·34·
全国性建材科技期刊———《陶瓷》 2003年 第3期 总第163期
一次烧成耐磨无光釉的研制
徐庆芝 杨 剑
(焦作富原陶瓷有限公司 454100) (郑州莱克陶瓷有限公司 451191)
2 配方研制
1 耐磨无光釉的特点
2. 1 坯体配方的选择
适宜于一次烧成工艺; 烧成温度范围宽, 原料丰富; 可用全生料作原料, 也可适当加入少量熔块; 烧成缺陷容易控制; 经济效益显著。
耐磨釉面砖属于高档釉面砖, 对坯体的要求较高, 要求坯体有较高的白度, 吸水率≤0. 5%, 且适应釉的烧成温度。2. 2 釉料配方的研制
1) 耐磨釉试验所用原料的化学成分如表1所示。
表1 釉用原料的化学成分(质量%)
Si O 2
长 石氧化铝石灰石苏州土氧化锌白云石硅酸锆
11. 2237. 76
1. 22
0. 18
29. 46
16. 3662. 86(ZrO 2)
3. 3847. 9467. 03
Al 2O 317. 8398. 720. 4437. 29
0. 130. 27
0. 37
54. 010. 12
0. 550. 12
98. 00
41. 5614. 261. 0041. 36
Fe 2O 30. 09
TiO 2
CaO 0. 27
MgO 0. 14
K 2O 2. 18
Na 2O 2. 51
ZnO
烧失0. 18
2) 白色耐磨釉料配方的化学成分(见表2) 。
表2 白色耐磨釉料配方的化学成分(质量%)
Si O 250. 35
Al 2O 310. 50
Fe 2O 30. 11
CaO 10. 24
MgO 2. 12
KNaO 6. 59
ZnO 5. 64
ZrO 27. 92
烧失7. 63
耐磨釉面砖一般施釉较薄, 用喷釉或甩釉的方法施釉, 容重不能太大, 容重大易造成甩釉不均匀。一般要求容重为1. 60～1. 65g / ,施釉量(不同规格产品) 为52～55㎎/ (在上述容重的条件下) , 烧成温度为1160～1180℃,入窑水分
3) 彩色耐磨釉料配方的化学成分(见表3) 。
表3 彩色耐磨釉料配方化学成分(质量%)
Si O 251. 66
Al 2O 313. 58
Fe 2O 30. 10
CaO 12. 55
MgO 1. 88
K 2O
Na 2O
ZnO 7. 7
烧失7. 73
5 釉面性能
用此釉烧出的耐磨釉面砖, 釉面细腻、柔和, 呈半亚光状态, 烧成温度范围宽。由于该釉设计的始熔温度较高, 所以釉面无针孔缺陷出现, 适宜印制各种图案。检测其釉面莫氏硬度为6左右。
7. 63
4) 化妆土化学组成(见表4) 。
表4 化妆土的化学组成(质量%)
Si O 250. 54
Al 2O 322. 36
Fe 2O 30. 11
CaO 3. 52
MgO 1. 96
K 2O 4. 90
Na 2O 1. 52
ZrO 29. 82
烧失5. 27
6 结果与分析
6. 1 化学组成的影响
1) SiO 2和Al 2O 3含量及Si /Al 值在此釉中影响很大, 因为SiO 2和Al 2O 3在釉中主要起骨架作用, 其变化直接影响着釉的性能。如Si /Al 值过高或过低, 则釉的高温粘度大, 釉面的平整度很难控制, 烧成时坯体反应生成的气体会冲破釉面而造成针孔, Si /Al 值应控制在4～6之间。
2) Na 2O 和K 2O 均为低熔点氧化物, 主要起熔剂作用。在高温下生成液相, 增大釉的熔融温度, 此液相还可填充釉中孔隙, , 3 釉浆制备
经过破碎后的长石、白云石、石灰石过18～20目筛即可入磨, 入磨时的料∶球∶水=1∶1. 8～2. 0∶0. 5, 球磨细度320目筛余0. 1%～0. 3%,釉浆容重1. 60～1. 78g / ,釉浆粘度(恩氏粘度计) 18～20s 。
4 施釉与烧成
37页)
全国性建材科技期刊———《陶瓷》 2003年 第3期 总第163期
·37·
