2009年建材市场上开始出现了全抛釉瓷酒坛,全抛釉瓷酒坛作为一种新的产品,既有仿古酒坛的丰富色彩和绚丽图案,又有抛光酒坛的光亮。集中了仿古酒坛、抛光酒坛和石材的优点,价格又比微晶石要便宜很多。因此,自全抛釉瓷酒坛产品问世以来,深得市场和消费者青睐,成为不少陶瓷企业的主打产品。然而,产品变形是全抛釉瓷酒坛生产中的一大技术工艺瓶颈,也是影响釉瓷酒坛产品质量的因素之一。全抛釉瓷酒坛与普通的仿古瓷酒坛不同之处在于酒坛坯表面不仅有面釉和花釉,而且在花釉上面还增加了一层抛釉,该层抛釉在烧成过程中需重新熔融。因此,全抛釉瓷酒坛相对仿古瓷酒坛来说酒坛形控制难度更高。在实际生产中,一般根据全抛釉瓷酒坛产生变形的阶段可分为烧成变形和后期变形(滞后变形),烧成变形占主导地位。烧成变形主要由于坯釉的膨胀系数不匹配、坯釉的温度不匹配和烧成制度不合理等引起的;后期变形主要由于烧结程度低,在释放内应力的过程中导致成品酒坛变形。本文结合全抛釉瓷酒坛的实际生产经验,从配方和烧成工艺对全抛釉瓷酒坛烧成变形的原因进行了分析和探讨,并提出相应的解决对策,以期对陶瓷企业有一定的帮助。

2、坯釉膨胀系数的差异

全抛釉的热膨胀系数比面釉、坯体的热膨胀系数低,为了保证瓷酒坛烧成后的酒坛型稳定,需有效控制面釉和全抛釉的热膨胀系数。在烧成高温区,由于存在大量的液相,酒坛坯在自身重力的作用下,基本上保持平直的形状;然而,在冷却阶段,酒坛坯和釉层会随着温度的降低而发生收缩,膨胀系数越大收缩越大。当釉层膨胀系数大于坯体的膨胀系数时,冷却后全抛釉酒坛呈现凹变形;当釉层膨胀系数小于坯体的膨胀系数时,冷却后抛釉酒坛呈现凸变形。如果坯体和釉层的膨胀系数相差越大,全抛釉酒坛出窑后的变形度就越大。在实际生产过程中,笔者公司初始使用了A全抛釉,发现经常出现产品凸变形,判断变形原因可能是二者的膨胀系数相差较大,因此,更换用B全抛釉,发现酒坛形有明显的好转,产品变形得到了有效地控制。笔者采用NETZSCH热膨胀仪对A全抛釉、B全抛釉和坯体进行了膨胀系数测定。

可以看出,在同一温度点,A全抛釉的膨胀系数和坯体的膨胀系数相差较大,B全抛釉的膨胀系数和坯体的膨胀系数相差较小。所以,这也证实了采用B全抛釉后变形得到有效控制的原因。

3、坯体配方的稳定性

全抛釉瓷酒坛使用的原材料是直接从矿山开采回来没有经过加工的,所以原材料的组成在一定范围内存在波动,稳定性差。如果使用从矿山上运回的原材料直接按照配方单投料,就会出现每次所用粉料的化学成份不一致问题。此外,在配料过程中,如果投料司机的责任心不强,没有严格按照配方单进行投料也会造成配方化学成份不稳定。粉料的化学成份波动,首先,会造成坯体烧成温度出现波动,使得窑炉内的温度和气流不断波动,影响到酒坛坯的受热,导致产品的酒坛形变化;其次,化学成份的变化也会造成膨胀系数的发生变化,膨胀系数的变化终会导致产品酒坛形发生变化。

针对上述可能会影响配方化学成份的稳定性的因素,笔者在产品生产过程中通过以下方式加以处理:首先,增加主要原材料的储量,对进厂的所有原材料进行多次均化,在不同取样点试烧小样的烧结密度达到基本一致才可以投入使用;其次,针对投料过程中可能会造成的偏差,一方面对投料司机进行培训,使其提高投料准确性的认识;另一方面安排专职人员对铲车司机投料过程进行跟踪和监督,提高投料的准确性;后,浆料球磨后,放入1000t以上的浆池中再次进行均化处理后才能使用。通过上述措施,瓷酒坛的变形有了明显的降低。

瓷酒坛耐火度、硬度,及高温粘度随氧化铝含量增加而提高,提高坯体中氧化铝的含量,可以有效减少坯体在高温下的变形度。在实际生产中,大部分抛釉酒坛的吸水率都控制在0.1%以下。当氧化铝含量低于18%时,坯体高温强度较低,在烧成过程中容易发生变形,在实际生产中,大多数厂家的抛釉酒坛的氧化铝含量控制在18%~21%之间。这是因为坯体中氧化铝自身熔点高,以及高温下生成莫来石晶相能起到骨架作用,可以有效避免酒坛坯在高温下强度不够而发生变形。此外,为了降低配方的烧成温度,在配方中会引入一些低温料,一般情况以黏度高的钾长石为主,适当加入部分黏度较低的钠长石和滑石,并控制氧化钙的含量,以防止酒坛坯发生变形。

