影响新型建筑陶瓷抛釉砖白度的因素浅析

吴　彤　，黄春宝　，陈晓峰　，舒彦斌　，周宇冰　

(1． 清远职业技术学院机电工程学院，广东 清远 511510；2． 广东家美陶瓷有限公司，广东 清远 511533；3． 华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510641)

影响新型建筑陶瓷抛釉砖白度的因素浅析

吴彤1，黄春宝2，陈晓峰3，舒彦斌2，周宇冰2

(1． 清远职业技术学院机电工程学院，广东 清远 511510；2． 广东家美陶瓷有限公司，广东 清远 511533；3． 华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510641)

随着建筑陶瓷行业的不断发展，作为一种新型的建筑陶瓷，新型抛釉砖在近年内有了突飞猛进的发展。同时，市场对新型抛釉砖的性能，尤其是白度控制提出了比传统抛光砖更高的质量要求。本文对新型抛釉砖白度的影响因素进行了分析，对影响机理作了初步探讨，并从五个方面提出了提高新型抛釉砖白度的措施。

白度；抛釉砖；坯料；增白剂；烧成

0　引　言

新型建筑陶瓷抛釉砖是一种将抛光砖的光泽度，硬度等性能与瓷片的印刷效果，以及仿古砖的高仿性结合在一起的一种新型建筑陶瓷产品。抛釉砖的生产工艺流程一般如图1所示。

由于抛釉砖在工艺上能集抛光砖，仿古砖和瓷片三种生产工艺的优势于一体，建筑陶瓷行业已经从原有流行于生产抛光砖逐步转向生产抛釉砖。比如，作为广东省建筑陶瓷生产基地之一的清远，目前已有很多建筑陶瓷生产厂家已将原有的抛光砖生产线全部改为抛釉砖生产线，在一定程度上将建筑陶瓷的装饰效果提高到了一个崭新的高度，预示着市场消费引导新型抛釉砖生产的格局正加快形成。新型抛釉砖相对于传统抛光砖具有明显优势。

(1)工艺优势。新型抛釉砖在工艺上借鉴了传统抛光砖的抛光工艺和烧成工艺，使得新型建筑陶瓷在具备传统抛光砖良好的光泽性能和硬度的同时，又能在工艺中融合釉面砖与瓷片的装饰工艺，使得抛釉砖具备了多样化装饰效果，实现了集光泽度、硬度、装饰效果于一身的完美结合。

图1　新型抛釉砖抛釉砖生产工艺流程Fig.1 The manufacturing process of the new type glazed brick

(2)市场优势。新型抛釉砖以其优良的各项性能得到了市场的青睐，市场份额近一两年高速发展。对清远建筑陶瓷市场的调查数据显示，抛釉砖目前已经占据了所有建筑陶瓷行业销售量的30%左右，这对于一种新型建筑陶瓷而言，可谓是一种奇迹。

1　白度是影响抛釉砖品质的重要因素

白度作为传统陶瓷行业中的一个重要指标，在新型建筑陶瓷行业领域中也同样非常重要。白度是影响新型抛釉砖及制品出口能力的重要参数，也是提高抛釉砖整体性能的重要控制性指标。

1.1白度影响着新型抛釉砖生产企业出口竞争力

在传统陶瓷中，白度是陶瓷物理检测中一个较为重要的指标，也是中国陶瓷出口具有国际竞争力的技术优势指标。在国际陶瓷市场上[1]，国外的日用陶瓷白度一般控制在65%-72%左右，而中国日用陶瓷的白度控制标准则一般都不低于70%。一定程度上，陶瓷白度已经成为中国陶瓷的一个显著特征和广受消费者认可和欣赏的重要民族特征，白度将中国陶瓷的市场竞争力定位在了一个较高的水平上。毫无例外，新型抛釉砖及制品想要提高国际市场份额，改善白度则是一种可行的捷径。

1.2改善白度能辅助改善抛釉砖强度、光泽度等性能指标

在陶瓷白度改善方面，提高白度对于抛釉砖的意义不仅仅局限白度的提升本身，由于白度的改善涉及到要改进原料处理、着色氧化物的处理，坯釉适应性和烧成制度等各个方面，会促进抛釉砖在晶体形成方面获得良好的改善，进而在提升白度的同时，还会使得抛釉砖的光泽度得到相应的改善，这就使得抛釉砖的性能指标在整体上得到较好的提高。

