（材料学专业论文）一次烧成釉面砖坯釉配方设计及坯釉性能的研究.pdf

河北理工学院硕士学位论文 摘要 陶瓷釉面砖是建筑陶瓷的重要组成部分，它具有坚固耐久、防火、防水的性能和装饰 建筑等优点，其传统生产方法是采用二次烧成工艺，既先在1 2 0 0 1 2 8 0 。c 进行素烧，然后 经施釉在l1 5 0 1 2 0 0 迸行釉烧。从二十世纪6 0 年代开始，国外出现了次烧成的生产 方法，到了7 0 年代这种工艺取得了较大突破和进展。这种方法同传统的生产工艺相比， 不但可以节约能源、工艺稳定，而且其装饰工艺的完善、装饰设计的美感体现，更能为建 筑设计者们所接受，成为最理想的建筑材料之一。 我国釉面砖低温一次烧成工艺正处于发展阶段，一次烧成工艺中尚存在着许多 质量问题，集中表现在：( 1 ) 于坯强度低，旌釉及印花后容易造成半成品破损大： ( 2 ) 釉面质量不稳定，裂纹、釉泡缺陷严重；( 3 ) 产品光泽差：( 4 ) 产品变形倾向 大，平整度低。本研究参照经验配方，采用正交实验设计、对比试验、动态观测等实 验方法，利用扫描电镜等现代分析手段，系统分析了一次烧成釉面砖坯釉料配方的特 点，通过合理选择原料。引入适合低温快烧的透辉石、硅灰石、瓷石等唐山本地原 料，在配方中调整s i 2 0 、越2 0 3 的含量以及他们与k 2 0 、n a 2 0 之间的数量关系，确定了 一次烧成釉面砖坯釉配方的化学组成范围及最佳配方，在烧成中采用“阶梯式升温” 与快、缓升温结合，升温过程中进行两次保温，对气体排出完全，避免出现针孔，保 证釉料充分熔融，形成质量稳定的釉面起到了促进作用。通过对坯体配方热重曲线、 差热曲线、胀缩曲线的测试分析，坯釉膨胀系数的测定，釉熔融温度等性能的测定， 可看出坯体的烧失量小、烧成收缩率低且变化平稳，符合内墙砖一次烧成工艺的要 求，坯釉膨胀系数相匹配，坯釉适应性好。釉面扫描电镜结果显示，釉面质量稳定， 气孔、釉泡少，釉面光泽度高。 本试验的研究，对解决当前一次烧成工艺中存在的主要质量问题起到了一定的 指导作用。对一次烧成釉面砖在我国陶瓷行业的推广必将起到积极的促进作用。 关键词：釉面砖，一次烧成，坯釉配方，坯釉性能 河北理工学院硕士学位论文 a b s tr a c t c e r a m i c sg l a z e dt i l ei s i m p o r t a n tc o n s t i t u t ep a r t o fa r c h i t e c t u r a l p o t t e r y ，w h i c hp o s s e s s s o l i d i t yw e a r ，f i r e p r o o f , w a t e r p r o o fp e r f o r m a n c ea n dd e c o r a t eq u a l i t y i t st r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r e w a y w a s a d o p t t w i c e f i r i n g t e c h n i c s f i r s t ，b i s c u i t f i r i n g h a d b e e nc a r r i e d t h r o u g h i n l 2 0 0 1 2 8 0 。c ， t h e ng l o s tf i r i n gh a db e e nc a r r i e dt h r o u g hi n11 5 0 1 2 0 0 f r o m1 9 6 0 s m a n u f a c t u r ew a yo f o n c ef a s t f i r i n ga p p e a r e di no v e r s e a s ，a n db i g g e rb r e a k t h r o u g ha n de v o l v eh a db e e na c q u i r e d a n t i l 9 7 0 s c o m p a r e dw i m t r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r et e c h n i c s t h em a n u f a c t u r ew a yn o to n l ys a v i n g e n e r g y r e s o u r c ea n d k e e p i n g t e c h n i c ss t a b i l i z a t i o nb u ta l s oa c c e p t i n gi t si d e a ld e c o r a t et e c h n i c sa n d d e c o r a t e d e s i g n s oi tb e c o m e o n eo f t h em o s ti d e a la r c h i t e c t u r a lm a t e r i a l o n c ef a s tf i r i