摘要 日用陶瓷是日常生活中不可或缺的用品，市場需求量巨大，但日用陶瓷行業(yè)又是一個高耗能行業(yè)，在當今世界能源日益緊缺、價格高漲的行情下，要實現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標，降低燒成溫度、縮短燒成周期十分必要。本文試從就瓷磚快速燒成的成功經(jīng)驗入手，進一步運用陶瓷工藝的基礎(chǔ)理論，探討日用陶瓷生產(chǎn)的節(jié)能降耗手段。

關(guān)鍵詞 日用陶瓷，快速燒成，節(jié)能降耗，坯料配方

1前 言

瓷磚生產(chǎn)是陶瓷產(chǎn)業(yè)中一個歷史很短而又富有現(xiàn)代工業(yè)特色的門類之一。對比日用陶瓷，瓷磚確實存在器形單一（純平面）、易于機械化生產(chǎn)的特點。但不可否認，瓷磚行業(yè)深陷以價格為武器的慘烈搏殺之中，在這巨大的壓力下，瓷磚行業(yè)不斷地通過節(jié)能降耗、提高產(chǎn)量、降低成本去適應(yīng)生存，從而創(chuàng)造出一系列的先進技術(shù)。日用陶瓷的快速燒成是一個重要的研究課題，筆者試從瓷磚和日用陶瓷的對比中，在瓷磚生產(chǎn)中尋找一些可鑒之處，期望業(yè)界共同探討。

2快速燒成坯料配方結(jié)構(gòu)的啟示

2.1瓷質(zhì)磚與日用瓷器：復(fù)合熔劑原料的使用

瓷磚的正常燒成周期約60min，而日用陶瓷將正常燒成周期定為10h以上，對比日用瓷器，瓷磚的快速燒成節(jié)約了大量的燃料，而坯料組成是瓷磚實現(xiàn)快速燒成的基礎(chǔ)之一。按照瓷磚材質(zhì)的區(qū)別進行粗分歸類，瓷磚的坯料配方可分為瓷質(zhì)磚和內(nèi)墻磚兩大類。而炻瓷磚和細炻磚實質(zhì)上可以通過改變瓷質(zhì)磚基礎(chǔ)配方的熔劑比例而獲得，此處暫歸入瓷質(zhì)磚大類中。瓷質(zhì)磚屬于長石質(zhì)瓷，影響長石質(zhì)瓷燒結(jié)的主要因素有：瓷坯組成、起始粒度、表面張力、煅燒溫度和時間等幾大要素[1]。其中坯料組成是第一要素和關(guān)鍵。對應(yīng)于相同吸水率標準的日用瓷器，瓷質(zhì)磚與日用瓷器坯料配方的最大區(qū)別在于使用復(fù)合熔劑原料，從而使低共熔點溫度大幅度下降，燒結(jié)溫度也隨之下降。隨著液相成分的變化，導(dǎo)致影響燒結(jié)的另一因素——表面張力發(fā)生變化，復(fù)合成分液相具有較低表面張力， 有利于燒結(jié)反應(yīng)能夠快速進行[2]。

我國的第一代瓷質(zhì)磚坯料配方是隨引進意大利瓷質(zhì)磚生產(chǎn)線而進入國內(nèi)的。配方的成分為粘土25%、半風化鉀長石30%、高嶺土41%、滑石4%，合計100%。燒成溫度 1240℃，燒成周期60min。配方最突出的特點就是引入了滑石，構(gòu)成了鉀-鈣-鎂復(fù)合熔劑?；诮档蜔蓽囟?、擴大燒結(jié)范圍、提高瓷磚的抗沖擊性能及抗彎曲強度、提高熱穩(wěn)定性等方面具有顯著作用[3]。

除引入滑石外，近年來瓷質(zhì)磚配方中使用多種新型熔劑部分代替了鉀長石和鈉長石，如偉晶巖、珍珠巖、霞石正長巖、含鋰瓷石等，對鋰輝石、透輝石和透閃石也做了一定的探索[4]。燒成溫度也逐漸降低至1200℃左右，產(chǎn)品規(guī)格越來越大，1000mm×1000mm的大型瓷磚的成熟生產(chǎn)技術(shù)已被眾多廠家掌握，燒成周期仍保持在40～60min，坯料的快燒特點十分明顯。

瓷質(zhì)磚中常用的鈉長石，具有低鐵白度好、降低燒成溫度、熔融能力好的優(yōu)點，但存在燒結(jié)溫度范圍窄的弱點。鈉長石這一弱點由于瓷磚的燒成設(shè)備單一，輥道窯能準確地控溫而得到消化。在日用陶瓷生產(chǎn)中，不論是專業(yè)的瓷泥生產(chǎn)廠還是自制自用瓷泥的大型工廠，使用包括隧道窯、梭式窯和輥道窯在內(nèi)的多種窯爐，隧道窯、梭式窯設(shè)備本身的溫差范圍大，如引入鈉長石要注意控制用量，或針對不同窯型選用不同配方，以利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.2 內(nèi)墻磚與輕質(zhì)瓷：低收縮原料的使用

