微晶石工艺技术的探讨及其产品缺陷的解决方法

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摘要：本文主要讲述了微晶石的发展历程、生产工艺及其创新，以及产品缺陷的解决方法。实践证明：微晶石产品存在的主要缺陷为硬度不够、气孔、变形等，如何解决这些缺陷问题，是微晶石生产的关键所在。

关键词：微晶石；工艺；创新；缺陷；解决方法

1 引言

微晶石，学名微晶玻璃，是一种采用天然无机材料，运用高新技术经过高温烧结的新型绿色环保高档建筑装饰材料。具有板面平整、色调均匀、纹理清晰、光泽柔和晶莹、质地坚硬细腻、防污染、耐酸碱、绿色环保、无放射性毒害等优点。这些优良的理化性能都是天然石材所不可比拟的。

微晶石是在与花岗岩形成条件相似的高温状态下，通过特殊的工艺烧结而成。但又存在区别，花岗岩是一种由火山爆发的熔岩在受到相当的压力的熔融状态下隆起至地壳表层，岩浆不喷出地面，而在地底下慢慢冷却凝固后形成的构造岩，是一种深层酸性火成岩，属于岩浆岩。微晶石与花岗岩、大理石、铸石性能的比较如表1所示。

微晶石具有较多的优点，它代表了未来建材发展的方向。但由于目前的技术有限，还存在很多的不足。因此，如何解决微晶石中的缺陷问题（硬度不够、气孔、变形等），是微晶石生产的关键所在。

2 微晶石的发展历程

我国陶瓷经过近20多年的发展，生产规模已跃居世界第一。但纵观这些年来的发展，只在抛光砖领域的生产与研发处于世界领先水平，而其它陶瓷产品限于国内的设计、材料、市场等因素，仍与发达国家有一定的差距。为促进行业的良性发展，加强行业交流，更好地推广新技术、新材料、新工艺的应用，从2002年开始，很多企业都开始投入到微晶石的生产上。通过在技术上的不断改进，目前已有很多企业成功生产出质量较高的微晶石。如今微晶石建筑材料已被誉为“21世纪的高档装饰材料”。

第一代微晶石生产于上个世纪90年代中后期，其优点为洁白如玉的外观、美丽柔美的光泽、良好的硬度与耐磨性、较好的耐酸耐碱性。但也存在一些缺点，如：大量的气孔、晶花单调等。

2003-2005年，第二代微晶石诞生，它具有变化万千的结晶花纹，并且整个横断面基本上无气孔。但硬度、耐化学腐蚀性比第一代差。

2005-2006年，第三代微晶石研究成功，相对来说，第三代微晶石的机械性能、耐化学腐蚀性能要更好；具有形状各异的花纹，断面基本无气孔。但立体层次感不强，石材质感不佳。

2008-2009年，技术人员通过特殊的配方体系，控制晶体生长的纹路，成功获得第四代的微晶石，它具有装饰花纹奇特、立体层次感强、石材质感逼真、色调柔光似水，其艺术性较强。

2009至今，已有很多企业开发出第五代微晶石，它是把陶瓷坯体、大理石纹理、玻璃微晶小颗粒三者完美合一，使此款产品光泽度高，同时又兼具大理石的纹理和质感。在性能方面，它质地坚硬细腻、吸水率低、防污、耐酸碱、抗风化，不会因冷热突变而裂开或扭曲变形，无放射性毒害，是目前最为安全的绿色环保型材料。同时，这些优良的特性是天然石材不可比拟的。

3 微晶石的生产工艺及其难点

3.1 微晶石的生产工艺

由图1可以看出，微晶石是由陶瓷坯体和微晶双层复合而成，微晶石的工艺流程大体一致，但一次烧工艺生产微晶石，在布料阶段先进行底料布料；再进行面料布料；最后一次烧成。二次烧工艺是先经过坯体高温素烧，后铺上微晶玻璃熔块，再通过高温烧成。一次烧成工艺相对简单、大大缩短生产时间。同时，在性能方面，二次烧的微晶石先经过坯体高温素烧后再低温釉烧，致使成品存在耐磨度低、硬度低、坯体与微晶结合不理想等缺陷。为了解决这些问题，技术人员经过长期的研究，目前采用一次烧成技术，致使砖坯、花纹、微晶玻璃层一次成形，大大提高了原材料与微晶的结合度，微晶石硬度更高（莫氏硬度达到6级）、更环保更耐磨。

3.2 微晶石一次烧成技术的难点

原材料和晶体一次结合达到一次烧成。具有非常大的技术难度，在试验过程中，产品不断出现大溶洞、波浪形、破裂等现象。为了获得较好的产品，需解决一次烧成的技术难点主要有三方面，一是原材料基础配方的确定；二是窑炉的烧成影响；第三是达到坯体与晶面热膨胀的平衡。

同时，一次烧微晶石的布料过程与二次烧布料过程不同，首先进行底料布料，底料通过调节刮板使素烧砖坯上的底料均匀布上；然后进行面料布料，面料通过调节刮板使其料均匀布上，面料布在底料上；最后由压模压平，从而使布料致密度均匀，并更清晰看到玻璃料底下的图案。

3.3 微晶石一次烧成的优势

（1）更强的硬度、更高的热稳定性

从两次烧转变为一次高温烧成，使其在烧制过程中大大节省了能耗，节省量达50%以上。更低碳、更环保、高硬度、高耐磨度等指标的全面升级也使得微晶石的耗损率大大降低，真正做到全方位的环保节能新突破。

