梁 鐸 汪慶剛,2 陳鵬程,2 劉春江,2 吳洋,2

(1 蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528500)

(2 廣東省大尺寸陶瓷薄板企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 佛山 528500)

熱彎陶瓷巖板是一種新型的曲面陶瓷板,其耐酸堿腐蝕、耐污性、耐候性較天然石質(zhì)弧形板更優(yōu)越,且價(jià)格比石材低,加上其獨(dú)特的裝飾效果,可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外家具的弧形面裝飾、室外耐酸防腐保護(hù)面等,對(duì)美化人居環(huán)境有著重要的意義。但熱彎技術(shù)還不夠成熟,對(duì)熱彎技術(shù)的深度研究和技術(shù)突破是行業(yè)迫切需要解決的問題[1]。筆者就熱彎陶瓷巖板在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題進(jìn)行相關(guān)的分析探討,以穩(wěn)定熱彎陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)和提升生產(chǎn)效率。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 主要設(shè)備

熱彎工藝的核心設(shè)備是熱處理的窯爐設(shè)備,一般采用隧道式窯爐、梭式窯(抽屜式窯爐)較為常見;模具一般采用高溫耐火材料,主要以高溫化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好的剛玉莫來石質(zhì)耐火材料為主;加熱方式主要以電加熱或天然燃料為主。其他設(shè)備有數(shù)碼水刀切割機(jī)、機(jī)械弧面板磨切削機(jī)、手拋機(jī)、手動(dòng)磨削機(jī)、手動(dòng)磨刷機(jī)等設(shè)備。

1.2 工藝流程

熱彎陶瓷巖板的工藝流程,如圖1所示,入窯熱彎的工藝制度和過程直接決定了熱彎陶瓷巖板的效果和品質(zhì)。

圖1 熱彎陶瓷板的工藝流程示意圖

1.3 熱彎陶瓷板的二次熱處理溫度制度

溫度制度是陶瓷巖板熱彎工藝的核心,巖板二次熱處理最高溫度控制在其燒成溫度范圍之間,主要根據(jù)巖板坯體配方、厚度和彎曲弧度進(jìn)行調(diào)整。

筆者所使用厚度為10.5 mm 的巖板,制定最高二次熱處理溫度為1 180℃。不同的升溫速率對(duì)產(chǎn)品性能有一定的影響,通常采用單室爐進(jìn)行二次熱處理實(shí)驗(yàn),其冷卻方法為自然冷卻。熱彎的升溫曲線、保溫點(diǎn)需要根據(jù)現(xiàn)有坯體的軟化情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和測(cè)試;確保坯體在熱彎過程中不開裂,表1為現(xiàn)有熱彎工藝的溫度制度。

表1 現(xiàn)有熱彎工藝的溫度制度

由于巖板在常溫下是典型的脆性材料,無法對(duì)其進(jìn)行塑性加工。經(jīng)高溫加熱后,巖板坯體中玻璃相會(huì)發(fā)生軟化或局部熔融,使其具有一定的塑性,可以在自重或外力的作用下發(fā)生塑性變形,該高溫塑性加工過程通常也被稱為二次熱處理過程[2]。二次熱彎的升溫曲線、保溫點(diǎn)需要根據(jù)現(xiàn)有坯體的軟化情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以確保坯體在熱彎過程中不開裂不變形為佳。

2 熱彎陶瓷巖板的缺陷及原因分析

2.1 熱彎產(chǎn)品的光澤度、色差變化原因分析以及解決措施

由于熱彎的溫度較原始燒成的溫度低,同時(shí)在熱彎過程中根據(jù)熱彎的不同效果需要保溫較長(zhǎng)時(shí)間及緩慢冷卻,,此工藝過程會(huì)導(dǎo)致透明拋釉類巖板產(chǎn)品在熱彎后出現(xiàn)光澤度下降、析晶、變色等問題(見圖2)。

圖2 二次熱彎前后樣品表面情況對(duì)比

筆者通過對(duì)熱彎前后樣品進(jìn)行掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn),巖板產(chǎn)品經(jīng)過熱彎工藝處理后釉層中析出了大量的晶體,這是造成釉面失透、光澤度降低的主要原因(見圖3)。

圖3 常規(guī)拋釉產(chǎn)品熱彎前后顯微結(jié)構(gòu)圖

為解決上述熱彎變色光澤度下降等問題,筆者開發(fā)出了高硅低鋁高鋅的透明拋釉,并選取了熱彎后透明不變色的樣品、熱彎變啞光的常規(guī)樣品進(jìn)行能譜分析,對(duì)比結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 熱彎后透明不變色拋釉層能譜

圖5 熱彎后變色啞光的拋釉產(chǎn)品能譜

由能譜半定量分析結(jié)果可知,在釉料組成上,氧化硅、氧化鋇、氧化鎂、氧化鉀整體含量差別不大,區(qū)別在于熱彎后釉層透明不變色的拋釉配方中鋁含量較低,含有極少量或者不含有鈉,氧化鋅的含量較高,整體硅鋁比為6∶1。而普通熱彎變色啞光的拋釉配方中硅鋁比為3∶1,含有少量鈉,氧化鋅的含量較低。總體對(duì)比分析,熱彎不變色光澤度較好的透明拋釉配方屬 于“高硅低鋁高鋅的透明釉”體系[3]。釉熔體在二次熱彎過程中,析晶受到熱彎溫度制度、釉料化學(xué)組成等影響[4],在二次熱彎的制度下(熱彎最高溫度低于最高燒成制度30～50℃),普通的全拋釉配方及組成,在熱彎最高溫度點(diǎn),釉熔體的粘度較大且處于半玻璃化狀態(tài),而“高硅低鋁高鋅的透明釉”體系在熱彎溫度最高點(diǎn)處于完全玻璃化狀態(tài),同時(shí)這種體系由于粘度較低,在熱彎的高溫保溫階段晶體生長(zhǎng)較慢導(dǎo)致析晶情況大為減弱,保持了釉層較好的玻璃狀態(tài),因此光澤度和發(fā)色情況較穩(wěn)定。