輕質(zhì)瓷在廣東、福建等南方瓷區(qū)生產(chǎn)較多，產(chǎn)品以出口為主?；九浞浇Y(jié)構(gòu)為高嶺土-粘土-石英-白云石，使用白云石作為熔劑，坯料習慣稱為白云土。燒成溫度1000～1050℃，二次燒成，吸水率約13%左右。由于產(chǎn)品吸水率較高，易于吸濕膨脹，如置于露天場所，經(jīng)數(shù)年的風雨浸蝕、陽光催化，可完全解理，適合環(huán)保的理念，在國際上深受歡迎。輕質(zhì)瓷的主要產(chǎn)品以色彩鮮艷的咖啡／啤酒杯具、密封罐、時尚盤／碗為主，甚少生產(chǎn)成套餐具。究其原因，在于產(chǎn)品的強度低，制品在洗碗機、微波爐、消毒碗柜的使用過程中破損大。建立在低溫節(jié)能易風化分解的基礎(chǔ)上的環(huán)保性能，卻因產(chǎn)品的易損多耗，反而使能源消耗得更多。實際生產(chǎn)中更存在易驚風、釉裂、冷卻降溫周期長、窯爐利用率低、燒成風險高等弱點。以上諸多缺點已引起人們的關(guān)注，正在不斷研究探索之中。

筆者認為，輕質(zhì)瓷性能的改良可以參照借鑒：硅灰石／透輝石／葉臘石-石灰石-可塑粘土-石英體系的內(nèi)墻磚配方結(jié)構(gòu)。

硅灰石和透輝石都是性能優(yōu)良的快速燒成原料。尤其是硅灰石具有較小的干燥收縮和燒成收縮、膨脹系數(shù)低、熱穩(wěn)定性能良好、吸濕膨脹率低等諸多優(yōu)點。在成形方面，由于硅灰石顆粒為針狀晶體，提供了水分快速排出的通道，加入硅灰石后，可增加泥漿的穩(wěn)定性；注漿成形時，能加快石膏模的吃漿速度；滾壓成形則易于脫模，坯體的干燥速度也快。國外自二十世紀五十年代初已開始在日用精陶等領(lǐng)域生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用[5]。在國內(nèi)，近年來在內(nèi)墻磚生產(chǎn)中大量和廣泛應(yīng)用，最短的燒成周期僅十幾分鐘，最好的熱穩(wěn)定性達到20～200℃冷熱循環(huán)不裂三次以上。這些指標和經(jīng)驗，可以直接地作為輕質(zhì)瓷易驚風等生產(chǎn)弱點進行改進的借鑒。在配料中，輔助原料可因地制宜，就地取材而定，筆者用當?shù)禺a(chǎn)的高嶺土淘洗殘渣代替石英，降低了生產(chǎn)成本。

輕質(zhì)瓷強度的提高，筆者認為可以通過適當降低制品的吸水率來實現(xiàn)。

構(gòu)成陶瓷制品風化分解的主要因素為：一是吸水造成的濕膨脹；二是陶瓷材料的成分組分所轉(zhuǎn)化的晶相結(jié)構(gòu)。而氣候和環(huán)境條件是風化分解期限長短的決定因素。因此，具備一定吸水率，就可以保持制品風化分解的特性。

以內(nèi)墻磚坯料結(jié)構(gòu)為框架，引入一定量的長石熔劑，可以調(diào)整制品的吸水率，而最簡便快捷的方法是按比例添加瓷質(zhì)磚坯料。筆者采用細炻質(zhì)磚坯料與內(nèi)墻磚坯料按1 ：1的比例配料，已進行了多年的瓷磚生產(chǎn)，瓷磚吸水率為8%、收縮率為4%。瓷磚強度（斷裂模數(shù)）從內(nèi)墻磚（吸水率12%）的27.4MPa提高到34.4MPa。

制品的吸水率要提高至何等水平，考慮的因素往往一是客戶的訴求、二是產(chǎn)品本身坯釉結(jié)合性能的改進。在美國，將吸水率為4～10%的餐具制品劃分為半瓷器，是美國市場的一個傳統(tǒng)品種，用量非常大[6]。同時，制品的吸水率有較大的可選范圍。

對于坯釉性能而言，較低的吸水率有利于施釉工藝的簡化，而且節(jié)省人力成本。內(nèi)墻磚通過施用化妝土形成中間層以消化坯體高的膨脹系數(shù)。對于日用陶瓷來說，這一工藝在勞動力緊缺的情況下很難實施。隨著長石熔劑的引入，坯料中石英熔融量的增多，坯體的膨脹系數(shù)也會隨著下降。降至一定的吸水率后，完全可省去化妝土而直接施釉。此時，通過添加含鋰瓷石能更好地大幅度降低坯體的膨脹系數(shù)。

