膨胀系数对瓷砖变形的影响

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摘 要：本文通过对坯体、釉料的膨胀系数进行监测，从中发现釉与坯的膨胀系数的曲线特点。在600℃～700℃阶段，坯料和釉料的膨胀系数差异较大，通过适当调节这个温度段的膨胀系数，可以缩小坯釉膨胀系数的差距，以改善坯釉的适应性，从而改善瓷砖的变形情况。结果表明，有针对性地提高釉料膨胀系数对减少瓷砖变形能起到更好的作用。

关键词：调节；膨胀系数；瓷砖；变形

1 引言

影响瓷砖变形的因素很多，包括粉料级配、成形条件、烧成制度等，其中，热膨胀性对瓷砖变形的影响，主要表现在烧成后的冷却阶段。笔者监测到的热膨胀系数，是从其常温开始，受热过程中表现出来的长度或体积变长、变大的特性。以成品受热后的膨胀特性来推断其在冷却过程中的坯釉收缩情况。线性热膨胀系数是本试验的研究对象，它指的是由室温至试验温度间，每升高1℃，试样长度的相对变化率如（1）式。

理论上来讲，坯釉的膨胀系数越接近越好。但由于其成分存在差异，所以其膨胀系数也不可能相同。因此，只能要求它们的差异在合理的范围内，使得对于瓷砖变形的影响达到最低。本试验即从其内在因素着手，通过调节其膨胀系数，以改善坯釉的适应性，从而降低瓷砖的最终变形率。

2 试验过程

2.1 某产品初始变形量的研究

表1为某产品的变形指标情况。

从表1可以看出，该产品均呈龟背变形，且部分超出要求。虽然刚出窑时，不是很严重，但随着时间推移，坯釉层所受应力趋于稳定。可以看出，变形数值朝着不利方向发展。

2.2 坯釉膨胀系数监测情况

对某产品的坯体和面釉进行膨胀系数测试，测试结果如图1所示。

由图1可知，坯的膨胀系数大于釉的膨胀系数，且在不同温度段，两者膨胀系数的差距变化较大；坯体最大膨胀系数温度为650℃左右，釉的最大膨胀系数温度为900℃左右，最大膨胀系数出现的温度点相距200℃以上；产品在冷却时釉面收缩小，坯体收缩大，且随着温度逐渐降低，坯体的收缩先增大后减小，釉的收缩逐渐降低。因此，可以判定坯釉膨胀系数的差异是造成龟背变形的原因之一。

2.3 面釉膨胀系数的调节

2.3.1高膨胀原料的选择

为了提高釉料的膨胀系数，试验人员分别选取了膨胀系数较高的原料A和原料B，并对这两种原料的膨胀系数进行测试，将其结果与坯体进行对比，如图2和图3所示。

由图2可知，原料A随温度的上升，膨胀系数一直上升。由图3可知，原料B随温度的上升，其膨胀系数开始上升，到600℃以后，其膨胀系数突然下降。与坯体的膨胀系数相比，这两种原料在低温区（600℃以下）的膨胀系数均比坯体要大，说明该原料可以适当提高釉料低温区的膨胀系数。但是，在高温区（600℃以上），两者的膨胀系数表现不一致。

2.3.2配方调整后面釉膨胀系数分析

表2为添加原料A、原料B后新配方的情况。

将调整后的釉-A和釉-B分别与坯体的膨胀系数进行对比，其结果如图4、图5所示。

由图4可以看出，添加原料A后，釉-A的膨胀系数在低温段有了明显的提升，并在800℃后大于坯体的膨胀系数。由图5可以看出，釉-B的膨胀系数在低温段也有明显提高，但是高温段也略小于坯体的膨胀系数。

2.4 试验产品调整后的变形情况

通过对最终的瓷砖变形进行检测，其结果反映釉-B的效果要好于釉-A，其产品调整前后的变形对比情况如表3所示。

从表3可以看出，釉-B产品的变形范围最小，其平整度最好。

3 结果分析与讨论

本试验只对面釉的膨胀系数进行了调节，且以上试验均在相对稳定一致的加工条件和烧成条件下进行，因而可以排除物料细度、烧成制度等对坯釉膨胀系数测试值的影响。调整前，坯釉差异较大，坯体的膨胀在600℃达到峰值，釉的膨胀系数较低，产品最终变形不理想；调整后，坯釉差距缩小，但原料B的效果比原料A的要好。其主要原因分析如下。

