3mm高強(qiáng)陶瓷薄板制備技術(shù)的研究與應(yīng)用

冉艦波，楊良鈞

摘 要：遵循建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的基本國策，順應(yīng)節(jié)能減排，持續(xù)發(fā)展的時(shí)代步伐，陶瓷薄板越來越多地出現(xiàn)在了建陶市場(chǎng)上。目前陶瓷薄板在耐磨、抗折、防水等多方面都已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，完全可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材、玻璃或鋁型材等家居飾面板材料。本文以3mm高強(qiáng)陶瓷薄板制備為研究方向，采用新的高鋁配方及加工工藝，磚體在尺寸和厚度上可以做到大而薄（尺碼1600mm×3200mm，厚度僅2.8～3.2mm），能夠有效降低材料的重量，節(jié)約運(yùn)輸及掛裝成本，方便了施工，減輕建筑負(fù)載，可滿足建筑物室內(nèi)室外干掛裝飾等需求。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)陶瓷薄板；3mm；高鋁配方；室內(nèi)室外干掛裝飾

1 前言

早在上世紀(jì)80年代，日本已經(jīng)提出了瓷質(zhì)薄板的概念[1]。2002年意大利西斯特姆公司首創(chuàng)薄板技術(shù)，開始實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2004年，西班牙的瓷質(zhì)薄板已經(jīng)推向了市場(chǎng)。2007年，歐洲70%以上的陶瓷品牌都有瓷質(zhì)薄板，瓷質(zhì)薄板產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了很大的市場(chǎng)比例。中國直到2008年才在市面上推出薄板，由于當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度不夠，瓷質(zhì)薄板沒有足夠的生存基礎(chǔ)，未能興起。近年來，隨著建陶行業(yè)日漸成熟，節(jié)能減排的口號(hào)喊出，瓷質(zhì)薄板才真正走入人們的視野。

遵循建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的基本國策，順應(yīng)節(jié)能減排，持續(xù)發(fā)展的時(shí)代步伐，陶瓷薄板越來越多地出現(xiàn)在了建陶市場(chǎng)上。它與傳統(tǒng)陶瓷相比，從生產(chǎn)上節(jié)材、節(jié)電、節(jié)水，降低能耗；從質(zhì)量上硬度高、阻燃性能強(qiáng)、低吸水率、耐磨損；從應(yīng)用范圍上可廣泛用于各種建筑、寺廟修繕、船舶、文化廣場(chǎng)等，極具發(fā)展?jié)摿2]。所以，瓷質(zhì)薄板在節(jié)能降耗以及質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)成為了“兩型社會(huì)”中建陶行業(yè)的新寵。未來5-10年陶瓷行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)有三個(gè)關(guān)鍵詞——“減薄、減量、減速”。繼噴墨、微晶石之后，陶瓷薄板將成為下一個(gè)熱點(diǎn)。

2 陶瓷薄板的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，意大利、波蘭、土耳其、西班牙跟德國等都有生產(chǎn)薄板，在歐洲的二次裝修中，薄板的應(yīng)用非常普遍。其中，德國因其對(duì)建筑的找平有強(qiáng)制要求，故在德國薄板的鋪貼基本可以免去找平步驟，所以膠黏劑在德國薄板鋪貼中運(yùn)用廣泛，而且效果很好。

意大利有家公司在薄板中添加一層玻璃纖維，這層玻璃纖維就類似于汽車的防爆膜，能顯著提升薄板的破壞強(qiáng)度，原本3mm薄板的強(qiáng)度加入玻璃纖維后能提升至6mm薄板的強(qiáng)度。該公司薄板主要產(chǎn)品規(guī)格為1000mm×3000mm跟1200mm×3600mm，已經(jīng)運(yùn)用到裝修的各個(gè)方面，尤其是對(duì)墻紙的取代。

土耳其主要生產(chǎn)1000mm×3000mm規(guī)格的薄板產(chǎn)品，主要用于別墅的的裝修。國外薄板采用的鋪貼方法與國內(nèi)的完全相反，80%的鋪貼是采用干掛，僅20%采用濕貼法施工。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