3配方借鑒的可能性

雖然瓷磚坯料的快燒特點十分突出，但對于日用瓷器而言，還要考慮諸多的性能指標，如制品的機械強度、坯料的成形性能等，才能判斷借鑒意義的大小。

3.1 制品強度提高的途徑

提高制品機械強度最重要的途徑是配方的改良。以粘土-長石-石英為原料的制品強度取決于瓷體中莫來石含量的高低，特別是二次莫來石的含量及其在玻璃相中的分布形狀[7]。而莫來石含量的多少完全取決于配料中粘土的含量[1]。在瓷質(zhì)磚坯料中增加粘土的含量，就可以提高制品的機械強度。粘土量的增加，也即坯料中氧化鋁含量的增加，必然帶來燒成溫度的提高。但由此升高的燒成溫度也將由于燒成周期的延長而得到抵消。瓷磚在燒成過程中為平臥展開形，有利于輻射和對流等形式進行熱交換。日用陶瓷除平盤外，都為立體半封閉式，不利于熱交換；復(fù)雜的器形可能出現(xiàn)局部的不均勻收縮；采用托板承載使瓷器與硼板接觸部位進行熱交換的效率更低，諸多因素使日用陶瓷的燒成周期被動地要相對延長。燒結(jié)溫度與燒成時間成反比，通過燒成時間的延長，使燒成溫度仍維持在一個相對低的水平。燒成周期的延長，給予二次莫來石更長的析出反應(yīng)時間，帶來良好的形狀分布，有利于制品強度的進一步提高；釉料的反應(yīng)時間也更長，可以減少瓷磚釉料中常用的鋅、鋇、鈣等堿性離子的加入量，提高制品的耐酸能力，降低釉料的成本。

另一方面，日用陶瓷由于整體施釉，通過釉層的壓應(yīng)力作用，相同坯料制成的日用陶瓷機械強度也將大于瓷磚。瓷磚采用干粉沖壓成形，在邊角部分容易出現(xiàn)排氣所致的質(zhì)地疏松易脆裂的缺陷，日用陶瓷可通過注漿或滾壓成形工藝得到克服。多種工藝措施可使制品的機械強度得到保證。

3.2 坯料對成形性能的影響

干壓成形的瓷磚生產(chǎn)工藝，容易給非行業(yè)內(nèi)人士造成一種錯覺。例如：一是高噸位壓機產(chǎn)生巨大壓力，使坯料成形后密度很高，坯體才有較低的收縮率；二是坯體強度由很高的壓力形成，坯料的可塑性要求不高。但實際并非如此。由于粉料本身存在氣孔，布料填粉后，顆粒之間再產(chǎn)生了二次孔隙，這些氣孔和孔隙在壓力成形后不能完全排除，殘留在坯體中的孔隙在燒結(jié)過程中需由玻璃相填充從而構(gòu)成燒成收縮的一部份。日用陶瓷采用濕法成形，原料顆粒中的毛細管力使顆粒堆聚得更緊密。相同的坯料，采用注漿和滾壓濕法成形工藝的燒成收縮不會大于干壓成形，而瓷磚生坯強度主要來自坯料本身。筆者有過因粘土的塑性差而致磚坯大量開裂的教訓(xùn)，由此可見，壓機壓力不能無限提高坯體強度。干壓成形（包括等靜壓）主要的特點是坯體密度較均勻，避免濕法成形后干燥過程的不均勻收縮和變形。

改善坯料的成形性能，在日用陶瓷的坯料制備過程有較多的手段：（1）常溫壓濾脫水工藝，有利于保留原料的原生態(tài)膠質(zhì)；（2）采取外加保水劑如CMC，提高顆粒間的蓄水能力，增大毛細管力；（3）增加真空練泥次數(shù)；（4）延長泥料陳腐時間；（5）粘土和高嶺土分別采用淘洗和機碓后淘洗的分離工藝，石英顆粒等高硬度殘渣預(yù)先研磨，保證有效控制顆粒的真實細度。

4結(jié) 束 語

綜上所述，瓷磚的坯料配方結(jié)構(gòu)對于日用陶瓷燒成速度的提高有一定的借鑒價值。但日用陶瓷的快速燒成是一個系統(tǒng)工程，還受到燒成設(shè)備性能、工藝控制水平等諸多因素的制約。只有綜合考慮、完善這些因素條件，才能取得最佳的燒成效果，獲得較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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3 李家駒.日用陶瓷工藝學(xué)[M]. 武漢:武漢理工大學(xué)出版社，1992

4 蔡飛虎，馮國娟.實用墻地磚生產(chǎn)技術(shù)[M].佛山陶瓷(2003年增刊)，2003

5 郭靖遠，相清清編著.日用精陶[M].輕工業(yè)出版社，1984

6 （日）素木洋一.細陶瓷[M].輕工業(yè)出版社，1984

7 張孝文，薛萬榮，楊兆雄.固體材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[M].中國建筑工業(yè)出版社，1980