卫生陶瓷釉面毛孔产生的原因及克服办法

卫生陶瓷釉面毛孔产生的原因及克服办法
马养志梁振海成智文
(咸阳陶瓷研究设计院陕西咸阳712000)
摘要从原料、坯料的性能和在成形、干燥和烧成过程中的物理化学变化,说明卫生陶瓷釉面毛孔产生的原因。

笔者根据自己的研究结果提出了卫生陶瓷釉面毛孔产生的最主要原因和克服办法。

关键词卫生陶瓷釉面毛孔产生原因克服办法
Ca u sed of Pin - ho le Defects in Sanitary Cera m ic G lazed Surface and So l utions
Ma Y ang zhi ,Liang Zhenhai ,C heng Zhiw en( X ianyang Research and Desig n Institu te of Ceramics ,S haanxi ,X ianyang ,712000)
Abstract : S everal things may account for the causes of pin - h ole d efects in ceramic g lazed surface , namely , the performance of raw or b od y materials and p hysical and chemical chang es in forming , drying and burning process. Basing on these analysis , the thesis sugg est th e countermeasures o f pin - h ole d efects of g lazed surface .
K ey w ords : S anitary ceramics ; G lazed tile pin - hole ; C auses ; C ountermeasures
卫生陶瓷使用功能中最重要的一项是冲洗功能, 而冲洗功能中看似容易而实际最难解决的是洗净功能。

影响卫生陶瓷洗净功能的主要因素除了卫生陶瓷结构因素外,就是卫生陶瓷釉面的平滑度和光洁度,也
就是我们通常所说的釉面质量。

所有陶瓷工艺书都有
专门讨论改善釉面质量、减少釉面缺陷的方法。

有关
产品标准和名词术语标准对釉面缺陷的种类、命名和
允许某种缺陷出现的数量进行了界定和规范。

有不少
专家、学者和企业为改善卫生陶瓷釉面质量和减少釉
面缺陷作了大量工作,取得了丰硕的成果,如自洁釉、超平滑釉等。

但从根本上解决釉面质量、特别是解决
影响釉面洗净功能的毛孔、猪毛孔、针孔缺陷的方法
虽然有但很难奏效,所以我们还是有必要对其进行深
入研究。

如前所述,不少论文、论著对釉面毛孔、针孔
产生的种种“可能”都作了论述,提出了解决方法,但由
于这些“可能”几乎覆盖了陶瓷工艺的全过程,实际操
作起来难度很大。

笔者根据自己的经验和研究,对这些“可能”有了新的认识,提出来供同行参考。

孔”。

陶瓷釉面上的“毛孔”在G B 3303 —82《日用陶瓷器缺陷术语》中的定义是“釉面呈现的小孔( 或称棕眼、猪毛孔、针眼,对应英文是pin - hole) ”。

在轻工业部第一轻工业局编、轻工业出版社出版( 1984 年8 月) 的《日用陶瓷工业手册》对“毛孔”的解释是“釉面呈现小孔”。

在国标G BΠT 9195 —1999《陶瓷砖和卫生陶瓷分类及术语》中的“缺陷名称术语”中没有毛孔的术语出现,但有“针孔(pinprics) ”和“棕眼(pinholes) ”两种不同的缺陷术语。

其中“针孔”的定义是“釉面出现针刺状的小孔”,而给“棕眼”的定义是“釉面出现针样小孔眼”。

在国标G B 6952 —2005《卫生陶瓷》中没有针孔、毛孔的术语解释, 只给了“棕眼(pinholes) ”的定义“釉面上尺寸不大于1 »的小孔”。

由中国硅酸盐学会陶瓷分会建筑卫生陶瓷专业委员会编,中国建材工业出版社出版(1998 年8 月) 的《建筑卫生陶瓷工程师手册》中,卫生陶瓷常见缺陷分析中也没有“毛孔”“
、针孔”“
、猪毛孔”等术语的解释,只有“棕眼”的解释。

“棕眼是指釉层下的坯体上、直径在1 . 5 »以内的无釉小孔”等。

笔者认为“, 毛孔、猪毛孔、针孔”应属于同一类不同叫法的釉面缺陷, 其特点应是小而且多, 无法计量,单从标准角度讲不属于缺陷。

而“棕眼”就不同,尺寸应比“毛孔”大,数量少且有限,否则就被判为不合格品。

“毛孔”和“棕眼”在成因上也是不同的。

本文所讨
1 釉面毛孔、针孔的定义及有关论述
“毛孔”在李行健主编、外语教学与研究出版社、语文出版社出版的《现代汉语规范词典》的解释是“汗
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论的釉面缺陷仅指毛孔缺陷产生的原因和克服方法。

从以上反应我们可以看出: 所有粘土矿物和杂质
的氧化分解反应在1 000 ℃前基本结束,而熔剂类原料
和硅质原料中除瓷石中含有少量粘土矿物在烧成过程
中有结构水释放外,再就是少量杂质的氧化分解,这些
反应也都会在1 000 ℃之前结束。