到目前為止，生產(chǎn)陶瓷薄板的企業(yè)并不多，如新中源、新明珠、蒙娜麗莎等頭部企業(yè)，由于生產(chǎn)薄板的設(shè)備要求非常的高，對(duì)技術(shù)方面的人才要求也高，也就決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本要比傳統(tǒng)的瓷磚高出很多。在市場(chǎng)的終端上，薄板仍然被稱為概念性產(chǎn)品，走進(jìn)千家萬戶的家庭還是有一定的距離，這是由于陶瓷薄板被消費(fèi)者接受的程度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上傳統(tǒng)瓷磚，對(duì)薄板的了解還不是很多。

隨著國家大力提倡資源節(jié)約、低碳環(huán)保，節(jié)能減排無論從政府政策、國家發(fā)展還是市場(chǎng)需求等方面都可以說刻不容緩。市場(chǎng)需求是產(chǎn)品產(chǎn)生的首要前提，故而，能減輕建筑物自重，加快施工速度，降低施工污染，提升建筑物設(shè)計(jì)感，降低綜合成本的安全耐用環(huán)保高科技材料——瓷質(zhì)陶瓷薄板，就順應(yīng)大環(huán)境的需求而誕生了。消費(fèi)者對(duì)薄板尚處于“認(rèn)知”階段，尚未形成良好的購買力。“消費(fèi)者是需要引導(dǎo)的，目前來看薄板作為墻磚比較容易被接受，但作為家居飾面板等使用還需要時(shí)間。”事實(shí)上，目前薄板在耐磨、抗折、防水等多方面都已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，完全可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材、玻璃或鋁型材等家居飾面板材料。

本文以3mm高強(qiáng)陶瓷薄板制備為研究方向，采用新的配方及加工工藝，磚體在尺寸和厚度上可以做到大而薄（尺碼1600mm×3200mm，厚度僅2.8～3.2mm），能夠有效降低材料的重量，節(jié)約運(yùn)輸及掛裝成本，方便了施工，減輕建筑負(fù)載，可滿足建筑物室內(nèi)室外干掛裝飾等需求。

3 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備包括：西斯特姆30000噸皮帶輥壓壓機(jī)、西斯特姆八通道功能噴墨打印機(jī)（配備星光1024HF噴頭）、Air Power六槍S形擺動(dòng)式高壓噴釉柜、西斯特姆十二通道噴墨打印機(jī)（配備星光1024M和星光1024HF噴頭）、西斯特姆八通道功能噴墨打印機(jī)（配備星光1024HF噴頭）、200米國產(chǎn)恒力泰輥道窯、激光切割機(jī)及橋切機(jī)。

所用原料及化學(xué)組成見表1，3mm高強(qiáng)陶瓷薄板制備工藝流程見圖1。實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)配方（配方1-2）和高鋁配方（配方3-5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，配方成分組成見表2、表3。各配方工藝參數(shù)見表4。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 高鋁坯體配方的研究

采用常規(guī)配方（配方1-2）和高鋁配方（配方3-5）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試得到薄板破壞強(qiáng)度和斷裂模數(shù)性能見表5、表6。由結(jié)果可知，常規(guī)配方坯體斷裂模數(shù)在40～50MPa之間，以其作為薄板坯體配方，其破壞強(qiáng)度僅在200～300N左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到陶瓷薄板400N破壞強(qiáng)度的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。高鋁配方中，采用超細(xì)剛玉粉作為增韌劑，一是由于其成分穩(wěn)定，誘導(dǎo)晶化性能穩(wěn)定可控；二是材料可批量采購、適合多批次大量生產(chǎn)，避免了因?yàn)樵鲰g性能不可控，導(dǎo)致批量生產(chǎn)時(shí)性能波動(dòng)影響增強(qiáng)效果[3]。

