【膨胀系数】釉面砖变形与龟裂缺陷解决方案

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    釉面砖变形与龟裂缺陷解决方案

釉面砖的变形与龟裂是釉面砖生产历史上的一个典型问题，多年来，大量的陶瓷工作者对该问题进行了广泛而深入的研究，但由于原料质量的波动及生产成本控制而提高产量的原因，此问题总会反复出现，让人头痛。

一、变形

1、翘角或翘边状变形

一般情况下这种变形是由于窑炉烧成区的前温不够，中温区的温度过高，以及高火保温区的温度过高所致。

翘角、翘边变形示意图

解决办法：

a视坯体烧结度而定：如果尺寸偏大，坯体吸水率偏大，可升高窑炉前温区的温度，保持窑炉中温区的温度不变。

b如果坯体烧结度及尺码合适，可适当降低窑炉中温区的面溫，并略升高前温。

c如果坯体的烧结度和尺码偏小，可降低窑炉高火保温区的面溫5-10℃.

d如果出窑的坯体出现翘角并伴有起泡、鼓胀现象时，则是窑炉氧化带前段棍棒下温度过高，枪火过大引起的急速升温所致，应降低该处的分区气压使该区域温度降低，甚至可关闭辊下1、2区枪火。

e其它调节方法：如调整窑炉压力制度和急冷管的上下开度：

(1)加大窑炉的排烟力度，同时加大窑炉棒下排烟风管的抽力，关小该风管棒上的抽力，关小窑炉余热的抽热风机开度。

(2)挡板的调节方法：必要时升高窑炉中温区前的棒上挡火板，并保持高温区温度不变;

(3)急冷管的调节方法：在保持坯体烧结度合格的前提下，开大辊棒上急冷管支闸及关小辊棒下急冷管的支闸;

(4)助燃风的调节方法：可适当调整窑炉中高温区的助燃风量，并开大辊棒面部喷枪的助燃风，同时将棍棒下部喷枪的助燃风关小。

2、下耷（即龟背）变形

不同原料的配方其坯体成分不同，所造成的坯体变形的原因也完全不同。但一般为窑炉前温不够、中温区面溫不足，以及烧成带的底、面溫差过大所致。

下耷（即龟背）变形示意图

3、海鸥翅变形

一般由于窑炉的前温不够、中温区太短促、高温区不足所致，同时砖坯的尺码偏大。

海鸥翅变形示意图

解决办法：

a升高窑炉的前温区，拉长中温区，降低中温区过度高温区的升温速率。

b挡火板的调节：可略升高窑炉烧成带高温区前面的挡火板，使该区面溫平缓过度

c压力的调节方法：适当增加窑炉正压，减少排烟总风机的抽力，抽热风机可不改变。也可适当调节窑炉中高温区辊棒上下喷枪的助燃风量。

d其他方法：注意观察砖坯在进入高温区前段行走是否整齐，并在窑炉入口将行走不整齐的坯体予以调整。

4、波浪纹变形

产生原因：坯体烧结度不足，吸水率偏大时，多由窑炉的前温不够，中温区过高以及坯体中各原料之间温度差异过大所致。如果是过火，多为窑炉高温区温度过高以及高火保温区过长所致。

波浪纹变形示意图

解决办法：与上述相反，如果是过火变形，则降低高温烧成区面溫3-5℃.或者缩短烧成时间即可。如果是坯体中各原料之间温度差异过大所致，则需在配方中加以调整以减少温差。

