影響新型建筑陶瓷拋釉磚白度的因素淺析

吳　彤　，黃春寶　，陳曉峰　，舒彥斌　，周宇冰　

(1． 清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東 清遠 511510；2． 廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠 511533；3． 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641)

影響新型建筑陶瓷拋釉磚白度的因素淺析

吳彤1，黃春寶2，陳曉峰3，舒彥斌2，周宇冰2

(1． 清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東 清遠 511510；2． 廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠 511533；3． 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641)

隨著建筑陶瓷行業(yè)的不斷發(fā)展，作為一種新型的建筑陶瓷，新型拋釉磚在近年內(nèi)有了突飛猛進的發(fā)展。同時，市場對新型拋釉磚的性能，尤其是白度控制提出了比傳統(tǒng)拋光磚更高的質(zhì)量要求。本文對新型拋釉磚白度的影響因素進行了分析，對影響機理作了初步探討，并從五個方面提出了提高新型拋釉磚白度的措施。

白度；拋釉磚；坯料；增白劑；燒成

0　引　言

新型建筑陶瓷拋釉磚是一種將拋光磚的光澤度，硬度等性能與瓷片的印刷效果，以及仿古磚的高仿性結(jié)合在一起的一種新型建筑陶瓷產(chǎn)品。拋釉磚的生產(chǎn)工藝流程一般如圖1所示。

由于拋釉磚在工藝上能集拋光磚，仿古磚和瓷片三種生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢于一體，建筑陶瓷行業(yè)已經(jīng)從原有流行于生產(chǎn)拋光磚逐步轉(zhuǎn)向生產(chǎn)拋釉磚。比如，作為廣東省建筑陶瓷生產(chǎn)基地之一的清遠，目前已有很多建筑陶瓷生產(chǎn)廠家已將原有的拋光磚生產(chǎn)線全部改為拋釉磚生產(chǎn)線，在一定程度上將建筑陶瓷的裝飾效果提高到了一個嶄新的高度，預(yù)示著市場消費引導(dǎo)新型拋釉磚生產(chǎn)的格局正加快形成。新型拋釉磚相對于傳統(tǒng)拋光磚具有明顯優(yōu)勢。

(1)工藝優(yōu)勢。新型拋釉磚在工藝上借鑒了傳統(tǒng)拋光磚的拋光工藝和燒成工藝，使得新型建筑陶瓷在具備傳統(tǒng)拋光磚良好的光澤性能和硬度的同時，又能在工藝中融合釉面磚與瓷片的裝飾工藝，使得拋釉磚具備了多樣化裝飾效果，實現(xiàn)了集光澤度、硬度、裝飾效果于一身的完美結(jié)合。

圖1　新型拋釉磚拋釉磚生產(chǎn)工藝流程Fig.1 The manufacturing process of the new type glazed brick

(2)市場優(yōu)勢。新型拋釉磚以其優(yōu)良的各項性能得到了市場的青睞，市場份額近一兩年高速發(fā)展。對清遠建筑陶瓷市場的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，拋釉磚目前已經(jīng)占據(jù)了所有建筑陶瓷行業(yè)銷售量的30%左右，這對于一種新型建筑陶瓷而言，可謂是一種奇跡。

1　白度是影響拋釉磚品質(zhì)的重要因素

白度作為傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)中的一個重要指標，在新型建筑陶瓷行業(yè)領(lǐng)域中也同樣非常重要。白度是影響新型拋釉磚及制品出口能力的重要參數(shù)，也是提高拋釉磚整體性能的重要控制性指標。

1.1白度影響著新型拋釉磚生產(chǎn)企業(yè)出口競爭力

在傳統(tǒng)陶瓷中，白度是陶瓷物理檢測中一個較為重要的指標，也是中國陶瓷出口具有國際競爭力的技術(shù)優(yōu)勢指標。在國際陶瓷市場上[1]，國外的日用陶瓷白度一般控制在65%-72%左右，而中國日用陶瓷的白度控制標準則一般都不低于70%。一定程度上，陶瓷白度已經(jīng)成為中國陶瓷的一個顯著特征和廣受消費者認可和欣賞的重要民族特征，白度將中國陶瓷的市場競爭力定位在了一個較高的水平上。毫無例外，新型拋釉磚及制品想要提高國際市場份額，改善白度則是一種可行的捷徑。