n go fo n c ef a s tf i r i n gi no b rc o u n t r yi sd e v e l o p i n gm o m e n t , al o to fq u a l i t y p r o b l e mc o n t i n u et ob e ，c e n t r a lp r o b l e m ：( 1 ) d r yb o d ys t r e n g t hl o w , s e m i - m a n u f a c t u r eg o o d s t h a t g l a z i n g a n d s t a m p i n gd i s r e p a i r e db a d l y ；( 2 ) g l a z e df a c e d e f e c t ss u c ha sc r a z e ，b u b b l ei ss ob a dt h a t q u a l i t yi n s t a b i l i t y ；( 3 ) m a n u f a c t u r eg l o s s i sn o tb e t t e r ；( 4 ) t e n d e n c yo fm a n u f a c t u r ed i s t o r t i o ni s b e c o m i n gm o r ea n dm o r eb a d l y t h er e s e a r c hs y s t e m a t i c a l l ya n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h e p r e s c r i p t i o nf o r 硒n gg l a z ef r o mu n f i r e d 嘶c k ，w h i c hf i l l sp r e s c r i p t o na c c o r d i n g t oe x p e r i e n c e a n d p a y se x p e r i m e n t a ld e s i g n , e x p e r i m e m m e t h o d so f c o m p a r i n g 、v i t l lt e s t i n g , d y n a m i c o b s e r v a t i o ne t c ，a d o p t sm o d e ma n a l y s i sm e a n s 一- - s c a ne l e c t r i cm i r r o r a n da l s ot h er e s e a r c h c o n f i r m st h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o nr a n g ea n dt h eb e s tp r e s c r i p t i o nf o rf i r i n gg l a z ef r o mu n f i r e d b r i c k , t h r o u g hc h o o s i n gr a wm a t e r i a l sr a t i o n a l l yi nt a n g s h a n , s u c h 嚣d i o p s i d e ，w o l l a s t o n i t e ， p o r c e l a i ns t o n et h a tc a nb ec o o k e d s o o nw i t has u i t a b l el o w t e m p e r a t u r e ，a d j u s t i n gt h eq u a n t i t a t i v e r e l a t i o na m o n gs i l i c o nd i o x i d e ，a l u m i n u mt r i o x i d e ，s o d i u mo x i d e ，a n dp o t a s s i u mo x i d ei nt h e p r e s c r i p t i o n t h ec o o k i n gp r o c e s sa d o p t s “i n t e n s i f yl a d d e r ，c o m b i n i n gs l o w l y 蚰i l gw i t hf a s t f i r i n gi no r d e rt od i s c h a r g et h eg a sc o m p l e t e l yt o a v o i dt h eh o l eo ft h en e e d l e ，g u m a n t e et h e a b u n d a n tm e l t i n go f 衔tt of o r mt h eg l a z ew i t hs t e a d yq u a l i t y b yt h es u r v e yo ft g