问:瓷砖所用的各类釉用原料及作用有哪些?

2018-01-26 05:10:56
陶瓷 2018年9期
关键词:釉面瓷砖熔融

答:釉用原料的种类很多,既有长石、石英、粘土等各类天然矿物原料,也有不同类型的化工原料。各种原料都能为釉的组成提供一种或几种氧化物组分,而这些组分决定了釉的性质。因此,要合理选用制釉原料,必须了解釉中各氧化物的作用及各种原料的性能特点。

1 引入SiO2(硅)原料

SiO2是玻璃生成体氧化物,在绝大多数釉组成中,SiO2含量占50%以上,日用陶瓷釉中一般含有60%~70%。在釉中SiO2含量的增加能影响釉的许多性质,如提高釉的熔融温度、粘度、增加釉对水溶性和化学侵蚀的抵抗能力、增加釉的机械强度和硬度、降低釉的膨胀系数等。但实际应用还受其他因素的影响,不能独立地只考虑SiO2的作用。

SiO2组分除由长石、粘土等硅酸盐原料提供外、主要由石英原料满足。釉用石英原料的种类与坯料相同,但纯度要求更高,通常要求烧后呈白色,容易粉碎,其化学组成(质量%)为:SiO2>99,Al2O3<0.1,F2O3<0.05,CaO<0.1,MgO<0.1,K2O+Na2O<0.15。

2 引入Al2O3(铝)原料

Al2O3原料是网络中间体氧化物,在釉熔融过程中,通常能夺取游离氧形成四配位而进入硅氧网络加强玻璃网络结构,在釉中的主要作用是:提高釉的硬度、机械强度、提高釉的耐化学侵蚀能力、降低釉的膨胀系数、提高玻化能力,但含量过多会明显增大釉的难熔程度和釉熔体的粘度。

Al2O3主要由粘土提供,长石或瓷石也提供一部分。在釉中引入粘土原料,除满足Al2O3组分要求外,更重要的是提高釉浆的悬浮性、稳定性及增加釉层在坯体上的附着力和强度。因此,需选用优质高岭土。

3 引入K2O、Na2O、Li2O(钾、钠、锂)原料

K2O、Na2O和LiO均系网络外体氧化物。在釉熔融过程中都具有极强的“断网”作用,能显著降低釉的熔融温度和粘度,是釉的主要熔剂组分。所不同的是K2O和Na2O都明显增大釉的膨胀系数,降低釉的热稳定性、化学稳定性和机械强度,而Li2O的助熔作用更强,用锂置换钠则降低热膨胀系数,提高釉的光泽度、化学稳定性和弹性。

引入K2O、Na2O的原料主要有钾、钠长石和釉用瓷石。钠长石与钾长石比较,釉易于熔融但光泽度不佳,釉的钾钠(K2O/Na2O)度应不低于2。K2CO3、Na2CO、KNO3、NaNO3等化工原料仅在某些熔块釉中釆用。Li2O虽然价格贵一些,但由于其特殊的优点,广为应用于釉中,可用锂辉石引入Li2O。

4 引入CaO(钙)原料

CaO是二价网络外体氧化物,能在高温下产出游离氧,破坏网络结构,使熔体粘度降低,有助于釉熔融,是良好的高温熔剂组分。但温度较低时,Ca2+力求满足自己的配位要求,又能连接网络断点,使釉结构紧密、粘度增大,同时加速熔体的固化。与碱金属氧化物相比,CaO能降低釉的膨胀系数,提高釉面硬度、化学稳定性和机械强度,并能促进与坯体的良好结合。

在某些釉配方中如含有一定成分的CaO,在炽热温度作用下将立即与粘土中SiO2强烈化学反应,当温度超过1 150 ℃更为明显,CaO用量不得超过18%。否则将提高釉的耐火度,并在釉中析出微小结晶,导致釉层失透,这也是形成无光釉的方法之一。

CaO通常以石灰石、方解石、大理石、白垩等钙质碳酸盐或硅灰石引入。采用白云石、小白矸等原料时要考虑所带入的MgO含量。用石灰石等碳酸盐类原料满足釉料中的CaO组分虽然应用已久,且价格低廉,但其高温分解所放出的气体往往对烧成和釉面质量有一定影响。近几年来,对硅灰石的开发和研究结果表明,用硅灰石取代碳酸盐原料有很多优点,因为硅灰石本身不带灼碱,釉烧过程中,不仅避免了分解气体对釉面质量的影响,而且使干釉层的收缩降低,有利于与坯更好附着。

5 引入MgO(镁)原料

MgO也是二价网络外体氧化物,在釉中的作用与CaO类似,高温下提供游离氧,是强助熔剂,增加釉的流动性,温度降低时则提高粘度,仅在程度上较CaO弱些。但它能增大助熔范围,降低釉的膨胀系数,促进中间层的形成,从而减弱釉的开裂倾向。

