陶瓷薄板生產工藝過程探討
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摘 要：本文結合實際，主要探討陶瓷薄板坯體配方的影響及生產工藝過程中成型、施釉、干燥、燒成等工藝的控制。
關鍵詞：薄板;強度;配方;工藝
1 前言
近兩年來陶瓷薄板生產方興未艾，好幾個大品牌廠都投入了薄板的生產。目前國內生產的最薄的產品厚度為4.5 ～ 5.5 mm。由于產品薄，并且大多數規格較大，1.8 m × 0.9 m、1.2 m × 2.4 m、1.2 m × 3.6 m等等，所以在生產過程中半成品及成品極易產生破損，對坯料配方、生產工程控制，提出了更高要求。
2 坯體配方
因為是薄板，對坯體的干燥強度和抗折強度提出了更高的要求。
2.1 可塑性原料
為了提高坯體干燥強度，選擇可塑性較好的泥料，加入比例≥22%，適當加入一定比例的坯體增強劑。
2.2 氧化鋁的加入量
為了改善坯體的熱塑變形性能和強度，適當增加坯體中Al203的含量。一般坯料配方的Al203含量18 ～ 20%，薄板Al203含量調整到22%左右為宜，可通過鋁礬土、高鋁砂、黏土等方式引入配方中。
2.3 長石
引入鉀長石和鈉長石。鈉長石熔體的黏度低，能促進石英、高嶺石分解產物及其它組分的熔解，有利于莫來石晶體的形成。同時，加入適當比例的鉀長石來調整熔體的黏度和形成速度，有利于克服薄板變形，同時降低坯料的燒成溫度，且鉀長石熔融時有白榴子石和硅氧熔體生成，故熔體黏度大，在瓷質磚生產中有利于燒成控制，防止變形。
K2O、Na2O含量考慮各占配方重量百分比含量2 ～ 3%。
2.4 硅灰石
硅灰石加入到坯體中，具有以下優點：
（1） 硅灰石針狀晶體提供了水份排除的快速通道，可加速干燥速度，提高生坯強度和產品燒成后強度。
?。?） 干燥收縮小，燒成過程不產生氣體，對改進素坯結構、提高釉面質量很有利。
（3） 堿金屬含量少，坯體吸濕膨脹小，不易龜裂。
?。?） 坯體受熱膨脹與溫度呈線性關系，特別適合快燒。
（5）硅灰石礦物中含有少量的石榴石和透輝石，在燒成過程中可起到礦化劑作用，促進硅灰石與其它物料的反應，還能形成低黏度的玻璃相，將坯體的顆粒黏度粘接在一起，提高坯體強度，
?。?） 配方中考慮加入硅灰石8 ～ 10%。
2.5 滑石
滑石是一種很好的熔劑，也是性能優良的礦化劑。在坯體配方中加少量滑石，可降低燒成溫度，在較低溫度下形成液相，加速莫來石晶體的形成，同時擴大燒成范圍，提高瓷磚白度、機械強度和熱穩定性?；话慵尤? ～ 3%。
根據以上各種成分的特性，通過摸索試驗，調試出一種薄板配方成分如下：
各成分重量百分比：Si02：60 ～ 62%，Al2O3：21 ～ 23%，Fe2O3：0.7 ～ 0.9%，Ti02：0.35 ～ 0.45%，CaO：3.9 ～ 4.9%，MgO：1.1 ～ 1.9%，K2O：2.1 ～ 2.9%，Na2O：2.3 ～ 3.2%。實際生產中測出的生坯干燥后的抗折強度平均2.05 MPa，比一般配方高15%左右。燒成后的抗折強度達到49.8 MPa（國家標準是≥35.5 MPa）。此配方有利于減少產品生產過程的破損率，同時保證了陶瓷薄板的成品性能。