1.2改善白度能輔助改善拋釉磚強度、光澤度等性能指標

在陶瓷白度改善方面，提高白度對于拋釉磚的意義不僅僅局限白度的提升本身，由于白度的改善涉及到要改進原料處理、著色氧化物的處理，坯釉適應(yīng)性和燒成制度等各個方面，會促進拋釉磚在晶體形成方面獲得良好的改善，進而在提升白度的同時，還會使得拋釉磚的光澤度得到相應(yīng)的改善，這就使得拋釉磚的性能指標在整體上得到較好的提高。

2　影響新型拋釉磚白度的因素及機理

目前，拋釉磚生產(chǎn)工藝一般是在原有拋光磚的工藝基礎(chǔ)上進行改良并重新設(shè)計，在配方設(shè)計、原料采用、所使用的釉漿成分及流動性，甚至是燒成制度方面都難免會受到原有條件的制約和限制，對拋釉磚的白度控制不可避免產(chǎn)生了重要影響，這是目前提高拋釉磚白度所面臨的主要生產(chǎn)難點。綜合起來看，影響新型拋釉磚白度的重要因素主要集中在原料處理，著色氧化物晶型轉(zhuǎn)變顯微結(jié)構(gòu)，坯釉適應(yīng)性，燒成制度，陶瓷增白劑使用等五個方面。

2.1原料及原料處理對新型拋釉磚白度的影響

新型拋釉磚白度受原料及原料處理影響的主要因素包括原料的純度，坯料的球磨時間與顆粒級配，釉料顆粒級配與流動速度等。

原料的純度對白度有直接影響。在選用原料時，尤其應(yīng)嚴格控制原料的含鐵量，以便從源頭控制好陶瓷白度的影響因素。在工藝上,控制原料純度的重要有效方法之一是對原料進行水洗。通過水洗可以弱化雜質(zhì)對于建筑陶瓷白度的影響，如建筑陶瓷所常使用的大料，石英，長石等，可以通過一定的水洗去除鐵，錳等有色金屬，達到提高陶瓷原料白度的目的。但水洗法要因地制宜、合理選用，如南方瓷土與北方瓷土存在較大的差異，南方含鐵量較多，而北方相對含鐵量較少。所以，原料投產(chǎn)使用之前，或者供應(yīng)商進行更換時都要進行相應(yīng)的原料化學(xué)全分析，保證原料的白度。

坯料的球磨時間與顆粒級配對白度有重要影響。一般來講，陶瓷生產(chǎn)中使用的主要原料如石英等，顆粒越小，制品的白度、光澤度等釉面指標就有較好的改善。所以，工藝上，主要原料的顆粒一般控制在10μm，萬孔篩余在0．03%以下。但是，原料的顆粒并非越細越好。理論上，各種顆粒都有一定的穩(wěn)定狀態(tài)。隨著顆粒的粒徑變小，表面積變大，顆粒之間的吸附力就會越來越大，顆粒之間的團聚將更加明顯。因此，對于物料的粉碎來講，無限期增長球磨時間，不一定能夠起到正面的作用。將球磨時間保持在合理范圍，既能達到理想顆粒級配的目的，同時又起到降低能耗作用。對于坯料來講，由于細顆粒的比表面積大，表面能也大，因此當粘土中的細顆粒較多時，其在燒成過程中易于燒結(jié)，燒后的氣孔率較??；而粘土中的礦物，如高嶺石對于陶瓷的白度的提升具有重大的意義[2]，其經(jīng)過燒結(jié)后，會隨著燒結(jié)的程度的完善，莫來石晶體發(fā)育會較多，燒結(jié)之后會更加潔白[3]。在球磨過程中，新型拋釉磚，以細度為325目，篩余量為1．5%，球磨機規(guī)格40 t為例，轉(zhuǎn)速14 r/min，球磨介質(zhì)為中鋁球研磨坯料的情況下，球磨的最佳時間為20-22 h。