引入MgO的原料有菱镁矿、滑石、白云石和其他含镁的原料。采用菱镁矿时用量不宜过多,最好不要超过6%,否则将产生缩釉缺陷。以滑石引入MgO既可克服缩釉现象,同时又可提高釉的抗气氛能力,还可以获得一定的乳浊度,从而提高釉面白度。但生滑石的鳞片状结构及高温下分解产生气体对釉料研磨、釉浆使用及釉面质量也会产生一些不良影响。因此,通常都将滑石煅烧后使用。用白云石引入MgO,不会产生乳浊,能提高其透光性,常被用于透明釉配方中。小白矸是产于华北的一种富含SiO2的镁、钙质碳酸盐原料,由于质地细腻,结构松散,能使釉浆获得良好的悬浮性和稳定性,还可以增强釉与坯的附着。因此,在我国北方瓷釉中已被普遍应用,加入量为5%~12%。

6 引入ZnO(锌)原料

在许多类型的釉中,如炻器釉、建筑陶瓷釉、瓷器釉等,ZnO是很重要的成分,它是一种强熔剂,能在较大范围内起到良好的助熔作用,并可增加釉的光泽,提高釉面白度,降低膨胀系数,提高折射率,促进乳浊。由于ZnO在釉熔体中有很强的结晶倾向,因而在透明釉中不宜引入过多,一般控制在5%以下。但作为结晶剂可作为结晶釉的主要成分。

ZnO由锌白引入。锌白使用前必须煅烧,因为生锌白毒性大、活性高,与水接触后在颗粒表面生成一层胶凝的氢氧化锌,使釉浆稠化,严重影响其性能。经煅烧处理后,颗粒聚集变大,活性降低,限制了氢氧化锌的生成,从而消除了对釉浆性能的影响。同时还能减少釉在烧成过程中的收缩,并减少了因收缩而出现的秃釉等缺陷。

7 引入PbO原料

PbO是最强的助熔剂,能与SiO2和B2O3化合形成玻璃。它的特点是能显著增大釉的折射,赋于釉面极好的光泽,增加釉的抗张强度和弹性,但会大大降低釉面硬度,需在氧化气氛下釉烧,因有毒性,其使用受到一定限制。

引入PbO的原料主要是铅丹(Pb3O4)、密佗僧(PbO)和铅白[2PbO·Pb(OH)2]。铅丹为橙红色粉未,又称为红丹,加热至500 ℃以上则分解放出氧气。

密佗僧又称黄丹,是一种黄色粉未,且易被还原,亦称为碱式碳酸铅,加热时易于分解。

8 引入B2O3原料

B2O3是强助熔剂,适量引入釉中能显著降低釉的熔融温度,釉的膨胀系数,增大釉的折射率,提高釉面的光泽度,硬度和弹性,熔融物不但本身不结晶,还能阻止其他化合物结晶倾向,故可避免釉失透现象发生,对于氧化物的溶解性很强。

引入B2O3的原料为硼酸、硼砂和含硼矿物。 硼酸(H3BO3)鳞片状白色结晶粉未,相对密度为1.44,易溶于水,185 ℃熔融并分解,300 ℃完全失水变成B2O3。

硼砂(Na2B4O7·10H2O)为白色菱形结晶粉未,相对密度1.72,易溶于水。加热于320 ℃失去全部结晶水,成为无水硼砂。无水硼砂熔点为741 ℃,沸点为1 575 ℃。由于含水硼砂在空气中即能风化,因此应在密闭状态下储藏,否则会因失去部分结晶水而导致成分的变化,影响配料的准确性。含硼矿物主要有:硼镁石(MgHBO3),钠硼解石(NaCaB5O9·8H2O)和硅钙硼石Ca2B2(SiO4)2(OH)2。

9 引入BaO(碳酸钡)原料

BaO在碱土金属氧化物中的助熔作用最强,并能显著提高釉的折射率,增大釉面光泽。

BaO主要由硫酸钡引入。BaCO3为白色粉未,有毒,相对密度为4.43,不溶于水而溶于酸,即使有少量胃酸也会溶解,因此吸入人体内极为危险。BaCO3本身的分解温度在1 360 ℃左右,但在SiO2和其他碱性组分存在时,于700 ℃以下即能分解,并重生成硅酸盐。天然的硫酸钡(BaSO4)、氢氧化钡Ba(OH)2或硝酸钡Ba(NO3)2等也可引入BaO。由于含钡原料均有毒性,所以使用时应特别注意。

