全抛釉瓷质仿古砖断裂模数影响因素的研究

杜付成　潘利敏　李惠文　曹佳媚　李万平

摘 要：断裂模数是瓷质砖产品的重要性能指标，本文通过一系列的对比试验，从坯体配方的角度讨论了全抛釉瓷质仿古砖断裂模数的影响因素，希望为提高断裂模数提供解决的思路。

关键词：全抛釉；仿古砖；断裂模数；影响因素

1 前言

全抛釉瓷质仿古砖的花色更丰富、表现力更强，它的装饰效果及物理性能不逊于微晶石，因此，受到广大消费者的青睐，其市场份额在逐渐扩大，使得产品的内在品质也受到越来越多的重视。断裂模数是评价瓷质仿古砖性能的重要指标之一，它的高低直接影响到成品率、运输过程的破损率、使用过程中所能承受载荷的大小，以及瓷质仿古砖的使用寿命等。目前，在全抛釉产品中普遍出现了断裂模数偏低的情况。因此，本文通过一系列的对比试验，从坯体配方的角度进行分析，找出影响全抛釉瓷质仿古砖断裂模数的因素。

2 影响全抛釉瓷质仿古砖断裂模数的因素

一般断裂模数与配方、粉料颗粒级配、成形压力、窑炉烧成等密切相关，其中，工艺配方是首要的影响因素。

本文中的断裂模数的测定均根据国家标准GB/T 3810.4-2006《陶瓷砖试验方法第4部分：断裂模数和破坏强度的测定》的要求进行测定的。

2.1 坯体配方对断裂模数的影响

坯体配方是决定生产的关键因素，目前，普遍使用的陶瓷砖坯体配方体系为K2O、Na2O-Al2O3-SiO2三元系统，主要组成为晶相、玻璃相，以及气相，其中，晶相主要包括莫来石相和石英相。常见瓷质砖化学组成如表1所示。

2.1.1氧化铝含量对断裂模数的影响

对瓷质砖断裂模数影响较大的为莫来石相。欲提高瓷质砖断裂模数，需要提高其中的莫来石含量。提高莫来石含量的方法很多，但考虑到莫来石的化学组成为3Al2O3·2SiO2，因此，最直接有效的方法是提高配方中Al2O3含量。其引入方式为，直接掺入一定的纯氧化铝原料[3]，或掺入含铝高、烧失量少的原料，如：双水纯泥等。条件合适的情况下，也可以将两种原料一起加入。通过此方法，可适当延长高温保温时间，促进更多的莫来石相的生成，从而达到提高断裂模数的目的。

为了更进一步说明氧化铝含量对断裂模数的影响，可以通过对比试验加以验证。具体配方组成为：泥料22%、石粉46%、砂32%（见表2），另外，加入12%的纯泥代替铝含量低的混合泥，试验配方的化学成分如表3所示。

相比常规生产配方，该配方含铝量要高、含硅量偏低。在其他条件相同的情况下，对比两配方断裂模数如表4所示。

由表4可知，试验配方断裂模数平均为45.93MPa，而原配方断裂模数平均为40.22MPa。因此，试验配方比原生产配方断裂模数提高了14.2%。因为通过加入含铝量高的原材料，可促进莫来石相的形成，达到提高瓷质砖成品断裂模数的目的。

2.1.2中温料对断裂模数的影响

在试验中，尽量采用原矿的中温料来取代配方中的高温料与低温料，以达到中温效果，测得试验数据如表5所示。

由表5可知，原生产配方断裂模数平均值为41.45MPa，试验配方断裂模数平均值为47.74MPa，断裂模数提高了6.29MPa。由此可知，采用中温料取代高、低温料来提高断裂模数是可行的。

