墙地砖压制成形用陶瓷粉料的工艺性能

1、墙地砖压制成形用陶瓷粉料的工艺性能墙地磋压制成形用陶瓷粉料的工艺牲能蔡祖光(湖南省湘潭新世纪机械股份湖南湘潭411102)摘要分析了陶瓷墙地砖的压制成形过程及陶瓷粉料的组成,并详细地论述墙地砖压制成形用陶瓷粉料的工艺性能及成形后的坯体质量.关键词墙地砖压制过程陶瓷成形粉料工艺性能坯体质量前言目前,在墙地砖生产过程中,干压成形是陶瓷粉料最有效的成形方式.因此,目前国内外墙地砖生产企业仍普遍采用全自动液压压砖机(为了便于描述,以下简称压砖机)制造陶瓷墙地砖,以满足国内外市场的需要.由于压砖机是以干压成形生产方式的关键设备,并具有自动化程度高,产量大,坯体形状尺寸精度高,的使用,促进了建筑陶瓷工业的

2、快速开展.即使如此,要获得高质量的陶瓷墙地砖也需要高质量的粉料为支撑,否那么容易造成墙地砖坯体产生严重的压制裂纹等成形缺陷,同时还会造成压砖机模具的严重粘模或损坏等.由此可见,研究和探讨墙地砖的压制成形过程及陶瓷成形粉料的组成,并努力改善陶瓷粉料的工艺性能,对于提高墙地砖的产品质量及企业的经济效益等具有重要的意义.1墙地砖的压制成形过程在陶瓷粉料的成分中,既有瘠性物料颗粒,也有塑性物料颗粒,同时还有分布在这些物料颗粒之间及毛细孔中的水分和气体等,气体可看作是使陶瓷粉料压的成形压力大于固体颗粒的变形阻力,受压气体的变形阻力,固体颗粒之间的摩擦阻力及陶瓷粉料与模腔内外表之间的摩擦阻力时,固体颗粒就

3、开始移动,变形和互相靠近,结果使陶瓷粉料压实成形为墙地砖坯体.其具体过程就是:靠近压模(也称上模)外表的陶瓷粉料层最先被压实,当这个粉料层的固体颗粒互相移近靠拢时,固体颗粒之间的摩擦阻力急剧地增大,欲使墙地砖坯体压得更密实就必须施加更大的成形压力,此成形压力同时还可通过压模外表的陶瓷粉料层依次传力等作用下被压制成均匀致密的墙地砖坯体,这就是陶瓷墙地砖制品的压制成形过程.由此可见,陶瓷墙地砖的压制成形过程实质上就是在适宜的成形压力的作用下,陶瓷粉料各组分颗粒的相互移近靠拢以致变形等,迫使其孔隙率的减少和墙地砖坯体的结构致密化的过程.2陶瓷粉料的组成陶瓷墙地砖之所以能够压制成形是由于陶瓷粉料中含有

4、一定量的塑性物料(如:粘土和结合剂等)以及适量的瘠性物料(如:石英或方石英等),同时为了降低墙地砖制品的烧成温度及减少热量消耗等,通常在其配方中又加人适量的助熔剂(如:长石类物料等).由此可见,陶瓷粉料是由石英,长石和粘土等物料颗粒以及分布在这些物料颗粒之间和毛细孑L中的水分和气体所组成的混合物.3陶瓷粉料的工艺性能虽然陶瓷粉料的制备方法很多,但目前国内外仍?普遍采用陶瓷泥浆经喷雾枯燥来制备颗粒级别较多,级配比例又合理的近似球状颗粒的陶瓷粉料,这种粉体具有良好的工艺性能,有利于获得高质量的墙地砖坯体.颗粒级别即颗粒的大小,通常由其线性尺寸粒径来描述.虽然粒度(粒径)的测定方法很多,但由于陶瓷粉

5、料的颗粒较粗,因此在实际生产中通常采用最为简单的筛分法来测定其颗粒级别及其级配比例.筛分法就是利用筛孔尺寸大小不同的标准套筛测定颗粒级别及其级配比例的方法.具体来说,就是让陶瓷粉料通过一套筛孔尺寸大小具有一定比例,筛网宽度和筛丝直径都按国家标准制造的筛子组标准套筛,并且其上层筛孔尺寸较大,下层筛孔尺寸较小,直至最底层.然后称量各筛面的筛上料及筛下料(最底层的筛底料)的质量,据此绘制陶瓷粉料颗粒的累积粒度曲线,从而确定陶瓷粉料的颗粒级别及其级配比陶瓷粉料的工艺性能及产品质量,因此根据颗粒的累积粒度曲线也可以很方便地确定其D.如果颗粒尺寸较大,虽然其流动性较好,但所得墙地砖坯体的外表粗糙;反之,颗

