乳白玻璃陶瓷缺陷探討及改善措施*

張存浩

(廣東健誠高科玻璃制品股份有限公司 廣東 潮州 515658)

隨著科學技術的發展,玻璃材料的應用越來越廣泛。現化科學與技術對材料提出了更高的要求。乳白玻璃是由結晶相和玻璃相構成的復合材料。該類產品白度非常高,在使用過程中無重金析出。被廣泛應用于餐具和廚房用具上。

1 乳白玻璃餐具成形工藝

1.1 定義及應用范圍

日用乳白玻璃餐具,是微晶玻璃的一種。是由結晶相和玻璃相構成的一類陶瓷復合材料,一般通過對玻璃進行適當加熱處理以使玻璃體內產生足量結晶相而獲得。

由于外觀形態與普通陶瓷餐具很像,但又比陶瓷餐具具有更高的白度、更高的機械強度,同時在重金屬析出上,乳白玻璃餐具比普通陶瓷餐具更具優勢。所以日用乳白玻璃餐具是普通陶瓷餐具不錯的替代品。

1.2 成形工藝

日用乳白玻璃餐具的生產工藝流程圖(見圖1)。

圖1 日用乳白玻璃餐具的生產工藝流程圖

圖2 乳白玻璃陶瓷成形工藝流程圖

乳白玻璃陶瓷一般使用氟化物作為乳濁劑,加入氟化物之后會使玻璃的網狀結構被打破。從而有利于晶體的析出。由于這個特性,乳白玻璃陶瓷一般使用電熔爐熔制玻璃液,使用冷頂工藝進行熔制。而火焰爐等其他爐型由于沒有冷頂工藝,在熔制玻璃液會造成大量的氟化物揮發,不利于環境,也不利于玻璃的晶體的析出。

熔化好的玻璃液會通過流液油、上升道流至料道。在這過程中,主要是為了消除玻璃液的氣泡。同時在料道時可以調整玻璃液的成形溫度。對下一步成形做好準備。

目前普遍的成形工藝有壓制、離心等。壓制是通過兩個陰陽模進行擠壓。使得形成需要的形狀。而離心則是通過一個陰模,然后通過離心力使得整個玻璃液均勻分布在陰模上成形。

成形后的產品經退火處理,消除殘余應力,獲得乳白玻璃陶瓷。

2 產品缺陷原因及解決措施

2.1 產品缺陷分類

在整個生產工藝過程中,乳白玻璃陶瓷自身的缺陷一般分為2大類,分別是:

(1)玻璃體在熔化過程中造成的缺陷。

(2)玻璃體在成形過程中造成的缺陷。

乳白玻璃陶瓷缺陷各類及產生原因是多種多樣的。要查明缺陷產生的原因,并不是很簡單的,消除它也比較困難。

因為乳白玻璃陶瓷缺陷的產生與玻璃的熔制工藝過程緊密相關。同一類的缺陷可能在熔制過程的不同階段由不同原因產生。因此必須經常嚴格控制過程,盡可能地防止缺陷產生。

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2.2 熔化過程缺陷定義及產生原因

玻璃體的缺陷按其狀態不同,如表1所示。

表1 日用玻璃陶瓷熔化過程缺陷種類及現象

冷炸、結石:在生產過程中,有時會出現乳白玻璃陶瓷在退火爐中冷卻后,在不接觸的情況下出現自動炸裂的情況,類似于鋼化玻璃的自爆現象。鋼化玻璃自爆主要原因是由于在進行鋼化處理時由于應力沒有處理好而造成的。而乳白玻璃陶瓷的冷炸現象是由于玻璃料不均勻造成的。嚴重時會產生看到明顯不溶物出現,這類東西就是結石。大部份的乳白玻璃陶瓷主要是氟元素作為析晶材質,氟在熔化爐里會產生很強的腐蝕性,也就造成了氟會對熔化爐的耐火磚進行侵蝕,耐火磚主要成份是鋯,這樣造成鋯的析出量會增加。但鋯的密度比較大,在料液經過料道時。密度較重的鋯會與玻璃體產生分離。而鋯與玻璃體的膨脹系數又不一樣。這使得玻璃料產生了一個應力。也使得產品產生炸裂現象。

針對這個問題,一般會在熔化爐的料道下打一個小孔,進行排渣處理。大造份的鋯會在料道底部流出。從而減少冷炸及結石現象。

透明:乳白玻璃陶瓷是通過析晶,再經過晶體長大。使得產生乳白色。但晶體長大需要時間,如果在晶體生成前快速降溫,會使得晶體長不大或者不產生晶體。這樣會出現透明現象。針對這個問題,可以通過控制溫度,使得玻璃陶瓷的降溫處于勻速狀態。即可以解決這類問題。