3 其它工藝方面要求
相對其它產品，大薄板的突出難點是易破損，除了配方影響，對模具成型、干燥、整條線的機械輸送、施釉工藝、燒成工藝也提出了更高要求。
3.1 成型
壓機壓力要足夠大，模具成型要布料更均勻，排氣更好。壓機設備是關鍵，目前國內有兩種類型壓機。
一是西班牙西斯特姆（SYSTEM）公司的壓機，粉料通過皮帶送入壓機，壓制成型時上下都是皮帶，這種成型方式優點是大板尺寸比較靈活，可以做到1.2 m × 3.6 m，如果定制壓機，可以做到更大。壓制后通過皮帶送出來，送粉-成型-出坯，都是通過皮帶連續運行，有利于減少損耗，缺點是這對皮帶的質量要求較高，要進口專用皮帶，用到一定次數要更換，成本較高。
另一種成型方式是傳統干壓成型，目前恒力泰YP16800壓機，最大可壓制1.35 m × 2.7 m的薄板，模具采用傳統鋼體壓膠模具，投入成本相對較低，但對模具精度、出磚平臺平整度，提出了更高要求。壓制成致密度均勻的產品后，再被輕輕推出來，再通過出磚輥臺，進入干燥。因干燥前的磚坯強度低，輥臺要足夠水平、跨度小，對輥棒軸承間距、輥棒粗細、平直度等都要力求統一，精益求精。能用平板大皮帶的用平板大皮帶輸送。
3.2 釉線輸送
釉線輸送方面也是能用平板大皮帶的用平板大皮帶，盡量減少交接口;盡量減少用三角皮帶的升降。三角皮帶輪加工精度要高，統一內外尺寸，三角皮帶接駁口盡量平滑自然，否則有點凸起都可能導致磚坯開裂。對整條生產線的水平調整要求非常高，而且這種水平調整要有連續性，電器調得要讓設備運轉平穩，交接過渡處水平，且前后運行速度一致。否則，輕碰、走走停停太多也易造成破損。有的轉彎位（一般90°轉彎），采用旋轉平臺，即磚到了兩條線交叉位置平臺就開始轉90°，不能用傳統的擋板，轉到另一方向再接著行走，盡量讓磚坯行走平穩、舒緩。
3.3 施釉
用噴釉設備比較好，采用含水少且流動性好的釉料，適當減少施釉水份，對薄板在行進過程中減少磚損、提高薄板的抗折強度都有很大幫助。同時選用高質量的施釉噴頭，施釉霧化好、釉量穩定、均勻，也有助于工藝控制。因為一般釉線要施底釉、噴墨、面釉等多道工序，而薄板太薄，坯體吸水后強度會變差，所以一般要在一個施釉工序后，釉線增加一個小干燥，一般3 ～ 6 m長，引用窯爐熱量或用電加熱，讓水份揮發一部份后，再進入下一次施釉工藝，這樣才能保證坯體強度，減少磚損。在進入窯爐前，在釉線上也最好加一個小干燥，這樣保證入窯坯體水份較小，且坯溫與窯爐前段溫差不會太大，有利于提高磚坯強度，同時有利于燒成的溫度控制，不至于入窯時磚坯急劇受熱而導致破損。 3.4 干燥和窯爐的機械傳動
為防止薄板裂磚和燒成變形，對干燥和窯爐的機械傳動要求非常高。在輥棒方面，要求輥棒直徑統一、規整平直不彎曲;兩邊旋轉軸頭和被動軸承中心距一致且水平，安裝后要求各輥棒是平行的，平時注意檢查更換。同時避免輥棒跳動，防止軸承磨損間隙大振動。同時，磚坯進干燥和窯爐前要上下吹干凈灰塵，以免粘到輥棒上，造成行磚不平。
3.5 干燥方法
對薄板這種規格較大的坯體宜采用高溫高濕干燥法，可有效提高熱介質的利用率，提高磚坯干燥質量。干燥初期，為使坯體內外能達到均勻受熱，可利用高濕度的熱介質對坯體進行加熱，不但能限制坯體表層水份的汽化和蒸發，還可以促進坯體表面吸收的熱量逐漸傳向坯內，達到良好的預熱目的。