（2）更少的气孔

二次烧微晶石表面有一定数量的针孔，一次烧微晶技术对原料的精细化要求极高，所选的都是优质高级坯釉料，结合精工设备及创新的烧制曲线，令砖体空气排出更彻底。结构更致密，将砖体产生针孔、熔洞的机率降至最低。

（3）更好的质感

以高端的喷墨技术为依托，可以根据使用需要生产出丰富多彩的多种色调多个系列。色调均匀一致、纹理清晰雅致、光泽柔和晶莹、色彩绚丽璀璨，而且质地坚硬细腻、不吸水防污染、耐酸碱抗风化、绿色环保、无放射性毒害。

4 微晶石产品的不足及解决方法

微晶石产品具有很多陶瓷砖、石材、抛光砖无可比拟的优点，但也存在不足。如：产品的硬度不够、气孔、变形等缺陷。

4.1 硬度

微晶石表面晶玉层莫氏硬度为5-6级，等级低于抛光砖的莫氏硬度6-7级。微晶石表面光泽度高，可以达到90%，如果遇划痕会很容易显现出来。微晶玻璃的硬度取决于晶相的品种、晶相的尺寸与数量、玻璃相的性质等要素。

从配方系统来说，可以开发新型的多元微晶玻璃配方体系，以得到含有新型硬质晶体的微晶玻璃。如采用CaO-Al2O3-SiO2系统，因为在硅灰石-钙长石-石英低共熔点附近的钙长石、硅灰石区域内，在析出β-硅灰石（莫氏硬度为5-5.5）晶体的同时，又能析出钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）（莫氏硬度为6-6.5）晶体，微晶玻璃的硬度将获得提高。还可以研制其它的硬质晶相，如镁橄榄石（Mg2SiO4，莫氏硬度为6-7）、镁铝尖晶石（MgAl2O4，莫氏硬度≥9.0）、假蓝宝石（Mg44l10Si2O23，莫氏硬度为9）。另外，还可以在配方中直接添加一定粒度高熔点、高硬度的材料，如：石英砂、锆英石粉、莫来石粉等。

从键能与配位数角度来说，一般玻璃的莫氏硬度还取决于离子间的键能大小。如硅、硼、铝离子价态高，与氧离子的距离小、吸引力大、场强度大、单键能大，使玻璃硬度变大。而碱金属元素钾、钠等，原子价低，与氧离子的距离大、吸引力小、场强度小、单键能小，使玻璃硬度变低。碱土金属元素介于这两种之间。即离子电价越高，正负离子间距越小，则硬度越高。各氧化物组对玻璃的硬度提高的作用大致是：SiO2>B2O3>MgO>ZnO>BaO>Al2O3>Fe2O3>K2O>Na2O>PbO。另外，离子的配位数对晶体硬度影响很大，硬度随着配位数的上升而提高。

4.2 气孔

微晶石表面有一定数量的针孔，遇到脏东西很容易显现，将直接影响到产品的质量。在实际生产中，气泡产生的原因较多，本文主要从晶化过程、熔制过程、气氛等方面进行研究。

（1）晶化过程对气孔的影响

在晶化过程中，晶化温度与晶化时间对气孔的影响较大。随着晶体的析出，玻璃粘度迅速增大，质点迁移受到限制，因此使晶化阶段的气孔更加难以排出。所以在微晶玻璃基础成份选择适当的同时，一定要准确制定和严格控制好晶化时间、晶化温度。晶化温度对气孔的出现及体积的扩大有很大的影响，通过研究发现，每组成份的玻璃都有其最佳的晶化温度范围，在此范围析出的晶体会不断长大，同时不会影响气体的变化。因此，需找到最佳的晶化温度范围。与此同时，晶化时间也一定要适当，否则将不利于产品的质量。

（2）熔制过程对气孔的影响

在晶化过程中，还有部分的气孔是没法排除的。因此，在熔制过程中一定要严格控制好其熔制的质量。其中最为关键的因素就是澄清时间，如果澄清时问不够，这些气泡将永久的存在于晶化颗粒花纹的中部。在产品抛光后将成为气孔。

（3）气氛对气孔的影响

在实际生产中，杂质是不可能避免的，如果烧成气氛不合适，将会发生一系列的氧化还原反应，杂质与配方中的物质发生反应，生产大量的气体，部分气体被排除，但还有大量的气体留在玻璃体内，形成较大的气泡。因此，通过对气氛的适当调节，可以有效地消除气泡。

4.3 变形

微晶石产品变形的原因主要可以分为三大类，一是坯釉膨胀系数不匹配，由于釉与坯是紧密联系在一起的，如果二者之间膨胀系数不一致，釉在冷却固化后，釉层中便会有应力出现，会影响釉在坯体上的附着性能，导致产品变形；二是生产工艺控制不当，如果烧成曲线设置不合理，窑内气流不稳定，坯釉化学成份波动较大等因素均会造成产品的变形；三是熔块化学成份不均匀，熔块化学成份偏差过大时易导致其热膨胀系数不一致，产生内应力，导致其翘曲变形。如果坯釉的膨胀系数完全一致，严格控制好生产工艺，使原料混合均匀、高温混熔均匀，其平面度完全可以控制在较理想的范围之内，使微晶石产品的变形在最小程度。

5 结语

近几年，随着家庭装修市场不断升温，需求也越来越大。因此，微晶石前景是非常乐观的。但通过上述分析，微晶石在迅速发展的同时生产方面还存在着一些严重的问题。彻底解决这些问题将是一个漫长而艰苦的过程。因此，技术人员应克服浮躁心理，扎实工作，从根本上解决这些问题。才有希望最终在激烈的市场竞争中立于不败之地。