对聚晶微粉超透料通透性的分析

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摘 要：文章对聚晶微粉超透料的通透性进行了详细分析，并针对目前超透料通透性不佳、易变形、易分层、易产生熔洞、耐磨性差等问题的解决提出看法和处理意见。

关键词：抛光砖；聚晶微粉；超透料；通透性

1 前 言

第一代聚晶微粉透料的开发始于2002年，最早是嘉俊陶瓷开发的，开发的理念是能开发出如微晶玻璃一样的质感材料，可使微粉砖更加具有肌理装饰效果，纹理更加有层次性和立体性。所以当初就是用微晶玻璃熔块做助熔的，考虑就是微晶熔块膨胀系数与坯一致且始熔点较高，也正是这个缘故，这种材料就叫微晶材料或聚晶材料，应用这种材料开发的产品就称为聚晶微粉或立体微粉。但是微晶熔块很昂贵，很难普及使用，也有人用低温长石来研制出新的聚晶材料，因烧成温度低且能增透，有人把这种材料叫做低温料或透料，更有人艺术化地叫做玉质料。

第二代聚晶微粉透料的开发始于2009年，最早是鹰牌陶瓷开发的。新一代透料更通透清澈，如清澈的水、纯净的水晶，所以也叫液晶玉或超透料。新一代液晶玉更能增加砖的通透性、立体感和层次性，是仿玉石系列抛光砖的必备材料，但生产时易出现诸如成形时分层（粉料塑性差、易静电、排气困难、成形困难）和无法提压次的问题，以及烧成时变形（上翘或波浪形变形）、熔洞（始熔点低、排气难）和抛光后透光性差、耐磨性差等问题。本文对影响聚晶微粉超透料通透性的因素进行了分析。

2 影响聚晶微粉超透料通透性的因素分析

聚晶微粉砖尤其是透晶砖，面料低温透料的使用量较大，占2%~98%，后者可达95%以上。如此多的透料，单靠降低温度、增加玻璃相含量来增加透料的透性和砖的通透性是远远不够的，也易造成砖的变形、分层、熔洞和耐磨性下降等问题。解决问题的关键，首先应弄清影响聚晶微粉透料通透性的因素,主要有以下三方面：

（1） 空气与透料透光体界面的反射和吸收情况，尤其是漫反射；

（2） 透料透光体对光的吸收和散射情况即透光率，包括晶界、相界、气泡、杂质、缺陷等因素对光传导的影响；

（3） 透料透光体与底料界面的反射及底料对光的吸收。

2.1空气与透料透光体界面的反射和吸收对通透性的影响

光在抛光砖抛光面上的反射、吸收和透射同样遵循能量守恒定律，见关系式（1）。

T+R+Q=I（1）

其中：

T――透射光能量；

R――反射光能量；

Q――吸收光量；

I――入射光总能量。

光的透射遵循光的折射定律，见关系式（2），透射率主要与材料的折射率有关，基本上是定值。而吸收和反射与抛光面的粗糙程度及干净度有关系，因此抛光面的抛光精度、光洁度对聚晶微粉的通透性影响至深。合理的抛光工艺是保证聚晶微粉抛光砖通透性的前提。

n21=sinθi/sinθt=v1/v2 （2）

式中：

θi――入射光线与法线的夹角；

θt――折射光线与法线的夹角；

n21――第二介质对第一介质的相对折射率；

v1、v2――不同传导体中的光速。

要减低聚晶微粉抛光砖抛光面对光的反射和吸收，除了增加抛光面的抛光精度和光洁度外，涂覆增透膜也不失为一种好方法，增透膜是利用透明膜对发射光的干涉相消原理，降低反射率、增加光的透过率。

图1为增透膜的工作原理图，其中n1

=2n■e=(2k+1)■

e■=■

式中：

n――薄膜的折射率；

t――入射点的薄膜厚度；

θt――薄膜内的折射角；

±λ／2 ――由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。

增透膜的设计是利用薄膜的折射率小于聚晶微粉透明材料和膜的厚度等于光的强光波长如红光的1/4时发生的发射光相消原理，增强入射光的透过率，提高抛光砖的通透性。

2.2透料透光体的质量包括颜色、晶体、粒径、晶界、相界、气泡、杂质等因素对其通透性的影响。

聚晶微粉透料对光的吸收和反射（尤其是漫反射）对聚晶微粉抛光砖的通透性影响极大。透料透光体的质量与材料配方及生产工艺有极大关系，如何在材料配方及生产工艺上保证材料的透光质量是本文的重点，将着重探讨。

