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如何提高日用瓷的热稳定性
hc360慧聪网建筑陶瓷行业频道 2004-03-22 13:44:15
    关于陶瓷产品的热稳定性问题现已有很多著作详细论述,对于它的影响因素与其中的关系已十分明确,对热稳定性有利的材料因素都是高的断裂强度与良好的坯釉适应性。
    
     但当今国际市场上虽然中国陶瓷出口创汇有大幅度提高,虽然陶瓷出口产量亦大幅度增长,而在国际上售价是最低的平均单价不超过0.25美元,虽然在国际市场有较高声誉,但竞争能力较差,均属中低档货,在美国大商店极少有中国陈设瓷器,尤其世界十二大名瓷,中国亦未挤入一个。其原因何在呢?则是中国陶瓷其釉面不光滑,外表规整度差,工艺粗糙,无名牌产品,更主要是中国其片面追求白度,瓷质虽好,但变形大,釉面不光洁,热稳定性差。
    
     当前国际市场并非白度好,更非越白越好,例如西德(ROSENTHAL)高档餐具的白度70度以下,日本(NORITAKE)高档餐具的白度仅65~75左右,我国醴陵地区白度达75度以上,而售价只有日本六分之一,再说当代白瓷有的白如玉,有的白如雪,还有乳白,猪油白等,在美国爱好不同,有的认为白如雪不好看,所以公认为好的高档瓷指内在质量要符合标准,外观质量为五无一小三光滑(五无即无黑点、无针孔、无灰砂、无色脏、无釉面擦伤;一小为变形小;三光滑指釉面、底足、毛口光滑)加上一定的机械强度,釉面强度和耐热急变性能,在工艺上则精益求精为标志。但国内目前对一定机械强度,釉面硬度与耐热急变性能认识不足,体会不深,本人曾去美国考察感到:此三个问题必须提高到较高的位置来认识,否则中国在国际市场上的竞争能力会削弱,会走下坡路。
    
     关于机械强度问题不多阐述,因为陶瓷制品是一种多相不均匀材料,它的机械强度在很大程度上取决于它的微观结构。首先气孔率的大小决定强度高低的一个重要因素,它与抗折强度的关系是明确的。当气孔率大于1%的时候,抗折强度则随气孔率的降低而显著提高,坯体越致密强度就越大,当气孔率低到一定限度,在坯体烧结情况在晶相种类、数量大小、颗粒取向及分布情况对强度影响也起着决定作用。
    
     对于釉面硬度问题,国外十分重视,目前在美国80%餐馆十分喜欢使用"强力瓷,即其釉面硬度大于当今我国日用细瓷之表面硬度,此釉面硬度国外十分强调。因饮食不同,他们仍多用力叉(西餐)故不多叙。很多著作都有论述,其主要影响因素为泥料与釉料的组成,瘠性原料粉碎细度,制品的烧成时间与温度及瓷器玻璃质的因素均有关。
    

     一、影响热稳定性的因素

     1、在裂纹开始之前,这些预制的微细裂纹伴随外加负荷而分散,集中的应力和裂纹发展的方向也产生裂纹的表面范围。
     2、在烧成周期的冷却过程中,应力产生于各晶粒界面处,所产生的应力可由颗粒大小和铝硅酸盐的组成来控制,伴随相应产生的界面在出现裂纹之前就吸收,应力集中而微裂纹就形成在随机排列的晶粒界面上,这些所形成的微裂纹将集中的应力传到裂纹尖端,从而决定它们扩展的方向而增加形成微裂纹的表面范围。
     3、在加热和冷却期间有时发生转变,进而应力产生于具有不同膨胀系数的相界,有时在界面出现微裂纹。
     4、原料处理不当,釉料研磨过粗,也易影响石英在高温中的晶型转变,容易产生开裂倾向。
     5、釉层过厚影响坯釉适应性,厚釉层在烧成过程中由于坯釉相互作用不易被坯体所吸收,造成釉比重大,吃釉时间长,产生开裂。
     6、坯釉适应性不好而导致热稳定性差,这是主要因素。
     7、烧成制度不合理,在冷却过程中十分容易引起开裂。
    