图4、图5分别为1000℃、1110℃烧成釉面的SE M 照片。由SE M 照片可以看出, 烧成温度影响析出CeO 2晶体的大小。1110℃烧成的釉面中CeO 2晶粒要远大于1000℃烧成釉面的CeO 2晶粒。此外, 釉层厚
度对析出晶粒的形态和数量也有较大影响。在烧成温度固定的情况下, 只有当釉层厚度适当时, 才能通过烧成获得数量、形态合适的Ce O 2晶粒, 从而产生良好的闪光效果。而釉层过薄, 晶体没有生长发育的空间; 釉层过厚, 晶粒又会生长过大, 这都不利于获得良好的闪光釉面
。
从釉熔体中定向析出, 并在釉层表面以(200) 面平行于釉面择优取向, 形成这种宏观有序的结构。又由于(200) 面为原子的密积面, 对可见光有良好的反射特
性, 从而使釉面呈现特殊的镜面反光效果, 即闪光效果。根据非平衡自组织理论, “非平衡为有序之源”[3], 系统在远离平衡的条件下可以形成特殊的宏观有序结构[4]。据此, 我们可以预测:闪光釉中CeO 2晶体的定向析晶是在远离平衡的热力学条件下发生的。在以本试验配方烧制的闪光釉中, 通过扫描电镜在釉面的某一区域确实观察到了这种有趣的宏观有序结构(见图5、图6) 。深入了解析晶机理的析晶条件将有助于我们进一步优化烧成工艺。
笔者就油膏的组成、烧成温度等方面做了一些探讨。事实上, 影响闪光效果的因素还有很多, 比如釉料配方、熔化制度、釉料细度、烧成制度等, 而这些正是今后需要进一步试验和改进的方向。
参考文献
图6 1110℃烧成釉面某一区域的SE M 照片
1 李晓云, 徐霞. 闪光釉制备工艺对其性能的影响. 南京化工大学学报, 2001(3) :56～59
2 闵乃本. 晶体生长的物理基础. 上海:上海科学技术出版社, 1982
3 G . 尼科利斯, I . 普里戈京著. 徐锡申译. 非平衡系统的自组织. 北京:科学出版社, 1986
4 李如生. 非平衡态热力学和耗散结构. 北京:清华大学出版社, 1986缺陷。
6. 2 其他方面的影响
1) 烧成制度的影响
制定合理的烧成曲线, 保证烧成中充分的氧化气氛, 氧化带要长, 在釉熔融前充分排出坯体中反应时产生的气体, 减少针孔和釉泡缺陷。
2) 施釉过程中的指标控制
若坯体白度不符合要求, 施釉前还要施一层化妆土。施化妆土时坯体温度不能过高, 以低于40℃为宜, 且待化妆土干后再施面釉。同时要求釉粘度、流动性都比较好, 釉浆不能过粗、过细, 釉的稠化度不能快。
3) 熔块质量的控制
熔块质量的好坏, 直接影响着釉的质量。熔制熔块过程中, 应反应充分, 不允许夹有生料。选择熔块要选择适合坯体、质量好的熔块, 才能保证釉面质量。
2. 3 闪光机理
在釉烧过程中析出的CeO 2晶体为面心立方结构, 其(200) 面为原子的密积面[2], 界面能较低, 当Ce O 2从熔体中析出时, 该面易于发育长大。因而在釉烧过程
中析出并长大的CeO 2晶体以(200) 面为主要的显露面。在特殊的晶体生长条件(如温度场) 下, CeO 2晶粒(上接第34页) 趋于稳定, 使釉面光滑。对针孔、桔皮、波纹
等缺陷都有抑制作用。其含量大小直接影响釉的性能, 含量太高, 影响釉的热稳定性及化学性能; 含量太低, 容易造成釉的熔融温度过高, 使釉中液相量不够, 会引起很多缺陷, 釉面达不到最佳效果, 因此, 一般KNaO 合量应控制在7%左右为宜。
3) CaO 的含量在釉中起着非常重要的作用。不仅起促进熔融作用, 还可以增加釉面硬度及液相量, 使烧成温度范围加宽, 釉的适应性强; 再则CaO 对色剂的呈色均有促进作用。在此釉中CaO 的含量过低, 对无光效果不利, 对釉的热稳定性、釉面硬度也有影响。
4) Zn O 是釉的一个重要组成部分, 主要起助熔作用。由于釉中CaO 、Al 2O 3的含量都较高, 引入Zn O 还可以大幅度地调节釉面平整度, 从而使釉面细腻、平滑; 可以调节釉的高温粘度及烧成温度范围。但也不能大量引用, 用量过大, 会提高釉的耐火度, 从而导致釉面粗糙, 严重时还会出现缩釉、针孔和气泡等