2 卫生陶瓷在成形、干燥和烧成过程中
的物理化学变化
2 . 1 卫生陶瓷坯用原料及其性能
1) 卫生陶瓷坯体所用原料主要是粘土类、长石类、
石英类和少量矿化剂。

粘土类原料以高岭土、瓷土、木节土和矸石类如大
同砂石、焦宝石等硬质粘土。

也有少数企业为了提高
坯体强度或调节泥浆性能,在坯体配方中加入少量膨
润土类强可塑性粘土。

长石类原料是指熔剂类原料,如钾长石、钠长石、
瓷石、伊利石、绢英岩等。

有些企业为了降低烧成温
度,在坯料中加入少量矿化剂,如白云岩等, 也属于熔
剂类原料。

石英类原料主要是指硅质岩,如石英岩、砂岩、粉
砂岩等。

2) 粘土原料的主要性能指标有可塑性、结合性、烧
结性和耐火度。

粘土类原料在卫生陶瓷的成形、干燥
和烧成中具有重要的作用。

2 . 2 卫生陶瓷坯体在干燥和烧成中的主要物理化学
变化
1) 干燥阶段。

卫生陶瓷成形后的坯体一般含水率
在17 %～20 % , 干燥阶段主要的物理变化是坯体失
水,达到含水率为1 %～2 % ,体积收缩直到颗粒接近
靠拢使颗粒与颗粒之间留下20 %～30 %的气孔。

2) 烧成的低温阶段( 室温～300 ℃) 。

此阶段主要
是残留水分的排除,体积基本没有变化。

3) 氧化分解阶段(300～950 ℃) 。

粘土及其他矿物
结构水的排除;坯体内有机物的氧化分解;硫化物的氧
化;铁化合物的氧化;碳酸盐的分解等。

在这个阶段坯
体在体积上基本没有变化,同时留下了第二部分空隙,
这些空隙由空气充填。

4) 高温阶段( 950 ℃～最高烧成温度) 。

在此阶
段,坯体内的氧化分解未完成的仍在继续进行;液相出
现;形成新晶体和部分矿物的晶形转变。

液相充填坯
体中因水分蒸发和有机物分解逸出后所留下的空隙
中,坯体收缩,空隙中的空气被全部赶出坯体。

3 卫生陶瓷釉面毛孔产生的原因分析
3 . 1 文献中所介绍的釉面毛孔产生的主要原因
前面己经讲过,所有陶瓷工艺书上都有釉面毛孔、
针孔产生原因的论述,概括起来有以下几个方面: ①原
料方面的原因。

坯釉料中有机物和碳酸盐含量太高,
烧成时气体排出所产生; ②成形方面的原因。

注浆时
操作过急,使泥浆中的气体来不急排出或泥浆过热发
酵等; ③干燥方面的原因。

坯体干燥不透,烧成时气体
排出; ④烧成方面的原因。

釉料粘度大,气体不易排出
或烧成曲线不合理,烧成温度偏低。

3 . 2 研究的成果
图1 高岭土类原料失重曲线
Fig. 1 TG curve of kaolin g rou p
文献中所讲的原因是先辈们研究和实践的结晶,
这是我们必须承认的。

但笔者根据近年研究和工作实
践体会到,除了文献中介绍的几种原因会造成釉面毛
孔、针孔外,更为重要的原因是坯体干燥后在坯体中留
下的空隙,在这些空隙中所充填的空气在烧成时排出
而产生的针孔。

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陶 瓷
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单一原料要弱 ,反应温度要提前一些 。

图 3 为某卫生 陶瓷坯体的差热曲线就充分证明了这一点 。

也就是 说 ,如果釉料在此之前没有完全熔化 ,釉面针孔不可能 是由原料分解和有机质氧化所造成的 。

表 l 列出了 8 个不同卫生陶瓷生坯显气孔率和体 积密度检测的平均值 。

表 1 卫生陶瓷生坯显气孔率和体积密度
Tab. 1 G reen - b od y apparen t porosity and v olu me d ensity of sanitary
ceramics
1 2 3 4 5 6 7 8
气孔率
( %)
31. 12 30. 53 30. 73 30. 13 30. 54 30. 29 28. 94 29. 36
体积密度
(g Π½ )
1. 74 1. 76 1. 77 1. 77 1. 76 1. 77 1. 78 1. 77
从表 1 可以看出 ,卫生陶瓷干燥后坯体中留下了 30 %左右的气孔 ,这是湿坯干燥时失去水分所留下的 , 在烧成的低温和中高温阶段 ,由于粘土矿物的氧化分 解和有机质的氧化还会形成新的气孔 ,此时坯体收缩 很小 ,总气孔率还在增大 。

随着烧成温度的进一步提
高 ,液相出现 (卫生陶瓷烧成温度均大于 1 150 ℃
) ,液 相向气孔中移动 ,气孔率减少 ,坯体收缩 ,直到显气孔 率接近零为止 , 烧成线收缩率一般在 8 %～ 10 % 。

在 液相出现 ,坯体开始产生烧成收缩直到收缩结束 ,气孔 率为零这段时间内 ,气体排出量最大 。

这不是结构水 的排出 ,也不是有机质燃烧所产生的气体 ,而是坯体在 干燥和中低温烧成过程中所留下的气孔中的气体 ,如 果在这个阶段釉料熔化 ( 一般都会熔化) ,特别是始熔 点较低的釉料 ,必然会在釉面留下排气孔 。

