況學(xué)成，張明珠，殷 敏

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2.高安市陶瓷工程中心，江西 高安 330800）

堿土金屬的含量對(duì)釉面質(zhì)量的影響

況學(xué)成1,2，張明珠1，殷 敏1

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2.高安市陶瓷工程中心，江西 高安 330800）

研究了內(nèi)墻磚底釉和面釉中二價(jià)堿土金屬氧化物含量對(duì)釉面質(zhì)量的影響，通過(guò)對(duì)釉面表觀性、始熔點(diǎn)、顯微結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)面釉中堿土金屬氧化物的含量和底釉中的堿土金屬相近或相等時(shí)，釉面質(zhì)量最好。本研究對(duì)陶瓷釉料配方的優(yōu)化，釉面缺陷的改善以及企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐都很有指導(dǎo)意義。

堿土金屬；釉面質(zhì)量；生產(chǎn)實(shí)踐

0 引 言

近年來(lái)，家庭裝修越來(lái)越強(qiáng)調(diào)個(gè)性化特征，釉面內(nèi)墻磚便應(yīng)運(yùn)而生。釉面內(nèi)墻磚，又稱瓷片或瓷磚，具有強(qiáng)度高、防潮、抗凍、耐酸堿、絕緣、表面光滑易于清洗、裝飾效果強(qiáng)等性能特點(diǎn)，故被廣泛用作廚房、浴室、衛(wèi)生間、實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院等室內(nèi)的墻面、柱面、臺(tái)面等部位的裝飾[1,2]。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無(wú)論大小企業(yè)的瓷磚，其釉面均存在不同程度的缺陷，如針孔、水波紋等[3-9]。而堿土金屬的含量對(duì)釉面質(zhì)量起著非常重要的作用，如CaO可以降低高硅釉的粘度，提高釉的流動(dòng)性和釉面光澤度；ZnO可使釉易熔，降低高溫釉的燒成溫度，對(duì)釉的力學(xué)強(qiáng)度、彈性、熔融性能和耐熱性能均能起到良好的作用，還能增加釉的光澤度、白度，增大釉的成熟溫度范圍[10]。因此，研究面釉中堿土金屬氧化物的含量，確定合適的配方，對(duì)提高內(nèi)墻磚釉面的質(zhì)量及檔次，增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

鉀長(zhǎng)石、硼砂、重鈣、碳酸鉀、白云石、碳酸鋇、石英、硼酸、氧化鋅、高嶺土。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1600 ℃高溫熔塊爐、球磨機(jī)、燒杯、電子秤、量筒、DIL402PC熱膨脹儀、TSE-2型臺(tái)式掃描電子顯微鏡、1200 ℃快速升溫箱式電爐。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 熔塊的制備

內(nèi)墻磚由三部分構(gòu)成，坯體、底釉層和面釉層。底釉與面釉之間的反應(yīng)直接影響釉的化學(xué)性質(zhì)及釉面狀態(tài)。底釉的化學(xué)組成應(yīng)與面釉的化學(xué)組成既要相近，但又要保持適當(dāng)?shù)牟顒e。這樣，釉與坯體在高溫下相互作用，使釉中的組分、特別是堿性氧化物和坯體充分反應(yīng)而滲入坯體，同時(shí)也促進(jìn)坯體中的成分進(jìn)入釉層，形成坯釉結(jié)合層。本課題參考釉的研究進(jìn)展與施釉工藝的演變研究[11,12]，圍繞底釉的堿土金屬氧化物含量設(shè)計(jì)一系列面釉，探討面釉堿土金屬氧化物含量對(duì)釉面質(zhì)量的影響。為了使研究更接近生產(chǎn)實(shí)踐，所用的素坯、熔塊及面釉原料均取自某家釉料公司。表1為該釉料公司底釉的化學(xué)組成。

將長(zhǎng)石、硼砂、白云石、石英、重鈣等粉狀原料分別過(guò)80目篩，按配方稱量配料，充分混合均勻，待熔塊爐中加熱至1530 ℃時(shí)，加入混好的原料熔融，保溫80 min，觀察熔塊為透明狀時(shí)，迅速倒入水中淬冷，得到的碎玻璃體即為制備好的熔塊。以底釉的二價(jià)堿土金屬氧化物含量為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)系列面釉，具體配方列于表2，其化學(xué)組成另列于表3。

1.3.2 釉漿的制備

稱取188 g熔塊和12 g高嶺土，加 0.6%(wt.%)的甲基、0.06%(wt.%)三聚和40%的水，將其混合，球磨20 min制成釉漿備用。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 釉面性狀