a ，d t aa n d e c af o rt h eg l a z ea n db o d y ，a n dt h ea n a l y s i so fi t se x p a n s i o nc o e f f i c i e n t ，g l a z em e l t i n g t e m p e r a t u r e ，w ec a nf i n do u t b a s eb o d y l i g h tb u m i n g ，l o wc h a n g i n g , s t e a d ys h r i n k i n gr a t e ，w h i c h m e e tw i t ht h ec r a f tr e q u e s tf o rg l a z i n gb r i c k - - - m a t c h n e s so f g l a z ea n db o d ye x p a n s i o nc o e f f i c i e n t , g o o d n e s s o f g l a z eb o d y sa d a p t a b i l i t y s e mr e s u l t ss h o w 1 l st h a tt h eq u a l i t yo ft h eg l a z ei ss t e a d y ， t h ea i rv e n ti sf e wa n dt h eg l o s s i n gi sh i g h i i 塑i ! 堡三堂堕堡主堂垡堡塞 s t u d yo n o n c ef a s tf i r i n go f g l a z e dt i l ew i t hf o r m u l ad e s i g na n dp r o p e r t yo f g l a z e - b o d yh a v e d e f i n i t ed i r e c t i o nf o rs o l v i n gc e n t r a lq u a l i t y p r o b l e m t h a te x i s ti no n c ef a s tf i r i n gt e c h n i c sw i l lb e h e l p f u l t os p r e a do n c ef a s t f i r i n go f g l a z e d t i l ei nc e r a m i c s i n d u s t r yo f o u rc o u n t r y k e yw o r d s ：g l a z e dt i l e ，o n c e f a s tf i r i n g , f o r m u l a d e s i g no f b o d y a n d g l a z e ， p r o p e r t yo f b o d y a n d g l a z e i 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为 获得河北理工学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的 说明并表示了谢意。 签名： i 金盈日期：上靠年月丛日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 虢血聊躲避嗍旦哪丛日 河北理工学院硕士学位论文 引言 陶瓷釉面砖是建筑陶瓷的重要组成部分，它具有坚固耐久、防火、防水的性能和 装饰建筑等优点，不但用于民居室内外装饰装修，也用于公共建筑物的装饰装修上。随 着国家建设的发展与人民生活水平的不断提高以及出口量的扩大，作为建筑装饰材料的 墙地砖生产需求量也越来越大，对其装饰效果的要求也越来越高。因此，尽快地发展陶 瓷墙地砖生产，以高质量、多品种、装饰效果好而又经久耐用的陶瓷墙地砖制品，满足 出口、城市建设和人民生活的需要，是一项迫切的任务。 陶瓷釉面砖的传统生产方法是采用二次烧成工艺【l l 。既先在1 2 0 0 1 2 8 0 。c 进行素 烧，然后经旌釉在11 5 0 1 2 0 0 。c 进行釉烧，这种工艺方法显然是落后的。从6 0 年代开 始，国外已经出现了一次烧成的生产方法。随着工艺设备的不断更新改进和电脑技术的 应用，到了7 0 年代这种工艺取得了较大突破和进展。这种方法同传统的生产工艺相 比，不但可以节约能源、工艺稳定，而且其装饰工艺的完善、装饰设计的美感体现，更 能为建筑设计者们所接受，成为最理想的建筑材料之一。 我国釉面砖二次烧成工艺趋于成熟，低温一次烧成工艺正处于发展阶段。一 次烧成与其它工艺技术相比，由于成形坯体干燥后，无须经过素烧工序，只需施釉 再烧成即可，在生产过程中，生坯湿法上釉、坯釉同时烧成具有很大的技术难度。 通过对国内外某些公司或厂家一次烧成产品的质量分析及相关资料【2 。3 】报道可知， 当前一次烧成工艺中尚存在的主要质量问题是：( 1 ) 干坯强度低，施釉及印花后 容易造成半成品破损大；( 2 ) 釉面质量不稳定，裂纹、釉泡缺陷严重； ( 3 ) 产品 光泽差；( 4 ) 产品变形倾向大，平整度低。 