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全国性建材科技期刊———《陶瓷》 2003年 第3期 总第163期
一次烧成耐磨无光釉的研制
徐庆芝 杨 剑
(焦作富原陶瓷有限公司 454100) (郑州莱克陶瓷有限公司 451191)
2 配方研制
1 耐磨无光釉的特点
2. 1 坯体配方的选择
适宜于一次烧成工艺; 烧成温度范围宽, 原料丰富; 可用全生料作原料, 也可适当加入少量熔块; 烧成缺陷容易控制; 经济效益显著。
耐磨釉面砖属于高档釉面砖, 对坯体的要求较高, 要求坯体有较高的白度, 吸水率≤0. 5%, 且适应釉的烧成温度。2. 2 釉料配方的研制
1) 耐磨釉试验所用原料的化学成分如表1所示。
表1 釉用原料的化学成分(质量%)
Si O 2
长 石氧化铝石灰石苏州土氧化锌白云石硅酸锆
11. 2237. 76
1. 22
0. 18
29. 46
16. 3662. 86(ZrO 2)
3. 3847. 9467. 03
Al 2O 317. 8398. 720. 4437. 29
0. 130. 27
0. 37
54. 010. 12
0. 550. 12
98. 00
41. 5614. 261. 0041. 36
Fe 2O 30. 09
TiO 2
CaO 0. 27
MgO 0. 14
K 2O 2. 18
Na 2O 2. 51
ZnO
烧失0. 18
2) 白色耐磨釉料配方的化学成分(见表2) 。
表2 白色耐磨釉料配方的化学成分(质量%)
Si O 250. 35
Al 2O 310. 50
Fe 2O 30. 11
CaO 10. 24
MgO 2. 12
KNaO 6. 59
ZnO 5. 64
ZrO 27. 92
烧失7. 63
耐磨釉面砖一般施釉较薄, 用喷釉或甩釉的方法施釉, 容重不能太大, 容重大易造成甩釉不均匀。一般要求容重为1. 60～1. 65g / ,施釉量(不同规格产品) 为52～55㎎/ (在上述容重的条件下) , 烧成温度为1160～1180℃,入窑水分
3) 彩色耐磨釉料配方的化学成分(见表3) 。
表3 彩色耐磨釉料配方化学成分(质量%)
Si O 251. 66
Al 2O 313. 58
Fe 2O 30. 10
CaO 12. 55
MgO 1. 88
K 2O
Na 2O
ZnO 7. 7
烧失7. 73
5 釉面性能
用此釉烧出的耐磨釉面砖, 釉面细腻、柔和, 呈半亚光状态, 烧成温度范围宽。由于该釉设计的始熔温度较高, 所以釉面无针孔缺陷出现, 适宜印制各种图案。检测其釉面莫氏硬度为6左右。
7. 63
4) 化妆土化学组成(见表4) 。
表4 化妆土的化学组成(质量%)
Si O 250. 54
Al 2O 322. 36
Fe 2O 30. 11
CaO 3. 52
MgO 1. 96
K 2O 4. 90
Na 2O 1. 52
ZrO 29. 82
烧失5. 27
6 结果与分析
6. 1 化学组成的影响
1) SiO 2和Al 2O 3含量及Si /Al 值在此釉中影响很大, 因为SiO 2和Al 2O 3在釉中主要起骨架作用, 其变化直接影响着釉的性能。如Si /Al 值过高或过低, 则釉的高温粘度大, 釉面的平整度很难控制, 烧成时坯体反应生成的气体会冲破釉面而造成针孔, Si /Al 值应控制在4～6之间。
2) Na 2O 和K 2O 均为低熔点氧化物, 主要起熔剂作用。在高温下生成液相, 增大釉的熔融温度, 此液相还可填充釉中孔隙, , 3 釉浆制备
经过破碎后的长石、白云石、石灰石过18～20目筛即可入磨, 入磨时的料∶球∶水=1∶1. 8～2. 0∶0. 5, 球磨细度320目筛余0. 1%～0. 3%,釉浆容重1. 60～1. 78g / ,釉浆粘度(恩氏粘度计) 18～20s 。
4 施釉与烧成
37页)
全国性建材科技期刊———《陶瓷》 2003年 第3期 总第163期
·37·