5、前翘后耷状变形

产生原因是由于窑炉前中温区温度不够，高火保温区温度过高以及抽热风机的开度过大，从而产生变形。另外也与辊棒表面有棒钉，导致坯体走斜有关。

前翘后耷状变形示意图

解决办法：

a提高窑炉前、中温区的温度，延长前温区，并适当降低高温区及高火保温区的面溫。

b压力控制：如果窑炉负压过大而出现上述变形时，可适当减小窑炉抽热和排烟的抽力或增加助燃风及冷却风的风量。

c这种变形与机械变形有直接关系，应予重视，可调整砖坯的行走轨迹。

6、马鞍型变形

在玻化砖生产过程中很常见，抛后会出现色差、色痕、阴阳色及变形。

原因是由于龟背变形和翘边变形在烧成过程中先后出现，再加上窑炉中、高温区段的温度控制不连贯而造成。

马鞍型变形示意图

解决办法：

针对以上原因，尽量在烧成带前、后段控制好温度曲线，促使烧成各区段的温度平稳过度，避免起伏过大并保留足够的高火保温区时间：

a烧成区第一二组底枪不宜升温太高，否则会出现前后边上翘，必要时关闭此处喷枪。

b烧成段末端至急冷区域的保火区太高温也会造成砖坯出现龟背变形，必要时可通过关闭此处面枪或关小抽热、开打排烟风机等来调节。

7、不规则变形

产生的原因是同排砖走不整齐而引起的局部上翘变形。其特征是：坯体出窑方向的前后边出现砖角上翘现象，其余不明显，有时也会下耷。

不规则变形示意图

解决办法：

a在窑炉入口加挡砖机，控制每行砖的入窑角度或进砖速度，其具体情况视变形程度而定。

b适当将人急冷前的砖距拉疏，以保持在2-5cm之间为宜，表面出现因行走过密而产生碰撞。

c在窑炉入口处将三块砖的一块延迟入窑，使三块砖在急冷处的行走速度基本上保持一致。

二、釉面砖的龟裂

釉面砖龟裂可分为前期龟裂和后期龟裂，前期龟裂与坯釉的热膨胀系数的匹配性相关，后期龟裂则与坯体的吸湿膨胀相关。

1、原因分析

1）坯釉热膨胀系数的匹配性不好导致龟裂

坯釉热膨胀系数的搭配。坯釉热膨胀系数有一个最佳的搭配范围，一般坯比釉高出（10~20）×10-6，当釉面砖采用高热膨胀系数的釉料时，则要求坯体具有更高的热膨胀系数。因为釉面砖制品在长期使用中具有不可逆膨胀的趋势，将导致釉层中张应力分量不断增加，釉层总应力的压应力衰减。因此，在选择釉面砖的坯体时应选择热膨胀系数稍高的坯料，产品烧成冷却后，砖体平整度好。

如果坯釉之间的热膨胀系数匹配不当，在烧成冷却阶段往往就会引起热应力的破坏作用。釉层的张应力超过其抗张强度时，便产生釉面裂纹，甚至坯体开裂。这就是釉面砖的前期龟裂现象。

2)坯釉之间反应形成的中间层对釉面砖的坯釉适应性也有很大影响。含钙高的坯体又最易受釉熔体侵蚀而形成良好的中间层。例如，铅釉、硼釉和铅硼釉施于无钙坯体，形成不了良好的中间层、导致釉面开裂，而改用cao含量高的坯体后，就能形成良好的中间层，消除开裂现象。

中间层的产生反过来又能促进烧成时坯釉之间热应力的均匀分布，对提高产品的热稳定性具有极大的作用。吸水率较大的素坯，处于较高釉烧温度及较长保温时间的条件下，均可形成良好的中间层。

具有较高弹性的釉层，可缓冲坯釉之间的热应力，国内釉面砖厂家在釉料中往往引人适量的mgo，以降低热膨胀系数。

湿膨胀大的坯料，易使压应力缩釉转变为张应力釉，不利于釉面砖的坯釉结合，从而导致釉面砖釉层裂纹的产生。

3)坯体的化学成分对龟裂的影响

坯体的化学成分中对产品吸湿膨胀以及后期龟裂有明显影响的是碱金属氧化物与碱土金属氧化物。r-2--o在内墙砖坯体中会形成玻璃相，硅酸盐玻璃在吸收水分时会伴随体积膨胀，所以，为了改善砖的抗龟裂性能，应减少坯体中r-2--o的含量，或以ro来取代它。提高坯料中ro含量、降低r-2--o含量，能有效改善釉面砖的抗龟裂性能。

