全抛釉气泡影响因素的研究

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摘 要：针对目前建陶行业全抛釉气泡存在的难题，本文采用单因素实验法研究了全抛釉气泡的主要影响因素及其规律，揭示了坯体、底釉以及全抛釉的相关性能与气泡的关系。结果表明：全抛釉始熔点应与坯体的烧结性能以及底釉的融熔特性相匹配，严格控制全抛釉的高温黏度及表面张力有利于控制抛釉层中的气泡的数量和尺寸。全抛釉中形成一定量的晶体对气泡的控制和稳定有促进作用。

关键词：全抛釉;气泡;影响因素

1 引言

随着墙地面铺贴材料的种类越来越多，人们在满足视觉效果要求的同时，对材料的使用功能也更加关注。在抛光砖、仿古砖的热潮还没完全褪去的同时，目前市场上全抛釉、微晶石又大放异彩，逐渐占据墙地砖半壁江山，尤其是全抛釉类产品，近年来广为流行，深受装饰设计和销售市场的欢迎。

全抛釉砖产品一般表层为透明釉，不遮盖底釉层上的各道花釉或喷墨打印的呈色效果。抛光时只抛掉透明釉薄薄的一层[1]，它集抛光砖与仿古砖优点于一体，釉面如抛光砖般光滑亮洁，抛釉的呈色比仿古砖图案更为丰富，色彩厚重炫丽，层次感好，且使用寿命长，可以适用于室内地面，内墙铺贴，也可以适用于外墙装饰，应用场合广泛。但全抛釉砖作为一种新产品，也存在一些性能方面的关键问题，难以满足使用要求，主要表现在釉面耐磨性能差、硬度小、釉层残留气孔多，而且此方面的相关研究却罕见报道。本文就其釉面气泡问题进行了系统的分析与探讨，以期找到影响全抛釉气泡的主要因素。

2 实验内容

2.1 实验原料

本实验所采用的原料为天然矿物原料及少量的化工原料，主要有钠长石、钾长石、石英、高岭土、烧滑石、硅灰石、氧化锌、氧化铝粉、碳酸钡等，添加剂选用羟甲基纤维素和三聚磷酸钠。

2.1 实验方法

为了探讨研究抛釉气泡的影响因素及规律。本文采用单因素法进行分析讨论，笔者经过大量的实验研究，获得了相应的釉料配方;然后根据相应配方的始熔点、高温黏度、表面张力、析晶能力等与气泡的关系进行归纳总结，最终分析得出气泡的主要影响因素及规律，具体的工艺流程如图1所示。

3 结果分析与讨论

3.1 坯体对釉面气泡的影响

一般来说釉中气泡除了工艺上的因素外，主要来源于坯体、底釉以及抛釉，而坯体所用原料较釉用原料要求更低，因而所引入的杂质及有害组分更多，尤其是硫酸盐及铁的化合物分解温度在1000 ℃以上，很容易残留在釉层中;其次在整个砖中坯体也占绝大部分，因而釉中气泡主要来源于坯体。为了解坯体烧结对釉层气泡的影响，本文选用三家建筑陶瓷厂的坯体进行烧结实验，其结果如图2、图3所示。

由图2可知，随着温度的升高，坯体的烧失量均逐渐增大，不同坯体的烧失量虽有差异，但当温度到达1100 ℃后，所有坯体基本无烧失，这也与有机物燃烧、碳酸盐分解一般都在1000 ℃以下有关。由图3可知，当温度升高时，坯体的吸水率减小，烧成线收缩增大，这主要是因为：一方面，坯体中的颗粒在烧结推动力作用下，颗粒间距减小，接触面积扩大，逐渐形成晶界，坯体致密度升高，坯体致密化过程也是坯体排气的过程;另一方面，长石的熔融和其他组分间的共融产生液相，随着温度升高，液相量增多，并填充到颗粒间隙中，将原料颗粒间的气体挤压出来，并填充在坯体的空隙中，依靠液相的表面张力把颗粒拉近，最终使得吸水率降低，线收缩增加。结合图2与图3可知，全抛釉中气泡的来源与坯体的烧失量并无直接联系，因为全抛釉的始熔点一般在1100 ℃以上，而达到这个温度点后坯体基本无酌减，气泡主要来源于坯体收缩过程中原颗粒间的气体，且可以根据吸水率与温度变化的曲线，来调配底釉和抛釉。坯体烧结温度高，坯体在烧结过程持续的时间也长，温度也高。与此同时，底釉和抛釉的融化是同时进行的，这样无法避免坯体的致密化过程排除的气体不进入底釉或抛釉之中。因为烧到最高温度，其粘度：坯体>底釉>抛釉。这就是抛釉中形成气泡尺寸和数量多少的关键控制因素。

由图3还可以看出，随着烧成温度的提高，坯体的吸水率不断下降，烧成收缩不断增加。这说明坯体在致密化过程中，也就是坯体中的气体在不断地排向底釉。同时，对于1#坯体的温度低于1125 ℃时，坯体排气的速率很大;当温度高于1125 ℃时，坯体的排气速率就急剧下降。