这表明，我国低温一次烧成釉面砖工艺技术尚不成熟，尤其是对坯釉配方设计及 坯釉性能的理论研究还不深不透，对烧成工艺的控制及影响因素缺乏系统研究。本课题 河北理工学院硕士学位论文 旨在参照经验配方，通过合理选择原料确定坯釉料的化学组成范围，同时对烧结特性、 坯釉结合性、坯釉性能、影响釉面质量的因素进行分析研究，从而确定出一次烧成釉面 砖坯釉料的最佳配方，解决当前一次烧成工艺中存在的质量问题。 2 河北理工学院硕士学位论文 1 文献综述 1 1 釉面砖生产工艺的发展现状 陶瓷釉面砖属于细陶瓷制品，作为建筑饰面材料，具有坚固耐用、色泽鲜艳、易 于清洁、防火、耐腐蚀等优点。除卫生间、厨房、生活起居室以外，在公共场所、工矿 企业、医院等要求保持洁净的场所，均可用作内墙饰面材料。在产品规格上，国外除大 量生产1 5 2 1 5 2i n n l 、1 0 8 1 0 8n l l a 釉面砖外，2 0 0 x3 0 0i l l m 大规格面砖品种亦日益增 多。国内以1 5 2 1 5 2 咖白色釉面砖为主。兼有生产少量彩色釉面砖，在规格品种与色 调图案上比较单调。目前釉面砖生产的发展，除规格向大尺寸、减少人工铺贴工作量和 简化墙面线条外：在镶嵌形式风格上，要求开发矩形、环形、立体波纹形多种形状规格 的产品；从装饰表面表现形式上，除了各类色釉、花纹拼图外，已研制开发了冷色调为 主的无光釉系列产品 4 1 。 陶瓷釉面砖传统生产作业为二次烧成方式，即生坯先经第一次煅烧( 通常为高温 素烧作业) ，素烧坯施釉后再行第二次煅烧( 常为低温釉烧) 。我国大多数工厂采用釉 面砖二次烧成的传统工艺流程如下： 配料、坯粉制备一压制成型索烧( 1 2 0 0 。c 、周期5 0 h ) 产品检验、包装。传统 二次烧成工艺与设备的缺点是：( 1 ) 生产周期长、素烧装匣难以实现快烧工艺； ( 2 ) 燃耗与生产管理费用高；( 3 ) 匣钵、棚板材料消耗大。但其优点在于：( 1 ) 素烧坯具 有良好吸釉浆及耐受机械加工能力；( 2 ) 避免坯料灼减成分对釉层质量的影响：素 烧后剔除的废品，既能回坯再加工，又可节省价格高昂的釉料。 2 0 世纪5 0 年代，美洲开始硅灰石质坯体的釉面砖一次烧成技术，6 0 年代，西 欧、原苏联等国曾有所推广及重新改回二次烧成工艺的反复过程；7 0 年代以后，釉面 砖一次烧成技术又获迅速发展，西欧的意大利、法国、联邦德国在低温快烧釉面砖坯、 3 一 河北理工学院硕士学位论文 釉配方工艺与技术装配研究成熟基础上，适逢建筑业盛行浅色调与无光釉的高雅艺术效 果要求，推动了这些国家釉面砖一次快速烧成工艺的进步发展。以素负盛名的意大利 面砖为例，意大利是从2 0 世纪7 0 年代开始一次烧成釉面砖的工业性生产的。在1 9 7 4 年它全年生产了1 4 0 万平方米，约占1 4 。在1 9 8 9 年全年产量为2 2 0 万平方米而一次 烧成的己达1 6 0 万平方米，约占7 0 。到1 9 9 0 年全年产量为2 4 0 万平方米，而一次烧 成的达到了1 8 0 万平方米，所占比例已达7 5 【5 】。所以从产量来看，发展趋势已很明 显，那种传统的二次烧成工艺，正在被一次烧成的新工艺生产方法所取代。釉面砖一次 烧成技术，不仅在于烧成工艺和窑炉本身，它还与坯、釉的配方体系、坯体质量、釉层 的附着乃至坯釉结合、窑具选用等密切相关。从坯料而言，粉料应粘性适中、成型性能 好、生坯强度及施釉渗透性良好、烧成灼减量低和收缩小、在低烧结( 气孔率较高) 情 况下仍具有足够的产品强度、以及尽可能小的吸湿膨胀性和高的抗后期龟裂能力。目 前，国内外生产中多采用烧减量少的粘土、叶蜡石、滑石、硅灰石及透辉石等原料制造 低温快烧面砖，国内许多从事工业废渣制造面砖的研究表明，工业废渣作砖坯时，不同 程度地具有一定水硬性( 成型坯体的机械混合水在干燥与自然存放过程中，可增加坯体 强度、降低生坯破损的这种性质) 。亦有利于高瘠性坯体的一次快速烧成工艺。据介 绍，美国某厂釉面砖坯料配方为：滑石或硅灰石7 0 、粘土和瓷土3 0 ，采用半熔快 釉( 即3 0 的熔块，其余7 0 则为生料) ，生坯喷釉后在最终为1 1 2 0 1 1 6 0 c 下一次 烧成【“。意大利利高硅质瘠性原料的坯料配方，施以由低熔点熔块为主的熔块釉进行釉 面砖的一次烧成，可获得与二次烧成接近的产品质量。我国在人工合成硅灰石、工业废 渣及地方性原料实现低温快速一次烧成技术上，同样积累了一定的经验。例如，福建漳 平联发陶瓷有现公司采用粘土作为配方的唯一塑性原料来保证一次烧成坯体的生坯强 度，具有一定成效，但带来干燥收缩不稳定进而引入透辉石、叶蜡石原料予以调节，改 4 - 河北理工学院硕士学位论文 善釉面缺陷及坯釉结合性能啊；浙江金华陶瓷有限公司除加大配方中粘土的用量，通过 加入定量的坯体增强剂来提高坯体的强度，同时通过调控烧成曲线等设法解决釉面针孑l 缺陷，进而改进坯釉料的配方唧；佛山嘉瑞建筑陶瓷有限公司以伊利石类、叶蜡石类矿 物为坯体主要原料，其釉料采用熔块釉制造一次烧成水晶釉面砖，产品釉面格调素雅高 贵，整体性能好，具有烧成收缩小、平整度好、釉面晶莹剔透、吸水率低、抗折强度 高、吸湿膨胀小、抗后期龟裂性能好等优点嗍：天津大学材料学院利用天津碱厂的碱渣 研制成符合要求的石灰石质釉面砖。 