高吸水率卫生陶瓷的研究开发＊

王晓兰 成智文 刘 娥

（咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000）

前言

随着我国经济建设规模的扩大和人民生活水平的提高，人们对建筑卫生陶瓷的需求量越来越大，对产品质量和功能的要求也越来越高。这也促进了我国建筑卫生陶瓷工业发展迅猛，卫生陶瓷的生产企业的规模不断扩大和企业数量也在不断增加。

目前，卫生洁具产品的概念，已经远远超出传统观念。它作为现代化生活的标志性用品，不仅要具有卫生与清洁功能，还应具有保健、审美以及娱乐功能。近年来，卫生洁具产品新推出了附加悠闲式浴缸、淋浴盆、柜盆、蒸汽房、双联洗涤器、大型厨房洗槽等功能的一系列配套产品，市场发展前景广阔。

为了生产出新型卫生洁具产品，必须生产出具有低变形度，尺寸准确，强度较高的卫生陶瓷，才能与其它部件配合安装。因此研究开发收缩小，强度高的坯料，是现阶段卫生陶瓷行业的趋势和研究方向，也是陶瓷科研工作者的必要任务和工作重点。

经过调研，目前我国专业生产陶瓷原料的大型企业并不多，其中的一家是新会嘉窑原料有限公司，它是东南亚地区一家主要的专业陶瓷原料供应商，每年出口及内销量逾70万t。在提供优质稳定原料的同时，该公司多年来不断开发适合于生产高级卫生洁具、日用陶瓷、耐火材料、电子陶瓷、墙地砖、釉料等一系列优质球土和高品位高岭土产品，以满足陶瓷工业发展的需求。另一家是佛山市高明新科美陶瓷原料有限公司，拥有多个储量丰富的矿山资源，完善的生产工艺，健全的物理及化学检测方法可提供从原矿到成品的全过程即时检测数据，以保证产品的标准化和稳定性。该公司年产球粘土泥条15万t，水洗球粘土10万t，同时还开发出具有烧失量低，流动性能、强度、注浆性能和烧成性能良好的卫生陶瓷坯泥。从这2家公司销售量可以看出，卫生陶瓷企业为了生产出色差小、强度高、品质好的优质产品，必须购买性能稳定的陶瓷的原料，以确保产品质量。因此卫生陶瓷原料标准化具有广阔的市场前景。

咸阳陶瓷研究设计院作为建筑卫生陶瓷行业惟一的科研单位，已具有60余年的建筑卫生陶瓷的研究历史，并且拥有一批高素质的科研开发队伍，在行业内具有一定的影响力，走在行业技术最前沿。该院经过一年多努力，研究出适合浇注大型双联洗涤器，大型厨房洗槽等高吸水率卫生瓷坯体配方用的原料，以推动卫生陶瓷产业技术创新，满足市场需求。