釉料顆粒級配與流動速度也是影響白度的重要因素。在建筑陶瓷中，由于所使用的坯體大部分都有一定顏色，為便于對坯體的顏色缺陷進行遮蓋，拋釉磚生產(chǎn)中就使用乳濁釉，所以增強乳濁效果也是改善制品白度的有效措施。乳濁釉白度與其顆粒級配與流動速度密切相關(guān)。理論上，當微粒尺寸小于光波長度時，散射強度與微粒尺寸的關(guān)系服從瑞利散射定律[4]，即隨著顆粒的尺寸增大，晶體的散射強度越大，釉料的乳濁效果越好；而當微粒尺寸等于或大于光波長度時，散射強度與微粒尺寸關(guān)系卻服從米氏定律，即顆粒尺寸越大，乳濁效果越差。一般而言，建筑陶瓷所使用的釉料顆粒在300目以上，即D90＜8μm，屬于米氏定律范疇。因此，對釉料的球磨時間應(yīng)當按照顆粒級配處于米氏定律范圍之內(nèi)的原則來確定，以充分實現(xiàn)釉料的乳濁效果。

2.2著色氧化物晶型轉(zhuǎn)變的顯微結(jié)構(gòu)對新型拋釉磚白度的影響

在建筑陶瓷的原料使用中，由于原料的來源不同，其雜質(zhì)含量也有所差異。比如，對于清遠的陶瓷生產(chǎn)企業(yè)，由于考慮成本，原料采購多為南方粘土等原料，而南方粘土由于多為原生粘土，含鐵量較多。除了在工藝過程中會引入較少的單質(zhì)鐵以外[5]，坯料中大部分的鐵都會以[FeO4]的晶體形式存在，含有[FeO4]晶型呈現(xiàn)黃色，這對于新型拋釉磚白度是非常有害的。除原料帶進呈色鐵雜質(zhì)之外，在新型拋釉磚生產(chǎn)中，燃燒水煤氣也會導(dǎo)致著色氧化物的晶型轉(zhuǎn)變，從而影響到陶瓷白度。比如，鐵雜質(zhì)在水煤氣燃燒過程中會形成一定的奧斯丁體[6]，隨著溫度的不斷下降，奧斯丁體會進一步分解為Fe2O3，也降低了制品的白度。

除鐵之外，還存在其他著色氧化物因為晶型的變化而影響陶瓷的白度。如鈦，Ti3+一般呈現(xiàn)黃色，Ti4+呈現(xiàn)白色，故為了提升陶瓷的白度，應(yīng)盡量使鈦的晶型保持高價態(tài)，從而提升建筑陶瓷白度的需求。

以上的兩種氧化物都不僅僅來自于陶瓷的坯料中，在陶瓷裝飾中，尤其在新型拋釉磚工藝中存在著淋釉、印花等工序，所使用的陶瓷色釉料中也含有鐵、鈦等著色氧化物，故在燒成控制中，應(yīng)綜合考慮氧化物晶型對于原料和陶瓷裝飾材料兩方面所帶來的影響。

2.3坯釉中間層對新型拋釉磚白度的影響

在新型拋釉磚中，由于新型工藝的采取，在原有拋光磚的生產(chǎn)流程中增加了淋釉等系列工序，故所形成的坯釉中間層對于白度的影響已經(jīng)成為較重要的因素。坯釉中間層的成分是介于釉和坯體之間的一種過渡成分，根據(jù)相關(guān)研究表明，中間層散射光的強度約占到整個散射光強的75%左右，這就使得對中間層的成分控制和厚度控制成為提升拋釉磚白度的重要考慮因素。