3.1 配方的影响

该批次产品坯体配方和面釉配方的组成分别如表4和表5所示。

由表4、表5可知，坯料主要来源于天然矿物，其原料波动大。但釉料是为精细加工矿物，配方可调节性强。因此，由于坯釉成分的的差异，导致其坯体和釉的膨胀系数存在较大的差异。

3.2 化学成分的影响

通过对配方中的化学成分进行检测与计算，得到最终坯釉的化学成分，如表6所示。

由表6可知，坯和釉的化学成分有明显区别，坯中某些原料的成分较高，如SiO2、K2O、Na2O等，约为釉中含量的2倍；而釉中的CaO、MgO、ZrO2成分较高，是坯中的6倍以上。

（1） SiO2含量的影响

有研究指出，坯体中一般含有石英、莫来石、方石英和玻璃相等常见矿物相，而方石英的膨胀系数约是其余原料膨胀系数的两倍。温度在20～800℃阶段，其α方石英的膨胀系数>20×10-6/℃；而α石英的膨胀系数>8×10-6/℃。本试验坯体的化学成分中， SiO2成分较高，因而其生成此两种矿物相的几率大大增加，使得坯体的膨胀系数也较大。

（2） 熔剂等组分的影响

根据相关资料显示，各种氧化物形成玻璃态时的体膨胀系数如表7所示。

检测升温过程中，在600℃以后，坯体中逐渐出现液相，空间架构被熔解，固体石英含量降低，（下转第25页）因而α坯体降低。然而，由表7可知，坯体中熔剂含量不高，在5%～8%范围，所以形成的液相不多。SiO2进入液相的比例较低，因而始终α坯体>α面釉；另一方面，在600℃前，面釉的熔剂含量决定了其膨胀系数较低。此试验中，面釉中熔剂含量较高，在16%～18%范围，形成的玻璃相比坯体多，SiO2进入玻璃相的比例也多，因而显著地降低了釉的膨胀系数。又由于釉中熔剂多以膨胀系数较低的CaO、MgO为主，K2O 、Na2O为辅，所以进一步降低了釉中玻璃体的膨胀系数。但是，随着温度的升高，在600℃以后，玻璃相开始出现液相，质点间的振动加剧，表现出α面釉持续增加。

3.3 坯釉膨胀系数的匹配性

从烧成后的冷却过程来看，坯釉膨胀系数的差异不容忽视。在实际烧成冷却时，坯在600℃左右剧烈收缩，但釉层几乎停滞收缩，因此釉层受到坯体的压应力较大，造成其龟背变形。同时，高温状态的膨胀系数也很重要，即从全液相急冷的过程中，釉的收缩也不宜过大，当它的膨胀系数大于坯体，随着温度的降低，固相连续出现，釉层受到的张应力逐渐抵消。其造成的影响仅靠低温时的坯体收缩带来的压应力还是消除不了，因而也就呈现出最终产品的波浪状变形，这也就是原料B比原料A效果好的原因。

4 结论

由于坯体原料的限制，面釉的调整比较容易实现，通过合理地调节面釉的膨胀系数，从而达到降低瓷砖变形的目的。通过试验可以得出：坯釉的化学成分不同，会导致其膨胀系数不同，应在允许范围内使其接近；坯釉膨胀系数的差别会随温度的变化而变化，不能单看某个温度的数值；提升面釉膨胀系数要有针对性，不能一味提高，要看其最终膨胀曲线与坯体的匹配性。

经过调整后，最终顺利解决了生产实践中产品变形的问题。

参考文献

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[2] 蔡瑞年，郑元耀，贺导艳.陶瓷釉料线膨胀系数测试用釉棒的制备方法[J].陶瓷，2010，8：57-58.

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