2.2.1原料的选择

原料包括晶体原料如石英、高岭土、高温砂、黑泥、白泥、球土、透辉石、硅灰石、锂辉石、烧滑石等，玻璃体原料如钾长石、钠长石、锂长石、瓷石、云母、珍珠岩、霞石、熔块、废玻璃等，助剂如增强剂、增稠剂、稀释剂、澄清剂、脱色剂、析晶剂、增韧剂等。原料的选择原则是保证材料配方透光性设计需要和聚晶微粉抛光砖的生产条件需要，也要保证产品使用的物性和安全需要。从高透光的几种天然硅酸盐矿物的晶系特点、成矿特点和晶型转变特点，可得出聚晶微粉透料配方原料选取的基本原则，主要有如下三点：

（1） 原料纯、成分单一、稳定且最好以钾长石为主玻璃相形成体，晶相为透辉石形成体；

（2） 原料烧失小，形成玻璃时，残余晶相为单斜晶系的小分子且残余晶相不发生晶型转变，不出现膨胀失透；

（3） 透明玻璃的成分多，玻璃粘度大，不易在降温时分相；

（4） 原料中次要矿物和副矿物成分少，稀土含量较高的副矿影响透光率，此外副矿中的过渡元素铁钛磷等也影响失透。

（5） 如无法避免分相和析晶，建议引入多元析晶剂，使得晶体尺寸更小。表1中列出了常用的聚晶微粉透料用原料。

2.2.2配方的设计

聚晶微粉透料的配方结构首先不再考虑晶体较大的树枝状或网状莫来石晶体，而是考虑晶体较小的针状莫来石、透辉石、锂辉石和硅灰石的多元晶体，玻璃相选择高温粘度大的K2O-MgO-CaO-Al2O3-SiO2玻璃，而不是粘度低的Na2O-CaO-Al2O3-SiO2玻璃。这方面的开发可以参考长石（伊利石）-硅灰石（透辉石）质透明釉，只要钙和镁的氧化物含量在8%以内，都可以研制出不同通透性的透料，膨胀系数可以用锂辉石微调。此外，玻璃相中也有更微细的晶体，如绢云母晶体、透长石晶体，因玻璃粘度大,晶体也仅仅呈晶核状态，且晶核为极小的单斜晶体。当然，也可以选用伊利石或含云母较多的瓷石，配方示例如表2所示。

2.2.3生产的控制

生产控制的关键是原料的均化情况，原料的细度、纯度，粉料的粒度分配、水分比重，成形时致密度的均匀性、排气状态和烧成曲线。其中，烧成曲线尤显重要，要求氧化段长一些，保证气体排出，高温烧成段短一点，急冷快一点，缓冷慢一点，保证透料在高温玻璃状态时粘度较高，不分相不析晶。

2.3透料透光体与底料及其他透光体面料界面对光的吸收和反射

光经过折射后，在透料与底料或装饰料的界面形成的反射光，经重新折射后进入肉眼后形成视觉漂移，这些视觉漂移的效果就是立体效果或者是通透效果。透料无论做线料、块料、粒料或全透料都要有可比性，既要增加通透反差，又要使反差柔和自然。如做线料和块料的透料被其它面料和底料形成的不透沟槽包围，沟槽和透料玻璃体形成的界面对光的吸收和反射既与玻璃体有关，也与不透沟槽界面的粗糙度、色度和曲面度有关，还与不透材料的晶体状态、晶粒排列方向、晶界状态及材料缺陷有关。如有的玻璃体与非玻璃体界面会有晶体成长、微气体富集、微裂纹产生、分相物质富集等，这些都会影响聚晶微粉透料的通透性。

3结论

综上分析，影响聚晶微粉透料通透性的主要因素有如下四点：

（1） 原料选择和配方设计是影响聚晶微粉透料通透性的根本，选取原料应考虑原料的晶体结构、纯度、白度和在配方中的作用，总的原则是玻璃相高温粘度要大，晶体要小，气相及残余相要少，玻璃折射率要大。

（2） 从生产工艺流程控制看，要控制好原料储存、原料均化、球磨加工、喷雾干燥、模压成形、干燥烧成、磨削抛光等过程的工艺参数和工艺卫生，保证控制的精度和干净度。

（3） 利用非透料的颜色和界面对二次反射时光的吸收和反射率的影响，以及布料装饰工艺提高透料的通透性也是重要的手段。

（4） 增透膜可以提高一次反射时的光的透过率，并能弥补界面光洁度、毛孔等缺陷，从工艺角度讲也是重要的增透手段。

参考文献

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［2］ 韩复兴.浅谈微粉抛光砖的开发[N]．陶城报，2008，（7）.

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专利号:CN200920060045.2.

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湾鹰牌陶瓷有限公司,专利号:CN200910192628.5.