化妆土及其在红坯体墙地砖中的应用--卫生陶瓷实用技术

2007-7-18 23:57:08

化妆土及其在红坯体墙地砖中的应用

我国是建筑陶瓷生产大国，原材料消耗巨大，并且绝大部分依赖“白料”，许多可用的地方原料未能加以合理的应用，不利于行业的可持续发展。陶瓷原料综合利用的内容之一，就是以红土其他低质原料替代白料制各类陶瓷制品。化妆土在红坯陶瓷制品中起着重要的作用。

　　2 化妆土的函义与作用

　　一般来说，用天然的粘土或其他无机非金属材料的混合物，在陶瓷坯体上挂上一层质地均匀的，可改善坯体外观性状的非完全熔融覆盖层，称之为化妆土。化妆土与釉相比较，主要不同点是釉中的玻璃相含量多，高温下呈完全熔融状态。而化妆土仅仅是刚始熔的烧结状态。化妆土的作用主要有如下四个方面：1.掩盖陶瓷坯体上的粗糙表面、小孔洞及有害矿物粒点。2.改变坯体的原有色泽。3.提供陶瓷制品的外观质量及色釉的显效果。4.增加陶瓷制品的艺术美感（如某些艺术陶瓷局部涂挂化妆土或者一坯体涂挂二种以上不同色泽的化妆土等。）从出土文物中可以看出，我国古代就已使用化妆土来装饰陶瓷制品，常常在粗糙的陶器表面上挂上一层与坯体不同颜色的化妆土，使制品外表平滑致密。现代的陶瓷制品使用各种类型化妆土来改善其外观性状及提高制品的装饰效果已是非常普遍了，且种类繁多，化妆土的制备技术有了很大提高，其作用功能也在不断地拓宽与完善。从艺术陶瓷、工业陶瓷到紫砂制品，从日用陶瓷、卫生陶瓷到各类陶瓷墙地砖，都在根据坯体的特点及制品的使用要求，采用各种化妆土来改善制品的外观效果与提高制品的使用耐久性。因此，对于化妆土各种性能的研究及其工艺参数的确定，越来越受到陶瓷界的重视。

　　一般的化妆土是指涂挂在陶瓷制品上的非完全熔融覆盖层，这种涂层在高温下已完全烧结，但尚未达到熔融的程度。还有一种可使产品具有抗风化作用，高温下类似釉料的玻化初期，其作用功能与釉层相似的化妆土，成为玻化化妆土。如某些精陶工艺品及某此墙地砖中的化妆土即属此类。在有些资料中，化妆土也称为化妆釉，过渡层或釉底料。艺术陶瓷制品中常使用呈各种颜色的化妆土称为色化妆土。

　　3 配制化妆土的技术要求
　　具备怎样的技术条件，才算是合格的化妆土呢？这里有两种情况分别有不同的技术要求。一种是挂化妆土后不再上釉的，另一种是在化妆土之上再上釉的。前者仅仅考虑与坯体的配合，而后者除了考虑与坯体的配合外还要考虑化妆土与釉层的配合。就化学组成来说，化妆土应介于坯釉二者之间，化妆土中的粘土含量一般比釉的高，因此，，Al₂O₃、SiO₂含量与坯体较接近，有的化妆土就是坯料中加入一些熔剂性组分配制而成的，其化学组成与坯体较相近。熔剂性成分如（K₂O、ZnO、B₂O₃等则与釉料较接近（见表2与表4）。此外，在化妆土的原料组成中，应尽可能地不含或少含具有分解性气体产生的物质。从物理性能角度看，在烧结程度、收缩率、热膨胀系数与结合性能这四个方面，化妆土有其特殊的技术要求。

　　3．1烧结程度
　　化妆土应成为质地致密的组织，这有助于减少釉面的针孔及釉泡等缺陷。因为高温下坯体若仍有少量气体分解时，致密的化妆土层即成为气体的阻挡层，避免了气体进入釉中附于釉层表面或冲出尽可能少，如果玻璃相量很多，一则需要加入较多的熔剂性成分，使成本上升，二则需要添加足够的锆英砂等到乳浊剂，否则透明的玻璃相难以盖信坯体的显色，这就违背了化妆土的构成原则。因为化妆土是一种比釉要廉价得多的且具有特殊作用的物质。化妆土中加入过多的锆英砂是一种浪费，因为玻璃相量很少，而主要以晶相为主的化妆土，其遮盖能力不一定非得依靠锆英砂的原始晶相不可。这也就是为什么要强调化妆土的烧结状态或半玻化状态而非完全熔融状态的原因。

