劉俊濤 余青

摘 要：本文通過(guò)對(duì)坯體、釉料的膨脹系數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從中發(fā)現(xiàn)釉與坯的膨脹系數(shù)的曲線特點(diǎn)。在600℃～700℃階段，坯料和釉料的膨脹系數(shù)差異較大，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)這個(gè)溫度段的膨脹系數(shù)，可以縮小坯釉膨脹系數(shù)的差距，以改善坯釉的適應(yīng)性，從而改善瓷磚的變形情況。結(jié)果表明，有針對(duì)性地提高釉料膨脹系數(shù)對(duì)減少瓷磚變形能起到更好的作用。

關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)；膨脹系數(shù)；瓷磚；變形

1 引言

影響瓷磚變形的因素很多，包括粉料級(jí)配、成形條件、燒成制度等，其中，熱膨脹性對(duì)瓷磚變形的影響，主要表現(xiàn)在燒成后的冷卻階段。筆者監(jiān)測(cè)到的熱膨脹系數(shù)，是從其常溫開(kāi)始，受熱過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的長(zhǎng)度或體積變長(zhǎng)、變大的特性。以成品受熱后的膨脹特性來(lái)推斷其在冷卻過(guò)程中的坯釉收縮情況。線性熱膨脹系數(shù)是本試驗(yàn)的研究對(duì)象，它指的是由室溫至試驗(yàn)溫度間，每升高1℃，試樣長(zhǎng)度的相對(duì)變化率如（1）式。

理論上來(lái)講，坯釉的膨脹系數(shù)越接近越好。但由于其成分存在差異，所以其膨脹系數(shù)也不可能相同。因此，只能要求它們的差異在合理的范圍內(nèi)，使得對(duì)于瓷磚變形的影響達(dá)到最低。本試驗(yàn)即從其內(nèi)在因素著手，通過(guò)調(diào)節(jié)其膨脹系數(shù)，以改善坯釉的適應(yīng)性，從而降低瓷磚的最終變形率。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 某產(chǎn)品初始變形量的研究

表1為某產(chǎn)品的變形指標(biāo)情況。

從表1可以看出，該產(chǎn)品均呈龜背變形，且部分超出要求。雖然剛出窯時(shí)，不是很嚴(yán)重，但隨著時(shí)間推移，坯釉層所受應(yīng)力趨于穩(wěn)定?？梢钥闯?，變形數(shù)值朝著不利方向發(fā)展。

2.2 坯釉膨脹系數(shù)監(jiān)測(cè)情況

對(duì)某產(chǎn)品的坯體和面釉進(jìn)行膨脹系數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，坯的膨脹系數(shù)大于釉的膨脹系數(shù)，且在不同溫度段，兩者膨脹系數(shù)的差距變化較大；坯體最大膨脹系數(shù)溫度為650℃左右，釉的最大膨脹系數(shù)溫度為900℃左右，最大膨脹系數(shù)出現(xiàn)的溫度點(diǎn)相距200℃以上；產(chǎn)品在冷卻時(shí)釉面收縮小，坯體收縮大，且隨著溫度逐漸降低，坯體的收縮先增大后減小，釉的收縮逐漸降低。因此，可以判定坯釉膨脹系數(shù)的差異是造成龜背變形的原因之一。

2.3 面釉膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)

2.3.1高膨脹原料的選擇

為了提高釉料的膨脹系數(shù)，試驗(yàn)人員分別選取了膨脹系數(shù)較高的原料A和原料B，并對(duì)這兩種原料的膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，將其結(jié)果與坯體進(jìn)行對(duì)比，如圖2和圖3所示。

由圖2可知，原料A隨溫度的上升，膨脹系數(shù)一直上升。由圖3可知，原料B隨溫度的上升，其膨脹系數(shù)開(kāi)始上升，到600℃以后，其膨脹系數(shù)突然下降。與坯體的膨脹系數(shù)相比，這兩種原料在低溫區(qū)（600℃以下）的膨脹系數(shù)均比坯體要大，說(shuō)明該原料可以適當(dāng)提高釉料低溫區(qū)的膨脹系數(shù)。但是，在高溫區(qū)（600℃以上），兩者的膨脹系數(shù)表現(xiàn)不一致。

2.3.2配方調(diào)整后面釉膨脹系數(shù)分析

表2為添加原料A、原料B后新配方的情況。

將調(diào)整后的釉-A和釉-B分別與坯體的膨脹系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4可以看出，添加原料A后，釉-A的膨脹系數(shù)在低溫段有了明顯的提升，并在800℃后大于坯體的膨脹系數(shù)。由圖5可以看出，釉-B的膨脹系數(shù)在低溫段也有明顯提高，但是高溫段也略小于坯體的膨脹系數(shù)。

2.4 試驗(yàn)產(chǎn)品調(diào)整后的變形情況

通過(guò)對(duì)最終的瓷磚變形進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果反映釉-B的效果要好于釉-A，其產(chǎn)品調(diào)整前后的變形對(duì)比情況如表3所示。