     二、坯釉适应性的探讨
     釉与坯的本互作用生成了中间层,釉料中的某些组分渗入坯体中,坯体中的熔质也也部分地与釉料混合使中间层的化学组成与性质逐渐由坯体的组织过渡到釉料的组成,中间层可以析出莫来石、钙长石、硅灰石类的晶体。而坯釉不适应具体表现在坯釉的化学组成,配方不当,釉的弹性模数大,釉与坯膨胀系数不符等。
     1、膨胀系数,坯釉适应性即对坯釉膨胀系数大小而言,其膨胀系数起主要作用。当釉的膨胀系数起主要作用。当釉的膨胀系数低于坯时冷却过程中,釉比坯体收缩小,釉除受本身收缩作用自动变形外,还受到坯体收缩所赋于它的压缩作用,使它产生压缩弹性形变,从而在凝固的釉层中保留下永久的压缩应力。反之,当釉膨胀系数大于坯时则釉在冷却时处于张应力的状态且受张应力作用,迷样瓷釉硬化时使整个接触面的自由移动受到障碍,所以釉较坯膨胀系数稍大一些就会开裂。用于生产,釉的膨胀系数一般略小于坯为好。故釉呈压缩应力状态时不易于开裂,而坯体表面的釉处于压力状]
     态,往往使上釉制品具有较高的机械强度并能防止隙裂,因此对餐具瓷器来讲这种瓷器能承受高温洗涤条件下的机械振动而不致破损,当a釉>a坯时,二者数值差不能超过0.4×10-6/0C会产生剥釉。
     2、釉的强度,釉的强度在相当大程度上取决于硅铝之比。
     在瓷釉中SiO2/Al2O3=3,5,那么尽管在很大张应力下这种釉也不会开裂,因为张应力在很大程度上被具有高Al2O3含量的釉的弹性力所平衡,若增加SiO2的含量,减少Al2O3含量,这就减弱了张应力,但同时也减弱了釉的弹性,因此也易开裂。当SiO2/ Al2O3=6.5时,则产生压应力,同时也不易开裂。而SiO2/ Al2O3=10时又重新出现微弱张应力,使弹性减弱而釉开裂。
     3、釉的弹性,具有较高弹性的釉能适应坯釉形变差所产生的应力,釉的弹性好,既可补偿接触的产生应力,同时又能补偿机械作用,所产生的应力,无论坯与釉,弹性模数大者则弹性形变能力就小,因此,当EG>EB时釉的弹性形变能力低于坯,对坯釉适应性将起不利作用。理论上认为:釉的E值波动范围较大,但事实上E值波动范围却较小。
     4坯釉化学组成,坯釉的化学组成与热稳定关系复杂,而有很多至今尚未明确的地方坯釉膨胀系数的变化与所含SiO2、Al2O3成分有关,Al2O3对釉的弹性作用影响很大,在一定范围内,Al2O3增加,E值增加,适量的SiO2对坯釉适应性是好的,若过量SiO2,由于 产生大量方石英热稳定性下降;适量的K2O、Na2O引入一方面降低烧成温度,同时能熔融部分方石英,使膨胀系数减少,但引入过量K2O,Na2O也会导致热稳定性下降。因为K、Na是络网外离子消弱Si-O键力,破坏网络,降低网络聚合度,导致随温度的变化波动很大。
     5、釉层厚度对弹性也有影响,薄釉层在煅烧时组分的改变相差不大,釉的膨胀系数降低,而且中间层的相对厚度增加,故可提高釉中压应力。
     而在厚釉层中,由于中间层相对微薄,它就不显好的作用,釉易产生张应力,使弹性亦下降。
     综上所述,热稳定性的好坏与坯釉的适应性有着密切的不可分割的关系,是解决热稳定性至关重要的问题。
    

     三、解决热稳定性的探讨

     1、釉料研磨愈细愈好。釉料愈细,愈能使釉料各组分得到充分均匀地混合,可有利石英晶型转变,熔融趋于完全有利提高釉面平整光滑度,可以提高热稳定性,防止变裂倾向。
     2、釉层厚度除影响坯釉适应性,更影响热稳定性。在通常情况下,釉浆浓度在36~45波美度,釉层厚度为0.2~0.4mm合适。
     3必须严格控制坯釉料的膨胀系数,尤其是中间层的情况,为了使其具有良好适应性,釉的膨胀系数应接近并略小于坯。中间层结合需良好,并严格控制层应力,必须使釉处于压应力状态,釉坏膨胀系数相差不大,否则,不同膨胀系数的相界面处出现微裂纹。
     4、严格控制烧成制度,尤其使烧成周期的冷却制度必须合理,不使应力集中而导致石英晶转变体积膨胀而出现裂纹。6000C以下应缓冷,否则,釉面易开裂。
     5、因为日用瓷器是瓷器中的一部分,它用高岭土、石英、长石等硅酸盐矿物原料通过加工处理成型,烧成等生产工序制成的,所以必须严格控制生产过程中的工艺要求,制定合理的配方与烧成曲线来控制坯釉适应性的差异,以制得适合人们日常生活需要的器皿与陈设品。 总之,希望我国日用瓷器能生产出热稳性好,硬度大,具有一度机械强度,工艺精美的产品打入国际市场。
信息来源:中国陶瓷信息资源网 
 
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