　　3．2 收缩率

　　不管是干燥收缩率还是烧成收缩率，化妆土都要与坯及釉的尽可能接近，否则在干燥及烧成的初期阶段易造成釉与化妆土一起开裂或脱落。用于素烧坯体的化妆土，因为坯体在干燥温度下不再发生收缩，所以其干燥收缩仅掌握不要过大即可。为了使化妆土与坯体结合得十分牢固，化妆土还必须有足够的强度和弹性^[1]。化妆土层一般不能太厚，墙地砖中化妆土能常比釉层厚谑稍薄。

　　3．3 热膨胀系数

　　膨胀系数是调制化妆土成功与否的关键参数。这关系到产品的质量与使用的耐久性。一般来说，化妆品的膨胀系数应小于坯体而略大于釉料。如果化妆土的热膨胀系数与坯体及与釉料相差太大，烧后则易出现釉裂、化妆土层与坯体剥离等缺陷，有些产品虽然外观无明显的缺陷，但一经急冷热性能试验，其热稳定性就通不过，主要原因就是坯体、化妆土与釉料这三者的热膨胀系灵敏没有协调好。

　　3．4结合性能

　　化妆土的结合性能分为烧成前的结合性能与烧成后的结合性能两种情况。烧成前的结合性能主要是指化妆土与坯体及釉层的结合强度。如前所述，一般情况下，化妆土中的粘土含量要比釉料中的多，与坯体的结合强度应该没有什么问题，但有些化妆土的瘠性料含量较多，有的还加入一定量的熔块，或者粘土的可塑性较差，挂上化妆土与坯体的结合强度就较差，在坯体中干燥、运输及储存过程中，稍有磕碰就易脱层，这种情况只要增加塑性较好的粘土用量或加入适量的CMC等添加剂即可改善其结合性能。至于烧结的结合性能不好，主要是指化妆土颗粒较粗、烧结温度较高或者坯体的膨胀系数相差太大。在产品的烧成温度下，化妆土尚未烧结，与坯体未能达到足够的结合强度。检验时，只要用砖对砖坯边缘轻轻一敲，如果化妆土连釉层一起很容易与坯体分离的，则属于这种情况。外墙砖若出现这种情况的，其使用的耐久性较差，随着温度变化及受到外界某些应力作用后，容易连釉层一起脱落。这种情况，必须调整化妆土的膨胀系数，使之与坯体接近并降低其烧结温度，使之达到完全的烧结状态。合格的化妆土应是坯釉间结合良好的中间层^[2]。

　　4 墙地砖化妆土配制工艺要点

　　陶瓷墙地砖使用化妆土具有许多的优点。化妆土本身成本很低，如果不用化妆土而是采用高乳浊釉来掩盖坯体的显色，则要耗用较多的釉料量，挂上一层化土后，釉料用量可减少，相应可降低成本，而更主要的是在化妆之上再施釉的产吕，其釉面质量总是比不用化妆土的釉面质量要好得多，釉面平整、针孔和釉泡极少，颜色笔者研制的二次烧成釉面砖与一次烧成施釉地砖使用的化妆土为例，介绍化妆土的配制工艺。

　　4．1 釉面砖化妆土

　　面砖坯体是利用工业废渣及当地低质原料配制的。于1100℃素烧后的坯体呈黄色，为了掩盖素烧坯的显色，确定采用化妆土。这种化妆土烧后呈白色，所以选用的原料必须白度高、铁杂质少。釉烧温度为1050－1070℃，要使化妆土在这么低的温度下烧结，必须加入一定量的熔块。坯体、化妆土与釉料的配比及化学组成分辨见表1和表2。关于化妆土的细度，有人认为应比釉料粗些，有人认为应比釉料细

表1 面砖坯体、化妆土、釉料的配比（w%）
Talbe1 The composition of tile body,engobe and glazes(w%)

	Furnace Clay	China sand	Talc	Limestome	Kaolin	Frit	Feldspar	ZnO	Quartz	zircon	Ash
Body	33	35	15	2	7	8
Engobe					4	17	18	26	6	20	5
Glaze						7	93

表2 面砖坯体、化妆土、釉料的化学组成（w%）
Table2 The Chemcal composition of tile body ,engobe and glazes(w%)

	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	B₂O₃O	ZnO	ZrO₂	I.L
Body	64.63	18.86	1.94	3.55	0.83	2.81	1.72				5.47
Engobe	60.74	14.83	0.27	2.24	1.21	3.39	1.65	1.33	5.18	4.54	4.36
Glaze	52.86	8.84	0.18	5.03	1.08	3.86	2.34	6.91	9.24	8.24	0.96

