qiáng)度、抗?jié)B性等，因此對(duì)于陶瓷巖板的壓機(jī)提出了更高的要求，研發(fā)人員在研發(fā)壓機(jī)時(shí)遇到諸多難題：

⑴由于整機(jī)重量大，采用整體式機(jī)架不利于運(yùn)輸，研發(fā)人員將機(jī)架分成12 片板框，雖然方便了起吊、運(yùn)輸，但各個(gè)板框如何精準(zhǔn)定位組裝以及板框承載的均勻性則是研發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)，此外壓機(jī)的主缸系統(tǒng)設(shè)計(jì)亦是難點(diǎn)；

⑵壓機(jī)的液壓系統(tǒng)存在流量大、慣性大、滯后性強(qiáng)、控制精度低、魯棒性差等問(wèn)題，因此動(dòng)梁的升降控制、主缸壓力的加壓控制、頂出機(jī)構(gòu)定位控制等均為研發(fā)的難點(diǎn)問(wèn)題；

⑶裝換模具的重量通常超過(guò)10 噸，超出叉車工作量程，因此對(duì)于特定裝換模具或輔助工具的研發(fā)亦是研究的重點(diǎn)[4]。

2.2 高溫?zé)稍O(shè)備

陶瓷巖板在生產(chǎn)過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)1200℃的高溫?zé)桑⑶姨沾蓭r板因其規(guī)格尺寸大的特性，對(duì)窯內(nèi)溫差、冷卻控制、傳動(dòng)走磚等關(guān)鍵技術(shù)具有嚴(yán)格要求。熊亮[5]等指出陶瓷巖板在高溫?zé)蛇^(guò)程中需要合理控制磚坯冷卻、減小截面溫差、保證走磚平直以及降低能耗等問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，某公司設(shè)計(jì)研發(fā)的陶瓷巖板燒成設(shè)備具備以下特點(diǎn)：

⑴采用節(jié)能型蓄熱式燃燒組合結(jié)構(gòu)，緩解了設(shè)備內(nèi)部空氣過(guò)剩系數(shù)大、能耗高的問(wèn)題；

⑵設(shè)計(jì)高效接力回收冷卻的余熱系統(tǒng)，具有冷卻熱風(fēng)“零排放”、節(jié)能且無(wú)熱污染的優(yōu)點(diǎn)；

⑶設(shè)計(jì)了分區(qū)精準(zhǔn)控制的燃燒技術(shù)和結(jié)構(gòu)，使得不同溫區(qū)的燒嘴燃燒狀態(tài)基本一致；

⑷研發(fā)熱管式換熱器，有利于回收煙氣的熱量、減少熱污染、降低燃耗；

⑸具有耐火保溫結(jié)構(gòu)，避免窯體外表溫度過(guò)高的情況；

⑹冷卻技術(shù)的研發(fā)，有助于消除坯體應(yīng)力、解決冷裂問(wèn)題；

⑺橫向進(jìn)磚、高強(qiáng)輥棒等技術(shù)的運(yùn)用，有效解決走磚問(wèn)題，提升產(chǎn)品合格率。

2.3 加工設(shè)備

陶瓷巖板具有良好的機(jī)械加工性能，但由于陶瓷巖板面積大、硬度大的特性，使得陶瓷巖板在加工過(guò)程中存在技術(shù)難點(diǎn)，解決切割裂問(wèn)題，如加工圓孔、異形孔的崩口質(zhì)量問(wèn)題是提升陶瓷巖板加工工藝的關(guān)鍵，因而加大對(duì)陶瓷巖板加工設(shè)備的研發(fā)則尤為重要，有研究人員指出柔性化、數(shù)據(jù)化、智能化是陶瓷巖板加工設(shè)備的發(fā)展方向[8]。目前，有相關(guān)企業(yè)將發(fā)展方向轉(zhuǎn)移至陶瓷巖板加工設(shè)備的研發(fā)中，例如佛山永達(dá)機(jī)電、科特機(jī)械、眾立機(jī)械等企業(yè)圍繞陶瓷巖板產(chǎn)品的加工研發(fā)了一系列設(shè)備，例如五軸加工中心、五軸橋切機(jī)、五軸水刀機(jī)、巖板專用倒邊機(jī)、巖板專用雙刀橋切機(jī)等[9]。