4)坯体的矿物成分对龟裂的影响

a、控制坯体的晶相结构。

在陶瓷材料的矿物成分中，晶相的比表面积和表面能均小于玻璃相和无定形物质，它们吸湿膨胀很小或者可以忽略不计。

cao-al2o3-sio2系统坯体中的主要晶相为钙长石、硅灰石、石英，还可能出现少量莫来石、钙铝黄长石(2cao-al2o3-sio2)。钙长石和石英的吸湿膨胀均很小，莫来石吸湿后体积变化也很小。硅灰石为含碱土金属的针状晶体，它有利于增加生坯与产品的机械强度和降低吸湿膨胀。钙铝长石易水化形成水化物2cao-al2o3-sio2·8h2o而引起体积膨胀。为了防止此矿物的存在，应在稍高的温度(大于1040～1050℃)下烧成，使它转变为钙长石，从而降低其负面影响。

b、应尽量防止游离cao的出现。因为它会和水激烈反应而引起体积膨胀。使用石灰石作为坯体原料的配方，如果加入的石灰石颗粒偏大，或者

烧成温度偏低，都会有残余的活性cao存在，导致坯体产生吸湿膨胀。

c、坯体中残留石英的多少对产品的抗龟裂性能有较大影响。釉应力值随残余石英量的增加，由张应力逐渐转变为压应力随釉层增厚则由压应力向张应力转变，并存在二定的变化规律。

在生产实际中，如果产品有龟裂的倾向，解决问题的最佳手段就是在坯体中增加石英用量，减薄釉层厚度，提高素烧温度。

4)坯体的吸水率和内表面积对龟裂的影响

对于多孔的内墙砖来说，吸水率无疑是影响吸湿膨胀的直接因素。对于二次烧成的内墙砖来说，素烧坯体的吸水率同样会影响产品的后期龟裂。解决后期龟裂，首先要降低产品的素烧吸水率。

5)烧成制度对龟裂的影响

二次烧成的釉面瓷砖，无论是素烧温度还是釉烧温度，若偏低时，都会给其热膨胀值带来不良影响。解决方法是适当提高素烧温度和延长保温时间，对釉面瓷砖的热稳定性有利，因此可以增大热膨胀系数，也可以减少坯体的湿膨胀。但仅提高素烧温度则不利于釉烧时中间层的形成，所以应适当提高釉烧温度或延长高温阶段的时间，保证釉的充分熔融及中间层的形成。

a、烧成制度会改变坯体中的矿物成分和吸水率(内表面积)。改变烧成温度时，同时发生与吸湿膨胀有关的两种变化：一种是坯体吸水率(内表面积)的改变，另一种是矿物组成的改变。当烧成温度稍低时，第二种变化相对进行得快些，膨胀性大的成分(无定形物质及低温玻璃)易于出现。虽然内表面积也减小，但综合效果是吸湿膨胀增大。在高烧温度下，第一种变化占主导，内表面积迅速减少。虽然玻璃相增多，但品相也易形成，所以吸湿膨胀率逐渐下降。

b、延长烧成时间会促进晶体的结晶程度，降低其表面活性和吸湿膨胀率。从坯釉料物化反应进行的程度来看，若升温过快，新品相不易生成和长大。若冷却过快，则会维持较多的玻璃相和无定形物质。这两种情况都不利于改善内墙砖的抗龟裂性能。

6)、底釉对陶瓷内墙砖龟裂的影响

在内墙釉面砖的使用过程中，一方面空气中的水分会通过砖与砖之间的砌缝渗入砖体，另一方面砌筑砂浆中的水分也会浸人砖体，如果底釉的开口气孔率较高，就会同时引起底釉和陶瓷坯体的高膨胀率，从而导致釉面瓷砖后期龟裂。

