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如何有效提升建陶产品的强度?
来源 : 陶卫网     阅读 : 6504    作者 : 王明华    2020-09-08 陶瓷强度

强度,是陶瓷材料中一项非常重要的指标。它与陶瓷的破损率有直接关系,也会影响到耐磨、硬度等指标。因此,在产品生产过程中,陶瓷工作人员都在想方设法提高陶瓷的强度性能指标。

在设计开发过程中,强度指标受不同的工艺影响,如元素、配方、压制、烧成等。一个产品的完美制造,每一个步骤都不可或缺。鉴于不同的资料来源对于强度影响因素的评论不同,再鉴于建陶烧成是快速烧成,其烧成的结构与理论差异很大,因此,我们试着讨论不同的影响。



1、对于产品的强度提升,最基层的描述,毫无疑问是微观结构的形态。

如果材料内部是理想的大量纤维或针状晶体掺杂编织,其玻璃基质也是高强母相,然后没有气孔气泡等缺陷。

在建陶快烧过程中,首先晶体含量值得商榷,晶体发育程度也是值得观察的,材料内部气孔毫无疑问存在。因此,如果想要建陶产品的强度提高,笔者以为在烧成速度难以延长的情况下,其材料的特质及结构就是建陶产品开发需要关注的重点。


2、晶体发育及数量毫无疑问是强度性能提升的最佳考虑方向。

在考虑到晶体及数量的时候,鉴于烧成时间无法得到很好的延长大背景下(节能省耗),通过物料粉碎步骤,将物料尽量均匀化是增大晶体数量的有效措施。

物料均化越好,在烧成上,通过控制适当的温度范围,产品内部析晶就会越多。均化差的体系,在产品内局部就会出现高温料过多或低温料过多区域,这样都会导致产品整体析晶数量较少。因此,均化步骤也就是原料堆场拌料及球磨造粒区域的工作,虽然看起来不好,确是非常重要的生产流程。


3、玻璃基质强度的提高,会很有效提升产品性能。

陶瓷产品基本建立在钾铝硅体系的基础上,这个体系其助熔性元素主要是侧重于钾元素。随着窑炉技术的持续改进,也出现原材料选择的不得已,这个体系对于钠元素越来越关注。在此同时,也一直有钙镁元素的存在。

出于钙镁元素的解胶问题,以及镁料本身多使用江西黑滑石(里面含有少量类有机物),以及钙元素多为碳酸钙类原料(烧失、气孔及产品尺寸控制),行业对于钙镁的使用其实比较抗拒。再由于长石本身内部含铝硅数量多,因此配方中长石的改变对于温度影响比较好控制,而钙元素的加入确是对于温度的下降非常明显,在调温控制时需要小心谨慎。


(窑炉控制室,图片来源网络)


因此,在开发产品时,对钙镁类元素的使用比较谨慎保守,尤其是高度瓷化玻化产品,多以多元低共熔方式少量取用。但钙镁元素替换钾钠元素,对于玻璃基质的强度提升,显而易见,高钙镁也容易促进析晶,可以更好提升基质性能。笔者以为,在元素选用这块,当然需要从实际工艺生产情况出发。不过从自己的小实验研究开发的时候,不妨适当稍微放开,更好地理解一下钙镁的效果。


4、气孔、微裂纹的存在,就是强度破坏的开始。

通过各种方式消灭气孔,弥合微裂纹,可以很有效提升产品性能。气孔往往来自于有机物燃烧,碳酸盐分解以及材料在压制时本身内部就存在的微气孔。有机物燃烧,碳酸盐分解需要注意烧成工序,而压制本身的微气孔则是材料最紧密堆积和压制排气的问题。

最紧密堆积,是一个很难描述却又真实影响的因素,而且影响因素很多,配料改变,筛余改变都会直接影响到粉料堆积。目前企业只能在生产过程中根据自身的生产状况摸索最佳生产参数。微裂纹弥合一方面与玻璃基质的性能有关,另外方面与烧成表面微观区域冷裂有关,甚至与晶体晶型转变体积改变有关等。


(出砖,图片来源网络)


生在配方,死在烧成。这句话简单直接概述了烧成对于产品的重要性。对于强度指标而言,窑炉内温度的稳定有序改变,窑炉的保温性能对于产品烧成内部的作用很大。

建陶产品的性能提升,当然还有如晶体掺杂、后期处理等。材料科学发展到今天,只要肯花钱,性能还有非常多可提升性的空间。譬如气泡,把它放大,竟然就变成了一个新的方向发泡陶瓷。因此,在开发新产品的时候,尽可以发挥想象力。只是,在生产时,就不得不戴着镣铐跳舞了。


王明华

毕业于陕西科技大学,现就职江西陶瓷工艺美术职业技术学院材料与机械工程学院陶瓷工程专业教师。希望碎片化的知识与观点,能够为建陶行业添砖加瓦。


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