2　影响新型抛釉砖白度的因素及机理

目前，抛釉砖生产工艺一般是在原有抛光砖的工艺基础上进行改良并重新设计，在配方设计、原料采用、所使用的釉浆成分及流动性，甚至是烧成制度方面都难免会受到原有条件的制约和限制，对抛釉砖的白度控制不可避免产生了重要影响，这是目前提高抛釉砖白度所面临的主要生产难点。综合起来看，影响新型抛釉砖白度的重要因素主要集中在原料处理，着色氧化物晶型转变显微结构，坯釉适应性，烧成制度，陶瓷增白剂使用等五个方面。

2.1原料及原料处理对新型抛釉砖白度的影响

新型抛釉砖白度受原料及原料处理影响的主要因素包括原料的纯度，坯料的球磨时间与颗粒级配，釉料颗粒级配与流动速度等。

原料的纯度对白度有直接影响。在选用原料时，尤其应严格控制原料的含铁量，以便从源头控制好陶瓷白度的影响因素。在工艺上,控制原料纯度的重要有效方法之一是对原料进行水洗。通过水洗可以弱化杂质对于建筑陶瓷白度的影响，如建筑陶瓷所常使用的大料，石英，长石等，可以通过一定的水洗去除铁，锰等有色金属，达到提高陶瓷原料白度的目的。但水洗法要因地制宜、合理选用，如南方瓷土与北方瓷土存在较大的差异，南方含铁量较多，而北方相对含铁量较少。所以，原料投产使用之前，或者供应商进行更换时都要进行相应的原料化学全分析，保证原料的白度。

坯料的球磨时间与颗粒级配对白度有重要影响。一般来讲，陶瓷生产中使用的主要原料如石英等，颗粒越小，制品的白度、光泽度等釉面指标就有较好的改善。所以，工艺上，主要原料的颗粒一般控制在10μm，万孔筛余在0．03%以下。但是，原料的颗粒并非越细越好。理论上，各种颗粒都有一定的稳定状态。随着颗粒的粒径变小，表面积变大，颗粒之间的吸附力就会越来越大，颗粒之间的团聚将更加明显。因此，对于物料的粉碎来讲，无限期增长球磨时间，不一定能够起到正面的作用。将球磨时间保持在合理范围，既能达到理想颗粒级配的目的，同时又起到降低能耗作用。对于坯料来讲，由于细颗粒的比表面积大，表面能也大，因此当粘土中的细颗粒较多时，其在烧成过程中易于烧结，烧后的气孔率较小；而粘土中的矿物，如高岭石对于陶瓷的白度的提升具有重大的意义[2]，其经过烧结后，会随着烧结的程度的完善，莫来石晶体发育会较多，烧结之后会更加洁白[3]。在球磨过程中，新型抛釉砖，以细度为325目，筛余量为1．5%，球磨机规格40 t为例，转速14 r/min，球磨介质为中铝球研磨坯料的情况下，球磨的最佳时间为20-22 h。

釉料颗粒级配与流动速度也是影响白度的重要因素。在建筑陶瓷中，由于所使用的坯体大部分都有一定颜色，为便于对坯体的颜色缺陷进行遮盖，抛釉砖生产中就使用乳浊釉，所以增强乳浊效果也是改善制品白度的有效措施。乳浊釉白度与其颗粒级配与流动速度密切相关。理论上，当微粒尺寸小于光波长度时，散射强度与微粒尺寸的关系服从瑞利散射定律[4]，即随着颗粒的尺寸增大，晶体的散射强度越大，釉料的乳浊效果越好；而当微粒尺寸等于或大于光波长度时，散射强度与微粒尺寸关系却服从米氏定律，即颗粒尺寸越大，乳浊效果越差。一般而言，建筑陶瓷所使用的釉料颗粒在300目以上，即D90＜8μm，属于米氏定律范畴。因此，对釉料的球磨时间应当按照颗粒级配处于米氏定律范围之内的原则来确定，以充分实现釉料的乳浊效果。

2.2着色氧化物晶型转变的显微结构对新型抛釉砖白度的影响

在建筑陶瓷的原料使用中，由于原料的来源不同，其杂质含量也有所差异。比如，对于清远的陶瓷生产企业，由于考虑成本，原料采购多为南方粘土等原料，而南方粘土由于多为原生粘土，含铁量较多。除了在工艺过程中会引入较少的单质铁以外[5]，坯料中大部分的铁都会以[FeO4]的晶体形式存在，含有[FeO4]晶型呈现黄色，这对于新型抛釉砖白度是非常有害的。除原料带进呈色铁杂质之外，在新型抛釉砖生产中，燃烧水煤气也会导致着色氧化物的晶型转变，从而影响到陶瓷白度。比如，铁杂质在水煤气燃烧过程中会形成一定的奥斯丁体[6]，随着温度的不断下降，奥斯丁体会进一步分解为Fe2O3，也降低了制品的白度。