10 其他原料

除上面所讨论的几种原料以外,在瓷釉中常用的原料还有骨灰、锆英石、硫酸锶、瓷粉等。

在瓷釉中加入ZrO2或锆英石(ZrSO4)可提高釉面白度和耐磨性,且能增大抗釉面龟裂性和釉面硬度,实验证明引入7%锆英石可提高白度8%左右。

在釉中引入煅烧骨灰可提高其光泽度,使釉面温润。

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碳酸锶对降低釉的熔融温度,提高光泽度,扩大烧成范围有利。例如在日用瓷釉中以氧化锶代替氧化钙,可增加釉的流动性和溶解度,降低软化温度,提高膨胀系数。在含锆釉中,以锶化合物代替CaO或BaO将促进坯、釉中间层的化学反应。

瓷粉加入釉中,取代少部分长石,可以提高釉的熔融温度和降低釉的粘度,还可以减少釉面针孔。

此外,釉中常釆用乳浊剂如SnO2、Ti2O、ZrO2、锑化合物、氟化物、磷酸盐等,也使用一些着色剂以增加艺术感,如锰、铬、钴、铜的氧化物或化合物等。

问:陶瓷薄板要做大做薄有哪些影响因素?

答:陶瓷薄板的技术难点多,原料配方尤为突出。影响陶瓷薄板性能的因素繁多,包括材料本身、坯体强度、烧成工艺、冷加工等,而原料选择和配方设计是最为关键的因素。在研发人员的努力之下,这些问题都得到了解决。

陶瓷薄板要做大做薄,主要有5个方面的影响因素:

1)陶瓷材料本身的影响。如单纯将坯体规格变大,坯体厚度减小,将造成产品强度不够,砖坯破损率提高,甚至成品强度达不到国家标准。因此,需要从机理上改善陶瓷材料的性能,提高陶瓷砖产品使用的抗冲击性能及破坏强度。

2)烧成温度的影响。要研究与陶瓷材料配方相匹配的烧成温度,特别是当陶瓷制品薄型化后,传热传质速度加快,如采用与未减薄前同样的烧成温度,将导致材料在高温下发生蠕变软化等问题,因此宜采用低温快速烧成。

3)将产品规格变大,坯体厚度减小的同时,要保证陶瓷薄板有足够的干坯强度和成品强度。工艺过程研究是重点,其中包括粉料匹配、成形过程、干燥的配套工艺技术等。若是生产釉面制品,还应充分考虑在压制成形后的施釉、印花等工序,除了要调整成形压力和配方体系外,还应考虑如何通过改变施釉、印花等方式,减少施釉线上砖坯的破损。

4)产品冷加工过程也是产品优等率保障的重要方面,特别是对抛光类的陶瓷薄板进行刮平。

5)抛光等后期冷加工时,更要研究导致产品破损的因素。

问:瓷砖填缝用陶瓷泥、真瓷胶还是美缝剂?

答:一般用户弄不清美缝剂、陶瓷泥和真瓷胶,下面介绍一下:

1)陶瓷泥美缝就是所谓新型的塑钢泥,也可以叫它不发霉的玻璃胶,之所以说它不发霉,是因为陶瓷泥美缝在固化后坚固的跟陶瓷一样,所以除了防霉这一特性之外,它还具有修补、粘接、堵漏等功能。陶瓷泥美缝无毒、无害、无污染,不会对人体产生伤害,即便日后使用时也不会出现什么藏污纳垢、被腐蚀的情况。

2)美缝剂和真瓷胶。真瓷胶可以说属于美缝剂一类,但它却是美缝剂和陶瓷胶的升级版。

其一,真瓷胶价格高于美缝剂。

其二,真瓷胶是双组分的,而美缝剂是单组分的,真瓷胶在光泽度、强硬度、粘接力方面远胜于美缝剂,所以真瓷胶施工完成后不会和美缝剂一样中间陷落、留有凹槽,真瓷胶干了之后基本和瓷砖一样平整,而且在日后使用时不容易脱落。

其三,陶瓷泥如果用于瓷砖美缝,那么固化以后很有可能因为热胀冷缩而崩裂瓷砖,但真瓷胶的强硬度和韧性基本和瓷砖相平齐,极大的弥补了陶瓷泥的不足。

但若要是选择其中一种做瓷砖美缝,根据性价比会推荐普通美缝剂。但若是根据使用的不同区域情况,选择了参考如下:

1)卫生间、厨房等潮湿区域的瓷砖墙面用普通的玻璃胶美缝容易发霉变黑,所以可拿真瓷胶代替玻璃胶使用,尤其是阴阳角。

2)卫生间马桶、浴缸、淋浴房四周、洗手台以及厨房的灶台、门窗缝隙等地方经常接触水,可以考虑使用陶瓷泥美缝。

3)而像客厅等干燥区域,使用美缝剂来填补瓷砖缝隙是最为合适的。

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