1 原料

1.1 原料外观及烧结性能

原料外观及烧结性能见表1。

表1 原料外观及烧结性能

续表1

1.2 粘土原料的物理性能

粘土原料的物理性能见表2。

表2 粘土原料的物理性能

1.3 原料化学分析

原料化学全分析结果如表3所示。

表3 原料化学全分析（质量%）

1.4 主要原料X衍射分析

X衍射矿物类型分析如表4所示。

表4 X衍射矿物类型分析

2 坯料配方研究

2.1 坯料配方试验

根据原料性能测试结果，可以确定耐火材料的坯料配方（如表5所示）。

表5 耐火材料坯料配方（质量%）

2.2 耐火材料坯料化学成分

耐火材料坯料化学成分见表6。

表6 耐火材料坯料化学成分（质量%）

2.3 工艺流程

按配方配料→球磨→过筛、除铁→泥浆陈腐→注浆成形→干燥→施釉→烧成→检验。

2.4 工艺参数

按照工艺流程及烧成性能等，选取Y5配方进行试验，其工艺参数如下：

料∶球∶水＝1∶1.8∶0.4；

球磨时间：6h；

含水率：29.78%；

细度：1.25% （万孔筛余）；

容重：1.81g／cm2；

旋转粘度：1300cp；

pH 值：8；

流动性：78s；

厚化度：1.72；

吃浆速度：6.3mm。

2.5 样品主要性能

样品的主要性能见表7。

表7 样品主要性能

3 釉料配方及组成

釉料配方见表8，釉料化学组成见表9。

表8 釉料配方（质量%）

表9 釉料化学组成（质量%）

4 讨论

4.1 单一电解质加入量对卫生陶瓷泥浆性能的影响

对耐火坯料泥浆分别用电解质碳酸钠、水玻璃、腐植酸钠和三聚磷酸钠进行调浆，测试泥浆的旋转粘度（见图1）。从图1可以看出，碳酸钠对泥浆性能的影响效果最好，其次分别是水玻璃、三聚磷酸钠、腐植酸钠，腐植酸钠对泥浆性能影响效果较差。根据各电解质对泥浆、注浆、烧成性能的影响，综合考虑得出，电解质的最佳加入量分别是碳酸钠为0.18%～0.20%、水玻璃为0.22%～0.24%、腐植酸钠为0.05%～0.07%。

图1 碳酸钠对耐火材料坯料泥浆性能的影响

图2 水玻璃对耐火材料坯料泥浆性能的影响

4.2 坯、釉结合性能

釉是附着在坯体上的覆盖层，因此釉的线膨胀系数与坯体的线膨胀系数必须相适应。否则，在烧成、冷却或使用过程中遇到温度激变时，由于温差较大产生应力而导致釉层出现裂纹甚至釉层剥落的缺陷。坯、釉的膨胀系数α非常接近，一般情况下陶瓷釉的α值为50×10－7～100×10－7；陶瓷坯体的α值为40×10－7～90×10－7，差别不大。当α釉＞α坯时，釉受到拉应力易产生釉层细裂纹；当α釉＜α坯，釉受到压应力，结果可使釉层发生鳞片状缩釉、缺釉、滚釉。在器皿弯曲度大的地方，当应力过大时，甚至导致坯体损坏，脱釉现象有时发生在坯体入窑前，这是由于釉层干燥收缩大，或者坯面含有溶解盐所导致的。无论是陶瓷坯和釉，它们的耐压强度都比耐拉强度高。实践中裂纹要比剥落发生的几率大，这是因为薄层釉的耐拉强度很低，因此在选择釉料组成时，尽可能选用线膨胀系数较坯料低的釉，使它在冷却时宁可受到轻微的压应力，也不要受到拉应力。本配方线膨胀系数（见表10），选取Y5配方，作为最后制作样品的配方，坯、釉结合性良好。

图3 焦磷酸钠对耐火材料坯料泥浆性能的影响

表10 配方线膨胀系数

5 结论

1）耐火材料坯体配比（质量%）为：博爱±（Ⅰ）15～17、焦作白土8～10、汝州黑矸7～8、汝州青矸7～9、佳尔长石16～20、佳尔石英0～10、烧煤矸石20～24。

2）电解质的最佳加入量分别是：碳酸钠为0.18%～0.20%、水玻璃为0.22%～0.24%、腐植酸钠为0.05%～0.07%。

3）经过试验研究制得了收缩小、吸水率高，适用于快速成形、烧成的高温耐火坯料。

1 中国硅酸盐学会陶瓷分会建筑卫生陶瓷专业委员会，中国建材咸阳陶瓷研究设计院.现代建筑卫生陶瓷技术手册.北京：中国建材工业出版社，2010

2 薛福连.试论影响建筑卫生陶瓷釉适应性的因素.现代技术陶瓷，2007（2）：51～54

3 江涛.高档卫生瓷洁具泥浆的性能及稀释剂的应用.中国陶瓷，1996（6）：32～54