6、粒尺寸较小,墙地砖坯体外表细致,但较小的微细粉料易于填塞排气通道,造颗粒的最紧密堆积原理可知,采用同一规格尺寸的颗粒紧密堆积时,其孔隙率高达45;而采用50的粗颗粒,1O中颗粒和4O的细颗粒紧密堆积时,其孔更合理的颗粒紧密堆积时,其孔隙率还会降低;也就是说,由此所成形的墙地砖坯体的致密度及物理机械强度等更高,产品质量更好.目前,实际生产中陶瓷粉料通常采用:0.500咖,0.315mm,0.200mm,0.125fTlI11,0.063mmE即为28目,6O目,80目,120目,l7O目规格的标准套筛(国际标准筛)检测和控制陶瓷粉料的颗粒级别及其级配比例,并且其累积产率50的平均粒度D50应为:

7、0.260mm<D5o<0.320mm,而粒度小于的粗颗粒也应小于6.目前,国内外普遍采用的陶瓷泥浆喷雾枯燥制备近似球状颗粒的陶瓷粉料,易于迅速填满模具型腔各部位并获得较高的填料密度,从而确保致密度较高而物理机械强度较好的墙地砖坯体.陶瓷粉料的含水率大小在很大程度上影响颗粒的结合强度及压砖机模具的粘模等.显然,陶瓷粉料的含水率较低,有利于延缓压砖机模具的粘模时间,减少抹模次数;虽然此时颗粒的结合强度较差,但我们可以通过参加适量的结合剂来提高陶瓷粉料的结合能力.同时,由于陶瓷泥浆喷雾枯燥制粉的热消耗量较大等决定了陶瓷粉料的含水率又不能太低.因此,目前在国内外实际生产中

8、,陶瓷粉的最正确含水率为57.陶瓷粉料的容重是指陶瓷粉料在重力的作用下填泥浆的含水率,粘度,配方及泥浆的雾化压力等参数.显然陶瓷粉料的容重越大,其颗粒堆积得就越紧密,那么所得墙地砖坯体的物理机械强度及致密度等就越高;反之,陶瓷粉料的容重越小,其颗粒堆积就不很紧密,显然压制成形的墙地砖坯体的物理机械强度及致密度等就较低.因此,目前在国内外实际生产中,陶瓷c).陶瓷泥浆喷雾枯燥制备的陶瓷粉料通常为近似球状的颗粒,具有较好的流动性和填料密度,能最大限度地缩短墙地砖坯体的压制成形时间,从而提高劳动生产率.目前,陶瓷粉料流动性的测量,通常是让一定质量的陶瓷粉料通过标准漏斗(出料口内径一般为5ram),通

9、过测定陶瓷粉料流经漏斗出料口的时间,即可确定陶瓷粉料的流动性.陶瓷粉料的颗粒必须具有一定的硬度,才有利于陶瓷粉料的输送和填料,否那么陶瓷粉料颗粒在输送和填料等过程中就会自行破碎,从而影响陶瓷粉料的颗硬,过硬易阻碍其颗粒变形,甚至影响墙地砖坯体的压制成形工艺.2OlO.NO.4陶瓷?43?即使陶瓷粉料是由陶瓷泥浆喷雾枯燥制备的颗粒级别较多,级配比例又合理的近似球状颗粒组成的,但它们到达最紧密堆积时仍具有一定的孔隙,因此陶瓷粉料颗粒之问总会形成一定的孑L隙率,并具有一定的压缩性.事实上,陶瓷粉料的压缩比就是填料型腔体积与所得墙地砖坯体的体积之比,它是压砖机模具设计制造的前提.目前,国内外墙地砖的压

10、制成形生产经验说明,采用陶瓷泥浆喷雾枯燥制备的陶瓷粉料的压缩比通常为22.5.在墙地砖坯体的压制成形生产过程中,由于陶瓷粉料与压砖机模具的频繁接触,因此在墙地砖坯体与压砖机模具外表之间总会形成具有一定强度的物理吸附膜或化学吸附膜,如果此物理吸附膜和(或)化学吸附膜的剪切强度大于墙地砖坯体的剪切强度,那么墙地砖坯体脱模时,压砖机模具外表将粘附陶瓷粉料团块,会严重影响墙地砖坯体的质量,这就是压砖机模具的粘模.事实上,压砖机模具的粘模主要取决于陶瓷粉料的配方,含水率,颗粒级别及其级配比例,添加剂(结合剂及减水剂等)的种类和用量,压砖机模具的材质,表面硬度及其外表光洁度以及墙地砖坯体的压制成形生产工艺