為結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，燒成制度也是跟隨某廠家的燒成制度，最高燒成溫度1100 ℃，燒成周期50 min。取燒好的瓷片于光亮處觀察，同時(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)選取五個(gè)合適的點(diǎn)，測(cè)其光澤度，取平均值填于表4。

從表4中，可以看出，隨著配方中的堿土含量的變化，釉的外觀性狀也發(fā)生較明顯的區(qū)別，釉面質(zhì)量呈現(xiàn)一個(gè)從較好到好再到差的過(guò)程。其中2和3號(hào)光澤度較好，總體來(lái)說(shuō)3號(hào)面釉質(zhì)量最好，其堿土金屬含量和底釉最相近。當(dāng)面釉中MgO、CaO、BaO和ZnO和SrO等二價(jià)堿屬金屬氧化物增多時(shí),特別是鈣鎂等過(guò)多時(shí)，會(huì)使釉面結(jié)晶，導(dǎo)致釉層失透，形成無(wú)光釉面[13]，如上表中5號(hào)釉面，這也是形成無(wú)光釉的普遍方法之一。

表1 底釉熔塊的化學(xué)組成(wt.%)Tab.1 Chemical composition of ground glaze (wt.%)

表2 熔塊的原料組成(wt.%)Tab.2 Material composition of frit (wt.%)

表3 原料的化學(xué)組成Tab.3 Chemical composition of material (wt.%)

表4 釉的堿土金屬含量(mol %)和性狀Tab.4 Alkaline earth oxide and properties of glaze (mol %)

2.2 釉料的始融溫度

取磨好的料漿注漿成型，放101型電熱鼓風(fēng)干燥箱中110 ℃下干燥20 min，然后脫模修成圓柱形長(zhǎng)條，置于1200 ℃快速升溫箱式電爐中，1000 ℃燒1 h，自然冷卻，然后修成25 mm規(guī)則圓柱體，放在德國(guó)DIL402PC熱膨脹儀中測(cè)試釉料的始熔點(diǎn)。圖1為1到5號(hào)釉料的始熔點(diǎn)圖片。

釉的燒成過(guò)程是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程，釉料脫水、氧化分解和釉組分的相互反應(yīng)生成新的硅酸鹽化合物，釉和坯的相互作用形成坯釉中間層等。對(duì)于所有的釉料，一般來(lái)說(shuō)氧化分解反應(yīng)均在950 ℃以前完成(極個(gè)別的氧化物在高溫下分解或氣化，放出氣體，這就造成二次氣泡或針孔)。釉沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，只有一個(gè)熔融范圍。釉軟化后繼而開(kāi)始熔融的溫度稱為始熔點(diǎn)，釉料全部熔融成液態(tài)，開(kāi)始流動(dòng)的溫度統(tǒng)稱為稱終熔[14]。由釉料的始熔點(diǎn)曲線圖可知，二價(jià)堿含量對(duì)始熔點(diǎn)的影響很大。圖1表明，二價(jià)堿土金屬氧化物含量越高，釉的始熔溫度越低。一般來(lái)說(shuō)，成熟溫度范圍一定的釉料，始熔點(diǎn)高的釉面沒(méi)有或極少有針孔，始熔點(diǎn)偏低，氣孔被過(guò)早地封閉，該分解排出的氣體還未完全排出，形成小釉泡，待溫度升高，氣體沖破釉面逸出形成針孔。由上圖可看出，1號(hào)的始熔點(diǎn)最高，但1號(hào)釉面質(zhì)量并不好，其石英含量較高，高溫粘度大，流動(dòng)性不好，影響釉的正常成熟并使熔融范圍變窄，導(dǎo)致釉面不平整。實(shí)際生產(chǎn)中，如果釉的熔融溫度范圍過(guò)窄，將會(huì)影響到燒成控制，容易產(chǎn)生生釉或流釉等各種釉面缺陷。3號(hào)始熔點(diǎn)就相對(duì)較高，釉面性能很好。

圖1 1-5號(hào)釉料的始熔點(diǎn)曲線圖Fig.1 Curves of initial melting points for glazes No.1-5

圖2 五種釉料的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of fve glazes: (a) No. 1; (b) No. 2; (c) No. 3; (d) No. 4; (e) No. 5

2.3 釉坯的斷面結(jié)構(gòu)

為進(jìn)一步觀察釉層內(nèi)部的變化情況，特取釉坯斷面磨成薄片，經(jīng)無(wú)水乙醇清洗后鍍金，置于TSE-2型臺(tái)式掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察釉層內(nèi)部反應(yīng)及氣泡的分布情況，圖2為各釉料對(duì)應(yīng)的釉面磚斷面的掃描電鏡圖片。

