陶瓷中板的制备与性能研究
1前言
陶瓷中板是指厚度在7~8mm，吸水率介于低吸水率抛光砖和高吸水率瓷片之间陶瓷砖产品。陶瓷中板表面一般采用全抛釉制备工艺，颜色花纹丰富、纹理逼真，表面装饰效果好，可满足不同装修风格。生产流程标准与常见的全抛釉或仿古砖基本相近，后期成型尺寸误差更小。陶瓷中板可上墙可铺地，空间效果的整体性好，上墙替代传统瓷片优势明显。同时，陶瓷中板厚度适中，可节省原料，降低能耗，相比常规厚板节材节能30%左右，符合国家节能减排的要求，且运输轻便，成本较低。近年来，陶瓷中板深受消费者青睐，具有良好的市场前景。目前，有很多企业都新开了陶瓷中板线，但对陶瓷中板的研究报道相对较少。本文主要研究了陶瓷中板的配方组成及相关工艺参数对中板性能的影响。
2实验过程
2.1原料
实验室采用大生产的普通原料，具体包括混合土、球土、钠长石粉、钾长石粉、中温砂、高温砂、矿泥、压榨泥及坯体增强剂等。各种原料的化学成分分析结果见表1。
表1 原料的化学组成（wt.%）
2.2工艺流程
陶瓷中板的制备工艺类似抛釉砖，经过配料配料、原料称量、球磨、过筛除铁、造粒、压制成型、干燥、施底釉、喷墨印花、施面釉、抛光及磨边等工艺。表2为本实验陶瓷中板的配方组成。
表2 坯体配方组成范围
实验用坯体的化学成组成如表3。
表3 坯体的化学组成
对于陶瓷配体配方的实验式表达，一般取中性氧化物的摩尔数之和为1，如图1所示。
图1 坯料的实验式
实验具体工艺参数如表4所示。
表4 实验工艺参数
2.3性能测试
化学成分测试：采用型号WGH6400火焰光度计和型号DHF83(B)化学快速全分析仪；
强度测试：采用数显陶瓷TZS-8000抗折试验机；
吸水率测试：采用CXK-A陶瓷吸水率真空装置吸水率试验机；
其他测试结果由国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心提供，检测依据为GB/T 4100-2015（附录H）《陶瓷砖 附录H 干压陶瓷砖》和GB4100-2010《建筑材料放射性核素限量》。
3问题与讨论
为了对比陶瓷中板的物化性能，同时检测了普通厚度的瓷质抛釉砖和高吸水率瓷片。表5为不同类型的陶瓷砖主要性能参数，由表可知，陶瓷中板的表面平整度与抛釉砖接近；吸水率在1.7~1.8%范围，属炻质砖范畴；断裂模数平均值为37MPa，远高于瓷片，与抛釉砖的断裂模数相当。
表5 不同类型陶瓷砖主要性能
中板相对普通的全抛釉产品厚度薄，采用一次快烧，在中试过程中主要发现一些问题，例如：坯体强度偏低，在传送及釉线容易破损，烧成中釉面出现针孔，成品存在一定的滞后变形，在抛光中破损率偏高等问题，影响成品率，针对上述问题，我们从配方、工艺等方面做了适当的调整，问题有了明显的改善，主要调整与对策如下：
（1）坯体强度不足的对策。
1）适当增加压机压力，从开始压制压力的26000KN增加到28000KN，生坯干燥后的断裂模数由1.3~1.5MPa提高到1.5~1.8MPa，生坯强度得到了一定的提升。
2）调整坯体配方，在配方中适当增加可塑性泥类的用量，较初始配方增加1%到2%的用量，通过可塑性泥的增加坯体强度由1.3~1.5MPa提高到1.5~1.7MPa。
3）调整粉料水份，适当降低粉料的水份，由开始粉料的7.0%~7.2%水份降低到6.8%~7.0%，通过减少2%左右的水份的使得坯体强度增加0.5~1.0MPa。