如果烧成 制度合理 ,保温时间长 ,釉料高温粘度小 ,毛孔会减少 或彻底消除 ,反之亦然 。

这就是笔者研究的结果 ,同时 顺着这一思路去优化成形工艺或调整烧成制度 、或调 整釉料配方 ,十分有效 。

图 l 是高岭土类原料的失重曲线图 ,图 2 是常用 陶瓷原料差热曲线图 。

从图 1 、图 2 可以看出 : 所有陶 瓷原料的分解反应均在 1 000 ℃之前结束 ,这与前面介 绍的卫生陶瓷坯体在卫生陶瓷干燥 、烧成工艺过程中 的物理化学变化相一致 。

一般来讲 ,坯体由于是由多 种原料组成的 ,每种原料所占比例有限 ,其反应强度比
4 卫生陶瓷釉面毛孔 、针孔的克服办法
卫生陶瓷釉面毛孔 、针孔克服的办法有 : ①坯釉料 精选 ; ②注浆前保持模具合适的水分 ; ③施釉前保持坯 体清洁并不能过干 。

以上 3 条是常规要做的 ,也就是 基础条件 ,是保证施好釉的前提 。

本文着重强调避免
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2) 在坯体配方确定后作一个综合热分析,根据综
合热分析结果并结合实际情况,制定出合理的烧成制
度,确保足够的保温时间。

3) 提高泥浆浓度、降低泥浆含水率、适当提高了成
形压力,从而提高了成形后坯体的致密度,减少干燥后
坯体内的气孔率。

4) 在确保釉浆性能的前提下,要确保施釉厚度,这
是解决釉面针孔十分有效的措施。

图4 是笔者对2 件不同质量的卫生陶瓷成品坯釉
断面所作的扫描电镜照片。

和减少釉面毛孔、针孔的主要措施有下面几点:
1) 注浆前的泥浆要缓慢搅拌,排除泥浆中裹入的
气泡。

经验证明,传统工艺中的抽真空,都达不到缓慢
搅拌的效果。

因为传统工艺在抽完真空后又用空气压
力送浆,加上泥浆快速注入高位槽的过程中又裹入了
新的气泡,在一定程度上又抵消了抽真空的效果。

笔
者曾对抽真空泥浆与不抽真空泥浆所成形的坯体进行
过详细研究,结果是抽真空泥浆所成形的坯体气孔率
还高于不抽真空的泥浆所成形的坯体,这就是以后新
建的生产线为什么不用抽真空工艺的原因之一。

(a) ×25 ( b) ×40
图4 2 件不同釉面厚度样品断面SE M 图
Fig. 4 S ection SE M of d ifferent thickness g lazing
图4 (a) 样品是釉面质量差,毛孔多的卫生陶瓷产
品断面SE M 图。

从图4 可以看出,靠近釉面的坯体内
聚集了许多大小不等的气泡,由于釉层薄,所以封不住
气泡,使得气泡大量逸出, 从而造成釉面出现大量针
孔、毛孔;相反,样品( b) 虽然在釉面附近集满了气泡,
但由于釉层厚,封住了气体的出路,气体不能逸出,故
而使得釉面光亮、平滑。

经验证明,这是一种解决釉面
毛孔简单而有效的方法,当然不能算作最好的方法。

5) 首先着力研制始熔点高,坯釉匹配的釉料,确保
在釉料没有完全熔化前坯体基本烧结,充填在坯体内
的气体全部逸出。

这是解决釉面毛孔、针孔缺陷的最
好方法,但也是最难的方法。

其次适当降低釉料的高
温粘度,使釉熔体在高温保温阶段充分填平已出现的
毛孔缺陷。

无法彻底解决的课题。

笔者通过研究和实践证明,除
了传统教科书上讲的原料、模具等原因之外,最主要的
原因是卫生陶瓷在干燥阶段失水和烧成的低温、中高
温阶段坯料氧化分解所留孔隙中有充填的气体逸出所
致,这是根源,也是气源。

如果在这个阶段釉料熔化、
但又没封死,就会在釉面上形成针孔的缺陷。

解决这
个问题的关键就是适当提高注浆压力、提高泥浆浓度,
从而提高坯体的致密度; 另外,制定合理的烧成制度;
研制始熔点高、坯釉匹配的釉料;保证足够的施釉厚度
是解决釉面针孔最有效的方法。

参考文献
1 轻工业部第一轻工业局编.日用陶瓷工业手册.北京:
轻工业出版社,1987
2 中国硅酸盐学会陶瓷分会建筑卫生陶瓷专业委员会
编. 现代建筑卫生陶瓷工程师手册. 北京: 中国建材工业出版
社,1998
3 裴秀娟,等. 卫生陶瓷工厂技术员手册. 北京: 化学工业
出版社,2006
5 结论
卫生陶瓷釉面毛孔、针孔产生的原因及克服办法,
是一个老生常谈的课题,但也是一个谁都知道但谁都。