一般來講，釉層的厚度對白度的影響有一定的規(guī)律性。釉在使用過程中，會形成一定的液相、玻璃相及少量的晶相和氣相。所以，釉層在一定程度范圍內(nèi)越厚，對于白度的提升越具有正向促進作用，而超過范圍影響就不明顯。我們對廣東家美陶瓷所使用不透水低溫熔塊釉TH906的所作實驗發(fā)現(xiàn)，當釉層厚度在0．35 mm以下時，產(chǎn)品白度幾乎隨釉層厚度的增大成正比例地增加，但當釉層厚度超過0．35 mm后，釉層厚度對產(chǎn)品白度的影響就不明顯。相反，隨著釉層厚度的進一步增大，釉彈性卻進一步降低，產(chǎn)生了釉面開裂等缺陷。使用白度計WSd-3(wd)進行測量，我們也發(fā)現(xiàn)，對同種熔塊，釉層厚度不同，其白度也不相同。對不同熔塊，在相同的釉層厚度下，熔塊釉比生料釉產(chǎn)品白度高了近7度(相對白度，參照物為硫酸鋇)。通過釉層厚度的控制，瓷片高白產(chǎn)品白度可以達到86，而普通產(chǎn)品白度也可以達到83。

2.4燒成制度對新型拋釉磚白度的影響

隨著陶瓷生產(chǎn)工藝日新月異，新型拋釉磚的燒成周期也在不斷縮短，以前的高溫快燒現(xiàn)也已成為現(xiàn)實。我們對廣東清遠市源潭工業(yè)園區(qū)陶瓷企業(yè)的調(diào)研表明，目前拋釉磚的生產(chǎn)周期一般為90分鐘，有些生產(chǎn)線則已經(jīng)縮短到了65分鐘左右。理論上，燒成周期越長，陶瓷形成晶體的時間越有保障。但周期并非越長越好，如果周期過長，晶體將過分長大，反而會惡化陶瓷的一系列性能。就陶瓷白度而言，會因為周期過長，或者冷卻速度過慢，讓已經(jīng)形成的低價態(tài)氧化物再次被氧化，反而使得陶瓷制品白度下降。如二價鐵會再次氧化為三價鐵，從而使得陶瓷從泛青變得泛黃。

除燒成周期外，燒成氣氛也對白度有影響。一般來說，過分的還原燒成氣氛會降低釉面的白度。如鈦乳白釉在還原氣氛下，鈦釉中的部分Ti4+會被還原為Ti3+，而鈦一旦被還原，將使得陶瓷坯體的顏色由無色變?yōu)辄S色，甚至是黑色。

2.5陶瓷增白劑使用對新型拋釉磚白度的影響

在新型拋釉磚生產(chǎn)過程中，為了達到提高陶瓷白度的目的，越來越多的企業(yè)會選擇在坯體中加入一定的陶瓷增白劑[7]以提高陶瓷制品的最終白度。一般而言，增白劑多數(shù)以磷酸鹽、滑石等為主。在磷酸鹽的環(huán)境中，由于氧離子濃度較高，鐵會以[ FeO6]八面體的配位形式存在，而鐵氧八面體的結(jié)合形式對于陶瓷白度的影響基本是無負面影響的。加入滑石，滑石中的Mg2+能使得陶瓷中所含有的鐵、鈦等呈色物質(zhì)，與之形成固溶體，提高了乳濁效果，為此提升陶瓷白度，這在新型拋釉磚使用乳濁釉中應(yīng)用較多。