4）调整粉料的颗粒级配，合理的粉料颗粒级配，使粉料的堆积密度最大，调整后的粉料颗粒级配如下：40目55-65%，60目20-25%，100目≤10%，100目下≤3%。
通过上述增加原料配方中的可塑性的泥料、适当增加成型压力、合理的粉料颗粒级配，生坯的干燥强度得到明显提升，由1.2~1.5MPa提高到1.8~2.2MPa，坯体破损问题达到明显的改善，满足实际生产的需求。
（2）滞后变形问题的对策。
在试制中发现存在一定的滞后变形，滞后变形是指在烧成后的成品在放置一段时间或泡水后砖形会存在一定的变化，出现向某个方向反弹，有些幅度很大，表面平整度变化甚至超过0.4mm，严重时会出现反翘而造成变形超标，影响使用。分析滞后变形的原因主要是坯釉之间的热应力在烧成中没有完全释放，另一方面是坯体吸湿膨胀等综合因素所造成，解决问题我们从烧成及坯釉配方两个方面着手调整。
1）调整坯釉配方，使得坯釉膨胀系数更为匹配，坯的膨胀系统稍微大于釉的膨胀系数，使得烧结后坯釉结具有更好的结合性，烧成后应力降低。
2）调整烧成曲线，提高烧成温度5-10°C ，适当延长高温保温时间，合理降温速率，降低成品的吸水率，吸水率由2.2%降低到1.7%，使得热应力达到充分的释放。
实验中通过调整坯釉配方，调整烧成温度曲线，滞后变形有了明显的改善，蒸煮8h后滞后变形在1.5~2.0mm以内，根据变形规律，调整合适的出窑砖形，基本足后面抛光需求，抛光后的成品满足出厂要求，泡水24h后滞后变形不超。
（3）针孔问题的对策。
为了减少研制过程的影响因素，试制中采用配方成熟的成品釉，试制时针孔产生的原因主要是来自施釉工艺因及烧成制度，在工艺中做了以下调整。
1）施釉工艺的调整，适当降低淋釉前坯温度8~10°C，喷水改为甲基水等工艺措施的调整，减少因施釉的坯体温度过高，水份急剧挥发而带来的釉面针孔。
2）调整烧成曲线，增加氧化时间，使得釉面在始熔温度以前将坯体的气体挥发，延长中温带，减少高温烧成时间等措施，针孔问题达到明显的改善。
（4）抛光破损的对策。
陶瓷中板产品厚度不超过8mm，坯体的破坏强度较普通产品低300~500N，在抛光过程中易出现破损问题，在抛光工段，适当降低磨头压力，调节合理的抛光线速度，砖形控制在合理的范围内，破损问题达到了明显的改善。
实验陶瓷中板产品已通过中试评审并付诸生产，单窑日产26500平米，合格品率达96%，市场认可度高。产品的理化性能优于传统的瓷片性能，是内墙装修的理想材料，具有花色品种丰富，表面抛光，光泽度超过90度，装饰档次高。合理的吸水率及优异的理化性能指标，解决了瓷质砖上墙易空鼓脱落，同时又解决瓷片后期易产生釉裂等问题。较传统的全抛釉产品，坯体减薄2~3mm，可减少坯体原料用量15~20%，节约能源13~18%，陶瓷中板产品可以大幅度节能减排，产品性价比高。陶瓷中板是替代瓷片及全抛釉大理石上墙实现高档装修的理想材料，具有广阔的市场前景。
4结论
实验陶瓷中板的表面平整度与抛釉砖接近；吸水率在1.7~1.8%范围，属炻质砖范畴；断裂模数平均值为37MPa，远高于瓷片，与抛釉砖的断裂模数相当。陶瓷中板是替代瓷片及全抛釉大理石上墙实现高档装修的理想材料，具有广阔的市场前景。
节选自《佛山陶瓷》2020.11期
原文作者：刘可春，屈彬