3.2 底釉对釉面气泡的影响

底釉作为抛釉与坯体的过度层，不仅可以遮盖坯体的颜色，缓解坯体与抛釉之间的反应，而且其膨胀系数，白度对产品的砖形，发色都有影响。本文主要探讨高温黏度与始熔点对抛釉气泡的关系[2]。

底釉的化学组成一般都是高硅或者高铝，两者之和一般都在75%～85%之间，而且经常会引入一部分硅酸锆，三者的高温黏度都特别大，实验中发现即使烧到1250 ℃，一般底釉基本处于熔融但无法流动的高粘状态，所以按照目前建陶厂全抛釉砖的烧成温度，不同底釉在烧成温度下黏度基本一致，故很难通过调整其高温黏度来控制抛釉层中的气泡。

由图3可知，为了控制坯体的排气量尽量少地进入抛釉中，底釉始熔点不宜高于1150 ℃。因为在达到该温度点之前，坯体吸水率及线收缩变化均比较剧烈，即会放出更多的气体，故应避免底釉在此温度之前熔融，阻止气体排入抛釉之中。

对于1#坯体，当温度在1150 ℃以下时，排气量约占总排气量的90%;当温度在1150 ℃以上时，排气量约占总排气量的10%。因此，控制底釉的始熔温度就是控制坯体排入抛釉中气体量多少的关键因素。如果底釉始熔点偏低，在1150 ℃时底釉的粘度偏低，不能有效阻止坯体致密化过程排入抛釉的气体;如果底釉的始熔点偏高，在1150 ℃尚未烧结，底釉具有透气性（吸水率偏大），坯体致密化过程排除的气体就比较容易进入抛釉层中。底釉属于多元体系 ，根据相图原理，不同组分，不同配比，其熔融温度能相差甚远。所以，要求底釉给坯体足够的排气时间，同时要在1150 ℃时烧结，阻止坯体排气进入或少进入抛釉之中将成为问题的关键所在。

3.3 抛釉对气泡的影响

3.3.1抛釉始熔点对气泡的影响

抛釉作为釉面砖最表面的一层，对产品的外观性能以及使用性能有着决定性的影响，对于全抛釉则希望抛光后釉面光亮平整，无针眼毛孔等缺陷，而气泡的存在可能会导致釉面毛糙，光泽度下降，甚至影响呈色、硬度及其化学稳定性，故有必要对抛釉相关性质进行讨论，以达到控制，减少釉层气泡的目的。本实验选取高始熔点（1170 ℃）底釉与低始熔点（1150 ℃）底釉分别进行研究，最后获得抛釉始熔点与气泡的关系，其结果如图4所示。气泡评估主要参考釉层中显微镜下可见气泡的大小和数量来评分，分数越高表示气泡越小越少，釉面越优。

由图4可知，当底釉为高始熔点时，气泡随着抛釉始熔点的升高逐渐减少，综合评分升高。对于高始熔点的抛釉来说，当温度升到1140 ℃时，釉的黏度下降到气泡可以聚合的温度，气泡数量就开始下降;当底釉为低始熔点时，釉的黏度处于偏小的状态，可见的气泡较多、较大。当升温到1120 ℃时，可见气泡的数量开始减少。说明低始熔点抛釉气泡发生聚合的温度略低。综合评分，较低始熔点的抛釉综合效果比较好。由此得出结论，根据坯体和底釉烧结的致密化过程，调配恰当抛釉的始熔点也是极为重要的事情。

3.3.2抛釉高温黏度对气泡的影响

釉的高温黏度与釉层中气泡的形成，聚集以及排放都息息相关。通过底釉与抛釉始熔点实验得出的结论，笔者分别根据低始熔点抛釉匹配低始熔点底釉，高始熔点抛釉匹配高始熔点底釉的原则，在其他性质固定的情况下，对抛釉的高温黏度与气泡的关系进行了探讨。图5为低始熔点底釉（1150 ℃）与抛釉（1120 ℃）结合高温黏度与气泡的关系，图6为高始熔点底釉（1170 ℃）与抛釉（1140 ℃）结合高温黏度与气泡的关系。高温黏度的测试采用斜槽法，通过测量釉熔熔后在斜槽中所流的长度来表征其高温黏度，通过实验得出其黏度大小为a

由图5、图6可知，随着高温黏度的增加，气泡逐渐变多，变小。假设相同的坯体，在相同的温度和相同的烧成时间过程中排除的气体量是相同的。每个气泡的体积为：V= （4/3）πr3

