乳白玻璃陶瓷缺陷探讨及改善措施*

张存浩

(广东健诚高科玻璃制品股份有限公司 广东 潮州 515658)

随着科学技术的发展,玻璃材料的应用越来越广泛。现化科学与技术对材料提出了更高的要求。乳白玻璃是由结晶相和玻璃相构成的复合材料。该类产品白度非常高,在使用过程中无重金析出。被广泛应用于餐具和厨房用具上。

1 乳白玻璃餐具成形工艺

1.1 定义及应用范围

日用乳白玻璃餐具,是微晶玻璃的一种。是由结晶相和玻璃相构成的一类陶瓷复合材料,一般通过对玻璃进行适当加热处理以使玻璃体内产生足量结晶相而获得。

由于外观形态与普通陶瓷餐具很像,但又比陶瓷餐具具有更高的白度、更高的机械强度,同时在重金属析出上,乳白玻璃餐具比普通陶瓷餐具更具优势。所以日用乳白玻璃餐具是普通陶瓷餐具不错的替代品。

1.2 成形工艺

日用乳白玻璃餐具的生产工艺流程图(见图1)。

图1 日用乳白玻璃餐具的生产工艺流程图

图2 乳白玻璃陶瓷成形工艺流程图

乳白玻璃陶瓷一般使用氟化物作为乳浊剂,加入氟化物之后会使玻璃的网状结构被打破。从而有利于晶体的析出。由于这个特性,乳白玻璃陶瓷一般使用电熔炉熔制玻璃液,使用冷顶工艺进行熔制。而火焰炉等其他炉型由于没有冷顶工艺,在熔制玻璃液会造成大量的氟化物挥发,不利于环境,也不利于玻璃的晶体的析出。

熔化好的玻璃液会通过流液油、上升道流至料道。在这过程中,主要是为了消除玻璃液的气泡。同时在料道时可以调整玻璃液的成形温度。对下一步成形做好准备。

目前普遍的成形工艺有压制、离心等。压制是通过两个阴阳模进行挤压。使得形成需要的形状。而离心则是通过一个阴模,然后通过离心力使得整个玻璃液均匀分布在阴模上成形。

成形后的产品经退火处理,消除残余应力,获得乳白玻璃陶瓷。

2 产品缺陷原因及解决措施

2.1 产品缺陷分类

在整个生产工艺过程中,乳白玻璃陶瓷自身的缺陷一般分为2大类,分别是:

(1)玻璃体在熔化过程中造成的缺陷。

(2)玻璃体在成形过程中造成的缺陷。

乳白玻璃陶瓷缺陷各类及产生原因是多种多样的。要查明缺陷产生的原因,并不是很简单的,消除它也比较困难。

因为乳白玻璃陶瓷缺陷的产生与玻璃的熔制工艺过程紧密相关。同一类的缺陷可能在熔制过程的不同阶段由不同原因产生。因此必须经常严格控制过程,尽可能地防止缺陷产生。

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2.2 熔化过程缺陷定义及产生原因

玻璃体的缺陷按其状态不同,如表1所示。

表1 日用玻璃陶瓷熔化过程缺陷种类及现象

冷炸、结石:在生产过程中,有时会出现乳白玻璃陶瓷在退火炉中冷却后,在不接触的情况下出现自动炸裂的情况,类似于钢化玻璃的自爆现象。钢化玻璃自爆主要原因是由于在进行钢化处理时由于应力没有处理好而造成的。而乳白玻璃陶瓷的冷炸现象是由于玻璃料不均匀造成的。严重时会产生看到明显不溶物出现,这类东西就是结石。大部份的乳白玻璃陶瓷主要是氟元素作为析晶材质,氟在熔化炉里会产生很强的腐蚀性,也就造成了氟会对熔化炉的耐火砖进行侵蚀,耐火砖主要成份是锆,这样造成锆的析出量会增加。但锆的密度比较大,在料液经过料道时。密度较重的锆会与玻璃体产生分离。而锆与玻璃体的膨胀系数又不一样。这使得玻璃料产生了一个应力。也使得产品产生炸裂现象。

针对这个问题,一般会在熔化炉的料道下打一个小孔,进行排渣处理。大造份的锆会在料道底部流出。从而减少冷炸及结石现象。

透明:乳白玻璃陶瓷是通过析晶,再经过晶体长大。使得产生乳白色。但晶体长大需要时间,如果在晶体生成前快速降温,会使得晶体长不大或者不产生晶体。这样会出现透明现象。针对这个问题,可以通过控制温度,使得玻璃陶瓷的降温处于匀速状态。即可以解决这类问题。