目前，一次烧成釉面砖的发展和改进，其方向大都是放在如何进一步缩短烧成周 期，以及在不降低产品质量的前提下，如何尽量使用廉价原材料这些课题上 1 1 】。釉面 装饰及风格的发展，主要是如何充分运用陶瓷材质的特性，各种不同的工艺制作手段而 产生的不同的表面机理、质感、纹理、纹样的效果及装饰设计。面砖是依附于墙面，墙 面又与其它构件共同组成的建筑整体。面砖釉面装饰风格及设计，是根据建筑设计对釉 面砖的使用功能的要求来设计的，这样就适应了建筑的美学要求。国外的产品颜色以淡 雅色调、装饰以仿自然机理效果居多，其次为花卉图案和几何形图案。还出现了仿金、 荧光色及利用各种不同釉质制成的隐形图案，立体感较强的装饰砖。在提高釉面的耐磨 性上采用的喷丸处理以及反玻璃化釉面新工艺，使釉面达到了以前所想不到的硬度。只 是由于此类产品售价较高，其产量才受到了限制。 总之，从国内外发展趋势来看，一次烧成已成为釉面砖工艺技术的发展方向，随 着科学技术的不断提高，新材料、新技术的应用，对促进釉面砖的生产工艺、设备及装 饰工艺手段的多样化等等的发展，必然会带来巨大的影响。 l _ 2 一次烧成釉面砖的发展方向及存在问题 当前，一次烧成釉面砖的发展方向是： 河北理工学院硕士学位论文 ( 1 ) 在不降低产品质量的前提下，尽量使用廉价原料。 ( 2 ) 合理选则原料，改善坯釉性能，提高釉面砖质量。 ( 3 ) 改进烧成制度，缩短烧成周期。 ( 4 ) 充分运用陶瓷材质的特性，各种不同的工艺制作手段而产生的不同的表面机 理、质感、纹理、纹样的效果及装饰设计。 低温快速一次烧成在生产过程中，由于生坯施釉、坯釉同时烧成有很大的技术难 度，因此也存在着一些问题，主要表现是： ( 1 ) 原料质量不稳定，组成波动较大。 ( 2 ) 坯釉配方不尽合理，不能满足坯釉同时烧成的需要。 ( 3 ) 一次烧成的成形坯体干燥后强度远不及素烧坯体高，施釉及印花后容易造成 半成品破损大。 ( 4 ) 坯、釉料的烧成是同时进行的，烧成时既要考虑坯体烧后强度高、烧结程度 好、规格尺寸偏差小及在短时间内完成所有的物理化学变化等问题，又要考虑釉料的透 气性、成熟温度、表面张力、高温流动性以及烧成收缩等问题，故产品的釉面质量很难 控制，容易产生针孔、釉泡、光泽差等缺陷，产品平整度也难控制。 1 3 课题的提出 一次烧成釉面砖工艺在高效、节能、经济等方面为企业带来了巨大效益，从国内 外发展趋势来看，次烧成已成为釉面砖工艺技术的发展方向，但一次烧成工艺中存在 的问题在一定程度上阻碍了它的发展，鉴于此，我们旨在以下方面做些研究： ( i ) 合理选择原料，满足釉面砖一次烧成工艺的需要。 ( 2 ) 充分利用唐山本地原料，解决陶瓷行业所面临的共同难题一原料的匮乏和一 次性资源的破坏。 - 6 - 河北理工学院硕士学位论文 ( 3 ) 确定坯釉配方合理的化学组成范围，改善坯釉结合性能。 ( 4 ) 改进和完善烧成制度，最大程度的解决釉面中存在的针孑l 、釉泡、裂纹等缺 陷，提高釉面质量。 1 4 一次烧成釉面砖坯釉料配方的特点 1 4 1 原料方面 众所周知，在陶瓷配方中，坯釉料的合理配方是生产成功的基础，而坯釉所用原 料是基础的基础，为了实现釉面砖一次烧成并同时提高釉面砖内在质量和釉面质量，首 先应该改进坯釉料所用的原料。 ( 1 ) 寻找一些烧结温度低、烧后性能优异且工艺性能满足大生产要求的新的坯釉料用 原料来替代一些目前品位不稳定的原料”2 j 。用一些本身不含或少含挥发分( 如有机 物、结晶水等) ，也不会发生热分解放出气体的物质【”】。这样就能保证坯体干燥收缩 与烧成收缩都小，如果再能满足热膨胀系数小且膨胀系数随温度升高呈平稳的直线增 加，那么用这些原料配制的坯料配方在理论上就可实现产品的一次烧成工艺； ( 2 ) 为提高釉面砖产品质量，应加强原料加工规范化，合理化，科学化。因为釉面砖 一次烧成工艺对原料性能的波动相当敏感，为此，我们要对原料进行预处理，特别要对 化妆土和釉料原料进行组成和性能检测，如原料组成稍有波动便立即调整，使坯釉料的 各项性能长期保持稳定； 1 4 2 坯体配方方面 目前，陶瓷产品的发展趋势为低温快速烧结，因为陶瓷工业中燃料费用占生产成本 的比例很大，缩短陶瓷制品的烧成周期可大幅度降低产品的生产成本。本课题立足于一 次烧成釉面砖坯料的研制，就是在保证提高陶瓷釉面砖各项烧结性能的条件下，省略素 烧工艺，实现产品的一次烧成。可采用的措施有： 7 河北理工学院硕士学位论文 ( 1 ) 引入绢云母、瓷石类原料来降低制品的烧成温度0 4 1 。瓷石所含的绢云母是一种 白云母水化不完全的中间产物，即是白云母和伊利石之间的过度产物。理论上讲，绢云 母能在1 1 5 0 。c 左右发生玻化反应且玻化温度较宽。烧结时绢云母兼有长石和粘土的作 用，能生成莫来石及玻璃相起促进成瓷及烧结作用。 ( 2 ) 引入适合于低温快烧的透辉石、硅灰石类原料。