高鋁配方（配方3-5）中的高嶺土在加熱過程中會(huì)脫水生成偏高嶺（Al2O3·2SiO2），在繼續(xù)的加熱過程中，偏高嶺會(huì)分解為莫來石和石英，這樣形成的莫來石其形狀貼近于母礦形狀的粒狀或鱗狀莫來石；同時(shí)剛玉粉作為莫來石晶相誘導(dǎo)劑，產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)大量高溫液相后，溶解于高溫玻璃相中的Al2O3和SiO2通過溶解-析出機(jī)理，在基質(zhì)玻璃中和長(zhǎng)石玻璃的四周可形成稠密的放射狀或交織網(wǎng)狀的二次針狀莫來石。這些在玻璃相內(nèi)彌散的二次莫來石對(duì)于玻璃相有著極好的增韌強(qiáng)化作用，可以很好地改善產(chǎn)品的性能，最終增強(qiáng)坯體強(qiáng)度。

4.2 燒制制度的優(yōu)化

為了保證坯體強(qiáng)度達(dá)標(biāo)、產(chǎn)品平整度效果良好、破壞強(qiáng)度要高還要能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制度一定要優(yōu)化，包括工藝控制參數(shù)及燒制制度，尤其是燒制制度，更是控制有效形成針狀莫來石晶相的關(guān)鍵。工藝上，優(yōu)化控制流程，加強(qiáng)漿料細(xì)度控制及成形坯體表面質(zhì)量控制；燒制制度上，加長(zhǎng)高溫區(qū)縮短保溫區(qū)，縮短急冷區(qū)并延長(zhǎng)緩冷區(qū)等使坯體有效產(chǎn)生更多的莫來石晶相以達(dá)成目標(biāo)。采用配方4和配方5進(jìn)行調(diào)整燒制制度的實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)配方4平均吸水率為0.043%，平均體積密度2.485g/cm3；配方5平均吸水率0.039%，平均體積密度2.478g/cm3。通過優(yōu)化調(diào)整燒制制度，拉長(zhǎng)燒制高溫區(qū)，縮短急冷區(qū)，延長(zhǎng)緩冷區(qū)的方式保證了薄板坯體中莫來石晶相的產(chǎn)生，增強(qiáng)了產(chǎn)品強(qiáng)度性能并能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，表面質(zhì)量能夠達(dá)到仿古磚質(zhì)量要求。

5結(jié)語

（1）在本研究3mm高強(qiáng)陶瓷薄板的生產(chǎn)方法中，采用超細(xì)剛玉粉作為莫來石晶相誘導(dǎo)劑并入球球磨，保證了剛玉粉在漿料及粉料中的均勻性，可以有效保證其在晶化時(shí)可以有效控制其晶化均勻性，也有利于燒制磚形的控制。

（2）高鋁配方中增加了超細(xì)剛玉石粉，在燒制中又調(diào)整了燒制制度，因此有利于形成稠密的放射狀或交織網(wǎng)狀的二次針狀莫來石，這些在玻璃相內(nèi)彌散的二次莫來石對(duì)于玻璃相有著極好的增韌強(qiáng)化作用，可以很好地提升產(chǎn)品的強(qiáng)度性能，普通磚材斷裂模數(shù)一般在40～50MPa之間，薄板的斷裂模數(shù)一般都超過55MPa，歐神諾3mm高強(qiáng)陶瓷薄板的斷裂模數(shù)都在60MPa以上，且在厚度在3.2mm以下的情況下，平均破壞強(qiáng)度還能達(dá)到400N以上，具有輕薄高強(qiáng)的效果。

（3）通過調(diào)整燒制曲線中溫度區(qū)間的設(shè)置，使坯體能產(chǎn)生放射狀或交織網(wǎng)狀的針狀莫來石以增強(qiáng)坯體強(qiáng)度，同時(shí)也有利于調(diào)整半成品磚形的平整，使產(chǎn)品表面能達(dá)到仿古磚產(chǎn)品的啞光及柔滑質(zhì)感。

（4）通過對(duì)工藝流程參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)整控制，實(shí)現(xiàn)了3mm高強(qiáng)陶瓷薄板產(chǎn)品的穩(wěn)定連續(xù)大量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，缺陷較少，優(yōu)等率較高。

參考文獻(xiàn)

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[3] 馬杰， 黃佳奇， 劉世明， 等. 氧化鋁粒徑對(duì)陶瓷薄板坯體高溫?zé)崴苄宰冃蔚挠绊?[J]. 中國陶瓷， 2021， 57（11）： 55-61.