如果抛釉的粘度变大，气泡尺寸就变小。如果气泡尺寸变小1倍，坯体排除的气泡数量将是原来的8倍。如果温度高气泡就大，但数量就急剧减少。这与气泡在釉层的演变过程一致。气泡在釉层中的演变过程主要包括气泡的形成、团聚、排出，当其温度逐渐升高时，即使气泡能够聚集变大，对于要完全排除釉层中的气泡，如果釉熔体粘度较大，釉层中的气泡仍然无法从釉层中完全排除，只能形成较多的大气泡，如图5（b）和图6（B）所示。当其高温黏度进一步增大时，气泡形成后就已经很难移动，甚至无法聚集，所以釉层中将残留大量的小气泡，如图5（d）和图6（D）所示。所以无论是高始熔点还是低始熔点，如果抛釉的始熔点不恰当，以及气泡在釉层中的大小和数量不合适，都不会生产出理想的产品。我们要求的是抛釉的高温粘度合适，气泡在釉层中的数量、大小和分布要符合要求，即气泡大小一般在0.06～0.08 mm之间，数量要少，分布距离抛光前釉层表面为0.1mm以下。这样的釉层既透明，抛光后又不出现吸污或黑点的问题。

3.3.3抛釉表面张力对气泡的影响

一般来说釉的表面张力过大，会阻碍气体的排除和熔体均化;表面张力过小，则可能导致釉面小气泡排除后形成的针孔或凹槽难以流平[3]。同时，表面张力还影响气泡的长大与移动。表面张力小，气泡长大的阻力小，也易于冲破釉面排出。气泡在釉熔体中的上浮速度可近似用哈达马尔德公式计算[4]：

V=gr（ρ-ρ1）/3η

式中：V―气泡上升速度;g―重力加速度;r―气泡半径;ρ―熔体密度;ρ1―气体的密度;η―釉熔体的黏度。

该公式表明，气泡上升速率与气泡尺寸、釉粘度的关系。可见，当气泡的尺寸大，气泡上升速度较快。如果把釉形成的气泡尺寸和最高温度下釉的高温粘度代入计算，可以得出在目前生产烧成时间内，气泡是不能完全排除釉层的。气泡在达到釉表面即将排除时，又要受到表面张力的阻碍，只有上升力大于表面张力时，才得以排除。显然，较小的表面张力有利于小气泡的长大与上升，同时气体冲破釉面的阻力也小[5]。所以，在一定程度下降低抛釉的表面张力有利于气泡的排出。

3.3.4抛釉析晶对气泡的影响

目前，市场上的普通全抛釉抛光之前一般呈哑光釉面，表层析出一层薄薄的晶体，根据抛釉化学组成的不同，析出的晶体可能是钙长石、钡长石、透辉石等。这些晶体一般属于自生析晶，即在熔融的玻璃液中，在合适的条件下，过饱和的粒子向晶核团聚长大，最终形成晶体[6]。析晶温度点在很低温度下就发生，可以通过差热分析测定。釉中有一定量的细小晶体的析出，能增加釉熔体的高温黏度，阻碍少量小气泡聚集形成大气泡。另外，晶体析出产生的晶界也可以起到阻止气泡移动的作用，因而经过抛光后，气泡一般压在抛釉底层，且量少泡小，对釉面影响不大。因此，抛釉中析出一定量的晶体有益于釉层中气泡的控制，提高抛釉的稳定性。

4 结论

（1） 气泡是由于坯体在烧结致密化过程排除的气体所致。与坯体中碳酸盐＼有机物的含量无直接关系。

（2） 底釉和抛釉的始熔点应该与坯体的烧结性能匹配。最终要求气泡尺寸、数量和在釉层中的分布都要符合要求。

（3） 在允许的范围内，一定量的析晶有利于釉层中气泡的控制。

参考文献

[1] 王迪，王永强.瓷质釉面抛光砖的表面硬度及耐磨性改善[J].广东建材，2011 （10）.

[2] 林志江.釉面外墙砖底釉的研制与应用[J].佛山陶瓷，2009（9）.

[3] 马铁成，缪松兰.陶瓷工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2011.

[4] 盛振宏.国内外日用瓷釉中气泡的研究[J].中国陶瓷，2000（5）：17.

[6] 陈迪晴.一次烧成釉面砖釉面针孔产生原因与解决措施[J].陶瓷，2007（7）.

[8] 祝桂洪.陶瓷釉配置基础[M].北京：轻工业出版社.1989.

Study on Influencing Factors of Bubbles of Polished Glaze

LI Bang-cheng;ZHAN Chang-chun;CHEN Zong-ling;JIANG Li-jun

（Foshan Kejie Glaze CO.，LTD， foshan 528000）

Abstract： For the current difficulties of polished glaze’s bubbles in architectural ceramic industry， this paper studied the main factors of polished glaze’s bubbles with single factor experiment， revealed the relationship between body， bottom glaze， polished glaze and bubbles. The results showed that： the start melting point of the polished glaze should match with the performance of sintered body and the molten characteristics of bottom glaze， reduce the high temperature viscosity of polished glaze and surface tension was conducive to the discharge of bubbles， a amount of crystallization was promote to controlling and stabilizing bubbles.

Key words： polished glaze; bubbles; factors