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浅谈陶瓷砖生料釉的调试

  摘 要:本文叙述了陶瓷砖生料釉的调试基础入门,列举了调试生料釉的常用原料的化学属性,釉料配方构架体系及配方性能的调试方法。
  关健词:生料釉;原料;热膨胀系数值;构架
  1 引言
  釉料是陶瓷坯体的外衣,如果说人的外表需要靠衣服装扮,那么釉料就可以看成是装扮陶瓷坯体的衣服,人根据身体高矮胖瘦以及审美观来挑选合适的衣服,陶瓷坯体则依据膨胀系数表面质感等来进行配方的调试选择,如何调试出一个科学合理的配方,那就需要对釉用原材料、配方构架等理论知识有相当的掌握。本文围绕原料、配方构架简单谈谈对于生料釉的调试方法。
  2 生料釉概念
  生料釉是指釉用的全部原料都不经过预选熔制,直接加水研磨加工调制而成浆料。生料釉由不溶于水的原料所组成,制备工艺过程与坯料基本相同,一般是先将洗选好的硬质原料粉碎,再与精选的粘土原料配合进行湿法球磨,磨细的釉浆,须经除铁、过筛、陈腐,方可使用。
  3 生料釉釉用常见原料与分类
  3.1主熔剂类原料
  钾长石:K2O・Al2O3・6SiO2,碱金属和碱土金属的铝硅酸盐,主熔剂长石族中最常见的一种长石。钾长石熔点约在1130 ~ 1450℃开始分解熔融,粘度较大,由于钾长石矿常常伴生钠长石,故钾长石中或多或少含钠成分,而钠含量越高则该钾长石熔点越低,越易熔融;钾长石烧成范围较钠长石宽;钾长石在喷墨发色中利红色;K2O的热膨胀系数值为8.5,属膨胀系数较大的矿物,依此可调节釉料的膨胀系数。
  �c长石:Na2O・Al2O3・6SiO2,碱金属和碱土金属的铝硅酸盐,主熔剂长石族中最常见的一种长石。钠长石是常用低温熔剂,助熔效果比钾长石好,烧成范围比钾长石窄;钠长石在喷墨发色中利黄色;Na2O的热膨胀系数值为10.0,膨胀系数值比钾长石大,据此可用来调节釉料的膨胀系数。
  锂长石或叫锂辉石:Li2O・Al2O3・4SiO2,碱金属和碱土金属的铝硅酸盐。锂辉石是提供廉价氧化锂矿物的原料,具有很强的助熔作用,含Li2O的熔液熔解石英的能力比钾、钠长石熔液强;Li2O的热膨胀系数值为2.0,可明显降低釉料的膨胀系数,但因价格较贵,常用另一种含锂矿物即锂瓷石代替,以此引入Li2O。
  霞石:一种常见的霞石其化学式为K2O・3Na2O・4Al2O3・3SiO2,碱金属和碱土金属的铝硅酸盐。钾钠钙含量高的霞石加入少许到哑光釉中可增加釉面柔和细腻的质感;因其含钾、钠尤其钠含量高,膨胀系数值一般比钠长石还高,生料釉中常依此特性常运用于高膨胀系数值的釉料中;霞石因其含铝量高,不利于喷墨发色。
  3.2 助熔剂类原料
  3.2.1含氧化镁类
  滑石:3MgO・4SiO2・H2O,天然的含水硅酸镁矿物,常与透闪石、绿泥石、蛇纹石、白云石等含镁矿物共生。生料釉一般使用煅烧过的即失去结晶水的煅烧滑石,可改善釉层弹性;抗热震、白度也相应提高;属硬质熔剂,高温下助熔,常用于哑光釉的助熔和消光,MgO的热膨胀系数值为0.1,引入配方中可降低釉料的膨胀系数;滑石在喷墨发色中随着用量的增大会使墨水发色趋于暗调,尤其对棕色明显。