從表3可以看出，釉-B產(chǎn)品的變形范圍最小，其平整度最好。

3 結(jié)果分析與討論

本試驗(yàn)只對(duì)面釉的膨脹系數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，且以上試驗(yàn)均在相對(duì)穩(wěn)定一致的加工條件和燒成條件下進(jìn)行，因而可以排除物料細(xì)度、燒成制度等對(duì)坯釉膨脹系數(shù)測(cè)試值的影響。調(diào)整前，坯釉差異較大，坯體的膨脹在600℃達(dá)到峰值，釉的膨脹系數(shù)較低，產(chǎn)品最終變形不理想；調(diào)整后，坯釉差距縮小，但原料B的效果比原料A的要好。其主要原因分析如下。

3.1 配方的影響

該批次產(chǎn)品坯體配方和面釉配方的組成分別如表4和表5所示。

由表4、表5可知，坯料主要來(lái)源于天然礦物，其原料波動(dòng)大。但釉料是為精細(xì)加工礦物，配方可調(diào)節(jié)性強(qiáng)。因此，由于坯釉成分的的差異，導(dǎo)致其坯體和釉的膨脹系數(shù)存在較大的差異。

3.2 化學(xué)成分的影響

通過(guò)對(duì)配方中的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)與計(jì)算，得到最終坯釉的化學(xué)成分，如表6所示。

由表6可知，坯和釉的化學(xué)成分有明顯區(qū)別，坯中某些原料的成分較高，如SiO2、K2O、Na2O等，約為釉中含量的2倍；而釉中的CaO、MgO、ZrO2成分較高，是坯中的6倍以上。

（1） SiO2含量的影響

有研究指出，坯體中一般含有石英、莫來(lái)石、方石英和玻璃相等常見(jiàn)礦物相，而方石英的膨脹系數(shù)約是其余原料膨脹系數(shù)的兩倍。溫度在20～800℃階段，其α方石英的膨脹系數(shù)>20×10-6/℃；而α石英的膨脹系數(shù)>8×10-6/℃。本試驗(yàn)坯體的化學(xué)成分中， SiO2成分較高，因而其生成此兩種礦物相的幾率大大增加，使得坯體的膨脹系數(shù)也較大。

（2） 熔劑等組分的影響

根據(jù)相關(guān)資料顯示，各種氧化物形成玻璃態(tài)時(shí)的體膨脹系數(shù)如表7所示。

檢測(cè)升溫過(guò)程中，在600℃以后，坯體中逐漸出現(xiàn)液相，空間架構(gòu)被熔解，固體石英含量降低，（下轉(zhuǎn)第25頁(yè)）因而α坯體降低。然而，由表7可知，坯體中熔劑含量不高，在5%～8%范圍，所以形成的液相不多。SiO2進(jìn)入液相的比例較低，因而始終α坯體>α面釉；另一方面，在600℃前，面釉的熔劑含量決定了其膨脹系數(shù)較低。此試驗(yàn)中，面釉中熔劑含量較高，在16%～18%范圍，形成的玻璃相比坯體多，SiO2進(jìn)入玻璃相的比例也多，因而顯著地降低了釉的膨脹系數(shù)。又由于釉中熔劑多以膨脹系數(shù)較低的CaO、MgO為主，K2O 、Na2O為輔，所以進(jìn)一步降低了釉中玻璃體的膨脹系數(shù)。但是，隨著溫度的升高，在600℃以后，玻璃相開(kāi)始出現(xiàn)液相，質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)加劇，表現(xiàn)出α面釉持續(xù)增加。

3.3 坯釉膨脹系數(shù)的匹配性

從燒成后的冷卻過(guò)程來(lái)看，坯釉膨脹系數(shù)的差異不容忽視。在實(shí)際燒成冷卻時(shí)，坯在600℃左右劇烈收縮，但釉層幾乎停滯收縮，因此釉層受到坯體的壓應(yīng)力較大，造成其龜背變形。同時(shí)，高溫狀態(tài)的膨脹系數(shù)也很重要，即從全液相急冷的過(guò)程中，釉的收縮也不宜過(guò)大，當(dāng)它的膨脹系數(shù)大于坯體，隨著溫度的降低，固相連續(xù)出現(xiàn)，釉層受到的張應(yīng)力逐漸抵消。其造成的影響僅靠低溫時(shí)的坯體收縮帶來(lái)的壓應(yīng)力還是消除不了，因而也就呈現(xiàn)出最終產(chǎn)品的波浪狀變形，這也就是原料B比原料A效果好的原因。

4 結(jié)論

由于坯體原料的限制，面釉的調(diào)整比較容易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)合理地調(diào)節(jié)面釉的膨脹系數(shù)，從而達(dá)到降低瓷磚變形的目的。通過(guò)試驗(yàn)可以得出：坯釉的化學(xué)成分不同，會(huì)導(dǎo)致其膨脹系數(shù)不同，應(yīng)在允許范圍內(nèi)使其接近；坯釉膨脹系數(shù)的差別會(huì)隨溫度的變化而變化，不能單看某個(gè)溫度的數(shù)值；提升面釉膨脹系數(shù)要有針對(duì)性，不能一味提高，要看其最終膨脹曲線與坯體的匹配性。

經(jīng)過(guò)調(diào)整后，最終順利解決了生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)品變形的問(wèn)題。

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