些。就此问题，笔者曾与台湾中国制釉股份有限公司的釉料工程进行过讨论。他们认为，化妆土的细度一定要比釉料细，这样易于形成致密结构，也可在减少熔剂含量的情况下达到完全的烧结。本釉面砖化妆土的细度控制在万孔筛余量0.02%，釉料细度控制在万孔筛余量0.05%。化妆土及釉料球磨时外加CMC0.2%，Na2CO30.15%。化妆土的体积密度1.50g.m^-3釉浆的体积密度为1.74g.m^-3。施挂化妆土与釉均采用淋釉法，釉面平整，结合性好。150×200的面砖素烧坯施挂化妆土12－14克，施釉20－22克，烧后面砖，光洁平整，无针孔，白度83.5%。

　　4．2 哑光釉地砖化妆土

　　哑光釉地砖的颜色为棕红色，要遮盖坯体的显色，化妆土的遮盖力必须足够的强，在选择原料与考虑配方组成时，必须注意到这一点。此外，地砖的烧结温度较高（通常为1160－1200℃），又是坯釉一次烧成，故化妆土的组成中，熔剂性成分不宜过多，否则，过早烧结会影响坯体中分解物的排除。坯体、化妆土、釉料的配比学组成见表3与表4。

表3 红地砖坯体、化妆土、釉料的配比（w%）
Table3 The composition of red floor tile body ,engobe and glazes(w%)

	Red clay	Clay	China sand	Frit	Feldsoar	Quartz	Limestone	Talc	ZnO	Zircon
Body	64	20	16
Engobe		25		6	30	20	4	3	6	6
Basic glaze		8		22	23	15	8	4	8	12
Colour glaze		8	pigment5	24	21	17	8	3	4	10

表4 红地砖坯体、化妆土、基础釉的化学组成（w%）
Table4 The chemical composition of red floor tile body,engobe and glaxzes(w%)

	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	B₂O₃O	ZnO	ZrO₂	I.L
Body	62.32	20.83	4.24	0.66	0.74	2.78	1.81				6.65
Engobe	58.14	17.26	0.48	3.03	0.97	3.21	2.54	1.03	5.34	3.83	4.14
Basic glaze	51.33	9.64	0.21	5.74	1.28	4.26	2.34	7.90	7.91	9.21	4.03

在保证浆料充分悬浮的前提下，为了减少浆料的水分及提高坯体的结合性能，化妆土人球磨时，外加CMC0.25%，腐植酸钠0.15%。球磨细度控制在万孔筛余0.1－0.04%，体积密度为1.48g.m^-3釉浆体积密度为1.60g.m^-3。化妆土与釉均采用甩釉法施挂。化妆土的施挂厚度不能太厚，500×500×8（mm）的砖，化妆土为125克，釉料为175克。如果化妆土层过厚而施釉间隔时间又偏长时，釉面易出现凸起的泡点。

坯釉于辊道窑1180－1200℃一次烧成，烧成周期为45分钟，釉面平整无针孔，坯体、化妆土、釉料（基础釉）的热膨胀系数用立式膨胀系数测定仪测定：坯体7.68×10^-6度^-1，基础釉料6.12×10^-6度^-1。产品的耐温度急冷急热性能：可全部通过170℃温差的检测。

　　5 结束语

　　事实证明，对于陶瓷墙地砖，特别是一次烧成的产品，无论是色釉还是白釉，坯体是浅色还是深色都要用化妆土为好。使用化妆土，可明显减少釉针孔及釉泡等缺陷，并可减少釉料用量，是一种廉价的提高釉面质量的途径。当然，使用化妆土应当是使用完全合格的化妆土，应当是按照化妆土的基体技术要求，结合具体产品的情况（如坯釉组成，烧成温度及使用目的等），在小批量反复调试的基础上，确定最佳配比，并注意测定试样的耐冷急热性能及抗冻性等，包括采用简易的对坯敲打法，检验化妆土与坯釉的结合情况。因为有些墙地砖从外观上并不一定能完全反映出化妆土与坯釉的结合情况，这些产品在短时间的使用过程中，一旦受到某些内外应力的作用，就会出现釉层脱落、爆裂等现象。所以说墙地砖中用化妆土、用得好就可提高产品质量、降低成本。用得不好就会降低产品质量，缩短其使用期限。在墙地砖中使用化妆土，不但可以提高产品的质量，而且还可以拓宽坯体原材料的来源。西班牙、意大利的陶瓷墙地砖产品，大部分都是浅色或是红坯体的，照样可以是中、高档产品、价格很高，关键是要在化妆土及釉面质量与装饰效果上下功夫。应在我国大力提倡和推广采用红坯体生产陶瓷墙地砖及其他陶瓷制品。

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