內(nèi)墻磚在素坯上施上下兩層釉，靠近素坯的釉稱為底釉，具有與坯體密著與面釉融合的性質(zhì)；施在底釉上的叫做面釉，具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，硬度和光潔度，光滑美觀，并能增加產(chǎn)品裝飾效果等功能。施好釉的坯體干燥后入窯，經(jīng)預(yù)熱后，到達(dá)氧化分解與晶型轉(zhuǎn)換期。在這一階段，底釉中部分成分氧化分解產(chǎn)生的氣體穿過(guò)面釉排出[15]。在燒成帶，底、面釉處于熔融狀態(tài)，互相反應(yīng)，在窯爐氣氛作用下，底、面釉發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成致密的整體。當(dāng)?shù)?、面釉的成分差異很大時(shí)，兩者反應(yīng)會(huì)比較劇烈，如圖(a)、(d)和(e)所示。由于面釉和底釉的堿土金屬氧化物含量差異較大，所以兩者相互侵蝕較嚴(yán)重，邊界線已經(jīng)很模糊，面釉和底釉反應(yīng)很劇烈，有大量氣孔產(chǎn)生。由上圖可看出，b圖和c圖所示面釉斷面較好，不僅邊界線清晰，而且面釉和底釉中氣泡很少。主要原因是因?yàn)槊嬗院偷子灾袎A土金屬氧化物含量接近，面釉和底釉高溫反應(yīng)平緩。其中以與底釉堿含量最接近的3號(hào)釉面質(zhì)量最佳。

2.4 施釉工藝的影響施釉的厚薄對(duì)釉面質(zhì)量也有一定的影響，薄釉層在煅燒時(shí)，由于高溫下釉中某些成分的擴(kuò)散，組分改變比厚釉層相對(duì)大，釉的膨脹系數(shù)降低很多，使坯釉膨脹系數(shù)相接近，同時(shí)中間層相對(duì)厚度增加，有利于提高釉的壓應(yīng)力，使坯結(jié)合良好[10]。在燒成過(guò)程中，釉層愈薄，氣泡排出的時(shí)間愈短，釉層愈厚，氣泡在同等行程下達(dá)到釉面的時(shí)間要長(zhǎng)，這時(shí)氣泡長(zhǎng)得愈大，易造成針孔缺陷[16]。但是釉層也不能太薄，太薄容易發(fā)生干釉現(xiàn)象。

為結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，所用坯體均取自某廠生產(chǎn)線上已經(jīng)施過(guò)底釉的坯體，通過(guò)控制刮釉的速度來(lái)控制釉層厚度，經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，當(dāng)速度為0.15 g/mm時(shí)，得到的釉層厚底和和實(shí)際生產(chǎn)基本一樣。

3 結(jié) 論

(1)堿土金屬氧化物的含量對(duì)內(nèi)墻磚釉面質(zhì)量有著很大的影響，在其它成分不變的情況下，底釉和面釉的堿土金屬氧化物含量相近或者相等時(shí)，底釉和面釉高溫下反應(yīng)平緩，可以確保良好的釉面質(zhì)量。底釉和面釉中堿土金屬氧化物含量相差越大，高溫反應(yīng)越劇烈，釉中氣泡越多，釉面質(zhì)量越差。

(2)在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)其它成分不變時(shí)，二價(jià)堿土金屬氧化物含量越高，釉的始熔溫度越低。

(3)以0.15 g/mm勻速刮釉時(shí)，可以得到合適的釉層厚度。

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Effect of the Content of Alkaline Earth Metals on Glaze Quality

KUANG Xuecheng1,2, ZHANG Mingzhu1, YIN Min1
(1. JingdeZhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333403, Jiangxi, China; 2. Gaoan Ceramic Engineering Center, Gaoan 330800, Jiangxi, China)

This paper investigated the effects of the content of alkaline earth metals on the quality of ground and surface glazes of the interior wall tiles through a series of experiments. Analysis of the glaze appearance, initial melting point and microstructure suggests that the glaze is the best in quality when the content of alkaline earth metals in the surface glaze is similar or equal to that of the ground glaze. This study is expected to provide some guidance for the optimization of ceramic glaze recipes, the reduction of glaze defects and the production of enterprises.

alkaline earth metal; glaze quality; practical production

TQ174.4

A

1000-2278(2014)05-0502-05

10.13957/j.cnki.tcxb.2014.05.010

2014-06-07。

2014-06-25。

況學(xué)成(1965-)，男，博士，教授。

Received date: 2014-06-07. Revised date: 2014-06-25.

Correspondent author:KUANG Xuecheng(1965-), male, Ph.D., Professor.

E-mail:kxcwxj-01@163.com