图4、图5分别为1000℃、1110℃烧成釉面的SE M 照片。由SE M 照片可以看出, 烧成温度影响析出CeO 2晶体的大小。1110℃烧成的釉面中CeO 2晶粒要远大于1000℃烧成釉面的CeO 2晶粒。此外, 釉层厚
度对析出晶粒的形态和数量也有较大影响。在烧成温度固定的情况下, 只有当釉层厚度适当时, 才能通过烧成获得数量、形态合适的Ce O 2晶粒, 从而产生良好的闪光效果。而釉层过薄, 晶体没有生长发育的空间; 釉层过厚, 晶粒又会生长过大, 这都不利于获得良好的闪光釉面
。
从釉熔体中定向析出, 并在釉层表面以(200) 面平行于釉面择优取向, 形成这种宏观有序的结构。又由于(200) 面为原子的密积面, 对可见光有良好的反射特
性, 从而使釉面呈现特殊的镜面反光效果, 即闪光效果。根据非平衡自组织理论, “非平衡为有序之源”[3], 系统在远离平衡的条件下可以形成特殊的宏观有序结构[4]。据此, 我们可以预测:闪光釉中CeO 2晶体的定向析晶是在远离平衡的热力学条件下发生的。在以本试验配方烧制的闪光釉中, 通过扫描电镜在釉面的某一区域确实观察到了这种有趣的宏观有序结构(见图5、图6) 。深入了解析晶机理的析晶条件将有助于我们进一步优化烧成工艺。
笔者就油膏的组成、烧成温度等方面做了一些探讨。事实上, 影响闪光效果的因素还有很多, 比如釉料配方、熔化制度、釉料细度、烧成制度等, 而这些正是今后需要进一步试验和改进的方向。
参考文献
图6 1110℃烧成釉面某一区域的SE M 照片
1 李晓云, 徐霞. 闪光釉制备工艺对其性能的影响. 南京化工大学学报, 2001(3) :56～59
2 闵乃本. 晶体生长的物理基础. 上海:上海科学技术出版社, 1982
3 G . 尼科利斯, I . 普里戈京著. 徐锡申译. 非平衡系统的自组织. 北京:科学出版社, 1986
4 李如生. 非平衡态热力学和耗散结构. 北京:清华大学出版社, 1986缺陷。
6. 2 其他方面的影响
1) 烧成制度的影响
制定合理的烧成曲线, 保证烧成中充分的氧化气氛, 氧化带要长, 在釉熔融前充分排出坯体中反应时产生的气体, 减少针孔和釉泡缺陷。
2) 施釉过程中的指标控制
若坯体白度不符合要求, 施釉前还要施一层化妆土。施化妆土时坯体温度不能过高, 以低于40℃为宜, 且待化妆土干后再施面釉。同时要求釉粘度、流动性都比较好, 釉浆不能过粗、过细, 釉的稠化度不能快。
3) 熔块质量的控制
熔块质量的好坏, 直接影响着釉的质量。熔制熔块过程中, 应反应充分, 不允许夹有生料。选择熔块要选择适合坯体、质量好的熔块, 才能保证釉面质量。
2. 3 闪光机理
在釉烧过程中析出的CeO 2晶体为面心立方结构, 其(200) 面为原子的密积面[2], 界面能较低, 当Ce O 2从熔体中析出时, 该面易于发育长大。因而在釉烧过程
中析出并长大的CeO 2晶体以(200) 面为主要的显露面。在特殊的晶体生长条件(如温度场) 下, CeO 2晶粒(上接第34页) 趋于稳定, 使釉面光滑。对针孔、桔皮、波纹
等缺陷都有抑制作用。其含量大小直接影响釉的性能, 含量太高, 影响釉的热稳定性及化学性能; 含量太低, 容易造成釉的熔融温度过高, 使釉中液相量不够, 会引起很多缺陷, 釉面达不到最佳效果, 因此, 一般KNaO 合量应控制在7%左右为宜。
3) CaO 的含量在釉中起着非常重要的作用。不仅起促进熔融作用, 还可以增加釉面硬度及液相量, 使烧成温度范围加宽, 釉的适应性强; 再则CaO 对色剂的呈色均有促进作用。在此釉中CaO 的含量过低, 对无光效果不利, 对釉的热稳定性、釉面硬度也有影响。
4) Zn O 是釉的一个重要组成部分, 主要起助熔作用。由于釉中CaO 、Al 2O 3的含量都较高, 引入Zn O 还可以大幅度地调节釉面平整度, 从而使釉面细腻、平滑; 可以调节釉的高温粘度及烧成温度范围。但也不能大量引用, 用量过大, 会提高釉的耐火度, 从而导致釉面粗糙, 严重时还会出现缩釉、针孔和气泡等