热弯陶瓷岩板生产常见问题探讨*

梁 铎 汪庆刚,2 陈鹏程,2 刘春江,2 吴洋,2

(1 蒙娜丽莎集团股份有限公司 广东 佛山 528500)

(2 广东省大尺寸陶瓷薄板企业重点实验室 广东 佛山 528500)

热弯陶瓷岩板是一种新型的曲面陶瓷板,其耐酸碱腐蚀、耐污性、耐候性较天然石质弧形板更优越,且价格比石材低,加上其独特的装饰效果,可广泛应用于室内外家具的弧形面装饰、室外耐酸防腐保护面等,对美化人居环境有着重要的意义。但热弯技术还不够成熟,对热弯技术的深度研究和技术突破是行业迫切需要解决的问题[1]。笔者就热弯陶瓷岩板在生产过程中出现的技术问题进行相关的分析探讨,以稳定热弯陶瓷产品的品质和提升生产效率。

1 实验内容

1.1 主要设备

热弯工艺的核心设备是热处理的窑炉设备,一般采用隧道式窑炉、梭式窑(抽屉式窑炉)较为常见;模具一般采用高温耐火材料,主要以高温化学结构稳定性好的刚玉莫来石质耐火材料为主;加热方式主要以电加热或天然燃料为主。其他设备有数码水刀切割机、机械弧面板磨切削机、手抛机、手动磨削机、手动磨刷机等设备。

1.2 工艺流程

热弯陶瓷岩板的工艺流程,如图1所示,入窑热弯的工艺制度和过程直接决定了热弯陶瓷岩板的效果和品质。

图1 热弯陶瓷板的工艺流程示意图

1.3 热弯陶瓷板的二次热处理温度制度

温度制度是陶瓷岩板热弯工艺的核心,岩板二次热处理最高温度控制在其烧成温度范围之间,主要根据岩板坯体配方、厚度和弯曲弧度进行调整。

笔者所使用厚度为10.5 mm 的岩板,制定最高二次热处理温度为1 180℃。不同的升温速率对产品性能有一定的影响,通常采用单室炉进行二次热处理实验,其冷却方法为自然冷却。热弯的升温曲线、保温点需要根据现有坯体的软化情况做适当的调整和测试;确保坯体在热弯过程中不开裂,表1为现有热弯工艺的温度制度。

表1 现有热弯工艺的温度制度

由于岩板在常温下是典型的脆性材料,无法对其进行塑性加工。经高温加热后,岩板坯体中玻璃相会发生软化或局部熔融,使其具有一定的塑性,可以在自重或外力的作用下发生塑性变形,该高温塑性加工过程通常也被称为二次热处理过程[2]。二次热弯的升温曲线、保温点需要根据现有坯体的软化情况做适当的调整,以确保坯体在热弯过程中不开裂不变形为佳。

2 热弯陶瓷岩板的缺陷及原因分析

2.1 热弯产品的光泽度、色差变化原因分析以及解决措施

由于热弯的温度较原始烧成的温度低,同时在热弯过程中根据热弯的不同效果需要保温较长时间及缓慢冷却,,此工艺过程会导致透明抛釉类岩板产品在热弯后出现光泽度下降、析晶、变色等问题(见图2)。

图2 二次热弯前后样品表面情况对比

笔者通过对热弯前后样品进行扫描电镜分析发现,岩板产品经过热弯工艺处理后釉层中析出了大量的晶体,这是造成釉面失透、光泽度降低的主要原因(见图3)。

图3 常规抛釉产品热弯前后显微结构图

为解决上述热弯变色光泽度下降等问题,笔者开发出了高硅低铝高锌的透明抛釉,并选取了热弯后透明不变色的样品、热弯变哑光的常规样品进行能谱分析,对比结果如图4、图5所示。