除铁之外，还存在其他着色氧化物因为晶型的变化而影响陶瓷的白度。如钛，Ti3+一般呈现黄色，Ti4+呈现白色，故为了提升陶瓷的白度，应尽量使钛的晶型保持高价态，从而提升建筑陶瓷白度的需求。

以上的两种氧化物都不仅仅来自于陶瓷的坯料中，在陶瓷装饰中，尤其在新型抛釉砖工艺中存在着淋釉、印花等工序，所使用的陶瓷色釉料中也含有铁、钛等着色氧化物，故在烧成控制中，应综合考虑氧化物晶型对于原料和陶瓷装饰材料两方面所带来的影响。

2.3坯釉中间层对新型抛釉砖白度的影响

在新型抛釉砖中，由于新型工艺的采取，在原有抛光砖的生产流程中增加了淋釉等系列工序，故所形成的坯釉中间层对于白度的影响已经成为较重要的因素。坯釉中间层的成分是介于釉和坯体之间的一种过渡成分，根据相关研究表明，中间层散射光的强度约占到整个散射光强的75%左右，这就使得对中间层的成分控制和厚度控制成为提升抛釉砖白度的重要考虑因素。

一般来讲，釉层的厚度对白度的影响有一定的规律性。釉在使用过程中，会形成一定的液相、玻璃相及少量的晶相和气相。所以，釉层在一定程度范围内越厚，对于白度的提升越具有正向促进作用，而超过范围影响就不明显。我们对广东家美陶瓷所使用不透水低温熔块釉TH906的所作实验发现，当釉层厚度在0．35 mm以下时，产品白度几乎随釉层厚度的增大成正比例地增加，但当釉层厚度超过0．35 mm后，釉层厚度对产品白度的影响就不明显。相反，随着釉层厚度的进一步增大，釉弹性却进一步降低，产生了釉面开裂等缺陷。使用白度计WSd-3(wd)进行测量，我们也发现，对同种熔块，釉层厚度不同，其白度也不相同。对不同熔块，在相同的釉层厚度下，熔块釉比生料釉产品白度高了近7度(相对白度，参照物为硫酸钡)。通过釉层厚度的控制，瓷片高白产品白度可以达到86，而普通产品白度也可以达到83。

2.4烧成制度对新型抛釉砖白度的影响

随着陶瓷生产工艺日新月异，新型抛釉砖的烧成周期也在不断缩短，以前的高温快烧现也已成为现实。我们对广东清远市源潭工业园区陶瓷企业的调研表明，目前抛釉砖的生产周期一般为90分钟，有些生产线则已经缩短到了65分钟左右。理论上，烧成周期越长，陶瓷形成晶体的时间越有保障。但周期并非越长越好，如果周期过长，晶体将过分长大，反而会恶化陶瓷的一系列性能。就陶瓷白度而言，会因为周期过长，或者冷却速度过慢，让已经形成的低价态氧化物再次被氧化，反而使得陶瓷制品白度下降。如二价铁会再次氧化为三价铁，从而使得陶瓷从泛青变得泛黄。

除烧成周期外，烧成气氛也对白度有影响。一般来说，过分的还原烧成气氛会降低釉面的白度。如钛乳白釉在还原气氛下，钛釉中的部分Ti4+会被还原为Ti3+，而钛一旦被还原，将使得陶瓷坯体的颜色由无色变为黄色，甚至是黑色。

2.5陶瓷增白剂使用对新型抛釉砖白度的影响

在新型抛釉砖生产过程中，为了达到提高陶瓷白度的目的，越来越多的企业会选择在坯体中加入一定的陶瓷增白剂[7]以提高陶瓷制品的最终白度。一般而言，增白剂多数以磷酸盐、滑石等为主。在磷酸盐的环境中，由于氧离子浓度较高，铁会以[ FeO6]八面体的配位形式存在，而铁氧八面体的结合形式对于陶瓷白度的影响基本是无负面影响的。加入滑石，滑石中的Mg2+能使得陶瓷中所含有的铁、钛等呈色物质，与之形成固溶体，提高了乳浊效果，为此提升陶瓷白度，这在新型抛釉砖使用乳浊釉中应用较多。