11、制度等因素.压砖机模具一旦粘模,压砖机将逼迫停机抹模,这样就会降低压砖机的生产能力及产品质量,并造成原材料的浪费及增大操作工人的劳动强度等.因此研究并减少陶瓷粉料的粘模,有利于提高墙地砖的产品质量及生产效率.陶瓷粉料的其它工艺性能,诸如:陶瓷粉料颗粒的结合强度,变形,韧性和加工硬化能力等对墙地砖坯体的压制成形过程也有一定的影响,但这些工艺性能指标目前还难于测定,因此实际生产中对颗粒的结合强度,变形,韧性和加工硬化能力等尚未进行严格控制.一般是通过在其配方中参加适宜的结合剂和稀释剂(减水剂)等以弥补其缺陷,从而到达提高墙地砖坯体的致密度和物理机械强度等目的.4坯体质量陶瓷粉料工艺性能的好坏,最终

12、表现为墙地砖坯体的成形质量及制品焙烧后的产品质量的优劣等,墙地砖坯体的质量主要表现为:外表质量,压制裂纹等成形缺陷,坯体的致密度及断裂强度等.坯体的外表质量主要是指同一批产品,其坯体形状尺寸的精确性,并且其外表应平整光洁,无凹坑,无主要是由陶瓷粉料的颗粒级别,级配比例以及压砖机外表光洁度及硬度较高的压砖机模具与陶瓷粉料频繁接触时所形成的物理吸附膜和(或)化学吸附膜的剪切强度较低且不易粘模,易于获得外表质量较高的墙地具型腔的各个角落,同时还有利于改善墙地砖坯体的外表质量.陶瓷粉料在压制成形过程中,由于陶瓷粉料颗粒受力后将产生一定的弹性变形和塑性变形,塑性变形又将导致颗粒的加工硬化及其弹性极限的提

13、高等,因此刚成形的墙地砖坯体内就积蓄了一定的弹性应变能,这种弹性应变能在压制成形力去除后,会通过弹性膨胀释放出来,使其内应力在一定程度上得到消除,这就是压制成形墙地砖坯体的弹性后效作用,从直观表墙地砖坯体的弹性后效作用也是形成压制裂纹的主要原因,压制裂纹通常潜伏在墙地砖坯体内部,直到焙烧生产中,通常通过控制墙地砖坯体的压制成形制度(如:填料一低压加压一排气一中压加压一排气一高压加压一卸压一顶坯脱模的工艺流程,严格控制低压加压,中压加压,高压加压和卸压的时间,速度及时间间隔,一次排气和二次排气的时间,压模(上模)的回程速度,顶坯脱模速度及脱模推力的大小等),并确保墙地砖坯体的弹性后效作用发生的过

14、程尽量缓慢而均匀,以免产生压制裂纹等成形缺陷.墙地砖坯体的致密度通常应到达其坯体瓷化密度的65%70%,否那么,不利于坯体的转运及后续工序的操作等.坯体的致密度常用p来描述,并采用称重法进行测定,其具体操作过程就是:首先称量枯燥坯体?在空气中的质量G.,然后将此枯燥坯体浸人密度为po的煤油中(因煤油的渗透能力特别强,在极短的时间内便浸湿整个坯体),并立即称量它在煤油中的质量G:,那么坯体的致密度可近似为:0一.目前,在12国内外实际生产中墙地砖坯体的致密度大约为2000kg/.墙地砖坯体成形后应立即测量其断裂强度,绝不能用枯燥后的墙地砖坯体来测量,这是因为坯体枯燥后所测得的数据并不能真实反映墙

15、地砖坯体在压制成产中可在压模(上模)的移动方向采用位移传感器和压力传感器,同时测量墙地砖坯体的永久变形X及其成形压强P,直至陶瓷墙地砖坯体断裂破坏等全过程.然后以永久变形x为横坐标,成形压强P为纵坐标做应力位移图(如图l所示),即可确定墙地砖坯体的断裂强度.P断裂强度X图1某墙地砖坯体的应力位移示意图5结语目前,墙地砖所用陶瓷粉料的工艺性能,是世界范围内墙地砖干压成形生产企业及陶瓷科技工作者共同关注的课题.我们认为通过调整陶瓷粉料的配方,控制水分和添加剂的参加量,采用陶瓷泥浆喷雾枯燥生产技术制备得粉料颗粒级别较多,级配较合理的含水率仅为57的近似球状颗粒,选用外表硬度较高且外表光洁的压砖机模具及适宜的压制成形工艺制度等(如:填料一低压加压一一次排气一中压加压一二次排气一高压加压一卸压一顶坯脱模的工艺流程,严格控制低压加压,中压加压,高压加压和卸压的时间,速度及时间间隔,一次排气和二次排气的时间,压模(上模)的回程速度,顶坯脱模速度及脱模推力的大小等),能最大限度的缩短压砖机模具的粘模时间及减少抹模次数,从而到达提高墙地砖制品的质量及企业的经济效益等.参考文献1郑水林.超细粉碎原理,工艺设备及应用.北京:中国建材工业出版社,l993响.中国陶瓷工业