盧麗新

(唐山隆達(dá)骨質(zhì)瓷有限公司 河北 唐山 063020)

骨質(zhì)瓷是我國(guó)原輕工部于20世紀(jì)60年代后期70年代初期投資引入的一個(gè)瓷種，由當(dāng)時(shí)唐山陶瓷公司下屬的第一瓷廠研制，于80年代末期90年代初期逐步具備大批量生產(chǎn)的能力，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，骨質(zhì)瓷也從無(wú)到有，再到大批量生產(chǎn)，這也就是近20多年的事情。

骨質(zhì)瓷有別于普通陶瓷，其主要特點(diǎn)是瓷質(zhì)薄、半透明、質(zhì)地白。瓷胎的主要成分是骨炭，生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是兩次燒成。就是基于以上特點(diǎn)逐漸受到客戶的接受和歡迎，但是由于我國(guó)的陶瓷生產(chǎn)工藝處于比較傳統(tǒng)的狀態(tài)，原料及坯料基本特性、釉料的基本特性、生產(chǎn)工藝的控制等數(shù)據(jù)還不夠充分。為了滿足出口鉛鎘濃度達(dá)標(biāo)，釉料由最初的鉛釉改進(jìn)為無(wú)鉛釉。由于以上原因產(chǎn)品釉面出現(xiàn)的針孔缺陷是影響無(wú)鉛釉骨質(zhì)瓷質(zhì)量的最大問(wèn)題。為減少釉面針孔，提升釉面整體質(zhì)量，筆者分析了釉面針孔形成原因及燒成過(guò)程中的工藝控制。

1 針孔的定義及形狀

針孔是釉面在熔燒階段氣體逸出釉層就會(huì)表面產(chǎn)生的凹體不能恢復(fù)平整而形成的缺陷，或是未能逸出而形成的氣泡缺陷。

2 針孔形成的原因

骨質(zhì)瓷制品是由原料配制且成形后經(jīng)過(guò)高溫素?zé)缓笤偕嫌远戊褵?。骨質(zhì)瓷采用高溫素?zé)蜏赜詿墓に嚐疲責(zé)龝r(shí)坯胎有一個(gè)熔融的過(guò)程，釉燒時(shí)由于溫度低于素胎的熔融溫度而釉面能夠達(dá)到熔融的程度，所以在釉燒時(shí)釉面的熔融狀態(tài)與高溫環(huán)境下氣體狀態(tài)相互作用，存在氣固、液固、氣液界面，這些界面均可發(fā)生吸附與解吸作用。這是因?yàn)榻橘|(zhì)表面上的質(zhì)量受到液相內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的拉力，所處的力場(chǎng)不均衡，有過(guò)剩的能量，即表面自由熔，在一定溫度和壓力下，固體(液體)表面可自由地吸附那些能降低其表面自由熔的物質(zhì)。吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附，物理吸附的作用力是分子間引力，化學(xué)吸附的作用力是化學(xué)鍵力，具有明顯的選擇性?；瘜W(xué)吸附在較高溫度下進(jìn)行(比如固態(tài)、液態(tài)對(duì)CO氣體的吸附)，平衡吸附量隨著壓力升高而增加。釉面在熔融狀態(tài)對(duì)氣體有一個(gè)吸附過(guò)程。

釉燒過(guò)程是復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程，若這些物理化學(xué)變化過(guò)程進(jìn)行不徹底，不能達(dá)到平衡狀態(tài)，則釉面會(huì)形成針孔氣泡缺陷。釉的主要成分為：①SiO2主要由石英引入;②Al2O3主要由長(zhǎng)石引入;③B2O3主要由硼酸、硼砂引入;④CaO主要由碳酸鈣引入;⑤MgO主要由滑石、白云石引入;⑥K2O/Na2O主要由鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石引入;⑦Li2CO3主要由碳酸鋰引入;⑧ZnO主要由氧化鋅引入;⑨BaO主要由碳酸鋇引入。

坯料主要成分為：①SiO2由石英引入；②Al2O3由龍巖土、大同土等引入；③CaO、P2O5由骨炭引入；④MgO由于寺土，大同土引入；⑤K2O、Na2O由長(zhǎng)石引入。

坯料通過(guò)一次高溫煅燒后形成的晶相主要是磷酸三鈣及莫來(lái)石，還有未能充分反應(yīng)而殘余的CaO、SiO2、Al2O3等物質(zhì)。

釉料的制備首先需要將各種原料按配方成分配料后,煅燒制成熔塊，然后由熔塊與懸浮劑按比例混合進(jìn)行研磨形成釉漿，最后施于素胎表面進(jìn)行釉燒。釉燒過(guò)程形成的針孔及氣泡缺陷有以下幾種：

1)熔塊制備時(shí)，熔制溫度低，熔塊易出現(xiàn)夾生。在釉燒過(guò)程中，在熔塊制備階段未反應(yīng)充分的物質(zhì)在釉燒過(guò)程中反應(yīng)容易形成針孔或氣泡。

2)釉漿細(xì)度過(guò)細(xì)，隨著燒成而熔融，顆粒之間的間隔被液相填滿，釉面光滑。如果未能被液相填滿就會(huì)形成氣泡。

3)低溫?fù)]發(fā)階段釉料中的水分、有機(jī)物、懸浮劑、結(jié)合劑等(如蘇州土)，以及素胎中的水分在釉燒初期排除不充分，在高溫階段若有揮發(fā)，容易留下空穴。