當坯體內外各部位都被均勻預熱后，再把干燥介質的濕度和溫度降低到某一程度，使之順利進入排水階段，此時坯體內外溫度基本一致，水份的擴散能滿足外擴散需求排水能順利進行。此時，坯體排出的水量體積與收縮量體積相對應，不會產生干燥裂紋缺陷。
在干燥中后期，坯體的顆粒相互靠攏，變化很小或收縮終止，可逐步提高介質的溫度，以加快坯體的干燥速度。
坯體配方是基礎，配方中可塑性原料適量，坯體在干燥中“柔韌”性增強，配合合理的干燥制度，薄板不易干燥開裂，同時保證了干燥后的生坯強度。
3.6 燒成控制
除了上面提到的對傳動的較高要求外，對薄板的燒成制度方面要注意以下幾點。
3.6.1 窯頭干燥階段
?。?）要避免急速升溫，以防止水份蒸發過快而導致裂紋。
?。?）控制好坯體入窯水份，一般要﹤0.5%。
（3）窯爐兩側邊的輥棒與窯墻間的縫隙一定要密封好，不能有漏風現象，以減少因窯內負壓大而漏風入窯內，從而導致由于窯內溫差坯體受熱不勻而產生裂紋。
3.6.2 預熱階段
在500 ～ 600℃之間應緩慢升溫，保證石英晶型安全轉變而不產生裂紋。
3.6.3 燒成
?。?）盡量保證窯內左中右溫度一致。目前煤氣噴槍改進了很大，加上前后抽濕、抽熱、助燃、霧化風量的控制，使窯內溫度更均勻，有利于薄板均勻燒成，不變形。
?。?）燒成階段坯體中的液相大量出現，并填充到莫來石骨架中，使坯體氣孔率下降、強度增加，從而達到瓷化，體積收縮最大。如果玻璃相過大會軟化坯體的莫來石骨架，從而產生高溫變形。配方中的鋁含量高達22%左右，有利于坯體高溫強度及抗變形能力，但要注意不要過火燒，注意在適宜的溫度下，保證一定的燒成保溫時間。
3.7 冷卻階段
?。?）進入急冷前，坯體溫度不能過高，否則容易引起坯體在進入緩冷區之前未達到石英晶型轉換的溫度要求而出現裂紋。
?。?）坯體降到700℃左右，不能直接吹冷風，因780℃左右有一相變點，易產生裂紋。
?。?）無特殊要求，上下急冷風管開度要求一致，盡量保證薄板受熱均勻，避免收縮不一致而產生變形。有的采用耐溫開多孔的急冷風管貫穿窯內，效果較好。
?。?）在緩冷區（700 ～ 450℃區），要嚴格控制降溫速率，因石英在573℃左右發生晶型轉變，體積收縮。此階段在正壓或零壓狀態下控制，禁止負壓，以免吸入冷空氣而產生開裂磚。
?。?）“強冷區”（450℃左右到出窯溫度）強冷管的開度應由始端向未端逐漸開大，熱風抽出口的閘門開度由前向后逐級開大，促使熱氣流向窯尾移動。
4 結語
薄板對生產工藝過程提出了更高的要求，坯體配方是基礎，各廠家根據進廠原料情況，摸索調試出合適配方;針對薄板的薄、大的特點，對整個生產過程的設備和工藝控制也提出了更高要求。以上探討如有不足之處，懇請各位專家、同行指正。
參考文獻
[1] 蔡飛虎;馮國娟.陶瓷墻地磚生產技術[M].武漢理工大學出版社武漢，2011.
[2] 潘雄.輥道窯調試與墻地磚缺陷克服[M].佛山陶瓷雜志出版有限公司，2009.
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