但近年来，抛釉砖生产中也能够通过加入高岭石，锆石英和氧化铈等来提高白度。高岭石所以能提高白度，缘于其经过煅烧之后，其本身的白度较高，从而使得陶瓷坯体整体白度有所改善；而对于锆英石而言，则是利用了锆所形成的微小晶体产生乳浊效果，达到遮盖坯体缺陷，提升新型抛釉砖白度的目的[8]；氧化铈与锆石英一样，利用铈所生成的微小晶体形成乳浊效果达到陶瓷增白的目的，但是氧化铈本身具有很强的活性，容易在煅烧过程中发挥其矿化剂的作用，导致大量液相的产生，液相将腐蚀掉所形成的大量的微小晶体，使其乳浊效果变差，故使用氧化铈提高白度还存在不稳定性。

3　结　论

新型抛釉砖因集抛光砖、仿古砖和瓷片诸多性能于一体，具有良好的市场前景。白度是新型抛釉砖占领国际国内市场制高点的优势指标。影响新型抛釉砖白度的因素集中在原料处理，着色氧化物晶型转变显微结构，坯釉适应性，烧成制度，陶瓷增白剂使用等五个方面。实际生产中，可以从五个方面着手对新型抛釉砖白度进行改善：

(1)原料处理中，要注意控制球磨时间，有效控制颗粒粒径以达到最佳级配；所使用的乳浊釉应充分考虑到瑞利米氏定律对于乳浊效果的影响，通过对于粒径的控制，浓度的控制，以达到提升陶瓷白度的最终目的。

(2)在各项工艺中，应注重着色氧化物晶型转变的显微结构，尽量控制各种着色氧化物能够以一种无色的晶型状态存在，如铁保持在[ FeO6]八面体的配位，钛保持在正四价的状态中，这样可以在一定程度上保证陶瓷白度的提升。

(3)在坯釉适应性方面，要加强坯料，釉料之间的结合性，发挥中间层的重要作用，通过控制中间层的厚度和中间层的相态组成，使其性能达到最佳状态。

(4)在烧成制度方面，尤其在快速烧成的工艺条件下，应注意控制烧成周期，防止铁，钛价态变化而引起的白度变化，应控制窑炉的气氛制度，以便制备具有较高白度的制品。

(5)陶瓷增白剂使用方面，通过添加一定的磷酸盐，高岭石，锆英石，以及氧化铈等来增加陶瓷的白度，但在使用过程中也要加强对于各种不同陶瓷增白剂的使用环境的控制，以达到最佳的增白效果。

[1] 柳慧, 吴坚． 论日用陶瓷白度[J]．陶瓷研究, 1991, 6(1): 43-47．

[2] 苏小丽, 夏光华, 王振华, 等 ．新型高岭土增白[J]．硅酸盐通报, 2011, 30(1): 89-92．

[3]马铁成． 陶瓷工艺学[M]． 北京: 中国轻工业出版社, 2014．

[4] 俞康泰主编． 现代陶瓷色釉料与装饰技术手册[M]． 武汉: 武汉理工大学出版社, 1999, 150-159．

[5] 严权坤, 黄南兴, 提高陶瓷原料白度的工艺措施[J]． 佛山陶瓷, 2011, 12: 14-16．

[6] 郭贤性． 提高日用陶瓷白度的系列工艺[J]．陶瓷研究, 1989, 4(1): 9-14．

[7] 董伟霞, 马光华, 陈怡． 陶瓷增白剂的研制[J]． 陶瓷学报, 2005, 26(1): 42-47．

[8] 王美兰, 张文丽, 曹月明． 骨质瓷无光釉的试制[J]． 中国陶瓷, 2014, 1: 67-69

Whiteness Influencing Factors for New Type Glazed Ceramic Bricks

WU Tong1, HUANG Chunbao2, CHEN Xiaofeng3, SHU Yanbin2, ZHOU Yubing2
(1. Mechanical and Electric Engineering School, Qingyuan Polytechnic, Qingyuan 511510, Guangdong, China; 2. L & D Ceramics Co., Ltd., Qingyuan 511533, Guangdong, China; 3. School of Materials Science and Technology, Guangzhou 510641, Guangdong, China)

With the development of building ceramic industry, new type glazed bricks have seen big progress. At the same time, the market requires better properties of new building bricks especially in the whiteness control than traditional polished tiles. This paper analyses the whiteness influencing factors and mechanism of the new glazed bricks and provides the measures to improve their whiteness from five aspects.

whiteness; glazed brick; body material; whitening agent; firing

date: 2015-03-16.Revised date: 2015-03-18.

TQ174.76+4

A

1006-2874(2015)03-0047-04

10.13958/j.cnki.ztcg.2015.03.010

2015-03-16。

2015-03-18。

清远市产学研结合项目(编号：0011717120530040)。

通信联系人：吴 彤，女，研究生，讲师。

Correspondent author:WU Tong, female, Master, Lecturer.

E-mail:wutong11201120@126.com