4)氧化分解階段，釉料中作為懸浮劑，比如蘇州土氧化分解反應(yīng)產(chǎn)生氣體。

5)熔融階段，釉料開(kāi)始熔融，氣體繼續(xù)排出，到整體熔融后未逸出的氣體就形成氣泡，導(dǎo)致釉面未能流平。

6)素胎的成熟溫度低導(dǎo)致二次燒成時(shí)釉在初始熔融時(shí)，素胎仍有部分反應(yīng)導(dǎo)致大量的氣泡逸出。

7)素胎出現(xiàn)過(guò)燒(在成熟溫度的偏上線)，由于在素?zé)^(guò)程中形成Ca3(PO4)2時(shí)反應(yīng)不充分導(dǎo)致在釉燒時(shí)釉面熔融后出現(xiàn)氣體逸出。

綜上所述，釉燒既有物質(zhì)特定的吸附(觸吸)的變化過(guò)程，又有其自身物質(zhì)的物理化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。所以整體釉面是在一個(gè)有氣體存在環(huán)境下形成的。針孔及釉泡也就在這一過(guò)程中產(chǎn)生。如果超出一定的尺寸范圍將形成缺陷。

3 骨質(zhì)瓷合理的燒成制度

骨質(zhì)瓷素?zé)坝詿郎囟惹€見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 骨質(zhì)瓷素?zé)郎囟惹€

4 燒成過(guò)程中工藝控制

4.1 素?zé)郎囟鹊目刂?/h3>

骨質(zhì)瓷的燒成浮動(dòng)溫度范圍一般為10～20 ℃。成熟溫度范圍較窄，在第一次素?zé)龝r(shí)最高燒成溫度的設(shè)定以接近下限溫度為宜。如果在素?zé)龝r(shí)，在成熟溫度的上限及以上，因?yàn)榈谝淮螣蓵r(shí)溫度偏高，導(dǎo)體素胎結(jié)構(gòu)孔隙較大含有氣體或有水分被吸入，在釉燒時(shí)將導(dǎo)致更多的氣體需要排出，在釉面就容易形成大量的氣孔。

4.2 二次釉燒時(shí)制定合理的燒成制度

首先在釉層熔融前，為了使得坯體及釉層中的揮發(fā)物盡可能完全揮發(fā)，適當(dāng)延長(zhǎng)氧化分解階段的時(shí)間。即在570～900 ℃適當(dāng)延長(zhǎng)釉燒時(shí)間。制訂合適的最高釉燒溫度，在高火保溫結(jié)束后，進(jìn)入冷卻階段,要增加急冷的開(kāi)度,這是因?yàn)楫a(chǎn)品經(jīng)過(guò)高溫煅燒進(jìn)入冷卻帶時(shí)帶有大量的熱量,如果這部分熱量排放不順暢，會(huì)導(dǎo)致部分氣泡聚集在產(chǎn)品熱量不能順暢擴(kuò)散的部位,比如平鍋底部，杯把把根部，平面件的上表面。所以為了減少這種氣泡的堆積，應(yīng)在急冷打進(jìn)自然風(fēng)時(shí)，加大閥門的開(kāi)度，加大熱交換，從而減少氣泡在產(chǎn)品上的聚集。

圖2 骨質(zhì)瓷釉燒溫度曲線

4.3 合理設(shè)計(jì)素胎與釉面兩者的成熟溫度

首先素胎的臨界溫度應(yīng)該略高一些，釉面的成熟溫度應(yīng)略低一些。這是因?yàn)槿绻靥サ呐R界溫度較低，在釉面熔融時(shí)會(huì)出現(xiàn)素胎在釉燒時(shí)有化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，所以假設(shè)釉燒最高溫度為1 164 ℃，則素?zé)郎囟葹? 265 ℃比較合適。如果坯料配方臨界溫度設(shè)計(jì)較低，在釉層融熔過(guò)程中出現(xiàn)了素胎中部分化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)伴隨氣體排出，將會(huì)導(dǎo)致釉面針孔缺陷的出現(xiàn)，所以在設(shè)計(jì)坯料及釉料的配方時(shí)適當(dāng)提高坯料的臨界溫度及與之相適應(yīng)的釉料的始融溫度，對(duì)降低針孔缺陷起到很好的作用。臨界溫度是指氧化保溫期化為還原期的溫度稱為臨界溫度。一般素胎的臨界溫度應(yīng)在釉始融前100～150 ℃。

4.4 合理控制釉燒的燒成氣氛及壓力制度

陶瓷是由坯料施釉經(jīng)過(guò)高溫煅燒形成的材料。在煅燒過(guò)程中既有對(duì)溫度要求，又有對(duì)環(huán)境的氛圍及壓力的要求，三者是相互關(guān)聯(lián)的。以46 m燃?xì)馑淼栏G為例，窯頭排煙壓力一般為1.1 Pa的負(fù)壓，預(yù)熱帶轉(zhuǎn)化氣幕前為強(qiáng)氧化氣氛，中部壓力一般在23 Pa左右，燒成帶末端為30 Pa左右，燒成帶為微正壓，使得外界冷空氣難以入窯，高火保溫區(qū)保持微正壓，以保證弱還原氣氛防止二次氧化。窯尾急冷階段為正壓，一般在15 Pa抽熱階段為負(fù)壓，壓力一般為0.27 kPa。

5 結(jié)語(yǔ)

以上通過(guò)對(duì)環(huán)境及壓力控制，使得釉面在熔融過(guò)程及急冷前為微正壓，保持弱還原氣氛，減少釉層表面的自由焓，減少其釉面吸附及解吸的過(guò)程，從而減少釉面針孔缺陷的出現(xiàn)。