超大规格薄瓷板的研制

陈静编译

（成都当代环境艺术设计有限公司，成都 610000）

1 前言

众所周知，瓷砖作为一种不燃性装饰材料，建筑设计人员就其使用具有较高的信赖度。近些年来，超大规格薄瓷板应用正在逐步推广。它虽具有诸多良好的性能，但由于其属脆性材料，经受冲击超过自身的耐久力，易断裂。有关专利文献报道了一种大规格薄瓷板的生产工艺，由于在原料中使用纤维质矿物硅灰石，冲击力超过耐久力，难以断裂。但是，为了提高强度，进一步提高烧结度时，素坯难以保持烧成形状。近来，海外一瓷砖生产企业研制出强度特性、耐热冲击和抗冻性良好的超大规格薄瓷板。

这里所指大规格薄板的厚度在1～10 mm，最好1～6 mm，一边长度为800～3000 mm。板体可与金属板、石膏板、胶合玻璃纤维布等材料叠合成复合板材使用。

2 研制方案

其方案如下：结晶相含有莫来石和含或不含石英。石英含有量在0～20%范围内。瓷板中，Ca元素即CaO为0～1%，Mg元素即MgO为0～1%。最好含有Zr即ZrO为3～15%。由于结晶相含有莫来石，石英含量在所定范围内，热变化下难以产生裂纹，满足强度、耐热冲击性和抗冻性的要求。结晶相含有长石结晶矿物，钾长石和钠长石中的至少一种。结晶相最好不含钙长石。研制表明，结晶相中含有钙长石的原大规格瓷板因含较多Ca，提高烧成度时，易熔化变形。结晶相含莫来石和钙长石时，莫来石含量应多于钙长石含量，这样可抑制熔化变形，提高制品形状稳定性。若含石英，其含量最佳为10～20%，板中石英含量越少，耐热冲击性越好。长石结晶矿物含量下限值为10%，最佳为20～40%。

一般说来，生产吸水率在1%以下的瓷砖时，在原料中使用长石作溶材，有助于物料熔融，与其它成分化学反应，形成与物料质异的结晶相和非结晶相，物料中含有的部分玻璃质矿物不熔融而残留，烧成后保持与物料同质的结晶相。残留的玻璃质矿物颗粒即长石结晶矿物作为晶核，在其周围附着其它的晶相和玻璃质矿物颗粒，烧成时保持良好形状。因此，通过调节烧成条件，使部分玻璃质矿物熔融化学反应，一部分保持其结晶相，不仅烧成时保持良好形状，而且变化较快，缩短烧成时间，快速烧成。特别是就生产吸水率在1%以下的大规格瓷板而言，由于可快速烧成，减轻制品翘曲，研制变形和龟裂。此外，物料中石英含量在20%以下，玻璃质矿物可为晶核得以有效利用，热变化下难以产生裂纹，获得强度特性、抗冻性和耐热冲击良好的大规格薄瓷板。瓷板的理想化学组成如表1所示。

表1 化学组成（%）

正如上述，要求瓷板的吸水率在1%以下（最好0.01～0.5%），这有助于确保大规格的强度，而且由于含有莫来石成分，可获得耐热冲击性，即便燃烧也不会熔融变形，同时抑制水对板体的渗透，防止水冻结引起的破损，适宜用于外墙装饰。对该大规格施釉时，其平均膨胀率应大于釉层，即便瓷板为大规格薄型，也能防止翘曲。

3 原料及配比

大规格瓷板是由粘土矿物、玻璃质矿物和氧化锆矿物的混合料成形、烧结而成。原料配料按表1化学组成制备，特别是石英、Ca和Mg元素要控制在所定范围内，这样在烧成过程中，莫来石结晶相较钙长石相优先生成，这可获得如下好处：利于吸水率达1%以下，在热变化下难以产生裂纹，形状稳定性好，可实现陡波形加热曲线下的快速烧成，提高生产效率。