  白云石:CaCO3・MgCO3,沉积岩中广泛分布的矿物之一,在800℃先分解出MgO与CO2,到950℃再分解出CaO与CO2。釉料中引入白云石等于同时引入了氧化钙和氧化镁,在高温时起助熔作用,促进石英的熔解和莫来石的生成,助釉透明,不易乳浊;生料釉中钙含量较高情况下,有助于提升哑光釉面的细腻质感;白云石不利于喷墨发色,尤其不利黄色。
  3.2.2 含氧化钙类
  石灰石:CaCO3,主要成分含碳酸钙,常见其他的还有诸如方解石、重钙、轻钙等主要成分都是含CaCO3的矿物,只是纯度稍有不同。在860 ~ 970℃时分解成CaO与CO2,是一种高温助熔剂,常用于哑光釉的助熔和消光,CaO热膨胀系数值为5.0。
  白云石:CaCO3・MgCO3,此处主要理解为引入白云石时是为了引入一部分CaO。
  硅灰石:CaO・SiO2,一种天然的偏硅酸钙矿物,常见的为β-硅灰石。因硅灰石不含挥发成分,而且干燥收缩、烧成收缩都很小,其线膨胀系数较小,有利于快速烧成,适合用来调制高温快烧的釉料;用它代替石灰石和石英时,釉面不会因为析出气体而产生釉泡和针孔;调制生料釉时用它代替部分其他含钙原料,可调整透明度及光泽,且因含二氧化硅,在细腻哑光釉中可抑制钙钡氧化物的析晶;硅灰石的热膨胀系数值为6.67。
  3.2.3含钡类
  碳酸钡:BaCO3,天然矿物叫毒重石,碳酸钡的分解温度较高,达1400 ~ 1450℃。调制生料釉时少量的加入,助熔效果明显,折光率高;当以钡为主的钡无光釉,釉面柔和易析晶;但用量加到一定量后,反而使釉变得难容;它是一种硬质熔剂,助熔范围宽,有利于喷墨墨水的发色,现今的仿古哑光釉及哑光全抛釉等透明和半透明釉,钡熔剂占10 ~ 20%左右,利于发色;BaO的热膨胀系数值为3.0。
  硫酸钡:BaSO4,天然矿石有重晶石,加入生料釉中助熔效果明显,能减少釉面浪纹和针孔等缺陷,但需严格控制加入量,以防止SO2气体对窑体的腐蚀及对空气的污染。
  3.2.4含锶类
  碳酸锶:SrCO3,在生料釉中类似钙的作用,加入了含碳酸锶的釉,釉面所起的针孔或气泡比含钙、锌、镁和钡的少,碳酸锶是很容易分解的,而碳酸钡却是很稳的。因其比碳酸钡价格贵,限制了其使用量,另外需注意其造成由热膨胀引起的残余变形略大些。
  3.2.5其他类
  氧化锌:ZnO,两性氧化物,昂贵但几乎不可缺的助熔剂。助熔效果显著,利于发色,尤其利红色;能降低釉料膨胀系数,防止开裂,增加釉面弹性,增大成熟温度范围;生料釉中几乎用煅烧过的氧化锌,以防止可能引起的卷釉缺陷,改善釉浆性能。   熔块:大部分用于调制生料釉的熔块都可以视其为助熔剂,根据熔块本身的化学成分含量,相应减少部分钙、镁、钡、锌或其它原料的摄入,经过高温熔制的熔块,几乎不产生气体烧失,利于配方的稳定,增加釉料的烧成范围。
  3.3填充剂(或叫骨架)类原料
  石英:SiO2,釉的主要成分之一。熔融温度高,硬度高的一种地壳分布极为广泛的造岩矿物,加入生料釉中调整硅铝比,进而调整釉面光泽度及火度,提高釉的强度,能提高釉的烧结温度,能生成玻璃增加透光。
  氧化铝:Al2O3,釉的主要成分之一。通常釉中外加入氧化铝单种原料,是为了提高釉料火度,消弱釉面光泽,增加釉面耐磨,增大熔融粘度始熔点;同时提升釉的稳定性,降低釉的膨胀系数。
  煅烧高岭土:Al2O3・2SiO2,经特殊加工处理的高岭土,其中铁和碱金属的含量均较低,实际上,其中所含的氧化铝96%都已转变为莫来石(3Al2O3・2SiO2)。调制生料釉时加入釉中同时引入了硅、铝,提高釉料火度,消弱釉面光泽,能降低釉的膨胀系数,提高釉料的始熔点。