为了预防釉面砖的后期龟裂，必须降低底釉的吸水率，即底釉中的熔剂必须有足够的量，或者提高烧成温度。

7)釉面砖的吸湿膨胀与克服方法

后期龟裂的主要原因是坯体的吸湿膨胀。釉面砖的釉层处于高致密状态，限制了它的吸湿膨胀，而坯体长期接触潮湿环境，不断吸收水分，当吸湿膨胀足够大时，就会逐渐引起釉面开裂。另外，坯体吸收少量盐类溶液干燥后，坯体产生不可逆膨胀。

为了防止吸湿膨胀，主要从下列途径入手：

a、在保证釉面砖热稳定性及吸水率合格前提下，适当降低坯体气孔率。吸水率高的素坯，热稳定性高，但后期龟裂严重。降低素坯的吸水率，可明显减少素坯吸湿膨胀及后期龟裂，甚至不出现后期釉裂。

b、严格把关坯体的基础配方。在坯体中引进透辉石、硅灰石质原料可显著改善釉面砖的抗龟裂性能。

c、适当添加矿化剂，选择合理的工艺，如原料的加工细度、成型压力、烧成制度，以获较多数量的结晶相、一定抗吸湿膨胀的玻璃相(如含钙、镁的玻璃相)以及尽量减少坯体中无定形物质的玻璃相含量。

2、改善釉面龟裂方法

1）调整坯釉间膨胀系数，使之相适应。若釉面出现龟裂，则设法降低釉的膨胀系数或提高坯体的膨胀系数。若釉面剥落，则朝相反方向调整釉或坯的膨胀系数。釉的热膨胀系数随釉组成中氧化物的含量而变化。釉组成中铝和硅含量增加时，热膨胀系数降低。釉成分中热膨胀系数最大的是碱金属氧化物-----氧化钠、钾而氧化锂例外。它的膨胀系数很小。碱土金属氧化物的热膨胀系数比氧化钠、钾小。以一种碱土金属氧化物取代另一种时，对釉的热膨胀系数几乎没有影响，只是mgo 例外、它能降低釉的热膨胀系数。此外、硼酸的热膨胀系数也很小。因此要减小釉面砖熔块釉的热膨胀系数时，应减小长石用量，以硼酸替代部分硼砂，适当提高铝、硅和镁的含量。在釉料中加入一定量的烧滑石(3~5%)有利于提高釉的热稳定性。因为烧滑石的加入，可以改善釉的弹性和增大釉的熔融范围，另一方面，烧滑石的结晶水可排出，并形成硅镁尖晶石而改变其片状结构，使其不因定向排列而产生裂纹

2）在坯中适当增加cao含量或在釉中适当添加cao、b2o3含量均可促进坯釉中间层的生成发育，减少釉面龟裂倾向。也可以调整釉的酸性使其与坯相适应，以利于中间层的生成。配制釉与坯的化学组成，应按较强酸性的釉搭配稍强碱性的坯，弱碱性的釉搭配弱酸性坯的原则。

3）促进中间层的形成

釉中加入石灰石，可以促进坯体表面的石英在釉中是溶解，加强中间层的形成。硼酸浸蚀坯体表面的能力比铅化物更强。釉中添加硼酸时，会特别使中间层发育良好。另外，还可以调整釉酸性系数使之与坯相适应，以促进中间层的形成。

坯料中加入石灰石，可以提高在釉烧过程中釉的活性，从而增加中间层的生成量

4）提高釉的弹性

调整釉料提高弹性的最好方法是增加铝的含量。铝能较大提高釉的弹性、缓冲釉的应力，同时它的膨胀系数较小，所以含铝高的釉料，即使其膨胀系数稍大，也不易发生龟裂。釉中硅和铝之比也非常重要、虽然硅/铝值减小时(硅含量减少)釉的热膨胀系数会提高，但釉的弹性也相应增大。有资料指出，在釉中当硅/铝=3.5时，尽管釉处在张力下、也不会开裂，因为张力在很大程度上被具有提高铝含量的釉的弹性所平衡