此外，有研究人員研究了旋轉(zhuǎn)超聲刀柄對(duì)陶瓷巖板轉(zhuǎn)孔加工工藝的影響，以小孔入口崩邊程度作為小孔加工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，探索了不同主軸進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、電源電壓與陶瓷巖板小孔加工質(zhì)量之間的關(guān)系，結(jié)果如圖2 所示。圖中結(jié)果顯示相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)孔，超聲輔助鉆孔能夠明顯降低陶瓷巖板的崩邊指標(biāo)；另一方面，圖中結(jié)果也表明崩邊指標(biāo)隨著進(jìn)給速度、電源電壓以及主軸轉(zhuǎn)速的增加，分別呈現(xiàn)增加、降低和降低的變化趨勢(shì)，并且崩邊指標(biāo)隨進(jìn)給速度增幅遠(yuǎn)低于電源電壓以及主軸轉(zhuǎn)速造成崩邊指標(biāo)的降幅[10]。

3 陶瓷巖板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與專利的現(xiàn)狀分析

3.1 陶瓷巖板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的分析

現(xiàn)階段我國(guó)關(guān)于陶瓷巖板的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布時(shí)間集中在近幾年，其中主要以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前正處于起草階段，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了陶瓷巖板的術(shù)語(yǔ)、定義、分類、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等內(nèi)容。

表1 我國(guó)陶瓷巖板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

有研究人員及行內(nèi)專家指出陶瓷巖板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定能夠讓企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的附加值，促進(jìn)陶瓷企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及促進(jìn)中國(guó)陶瓷行業(yè)在技術(shù)、設(shè)備、管理、環(huán)保等多方面的進(jìn)步；另一方面，在制定陶瓷巖板標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)充分檢測(cè)陶瓷巖板的各項(xiàng)指標(biāo)，收集數(shù)據(jù)并逐步完善檢測(cè)方法與儀器；在生產(chǎn)過(guò)程中不斷完善、總結(jié)技術(shù)參數(shù)；根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際使用狀況，收集相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)，修改相關(guān)技術(shù)指標(biāo)；加強(qiáng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)之間的交流以及中外企業(yè)之間的交流，促進(jìn)陶瓷行業(yè)的發(fā)展以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定[11]。

3.2 陶瓷巖板相關(guān)專利的分析

陶瓷巖板作為一種新型瓷質(zhì)建筑材料，諸多科研院所、相關(guān)企業(yè)對(duì)其展開(kāi)了大量的研究工作。圖3 展示了近三年關(guān)于陶瓷巖板相關(guān)專利的申請(qǐng)及授權(quán)數(shù)量，其中2022 年的專利數(shù)量截止至8 月，可以發(fā)現(xiàn)陶瓷巖板相關(guān)專利的授權(quán)數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，2021 年專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)多于2020 年，而截止至2022 年8 月，目前專利申請(qǐng)數(shù)量較低，這是由于部分已申請(qǐng)的專利尚未對(duì)外公布，表明近些年來(lái)科研院所及相關(guān)企業(yè)逐步加大了對(duì)陶瓷巖板的研發(fā)力度。

圖3 近三年陶瓷巖板專利申請(qǐng)數(shù)、授權(quán)數(shù)情況

4 結(jié)論

通過(guò)從陶瓷巖板的性能特點(diǎn)、用途、性能影響因素，生產(chǎn)設(shè)備的研究分析，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及相關(guān)專利的申請(qǐng)、授權(quán)等方面研究分析了陶瓷巖板的發(fā)展現(xiàn)狀，主要得到以下結(jié)論：

⑴陶瓷巖板具有耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿、耐菌、易清潔等特點(diǎn)，在一定程度上擴(kuò)大了其適用范圍；陶瓷巖板的性能受到原材料質(zhì)量、配合比、燒成溫度、保溫時(shí)間、工藝技術(shù)、生產(chǎn)缺陷等多因素的影響。

⑵由于陶瓷巖板尺寸規(guī)格大、厚度范圍廣的特點(diǎn)，以及具有良好的可機(jī)械加工性能，因此對(duì)相關(guān)儀器、生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求，加強(qiáng)對(duì)儀器、設(shè)備的研發(fā)有利于生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的陶瓷巖板產(chǎn)品。

⑶有關(guān)部門在近幾年發(fā)布了陶瓷巖板的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正在起草中，標(biāo)準(zhǔn)的制定有助于優(yōu)化陶瓷巖板的生產(chǎn)工藝、提升陶瓷巖板的品質(zhì)，以及促進(jìn)陶瓷行業(yè)的進(jìn)步；近三年相關(guān)專利的發(fā)展?fàn)顩r顯示出科研院所及相關(guān)企業(yè)更加注重對(duì)陶瓷巖板的研發(fā)工作，有利于企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。