粘土矿物属一种形成陶瓷骨格的物质，如粘土、瓷石、高岭土、绢云母等。粘土有天然和合成两种。天然粘土有以粘土矿物为主体的高可塑性粘土，具体是木节粘土、页岩粘土、陶土。粘土矿物用量为配料总量的10～70%（15～60%最佳）。这里配料总量是指形成烧结体的用量总量，不包括湿法成形中所用的拌合水、表面活性剂和有机高分子材。玻璃质矿物材有长石、白云母等。其中理想的为长石，如钾长石和钠长石。玻璃质矿物料用量为配料总量的30～90%（40～80%最佳）。含锆矿物料有锆石、氧化锆、碳酸锆等，最宜使用的是锆石。含锆矿物料用量为配料总量的3～25%（5～15%最佳）。就生产超大规格瓷板而言，为使烧结体中主要生成物为莫来石结晶相，原料中来自灰长石、石灰石或硅灰石中的Ca化合物最好控制在最低量。因为含有这种化合物，陶瓷中生成钙长石，较多含有，烧结时熔化显著变形。配料中亦可使用集料。由于配料中减少了易熔化成分，较原本用料的干燥性降低，掺用集料抑制可抑制坯体干燥裂纹形成。集料宜使用熟耐火土、硅石、废陶瓷粉等。低吸水性陶瓷原料以使用废陶瓷粉为好。集料粒径为1.7 mm以下（0.5 mm以下最佳），这可降低大规格瓷板的吸水率。湿法成形时，集料粒径最好在0.1 mm以上，有利于缩短干燥时间。集料用料为配料总量的0～20%。为着色瓷板，原料中可添加色料，以使用无机颜料为好。其用量为配料总量的0～5%。按以上要求配料，烧制的大规格瓷板可获得良好的强度、抗冻性和耐热冲击性。

4 生产方法

坯体采用湿法或干法成形。湿法成形具有以下优点：不需要大型模具和压机，易根据各种规格成形平板、中空或异形（如曲面状）的坯体，干燥前可在其表面经不锈钢辊形成各式各样的浮雕花纹。干法成形的优点是不需要干燥，即使干燥，条件温和，降低生产能耗；由于坯体含水量减少，干燥收缩小，内部收缩变形小，易生产翘曲变形小的超大规格瓷板；坯体成形时不像湿法那样，坯体内部原料定向，而难以形成定向分布，瓷板形状稳定性好。

坯体烧成前，可进行干燥（包括加热干燥）。干燥最高温度50～200℃，80～150℃最佳。在所设定温度下干燥，烧制瓷板无干燥裂纹和翘曲。

坯体烧成条件：烧成最高温度1100～1200℃，1100～1180℃最佳。在该烧成温度下，获得无裂纹、无变形的薄型大规格瓷板。烧成的瓷板还可进行后修饰加工处理。坯体在正式烧成前，也预烧。预烧温度为600～1140℃，800～1100℃最佳。在该温度范围内预烧，瓷板无裂缝和变形。烧成前或后可施釉。以釉浆或釉粒形态施釉。采用体素烧后施釉，再烧成的方式为好。

5 试验

（1）试验 1

将用作粘土矿物的粘土和用作玻璃质矿物的长石按所定化学成分，制备混合料，置于磨机中混合细磨，喷雾干燥成粉料，经25000 t压坯机的35～40 MPa压力压制成尺寸为1090×3270×5.5（mm）的坯体，于150℃下热干燥25 min，送入辊道窑，由常温经30 min升温至1170℃，保持10 min，经20 min冷却出窑，制成大规格薄瓷板。

（2）试验 2～4

除使用的粘土矿物和玻璃质矿物原料、混合物的石英含量和组成不同外，其余试验过程与试验1相同，制成大规格薄瓷板。

（3）试验5

除在试验4所用原料中添加以氧化铁为主要成分的颜料2%外，其余过程与试验1相同，制成大规格薄瓷板。

（4）试验6

除原料中配合含锆矿物锆石外，其余试验过程与试验1相同，制成大规格薄瓷板。

上述试验结果如表2所示。表中表明，试验获得良好结果。

表2 化学组成及试验结果

6 结语

通过调整化学组成，板体中含结晶相莫来石和石英（或不含石英）时，石英含量在0～20%，CaO在0～1%，MgO在0～1%，最好还含有3～15%的ZrO2，可烧制强度特性、抗冻性和耐热冲击性良好、吸水率小的超大规格薄瓷板。