黃玲艷 曹麗云， 鐘辛子 黃劍鋒 楊子煊 吳辰宇 蔣 永 張顥淼

(1 蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528211) (2 陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710021)

作為一種獨(dú)具特色的裝飾材料，自然石材因其硬度高、耐磨性好、色澤美觀而深受家裝陶瓷消費(fèi)者的喜愛(ài)[1]。但隨著礦物資源的長(zhǎng)期開(kāi)采，自然石材的儲(chǔ)量急劇下降，開(kāi)采成本逐年上升，高昂的成本令生產(chǎn)商和消費(fèi)者望而止步。同時(shí)，礦物資源的長(zhǎng)期開(kāi)采易引發(fā)水土流失、生態(tài)破壞等不可逆的環(huán)境破壞，因此尋找一種能夠替代自然石材的綠色原料迫在眉睫[2-3]。

近年來(lái)，為了尋找能夠替代自然石材的原料體系，科學(xué)研究者對(duì)干粒釉等仿天然石材原料進(jìn)行了探索，取得了一定應(yīng)用進(jìn)展，但仍存在以下技術(shù)難點(diǎn)：①坯釉組分適配性差，坯釉的層間易出現(xiàn)脫落；②釉面色澤、亮度等仿真度差，難以替代自然石材；③制備工藝創(chuàng)新性差，難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用化研究[4-5]?；谝陨霞夹g(shù)難點(diǎn)，本文選用市面上常見(jiàn)的干粒釉作為釉料主相，借助控制變量法優(yōu)化坯體配方，探索出一種能夠和干粒釉完美適配的坯料體系，該研究對(duì)指導(dǎo)仿天然石材陶瓷薄板規(guī)?；a(chǎn)具有較大借鑒意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)選用水洗球土、韶關(guān)球土、偉源球土作為球土類原材料，選用精品泥、中山黑泥作為原礦泥類原材料，選用精選鈉長(zhǎng)石粉、山東石粉作為長(zhǎng)石類原材料，選用鉀鋁砂、邦砂和高白鉀砂作為中、高溫砂類原材料，選用黑滑石作為助熔劑類原材料；選用煅燒鋁礬土、超白膨潤(rùn)土作為配方添加劑。實(shí)驗(yàn)原料的化學(xué)成分如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)成分(%)

續(xù)表1

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

如圖1所示，首先將破碎后的實(shí)驗(yàn)原料經(jīng)配料、濕法球磨、過(guò)篩除鐵和噴霧造粒等工序加工成微米級(jí)粉體，然后借助數(shù)字化配料系統(tǒng)，將靜電分散的包裹色料包裹在粉體的外表面，經(jīng)逐層篩選得到質(zhì)地均勻的前驅(qū)體粉料。即將前驅(qū)體粉料經(jīng)壓制成形、干燥、噴淋面釉和釉面裝飾等工藝，可得到干粒釉柔拋薄板。

圖1 干粒釉柔拋薄板的制備流程圖

1.3 性能測(cè)試

采用比重計(jì)對(duì)坯體漿料在室溫下的比重進(jìn)行測(cè)試；選用白度儀對(duì)坯體試樣的白度進(jìn)行測(cè)定；借助阿基米德排水法對(duì)坯體試樣的體積密度、吸水率等物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定；借助萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)坯體的彎曲強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果和討論

2.1 坯料配方設(shè)計(jì)

根據(jù)控制變量法設(shè)計(jì)原則，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為研究不同配方特點(diǎn)，選用表1中礦物原料開(kāi)展坯料配方設(shè)計(jì)，同步研究13個(gè)因素的7種配方組合，配方表的設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 坯料配方設(shè)計(jì)表(%)

續(xù)表2

2.2 性能研究及配方優(yōu)化

基于控制變量法制備的配方樣品，其性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。通過(guò)性能測(cè)試結(jié)果可知，1#和7#配方試樣的白度明顯優(yōu)于其他配方試樣，這可能是由于球土類原料中高組分Fe、Ti類化合物的影響。因此，經(jīng)綜合分析可得：為了提高坯體試樣的白度，可以合理增多水洗球土、韶關(guān)球土、偉源球土等球土類原料，控制高白鉀砂等高白度原料的用量。

表3 基于正交試驗(yàn)的樣品測(cè)試結(jié)果

續(xù)表3

此外，1#、2#、3#、4#、5#和6#配方試樣的線膨脹系數(shù)較低，可能是因?yàn)樵擃惻浞街幸氲那蛲令愒陷^多，而球土類原料富含Al2O3相，可降低坯體的線膨脹系數(shù)。干粒釉柔拋陶瓷薄板多為坯體、面釉層和拋釉層三者共同復(fù)合，若各層材料的膨脹系數(shù)差異過(guò)大，則在受熱時(shí)不同的復(fù)合層會(huì)發(fā)生不一致的膨脹或收縮，致使坯、釉層發(fā)生分離，釉面出現(xiàn)明顯缺陷，所以要求坯體、釉層的膨脹系數(shù)盡可能接近[6-7]。因選用的干粒釉柔拋陶瓷薄板的面釉膨脹系數(shù)為(7.3～7.5)×10-6/K-1(40～600 ℃)，干粒釉的膨脹系數(shù)為(7.1～7.3)×10-6/K-1(40～600 ℃)，故可選取1#、2#、3#和4#坯體配方試樣作為優(yōu)選樣品。

從性能測(cè)試數(shù)據(jù)可知，相較于其他試樣，3#、6#和7#配方試樣具有稍低的燒結(jié)溫度，可能和配方體系中引入的精選鈉長(zhǎng)石粉、山東石粉等長(zhǎng)石類原料和黑滑石等助熔劑類原料有關(guān)[8]。長(zhǎng)石類原料和助熔劑類原料可在配方體系中引入大量的低共熔點(diǎn)相物質(zhì)，在高溫下低共熔點(diǎn)物質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化為熔融的玻璃態(tài)，充當(dāng)液相傳質(zhì)的重要媒介，促進(jìn)干粒釉柔拋陶瓷薄板的坯體實(shí)現(xiàn)快速致密化[9]。同時(shí)，1#、2#、3#、4#、5#和6#配方的濕、干坯試樣具有較大的彎曲強(qiáng)度，可能也和引入高白鉀砂和富含高鋁球土類原料有關(guān)[10]。

通過(guò)以上分析論證，筆者結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，綜合考慮以下3點(diǎn)原則，對(duì)以上坯料配方開(kāi)展優(yōu)化：①盡可能降低生產(chǎn)成本；②坯、釉適配性合適；③坯體的力學(xué)性能好，便于上釉、切削加工等后續(xù)加工。最終選取3號(hào)配方體系作為最優(yōu)配方，其配方組成見(jiàn)表4。

表4 優(yōu)選的3號(hào)配方體系化學(xué)成分(%)

3 結(jié)語(yǔ)

(1)基于控制變量的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，同步研究13個(gè)因素的7種組合，可對(duì)干粒釉柔拋陶瓷薄板的坯料體系進(jìn)行優(yōu)選，最終選定3號(hào)配方體系作為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的配方。

(2)球土類原料和高白鉀砂等高白度原料有助于提升坯體的白度、彎曲強(qiáng)度，但球土類原料的大量引入會(huì)降低坯體的線膨脹系數(shù)。同時(shí)，鈉長(zhǎng)石粉、山東石粉等長(zhǎng)石類原料和黑滑石等助熔劑類原料有助于降低坯體的致密化溫度。