5）减少坯体的湿膨胀

为了减小坯体的湿膨胀，以前传统配方中主要是不采用长石质坯料，而尽量采用以石灰石、滑石等主要溶剂的坯料。这些坯料中的钙、镁起矿化剂作用， 能促使在烧成过程中形成较多的结晶相。同时，由于含碱土金属的玻璃相具有较高的化学稳定性，不易被浸析，因而降低了坯体的湿膨胀

目前，主要采用硅灰石、叶蜡石、透辉石、透闪石、滑石、工业废渣等多种原料作为坯料。这几种材料的坯体不但湿膨胀低，而且具有烧成收缩小，强度较高，热稳定性好等特点，适合现在节能要求的低温快烧工艺，所以被广泛采用。

6）适当提高坯釉料细度

坯料球磨细度主要是石英等硬质原料的细度，对热膨胀系数有明显的影响。石英颗粒越细，转化成方石英的数量越多，其热膨胀系数越大。另外，坯料粒度较细时，也改善了烧成过程中的反应条件，有与提高烧成温度同样的价格，即降低了气孔率，但在玻璃相含量多的坯料中则相反。

将釉料磨细，特别使磨细釉料中的石英，使细颗粒的石英能在釉烧时充分溶解，形成石英玻璃，能降低釉的热膨胀系数，改善热稳定性。

7）适当减低釉层厚度

釉层越厚弹性越小，所以薄釉层对提高热稳定性有利。釉层较薄时，中间层相对增加，对提高坯釉结合性所起的缓冲作用也相对增强。热稳定性能较好的釉层厚度为0.1~0.16mm。

8）适当提高素烧温度

一般认为:适当提高素烧温度和延长保温时间对釉面砖的热稳定性有利。

①可增大热膨胀系数。

②可以减少坯体的湿膨胀。但提高素烧温度不利于釉烧时中间层的形成。

9）适当提高烧成温度和延长烧成时间。可以促使釉与坯接触层充分反应，且更加均匀，从而减少坯釉之间的应力。

提高釉烧温度可使釉本身熔融得更好，促进釉层向坯体表面渗透，促进坯体表面的硅氧和铝氧在釉中溶解。结果导致中间层的形成发育和釉的膨胀系数的减小，因而可提高热稳定性，防止龟裂。当不能提高温度时，廷长高温阶段的烧成时间也可收到同样的效果。

10）改善其它生产工艺

提高成型压力，改善操作工艺制度，以提高坯体的强度，减少气孔率和吸水率，并严把熔块和其它的原材料的质量关，防止原材料的质量不稳定而引起阻碍釉的与坯的结合等，从而防止釉面龟裂。

以上从不同方面讨论了防止釉面龟裂的问题，配方虽然重要，工艺也不可忽略，在实际生产中经常出现配方未动，而产品有时质量良好，有时出现龟裂的现象，这说明工艺因素的重要性。而且造成釉面龟裂的原因往往是多方面的，并且多是相互关联的，所以应在实际生产中药针对本企业的实际情况，具体问题具体分析，从实践中总结经验，制定出相应的有效措施。

三、总结

釉面砖的后期龟裂与导致釉而砖前期龟裂的坯釉热膨胀系数差异引起的热应力不同，釉面砖出现龟裂的时间也不同。后期龟裂是数月、数年之后逐渐发生的。原先匹配合适的坯釉，随着外界条件和坯层结构的变化，釉层受到不断增大的张应力作用，最终出现釉面龟裂乃至裂坯，这种因釉层应力性质改变导致延期产生釉面龟裂的现象称为后期龟裂。

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