氣泡:氣泡產生的原因比較復雜。一般分為一次氣泡及二次氣泡:

(1)一次氣泡。在玻璃的熔化過程中,原料會進行化學反應。在產生化學反應時會產生大量的氣體。在澄清過程中無法將氣體完全排出。此為一次氣泡。一次氣泡一般跟原料和澄清時間有關系。修改原料配方或才延長澄清時間,降低出料產量都可以較好地減少一次氣泡的產生。

(2)二次氣泡。在玻璃熔化過程中,一部份氣泡會排到空氣中,另一部份氣泡會溶解在玻璃體中。二次氣泡就是已經溶解在玻璃體的氣泡,由于澄清溫度的不適當。使得這些氣泡再次被析出,這就是二次氣泡。控制好料道的澄清溫度,使料道的溫度從高向低降溫,會改善二次氣泡的產生。

2.3 成形過程缺陷定義及產生原因

玻璃體的缺陷按其狀態不同,如表2所示。

表2 日用玻璃陶瓷成形過程缺陷種類及現象

一般乳白玻璃陶瓷成形過程中的工藝流程是:

在每個步驟控制不好,都容易產生殘次品。

(1)控制料滴。每個產品都一個重量,料滴需要控制重量以及溫度,甚至是料滴的形狀及下料位置。

控制料滴的重量與玻璃制品的重量息息相關,還影響玻璃制品成形。當料滴重量過輕時,容易出現缺料,模具填充不滿或產品偏小的缺陷;當料滴重量過重時,則容易出現雙邊,料滴溢出模具。

玻璃制品成形開始和終了時的粘度變化隨著玻璃的組成、成形方法、制品尺寸大小和重量是不相同的。玻璃液體有一個特性,高溫下粘度小,低溫下粘度高。玻璃的粘度越小,流動性就越大。所以當生產不同器形時,需要合理的調整好料滴溫度。小器形需要相對較高的溫度,不然容易出現冷斑等缺陷,大器形需要相對較低的溫度,不然脫模時尚未完全定形,容易變形。料滴溫度過高或過低時都可能會出現料印缺陷。通過控制溫度使玻璃粘度發生改變,即可改變玻璃的流動性,以達到成形和定形。

料滴的形狀及下料位置也會影響到玻璃器皿成形,如下料中心與機器轉動中心不重合時候,就會出現產品偏心現象。

(2)剪切。剪刀手切割時一般用水進行冷卻,否則玻璃易發生破裂。當剪刀口冷卻不及時或剪刀口剪切不齊時,就會出現剪刀印這種缺陷。

(3)匹配模具。模具對成形的制品有極其重要的作用,模具的材料選擇,模具的設計和加工工藝,以及模具的維護都必須給以高度的重視。模具與制品表面相接觸,所以模具表面的光潔度就直接轉移到制品外表面上。模具應具有良好的耐熱性和熱穩定性,使用熱穩定性低的材料時,模具與玻璃接觸的內表面容易產生裂紋。模具溫度要適配,當模具溫度過冷時,容易提前凝固,產生冷斑。模具需選擇高抗氧化能力,在較高溫下不易被氧化,應該不生銹,否則,將加速模具的損耗,并影響玻璃制品的質量,產生模灰缺陷。

(4)拋光。火拋光時應采用最少輻射熱的燃燒器,使制品表面不可避免的微裂紋、折紋以及波紋等缺陷通過表面熔化消除,玻璃制品又不變形,以尖銳的“藍”火焰為好。對制品口部進行高溫加熱,依靠玻璃表面張力的作用,使其口部邊緣軟化以恢復透明變得光滑。使用的燃料,天然氣和氧氣的比例不匹配時,及燒的時間過長時,容易出現口圈燒黃,口圈燒泡等缺陷。

3 結論

生產乳白玻璃陶瓷,應穩定熔制、成形、退火等工藝過程,制訂合理的操作規程與工藝參數。在生產過程中需要注意如下幾個方面:

(1)控制好熔化溫度及出料量,同時對料道的溫度更需要嚴格控制。同時對料道進行相應的改造。可以減少乳白玻璃陶瓷熔化過程中產生的缺陷。

(2)在成形過程中,控制好模具的溫度及模具的匹配度。同時調整好下料中心。這樣能很好地控制成形缺陷。

(3)生產環節的各個因素均會導致產品出現缺陷,嚴重的會引起炸裂或在使用過程中炸裂。因此需要嚴格控制,這樣才能生產出具有高質量的產品。