与硅酸铝类原料烧结形成莫来 石的高温反应温度相比( 1 2 0 0 c ) ，这类原料本身的高温反应温度较低，它能在1 0 0 0 煅烧4 小时反应较完全且此反应的体积收缩仅为9 左右，比高蛉石分解生成莫来石 和方石英的体积收缩约为2 0 要小的多，不易在快速烧结过程中因坯体发生过大的变 形而使制品出现开裂；同时他们所具有的呈网络结构分布的晶体，在烧成时能起增强加 固的骨架作用，可防止釉面砖产品的烧成交形f 1 6 1 。 ( 3 ) 调整配方中s i 2 0 、a 1 2 0 3 的含量以及他们与k 2 0 、n a 2 0 之间的数量关系，目的 在于保证坯体在低温下能生成足以促进烧结的液相的同时，确保釉面砖制品不产生烧结 变形( 。 ( 4 ) 使用组合型熔剂对促进坯体低温烧成有更好的效果捕1 。 1 4 _ 3 釉料配方方面 为了提高釉面砖釉面质量，在釉科配方上要优选相适应的各种原科，在配方设计 上力求使釉的理化性能优良，达到始熔温度高，熔融温度范围宽，高温粘度及表面张力 适当，与坯体结合性良好的要求，同时使釉浆具有良好的附着性和悬浮性能。 ( 1 ) 在釉料中引入适当量的瓷粉、硅灰石和滑石。由于硅灰石，滑石烧失量少，同 时引入的c a o 、m g o 又具有较强的助熔作用，这样不仅有利于减小釉层中的气泡而且 能相对减少釉层中未溶解的石英晶粒【1 9 】。 一8 - 河北理工学院硕士学位论文 ( 2 ) 由于釉料的始融温度高，为保证坯体在烧成过程中所产生的气体能顺利排除， 要适当提高釉料中a 1 2 0 3 或s i 0 2 的含量 2 0 。 ( 3 ) 在保证不出现流釉的前提下，釉料的高温粘度要小，能在短时间内熔平，以使 釉料能平接铺展在坯体表面。釉组成中c a o 、m g o 、z n o 等的含量相对较高，要适当 增加k 2 0 和n a 2 0 的含量，或用l i 2 0 替代部分k 2 0 和n a 2 0 。 ( 4 ) 适当提高釉料的表面张力，使釉料能封闭针孔，如调整b 2 0 3 的加入量或用 l i 2 0 替代部分k 2 0 和n a 2 0 。通过一些稀有元素的加入，如碳酸锶等来替代部分p b o 能够进一步提高釉面光泽和扩大釉料烧成温度范围口”。 1 5 理论依据 1 5 1 坯料配方的设计原则 为确定坯体配方的设计原则，首先要明确次烧成内墙砖坯体性能的要求，具体要 求如下阎： ( 1 ) 坯体具有良好的成型性能。青坯强度不低于5 k g c m 2 ，以保证成型效率，减 少青坯破损。 ( 2 ) 坯体具有较好的干燥强度，干坯强度不低于1 5 k g c m 2 ，以防止印花破损大。 ( 3 ) 配方要有较小的烧失量。( 小于5 5 以下) 。 ( 4 ) 配方的物化反应温度低且快，适应快速烧成，并达到产品质量性能的要求。 ( 5 ) 坯体在快速升温中不开裂，具有较小的烧成收缩( 收缩率小于1 ) ，以保 证产品尺寸的一致。 ( 6 ) 坯体的膨胀系数尽可能与釉子的膨胀系数相接近，且a “稍大n 轴，以保证坯 釉结合性能好。 ( 7 ) 要求坯体具有较宽的烧成范围，以保证产品规整度。 - 9 河北理工学院硕士学位论文 根据以上坯俸陛能的要求，我们确定了一次烧成釉面砖坯体配方的设计原则： ( 1 ) 以能满足釉面砖产品可实现一次烧成作为考虑坯体组成的主要依据， ( 2 ) 在拟定坯料配方时，参照国内外各研究单位积累的经验和数据，以节省时 间，有助于提高效率。 ( 3 ) 了解各种原料对产品性能的影响是配料的基础。选择坯用原料时，应全面考 虑其对生产工艺的影响和其与产品力学性能的对应关系。 ( 4 ) 配方应满足生产工艺的要求。坯体应能适应成型、施釉与烧威的要求。 ( 5 ) 采用的原料来源应丰富、质量稳定、运输方便、价格低廉，尽可能就地取 材、物尽其用。 1 5 2 釉料配方的设计原则 由于本课题的目标是要实现釉面砖的一次烧成工艺并提高产品档次。为此，依据 坯料配方，确立了以提高釉料的遮盖能力、坯釉适应能力、釉面平整度和光泽度等物理 性能要求的设计原则。通过采用在熔块釉的基础上进行调整的方案，以提高釉料的始熔 温度，降低高温粘度，克服釉泡、针孔等缺陷，使制品的釉面光泽度、平整度等方面有 显著提高。具体设计原则如t t 2 3 】： ( 1 ) 釉料的始熔点要高于坯体中物质氧化分解反应的最终温度，以避免釉料融化 铺展在坯体表面后，坯体再反应并排出气体所造成的釉面针孔、釉泡等缺陷。 ( 2 ) 坯、釉的膨胀系数尽可能相近，且坯体的膨胀系数稍大于釉的膨胀系数，以 保证坯釉结合性能好。 ( 3 ) 面釉的熔融温度范围必须与坯体的烧成温度相适应。 ( 4 ) 在最高烧成温度下和较短烧成时间内，面釉要有足够的流散度。 ( 5 ) 面釉要有足够的光泽或较理想的哑光效果，有良好的弹性和抗张强度。 1 0 河北理工学院硕士学位论文 ( 6 ) 合理的选用原料。 1 5 3 坯釉料配方的设计方法 1 掌握必要的资料 ( 1 ) 首先要掌握坯料的化学与物理性质，如坯体的化学组成、膨胀系数、烧结温 度、烧结温度范围与气氛等 ( 2 ) 必须明确釉本身的性能要求及制品的性能要求。 ( 3 ) 制釉原料化学组成、原料的纯度以及工艺性能等。 