  3.4悬浮剂类原料
  高岭土:Al2O3・2SiO2・2H2O,一种由高岭石组成的纯净粘土,釉中不可或缺的原料之一,釉中加入高岭土,能显著提升釉浆的悬浮性能和粘性,使釉浆不易沉淀;同时引入了硅、铝,提高了釉料火度。
  球土:球土的化学组成一般认为是Al2O3・2SiO2・2H2O,实际上其组成范围比较宽。它是一种可塑性较强的沉积粘土,颗粒度�、含有较多的有机物质。生料釉中引入适当球土以替代部分高岭土,可明显改善釉浆塑性及悬浮性,使得施釉后釉面收水均匀,提高施釉质量,但要注意添加量,否则添加过多易引起釉浆气泡的增多且不易逸出,造成施釉缺陷。同时引入了硅、铝,提高了釉料火度及白度。
  气刀土:化学组成可视其为与高岭土相当,即Al2O3・2SiO2・2H2O。气刀可理解为一种加工手段,其一般常见用于熔块釉中,以获得釉浆的悬浮性和粘性,提高白度,膨胀系数较小。
  3.5失透剂(或叫乳浊剂)
  硅酸锆:化学式ZrSiO4,天然矿石为锆英石,最常用的乳浊剂,广泛应用于制造乳浊釉。其具有较低的线膨胀系数,具有较好的热稳定性,但加入釉中会增加釉的高温粘度。
  4 熔剂相关知识
  4.1熔剂的概念
  一般指能帮助配方降低其他物质软化或熔融温度的物质。
  4.2熔剂的分类
  按化学性质可分为:(1)碱性助熔剂――以碱金属氧化物(主要为Li2O、Na2O、K2O)或碱土金属氧化物(主要为MgO 、CaO、SrO、BaO)为主要组分;(2)酸性助熔剂――以氧化硼或二氧化硅为主要组分;(3)中性助熔剂――以氧化铝、氧化锌等为主要组分。
  4.3生料釉中有关助熔剂的使用温度范围
  (1)Li2O、Na2O、K2O中,Na2O熔融温度较低,较易挥发,K2O、Li2O较难挥发,K2O的烧成温度较宽;
  (2)MgO在1170℃以上才起助熔作用,CaO在1100℃以上起助熔作用;
  (3)SrO的助熔温度范围很广。
  5 生料釉调试举例
  建筑陶瓷生产过程中使用的釉料可分为两大类:即透明釉和乳浊釉,再根据釉面光泽度可分为高光、柔光、哑光和无光釉,下面就透明釉和乳浊釉列举部分例子。
  5.1透明釉
  生料透明釉要求基本不乳浊,透光率高,穿透力强,因此乳浊类原料如锆、镁类原料应当少加或不加。其配方构架为:主熔剂 + 助熔剂 + 悬浮剂 + 填充剂。配方架构示例:
  主熔剂长石类:20 ~ 50%(钾、钠长石等);
  助熔剂含镁类:0 ~ 10%(煅烧滑石、白云石等);
  助熔剂含钙类:0 ~ 15%(石灰石、方解石、白云石、硅灰石等);
  助熔剂含钡类:0 ~ 15%(碳酸钡、硫酸钡);
  助熔剂含锌类:2 ~ 12%(氧化锌);
  助熔剂熔块:0 ~ 30%(透明熔块);
  悬浮剂高岭土类:5 ~ 15%(高岭土、球粘土等);
  悬浮剂填充剂类:0 ~ 20%(石英、氧化铝、煅烧高岭土等)。
  透明釉的应用如下:
  (1)作效果釉。
  透明釉球磨达到325目筛余在0.5%以内,与丝网印刷或其他施釉方式施于面釉上可作透明浮凸效果釉,营造浮凸效果,如果需要亮度高的透明浮凸釉则调整硅铝比把釉面光泽度调亮点即可,哑光透明釉反之。有些陶瓷企业直接用透明熔块加些氧化铝和氧化锌,球磨后与印油配比作为透明浮凸效果釉,立体手感效果非常强烈。