2.2 熱彎產(chǎn)品鼓包、炸裂、開裂原因分析及解決措施

陶瓷巖板在熱彎過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生鼓包,甚至炸裂現(xiàn)象,如圖6所示。

圖6 熱彎后鼓包及炸裂

由圖6可知,a品牌陶瓷巖板在未彎曲之前,在升溫加熱接近熱彎溫度點(diǎn)的階段出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象;b品牌陶瓷巖板在軟化彎曲之后即在慢冷階段炸裂的情況。

其中熱彎加熱鼓包的現(xiàn)象出現(xiàn)較多且難解決,尤其是在剛生產(chǎn)或轉(zhuǎn)換產(chǎn)品時(shí),此工藝缺陷和不同廠家的坯體配方差異較大有主要關(guān)系,一般當(dāng)坯體氧化不充分且燒結(jié)較快的情況下,坯體在二次熱彎的過程中容易出現(xiàn)坯體鼓包現(xiàn)象。生產(chǎn)過程中坯體氧化充分、燒結(jié)較好的情況下在巖板二次熱彎的過程中可以減少鼓包的情況發(fā)生。b品牌陶瓷巖板在軟化彎曲之后即在慢冷階段出現(xiàn)炸裂的現(xiàn)象,主要是板材受熱不平衡導(dǎo)致產(chǎn)生熱應(yīng)力不均勻所致。在升溫階段,若升溫速度太快,會(huì)造成板材上、下表面及內(nèi)部溫度不一致,產(chǎn)生的應(yīng)力超過允許應(yīng)力而炸裂。同時(shí),在坯體緩慢冷卻時(shí)降溫速度太快導(dǎo)致退火不良,應(yīng)力過大也會(huì)造成炸裂。

針對(duì)電熱彎時(shí)巖板鼓包、炸裂、開裂問題提出以下解決措施:

(1)根據(jù)不同的產(chǎn)品探索合理的熱彎工藝制度。

(2)加熱電阻絲的分布和模具的支承方式要合理。在熱彎過程中對(duì)于需要重點(diǎn)熱彎的部分一般單獨(dú)布局加熱絲,加熱的過程應(yīng)使用模具保護(hù)發(fā)熱絲不與產(chǎn)品接觸,避免局部溫度偏高導(dǎo)致炸裂、開裂的情況發(fā)生;巖板在模具上的位置應(yīng)處于窯爐上、下兩排“品”字型加熱絲布局中心線的中間,防止加熱絲直接燒在板上,以求靠氣流均勻加熱板材實(shí)現(xiàn)熱彎的目的。

(3)調(diào)整熱彎的加熱操作模式。在剛生產(chǎn)或換產(chǎn)品時(shí),要用小實(shí)驗(yàn)爐模擬相關(guān)工藝曲線,保證升溫和降溫的速率的均勻一致性和可控性;在達(dá)到設(shè)定溫度的前提下,要求操作工在升溫階段盡可能保持爐體內(nèi)的電熱絲均勻緩慢升溫,保證溫度上升的均勻性,防止產(chǎn)品局部熱彎過程太快而導(dǎo)致表面產(chǎn)生褶皺紋現(xiàn)象(見圖7)。

圖7 熱彎后產(chǎn)品產(chǎn)生褶皺紋現(xiàn)象

2.3 熱彎產(chǎn)品弧形變形原因及解決措施

熱彎陶瓷巖板出窯后有時(shí)弧面變形度和母線直度偏差較大,生產(chǎn)大直徑板時(shí)更難控制。主要原因是模具在窯中發(fā)生了變形和熱彎巖板在降溫階段發(fā)生了“反彈”現(xiàn)象,需改進(jìn)模具的質(zhì)量,使用低收縮的新型耐火材料模具?？煽紤]使用空心高強(qiáng)、耐高溫的耐火管狀材料(見圖8)為模具的弧面,降低

圖8 圓柱形模具造型

圖9 小凹槽技術(shù)降低熱彎難度

3 結(jié)論

(1)巖板的釉面配方對(duì)熱彎弧形巖板的釉面光澤及變色問題起到?jīng)Q定性作用,需要有針對(duì)性的開發(fā)亮光透明釉、不變色的啞光釉等配方,確保熱彎前后釉面的光澤度一致、發(fā)色穩(wěn)定和釉面質(zhì)量平整光滑。

(2)選擇坯體氧化較好的巖板產(chǎn)品,可以有效減少熱彎過程中鼓包、釉面二次氣泡的產(chǎn)生,確保熱彎后的產(chǎn)品釉面質(zhì)量符合預(yù)期效果;另外,合理的熱彎制度可以避免熱彎過程中的產(chǎn)品開裂,需要多次實(shí)驗(yàn)確定熱彎產(chǎn)品的升降溫曲線。

(3)選擇合適的模具材料,配合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)合理的加熱方式能夠更好地控制熱彎尺寸,減少熱彎后弧形巖板的變形開裂等問題。