2 坯釉料配方的确定方法讲l ( 1 ) 借助于成功的经验 ( 2 ) 借助三元相图 ( 3 ) 利用釉的组成温度图 ( 4 ) 参考测温锥的组成进行配方 ( 5 ) 采用釉料的系统调试方法 ( 6 ) 采用正交实验设计 本课题中在借助于一些成功经验的基：i i l t l 上，采用正交实验设计即正交表来安排实 验，这种方法可以减少实验次数，寻找到因子问的内在规律，获得最佳因子组合，从而 达到事半功倍的效果。 河北理工学院硕士学位论文 2 试验方案 2 1 研究目标 通过对坯釉配方设计及坯釉性能的研究，最大限度的解决当前釉面砖质量存在的 主要问题，找出一次烧成釉面砖在工艺技术中的规律性。 2 _ 2 研究内容 ( 1 ) 坯釉配方设计的研究； ( 2 ) 坯釉性能的分析与研究； ( 3 ) 釉面质量的分析与研究。 2 3 研究方法 ( 1 ) 首先在实验过程中以硅酸盐烧结过程等系统的理论为研究基础，参考经验配 方，通过正交实验确定坯釉料的合理化学组成范围，通过试验确定出初始配方； ( 2 ) 通过理化性能检测手段对坯釉性能进行分析，从而确定出符合一次烧成工艺 需要的坯釉最佳配方。 2 4 技术路线 首先对坯用原料经拣选后按试验配方配料，加工、成型后采用一次烧成法进行烧 成，对烧成后试样的性能进行测试；各种釉用原料拣选后按试验配方配料，在熔块炉中 烧成熔块，于瓷质球磨机内研磨，达到要求细度后出磨，过筛以控制粒度，陈腐三天后 备用。为便于控制釉层厚度，将修整干燥后的坯体采用喷釉法施釉，干燥后于高温电炉 内烧成。 2 5 试验设备 本研究所用仪器设备大部分实验室即可提供，所用主要仪器设备如下所示。 1 2 河北理工学院硕士学位论文 表2 - 1 试验用仪器设备 t a b l e 2 - 1e q u i p m e n tu s e db y e x p e r i m e n t 2 6 试验工艺流程 河北理工学院硕士学位论文 图2 - 1 试验工艺流程图 1 4 河北理工学院硕士学位论文 3 配方试验与性能分析 3 1 坯料配方试验 3 1 1 坯用原料选择 由于本课题的目标为一次烧成，因此选用了一些熔剂含量较多的且烧结过程中化 学反应和分解反应较小的原料。通过各种单物料和多物料的小试以及各种物料的各种工 艺性能分析。最终确定唐山永圩土等7 种结合粘土和透辉石等四种硬质粘土作为初选原 料的范围。 3 1 1 1 结合粘土原料的选择和性能 为提高坯体的成型强度和干燥强度，选择了粘度好、结合性强、干燥强度高的粘 土作为配方的结合剂，通过对十几种粘土原料的化学组成及物理性能的检测分析，唐山 木节、唐山永圩土、辽宁法库土、迁西膨润土、山西木节和唐县土都是优良的结合剂。 表3 1 结合粘土的各项物理性能 t a b l e 3 1p h y s i c a lp e r f o r m a n c eo f b o n d i n gc l a y 3 1 1 2 硬质原料的选择和依据 我们在选择坯体配方用硬质原料时，主要从以下几个方面进行着手考虑： ( 1 ) 引进了烧失量小，在烧结反应过程中体积变化小的瓷石类原料”l ，这种原料 是以石英、伊利石为主，并含有少量的高岭土、长石等，这些矿物本身就具有构成瓷的 各种成份，工艺性能和烧成性能适合于低温快烧的生产工艺，且储量丰富易于开采，运 距较近。所以采用这种原料，即可满足坯体配方的要求又可降低坯体的原料成本。 ( 2 ) 引进了适合低温快烧的透辉石原料垌，这种原料的优点是： a 透辉石是一种稳定的晶体，本身不具有多晶转变和不含挥发分，在加热过程中既 没有多晶转变所带来的体积效应，也没有分解二氧化碳和结晶水的排除，可快速生温； b 透辉石是柱面解理的柱状晶体，这种晶体有利研磨，而且为水分排除提供通道， 可以快速干燥； c 透辉石的膨胀系数小，且体积交化随温度增加呈直线增加，避免了快速生温时造 成坯裂缺陷，适合快速烧成： 1 6 河北理工学院硕士学位论文 d 透辉石坯体制品烧结程度好、吸收率低、强度高、晶相多、玻璃相少，且玻璃相 又是富碱土金属，其吸湿膨胀小，不易产生后期龟裂； e 透辉石是瘠性料，干燥收缩和烧成收缩都小。 ( 3 ) 引进了适量的滑石原料 a 滑石原料的引入，可做坯体脱膜的润滑剂由于滑石粉本身具有滑润性能，在坯 体脱膜时可减少坯体与模具的摩擦力，使坯体能够顺利脱模，消除模具啃坯等缺陷 b 滑石原料的引入，对于吸水率相对较高的内墙砖而言，增加了镁的成份，这样有 利于扩宽坯体的烧成范围，减少烧后产品的尺寸公差 c 少量滑石原料的引入，降低了产品的吸湿膨胀，减轻了釉面内墙砖产品的后期龟 裂现象【2 7 1 。 ( 4 ) 引入了部分d 石 在补充a 1 2 0 。、扩宽坯体烧成范围方面，为了避免快烧造成的黑芯起泡，釉面针孔 等缺陷，使用了仅含结构水的d 石代之f 2 酊。 3 1 1 3 主要硬质原料的理化性能 1 瓷石 坯体的主要原料，塑性指数为2 8 ，为中等塑性原料，可增加坯体的成型性能o “。 通过瓷石的x r d 图谱分析( 图3 - i ) ，表明瓷石的主要晶相为石英、伊利石并含有少 量的长石、高岭土类矿物。 瓷石所含的这些矿物都是陶瓷墙地砖生产的有利矿物成分，为了进一步了解瓷石 的热性能，又进行了瓷石的差热分析( 图3 - 2 ) 。 