  (2)作透明面釉。
  透明釉球磨成水釉可淋在底釉上作面釉,常见于仿古透明面釉,或单独施于坯面,常用于通体砖。
  (3)作抛釉。
  现行业全面流行推广的全抛釉或金刚釉本质即为透明釉。
  5.2乳浊釉
  乳浊釉即是在透明釉中加入硅酸锆,二氧化钛,氧化锡,等乳浊剂呈乳浊不透明效果。生料釉中最常用的乳浊剂为硅酸锆,即为锆乳浊釉;高温锆乳浊釉常施于坯面作化妆土使用,哑光细腻乳浊釉则用于仿古地砖面釉使用。
  锆乳浊釉配方示例(%)如下:
  主熔剂长石类:20 ~ 50%(钾、钠长石等);
  助熔剂含镁类:0 ~ 15%(煅烧滑石、白云石等);
  助熔剂含钙类:0 ~ 15%(石灰石、方解石、白云石、硅灰石等);
  助熔剂含钡类:0 ~ 20%(碳酸钡、硫酸钡);
  助熔剂含锌类:2 ~ 5%(氧化锌);
  助熔剂熔块:0 ~ 20%(乳浊熔块);   悬浮剂高岭土类:5 ~ 15%(高岭土、球粘土等);
  悬浮剂填充剂类:0 ~ 20%(石英、氧化铝、煅烧高岭土等);
  乳�峒凉杷犸�:0 ~ 20%。
  6 各釉料特性的调试常用方法
  6.1釉面质感调整方法
  釉面质感对许多哑光釉面砖来说非常重要,常用调整方法为:(1)减少氧化铝、煅烧高岭土、石英、硅酸锆等高温粘度大的原料用量;(2)适当加大助熔剂的用量,控制硅含量抑制釉面析晶;(3)适当降低釉料球磨细度;(4)适当增加施釉量。
  6.2提升釉料始熔点调整方法
  釉料始熔点过低,易阻碍坯体排气,造成釉面出现大面积针孔,提升始熔点的常用方法是适当增加氧化铝、煅烧土和石英的用量。
  6.3釉料膨胀系数调整方法
  釉料膨胀系数过大时会出现砖型反翘,砖型后期反弹,热稳定时龟裂和釉层脱落等现象,调小釉料膨胀系数的常用方法为适当减少烧滑石、碳酸钙、石英、长石等膨胀系数大的原料加入量,并适当增加氧化铝、粘土和硅酸锆等膨胀系数小的原料。把釉料膨胀系数调大则反之。
  6.4釉料烧成范围调整方法
  烧成范围过小的釉料,窑炉温度稍微变动,釉面就会受到影响。增加釉料烧成范围的方法是适当减少钠长石等烧成范围较窄的原料加入量,适当增加钾长石、氧化铝、氧化锌等烧成范围较宽原料的加入量。
  6.5釉料发色强度调整方法
  普通釉料发色不强,往往是锆、钙、镁类乳浊原料加得太多,乳浊类原料过多对色料发色非常不利,丝网釉料一般适当增加氧化铝(煅烧),氧化锌(煅烧),碳酸钡和石英等增强发色。喷墨发色弱往往是面釉白度不够(但是面釉过白也非常吃色,多次试验取两者平衡点),设计稿灰度不合理,喷头和墨水质量问题。加入适量的氧化锌对大部分颜色发色有利,如果添加过量,氧化锌容易析晶把颜色覆盖住。
  6.6釉料表面硬度的调整
  增大釉面的硬度往往适当增加碳酸钙、石英、硅灰石和氧化铝等硬度好的原料加入量。
  7 结语
  调配一支优质的好釉,必须符合下列要求:(1)除非因特殊效果,像无光釉外,它应具有均匀的、光滑的、无针孔、光泽的玻璃质表面;(2)釉与坯体的膨胀系数要匹配,才不会发生剥落或开裂现象,才不会引起成品的上凸和下凹;(3)釉质需坚硬,不易磨花,并具有耐水、耐酸碱、不透气的性质;(4)加入色料,可以显出希望得到的色彩。

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