4、烧成曲线的控制

笔者采用高温显微镜对全抛釉的烧成过程进行了观察,发现全抛釉在1200℃左右开始熔融,约1230℃ “成熟”(熔成半球),全抛釉瓷酒坛的烧成温度一般控制在1220℃左右。在全抛釉瓷酒坛烧成时,上层的全抛釉需要依靠酒坛坯提供支撑,所以要增加酒坛坯在高温的强度。否则,酒坛坯容易发生变形。笔者通过调整窑炉烧成曲线、窑炉压力和辊棒间距以减少酒坛坯在高温保温阶段的受力,达到改善瓷酒坛酒坛形的目的。

4.1烧成曲线的调整

针对全抛釉在烧成阶段的物理特性,在保持底温不变的情况下,对窑炉的面温烧成曲线做了相应调整(见图2)。

从图2可以看出:两条烧成曲线不同之处主要集中在1200℃以上温度:调整前的烧成曲线是在1201℃(33区)经升到1215℃后(35区),在1215℃(36区—41区)进行保温;调整后的烧成曲线在1201℃(33区—35区)进行保温后直接升到1216℃(37区),然后迅速降到1208℃,并在1208℃(39区—41区)进行保温。通过对烧成曲线的调整,抛釉酒坛的变形明显减小,全抛釉效果未见降低。说明通过对保温阶段面温曲线的调整,即保证全抛釉完全融平,又能减少全抛釉熔融时对酒坛形的影响。

4.2辊棒间距的调整

在烧成过程中,酒坛坯经过高温区时已经受热软化,酒坛坯在自身重力作用下很容易发生变形。为了减少全抛釉酒坛变形程度,有不少生产全抛釉产品的厂家将高温区和保温区的辊棒换成小直径辊棒(Φ 50或Φ 45)。同时,减小辊棒间的距离,通过上述技改后,全抛釉酒坛的变形明显改善。这是因为在辊道窑内,酒坛坯依靠辊棒的转动在窑炉里前进,酒坛坯与辊棒之间是线接触,两条辊棒的间距大(相当于力矩大),增大了酒坛坯自身重力作用下发生高温蠕变下坠变形,酒坛坯越容易向下弯曲,变形越明显;减小辊棒间距相当于减小酒坛坯在两条辊棒间的力矩,可以有效减小酒坛坯向下弯曲的程度,从而减小变形。

4.3窑炉压力的调整

为了提高酒坛坯的排水速度、氧化速度,以及控制瓷酒坛的质量,通常情况下会拉大预热带底部的排烟风闸,这样就会使辊棒底部的烟气流动速度比辊棒上部快,造成底部压力比上部小。另外,为了控制酒坛面质量,在高温段酒坛坯底温的温度往往比酒坛坯面部高,会造成高温烟气从底部走到上面,所以增加了底面的压力差。窑炉底面的压力差相对大气压来说很小,但是在高温下酒坛坯自身的强度较小的情况下,也容易造成酒坛坯变形。在实际生产中,点火面枪数量一般是点火底枪数量的一半左右,通过控制点火面枪的数量来控制整体压力和底面间的压力差。

4.4关键温度点的控制

一般情况下,瓷酒坛坯体配方中石英(SiO2)的含量在65%~70%之间,而在烧成和冷却过程中石英会发生相变,石英发生相变时都伴随着体积的变化。石英的相变除了β石英转变成α石英外,造成石英体积急剧变化还有在870℃附近时α石英转和α磷石英的相变(升温时α石英→α磷石英,体积变大;降温时α磷石英→α石英,体积变小),这个相变过程虽然不是很快,但是发生相变时石英体积变化达12.7%,石英的体积变化在冷却时对酒坛形的影响也比较大[3]。在升温时,如果面温度先达到870℃,坯体上面石英先发生相变膨胀,酒坛形朝凸的方向变化;如果底温度先达到870℃,坯体下面石英先发生相变膨胀,酒坛形朝凹的方向变化。在冷却阶段,如果面温先达到870℃,坯体上部石英发生相变收缩,坯体中的液相会填充到石英收缩后留下的空隙中;当底部温度随后到870℃时,随着温度的降低,液相固化而使面部可塑性明显下降,以及颗粒基本丧失迁移能力而保持相对硬化。因而没有足够量的液相来填充石英收缩留下的空隙,坯体只有靠自身收缩填补体积变化所留下的空隙,酒坛形会朝凸的方向变化;当底部温度先到870℃时,变化刚好相反。在实际操作过程中为了控制酒坛形,应尽量减小在870℃时的底面温差。在冷却阶段,我们通过控制急冷风管的开度来控制底面温度,尽量使得底面风管开度比较接近[4]。

5、结语

产品变形是全抛釉酒坛生产中常出现的问题,我们在分析产品变形原因的基础上,通过调整坯釉膨胀系数、坯体配方稳定性、烧成曲线、辊棒间距、窑炉压力和关键温度点的控制等方面的工艺,能有效减少全抛釉酒坛产品变形,并提高了全抛釉酒坛产品质量和成品率。