但近年來，拋釉磚生產(chǎn)中也能夠通過加入高嶺石，鋯石英和氧化鈰等來提高白度。高嶺石所以能提高白度，緣于其經(jīng)過煅燒之后，其本身的白度較高，從而使得陶瓷坯體整體白度有所改善；而對于鋯英石而言，則是利用了鋯所形成的微小晶體產(chǎn)生乳濁效果，達到遮蓋坯體缺陷，提升新型拋釉磚白度的目的[8]；氧化鈰與鋯石英一樣，利用鈰所生成的微小晶體形成乳濁效果達到陶瓷增白的目的，但是氧化鈰本身具有很強的活性，容易在煅燒過程中發(fā)揮其礦化劑的作用，導(dǎo)致大量液相的產(chǎn)生，液相將腐蝕掉所形成的大量的微小晶體，使其乳濁效果變差，故使用氧化鈰提高白度還存在不穩(wěn)定性。

3　結(jié)　論

新型拋釉磚因集拋光磚、仿古磚和瓷片諸多性能于一體，具有良好的市場前景。白度是新型拋釉磚占領(lǐng)國際國內(nèi)市場制高點的優(yōu)勢指標。影響新型拋釉磚白度的因素集中在原料處理，著色氧化物晶型轉(zhuǎn)變顯微結(jié)構(gòu)，坯釉適應(yīng)性，燒成制度，陶瓷增白劑使用等五個方面。實際生產(chǎn)中，可以從五個方面著手對新型拋釉磚白度進行改善：

(1)原料處理中，要注意控制球磨時間，有效控制顆粒粒徑以達到最佳級配；所使用的乳濁釉應(yīng)充分考慮到瑞利米氏定律對于乳濁效果的影響，通過對于粒徑的控制，濃度的控制，以達到提升陶瓷白度的最終目的。

(2)在各項工藝中，應(yīng)注重著色氧化物晶型轉(zhuǎn)變的顯微結(jié)構(gòu)，盡量控制各種著色氧化物能夠以一種無色的晶型狀態(tài)存在，如鐵保持在[ FeO6]八面體的配位，鈦保持在正四價的狀態(tài)中，這樣可以在一定程度上保證陶瓷白度的提升。

(3)在坯釉適應(yīng)性方面，要加強坯料，釉料之間的結(jié)合性，發(fā)揮中間層的重要作用，通過控制中間層的厚度和中間層的相態(tài)組成，使其性能達到最佳狀態(tài)。

(4)在燒成制度方面，尤其在快速燒成的工藝條件下，應(yīng)注意控制燒成周期，防止鐵，鈦價態(tài)變化而引起的白度變化，應(yīng)控制窯爐的氣氛制度，以便制備具有較高白度的制品。

(5)陶瓷增白劑使用方面，通過添加一定的磷酸鹽，高嶺石，鋯英石，以及氧化鈰等來增加陶瓷的白度，但在使用過程中也要加強對于各種不同陶瓷增白劑的使用環(huán)境的控制，以達到最佳的增白效果。

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Whiteness Influencing Factors for New Type Glazed Ceramic Bricks

WU Tong1, HUANG Chunbao2, CHEN Xiaofeng3, SHU Yanbin2, ZHOU Yubing2
(1. Mechanical and Electric Engineering School, Qingyuan Polytechnic, Qingyuan 511510, Guangdong, China; 2. L & D Ceramics Co., Ltd., Qingyuan 511533, Guangdong, China; 3. School of Materials Science and Technology, Guangzhou 510641, Guangdong, China)

With the development of building ceramic industry, new type glazed bricks have seen big progress. At the same time, the market requires better properties of new building bricks especially in the whiteness control than traditional polished tiles. This paper analyses the whiteness influencing factors and mechanism of the new glazed bricks and provides the measures to improve their whiteness from five aspects.

whiteness; glazed brick; body material; whitening agent; firing

date: 2015-03-16.Revised date: 2015-03-18.

TQ174.76+4

A

1006-2874(2015)03-0047-04

10.13958/j.cnki.ztcg.2015.03.010

2015-03-16。

2015-03-18。

清遠市產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項目(編號：0011717120530040)。

通信聯(lián)系人：吳 彤，女，研究生，講師。

Correspondent author:WU Tong, female, Master, Lecturer.

E-mail:wutong11201120@126.com