e h 差热分析可以看出，瓷石的吸附水在5 0 1 5 0 。c 之间脱出，在6 5 。c 达到最大值， 出现一个小的吸热峰，在4 0 04 c 开始至6 6 0 1 2 瓷石的结构水排除。5 7 3 。c 开始发生石英的 河北理工学院硕士学位论文 晶型转变，这些反应都在7 0 0 以前进行完毕，没有超过釉料的始熔温度点，不会造成 针孔、棕眼等釉面缺陷。因此它符合作为快速烧成内墙砖坯料的要求。 i i i i ii i i 。一 5 0 1 5 n2 5 0 3 5 0 4 5 。05 5 0 6 5 0 图3 - 1 瓷石的i a 图谱 f 蜒r 3 1 认p a t i e n ) o f p o r c e l a i n s t o n e 5 7 5 4 1 03 1 06 1 0 9 1 01 2 1 0 ( ) 图3 - 2 瓷石的差热分折翦线 f i 9 3 - 2d t a c u r v eo fp o r c e l a i ns t o n e 1 8 一一塑j ! 堡墨堂堕堡主堂垡笙壅 2 透辉石 坯体配方中的关键原料，无可塑性，属瘠性原料，经1 2 0 0 煅烧后，呈白色或黄 白色半烧结体，透辉石的质量好坏直接影响着内墙砖的理化性能及产品尺寸。 舳i o 3 53 n髑2 01 5 1 0 图3 - 3 透辉石的x 射线衍射曲线 f i 9 3 - 3x r d e u r v e o f d i o p s i d e 通过透辉石的m 图谱分析( 见图3 3 ) ，可以看出透辉石的主要晶相为透辉石 和少量的硅灰石，两者都是目前公认的适合于快速烧成的原料。 3 r d 石 它是用来补充增加坯体的越2 0 3 含量的原料田】，从d 石的m 图谱可以看出，d 石的主要矿物成分为高岭土和少量的伊利石( 见图3 4 ) 。 1 9 河北理工学院硕士学位论文 图3 - 4 d 石的x 射线衍射曲线 研醇一4x r d c u r v eo f ds t o n e 圈3 - 5d 石的失重曲线 f i 9 3 - 5w e i g h t l e s s c u r v eo f ds t o n e 2 0 河北理工学院硕士学位论文 由d 石的失重曲线( 见图3 5 ) 可以看出，d 石虽然烧失量很大，约1 3 左右，但 在6 5 0 。c 以前已经完成了失重反应，失重反应温度较低，因此所排除的气体不会影响釉 面质量。 4 滑石 外观呈白色或灰色粉块，有滑腻感，经1 2 0 0 c 煅烧后白度较高，主要作用帮助坯 体顺利脱模2 9 1 ，同时滑石的j j n l , 也对产品的尺寸控制、增宽熔融范围和热稳定性的提 高起到良好的作用。 5 主要硬质原料的化学组成 对坯体所用原料进行化学组成分析，所得的结果列于表3 - 3 中。 表3 - 3 硬质原料的化学组成( 嗽) t a b l e 3 3t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no f h a r dl a wm a t e r i a l s ( w t ) 原料s i 0 2a 1 2 0 3f e 2 0 3t i 0 2 c a o m g ok 2 0n a 2 0 灼减合计 瓷石7 7 ，41 3 3 8 0 6 5o 1 71 2 1o 6 63 4 5o 7 72 4 5 9 9 9 8 透辉石5 2 9 21 0 30 3 9 2 7 12 4 7 31 6 0 30 3 30 2 8 1 6 81 0 0 1 0 滑石5 8 9 20 4 1 0 0 30 ，0 03 3 63 0 1 2o 0 8o 1 56 9 3 1 0 0 0 1 d 石4 3 6 33 4 7 01 6 91 2 9 1 9 01 7 00 2 70 8 11 4 3 21 0 0 3 1 3 1 2 坯体配方的确定 3 1 2 1 坯体配方范围 选用上述试验和检测所确定的原料，经过不同配比几十次的试验，坯体各原料的大 致范围如- f p 0 ： 山西木节：1 0 2 0 唐县士：1 0 2 0 2 1 河北理工学院硕士学位论文 永圩土：5 1 0 瓷石：2 0 3 0 滑石：5 1 0 透辉石： 白d 石： 2 0 3 0 1 0 2 0 根据上述坯体配方的范围，依据理论计算，参考有关资料p 3 蝽日实际经验| 3 4 - 3 6 初步 拟定坯料化学组成范围如表3 4 。 表3 - 4 试验坯料化学组成范围( 州) t a b l e 3 - 4 t h oc h e m i c a lc o m p o s i t i o nr a n g eo f t e s t i n gb o d y ( 州) 根据拟定的坯料配方范围，初步设计了十几个配方。应用陶瓷配方辅助设计软 件，对这些配方和性能进行了计算和测定。经初步试验它们的工艺性能最终选定五个试 验配方，这些配方的化学组成、坯料配方计算系数、坯料配方性能测定值分别列于表 3 5 、表3 - 6 和表3 7 中。 表3 - 5 坯料的化学组成( 、v e ) t a b l e 3 - 5t h ec