气泡:气泡产生的原因比较复杂。一般分为一次气泡及二次气泡:

(1)一次气泡。在玻璃的熔化过程中,原料会进行化学反应。在产生化学反应时会产生大量的气体。在澄清过程中无法将气体完全排出。此为一次气泡。一次气泡一般跟原料和澄清时间有关系。修改原料配方或才延长澄清时间,降低出料产量都可以较好地减少一次气泡的产生。

(2)二次气泡。在玻璃熔化过程中,一部份气泡会排到空气中,另一部份气泡会溶解在玻璃体中。二次气泡就是已经溶解在玻璃体的气泡,由于澄清温度的不适当。使得这些气泡再次被析出,这就是二次气泡。控制好料道的澄清温度,使料道的温度从高向低降温,会改善二次气泡的产生。

2.3 成形过程缺陷定义及产生原因

玻璃体的缺陷按其状态不同,如表2所示。

表2 日用玻璃陶瓷成形过程缺陷种类及现象

一般乳白玻璃陶瓷成形过程中的工艺流程是:

在每个步骤控制不好,都容易产生残次品。

(1)控制料滴。每个产品都一个重量,料滴需要控制重量以及温度,甚至是料滴的形状及下料位置。

控制料滴的重量与玻璃制品的重量息息相关,还影响玻璃制品成形。当料滴重量过轻时,容易出现缺料,模具填充不满或产品偏小的缺陷;当料滴重量过重时,则容易出现双边,料滴溢出模具。

玻璃制品成形开始和终了时的粘度变化随着玻璃的组成、成形方法、制品尺寸大小和重量是不相同的。玻璃液体有一个特性,高温下粘度小,低温下粘度高。玻璃的粘度越小,流动性就越大。所以当生产不同器形时,需要合理的调整好料滴温度。小器形需要相对较高的温度,不然容易出现冷斑等缺陷,大器形需要相对较低的温度,不然脱模时尚未完全定形,容易变形。料滴温度过高或过低时都可能会出现料印缺陷。通过控制温度使玻璃粘度发生改变,即可改变玻璃的流动性,以达到成形和定形。

料滴的形状及下料位置也会影响到玻璃器皿成形,如下料中心与机器转动中心不重合时候,就会出现产品偏心现象。

(2)剪切。剪刀手切割时一般用水进行冷却,否则玻璃易发生破裂。当剪刀口冷却不及时或剪刀口剪切不齐时,就会出现剪刀印这种缺陷。

(3)匹配模具。模具对成形的制品有极其重要的作用,模具的材料选择,模具的设计和加工工艺,以及模具的维护都必须给以高度的重视。模具与制品表面相接触,所以模具表面的光洁度就直接转移到制品外表面上。模具应具有良好的耐热性和热稳定性,使用热稳定性低的材料时,模具与玻璃接触的内表面容易产生裂纹。模具温度要适配,当模具温度过冷时,容易提前凝固,产生冷斑。模具需选择高抗氧化能力,在较高温下不易被氧化,应该不生锈,否则,将加速模具的损耗,并影响玻璃制品的质量,产生模灰缺陷。

(4)抛光。火抛光时应采用最少辐射热的燃烧器,使制品表面不可避免的微裂纹、折纹以及波纹等缺陷通过表面熔化消除,玻璃制品又不变形,以尖锐的“蓝”火焰为好。对制品口部进行高温加热,依靠玻璃表面张力的作用,使其口部边缘软化以恢复透明变得光滑。使用的燃料,天然气和氧气的比例不匹配时,及烧的时间过长时,容易出现口圈烧黄,口圈烧泡等缺陷。

3 结论

生产乳白玻璃陶瓷,应稳定熔制、成形、退火等工艺过程,制订合理的操作规程与工艺参数。在生产过程中需要注意如下几个方面:

(1)控制好熔化温度及出料量,同时对料道的温度更需要严格控制。同时对料道进行相应的改造。可以减少乳白玻璃陶瓷熔化过程中产生的缺陷。

(2)在成形过程中,控制好模具的温度及模具的匹配度。同时调整好下料中心。这样能很好地控制成形缺陷。

(3)生产环节的各个因素均会导致产品出现缺陷,严重的会引起炸裂或在使用过程中炸裂。因此需要严格控制,这样才能生产出具有高质量的产品。