图4 热弯后透明不变色抛釉层能谱

图5 热弯后变色哑光的抛釉产品能谱

由能谱半定量分析结果可知,在釉料组成上,氧化硅、氧化钡、氧化镁、氧化钾整体含量差别不大,区别在于热弯后釉层透明不变色的抛釉配方中铝含量较低,含有极少量或者不含有钠,氧化锌的含量较高,整体硅铝比为6∶1。而普通热弯变色哑光的抛釉配方中硅铝比为3∶1,含有少量钠,氧化锌的含量较低。总体对比分析,热弯不变色光泽度较好的透明抛釉配方属 于“高硅低铝高锌的透明釉”体系[3]。釉熔体在二次热弯过程中,析晶受到热弯温度制度、釉料化学组成等影响[4],在二次热弯的制度下(热弯最高温度低于最高烧成制度30～50℃),普通的全抛釉配方及组成,在热弯最高温度点,釉熔体的粘度较大且处于半玻璃化状态,而“高硅低铝高锌的透明釉”体系在热弯温度最高点处于完全玻璃化状态,同时这种体系由于粘度较低,在热弯的高温保温阶段晶体生长较慢导致析晶情况大为减弱,保持了釉层较好的玻璃状态,因此光泽度和发色情况较稳定。

2.2 热弯产品鼓包、炸裂、开裂原因分析及解决措施

陶瓷岩板在热弯过程中有时会产生鼓包,甚至炸裂现象,如图6所示。

图6 热弯后鼓包及炸裂

由图6可知,a品牌陶瓷岩板在未弯曲之前,在升温加热接近热弯温度点的阶段出现鼓包现象;b品牌陶瓷岩板在软化弯曲之后即在慢冷阶段炸裂的情况。

其中热弯加热鼓包的现象出现较多且难解决,尤其是在刚生产或转换产品时,此工艺缺陷和不同厂家的坯体配方差异较大有主要关系,一般当坯体氧化不充分且烧结较快的情况下,坯体在二次热弯的过程中容易出现坯体鼓包现象。生产过程中坯体氧化充分、烧结较好的情况下在岩板二次热弯的过程中可以减少鼓包的情况发生。b品牌陶瓷岩板在软化弯曲之后即在慢冷阶段出现炸裂的现象,主要是板材受热不平衡导致产生热应力不均匀所致。在升温阶段,若升温速度太快,会造成板材上、下表面及内部温度不一致,产生的应力超过允许应力而炸裂。同时,在坯体缓慢冷却时降温速度太快导致退火不良,应力过大也会造成炸裂。

针对电热弯时岩板鼓包、炸裂、开裂问题提出以下解决措施:

(1)根据不同的产品探索合理的热弯工艺制度。

(2)加热电阻丝的分布和模具的支承方式要合理。在热弯过程中对于需要重点热弯的部分一般单独布局加热丝,加热的过程应使用模具保护发热丝不与产品接触,避免局部温度偏高导致炸裂、开裂的情况发生;岩板在模具上的位置应处于窑炉上、下两排“品”字型加热丝布局中心线的中间,防止加热丝直接烧在板上,以求靠气流均匀加热板材实现热弯的目的。

(3)调整热弯的加热操作模式。在刚生产或换产品时,要用小实验炉模拟相关工艺曲线,保证升温和降温的速率的均匀一致性和可控性;在达到设定温度的前提下,要求操作工在升温阶段尽可能保持炉体内的电热丝均匀缓慢升温,保证温度上升的均匀性,防止产品局部热弯过程太快而导致表面产生褶皱纹现象(见图7)。

图7 热弯后产品产生褶皱纹现象

2.3 热弯产品弧形变形原因及解决措施

热弯陶瓷岩板出窑后有时弧面变形度和母线直度偏差较大,生产大直径板时更难控制。主要原因是模具在窑中发生了变形和热弯岩板在降温阶段发生了“反弹”现象,需改进模具的质量,使用低收缩的新型耐火材料模具。可考虑使用空心高强、耐高温的耐火管状材料(见图8)为模具的弧面,降低

图8 圆柱形模具造型

图9 小凹槽技术降低热弯难度

3 结论

(1)岩板的釉面配方对热弯弧形岩板的釉面光泽及变色问题起到决定性作用,需要有针对性的开发亮光透明釉、不变色的哑光釉等配方,确保热弯前后釉面的光泽度一致、发色稳定和釉面质量平整光滑。

(2)选择坯体氧化较好的岩板产品,可以有效减少热弯过程中鼓包、釉面二次气泡的产生,确保热弯后的产品釉面质量符合预期效果;另外,合理的热弯制度可以避免热弯过程中的产品开裂,需要多次实验确定热弯产品的升降温曲线。

(3)选择合适的模具材料,配合模具结构设计,同时合理的加热方式能够更好地控制热弯尺寸,减少热弯后弧形岩板的变形开裂等问题。