2.1.3钾钠含量对断裂模数的影响

本文通过调整钾、钠含量的方法，研究其对断裂模数的影响，其具体配方组成如表6所示，断裂模数如表7所示。其烧结温度和烧结温度范围测定如图1所示。

由表7可知，高钾配方的断裂模数平均值为46.58MPa，高钠配方的断裂模数平均值为43.07MPa，断裂模数提高了8.1%。由图1可知，高钾配方烧结范围明显比高钠烧结范围宽。其主要原因是：钾长石的熔融范围可达300℃，远高于钠长石的熔融范围（钠长石只有150℃）。钾长石含量增多，烧成范围会增大，而钠长石含量增多，则会趋于减小坯体的烧成范围，钾长石在高温烧成的瓷化陶瓷坯体中主要起助熔作用，促进玻璃相生成，有利于陶瓷坯体烧结反应的进行；有利于莫来石的发育与生长；有利于降低陶瓷坯体的吸水率；有利于提高坯体的机械强度。但是，考虑到钾长石含量继续增多，玻璃相会越来越多，莫来石相越来越少。而玻璃相的断裂模数低于莫来石相的断裂模数，对陶瓷的断裂模数不利。因此，综合考虑，钾的含量控制在2.5%～3.3%时较好。

2.2 球磨细度对断裂模数的影响

用250目筛检测浆料细度，同一配方，球磨细度需控制的筛余在0.7%～1.0%、0.2%～0.5%、0.02%～0.08%三个不同的区间，并对比了不同细度对产品断裂模数的影响，如表8所示。

由表8可知，当细度为0.9%时，产品的断裂模数平均为43.54MPa；当细度为0.3%时，产品的断裂模数平均为47.18MPa，断裂模数提高了3.64MPa；当细度为0.05%时，产品的断裂模数平均为46.30MPa，降低了0.88MPa。由此可见，细度适中时（筛余为0.3%），产品的断裂模数最高。

其主要原因是：当细度从0.9%减小到0.3%时，一方面可以使造粒后的粉料大小分布更加均匀，粉料的粒度越小，单位质量粉料的表面积越大，颗粒间的扩散距离短，容易致密化，并且小的晶粒还能防止微裂纹的发生，有利于断裂模数的提高；另一方面，因为石英颗粒较难磨细，颗粒偏粗，同时含量又偏高，在高温烧成时会产生一系列的晶型转变[1]，晶型转变时会发生体积变化而导致微裂纹的产生，严重时会导致瓷砖开裂，使得瓷砖的断裂模数降低。而细度越细可以除去原料中含有的大量游离石英（SiO2）。另外，在外部条件相同的情况下，偏细的粉料在压机模腔内会堆积得更加致密，在压制时更易压实，可提高坯体致密度，从而达到提高断裂模数的目的。石英晶型转变如图2所示。

但当细度减小到0.05%时，成品砖的断裂模数平均值又有所降低，因为颗粒的粒径也不是越细越好[2]，坯体的颗粒过细，易形成二次结晶，促使粗大的晶粒形成。同时，可能造成气孔封闭在晶粒内无法排出，破坏了物相分布的均匀性，反而导致断裂模数降低。

在大生产过程中，颗粒磨得过细，也会增大企业的生产成本，并不利于断裂模数的提高。因此，球磨细度为0.2%～0.5%时，效果最佳。

3 结论

（1） 提高配方中氧化铝的含量可适当提高瓷质砖的断裂模数。

（2） 采用中温料部分取代高、低温料，能提高瓷质砖的断裂模数。

（3） 当钾的含量控制在2.5%～3.3%时，可以提高瓷质砖的断裂模数。

（4） 在配方相同的情况下，球磨细度控制在0.2%～0.5%范围，可以获得较高的断裂模数。

参考文献

[1] 陆佩文.无机材料科学基础[M].湖北：武汉理工大学出版社，2003.

[2] 朱振峰，孙海礁，杨俊等.工艺条件对陶瓷强度影响规律的研究[J].陶瓷，2003，（4）：13～16.

[3] 周健儿，马玉琦，王娟等.提高大规格超薄建筑陶瓷砖坯性能的研究[J].陶瓷学报，2006，27.