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浙江体彩六十一走势图:一篇演講說透如何提高巖板加工的良品率!

2019-11-04 來源:中國陶瓷網 責任編輯:劉思桃
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        10月26日,中國建筑裝飾協會主辦、中國陶瓷網承辦的主題為“瓷心可鑒,十年新生”的“中國陶瓷十大品牌公益行”暨2020年度“中國建筑衛生陶瓷十大品牌榜”啟動禮,在佛山中國陶瓷產業總部基地陶瓷劇場成功舉行。佛山市子畫貿易有限公司總經理邱子良在活動上做“巖板應力的解決之道”的主題分享。
 

溫馨提示
以下為演講實錄

未經嘉賓本人審核
為方便閱讀,內容為第一人稱

▲佛山市子畫貿易有限公司總經理邱子良

        各位領導、各位來賓,很高興今天在這里與各位共襄盛舉,受邀請特地分享一下目前最火爆、最流行的產品——巖板。

        我想大家對巖板都不陌生,巖板生產已有十多年的時間,可是真正進入到大家的視線的,不過兩三年,當中的原因是:其一,巖板不易生產,在生產技術上有許多要求;其二,銷售渠道的特殊性,涉及跨界。如果在資金籌備、生產技術和渠道銷售上沒有十分把握,貿然投資,會造成巨大經濟效益損失。

         經歷了七八年的發展后,大家對巖板產品、生產設備、生產技術等有所了解,市場開始出現新的需求。2017年底,部分國內的瓷磚生產廠家購買了進口的生產設備,開始生產巖板產品。

        在此之前,國內先進企業,如蒙娜麗莎在大板領域上耕耘了十多。雖然大家一開始都不太看好大板,但是隨著時間的遷移,大板從原來的900mm×1800mm發展到現在的1600mm×3200mm,已經慢慢的形成了一股風潮,接下來可能有更大的產品推出市場。

        陶瓷行業從一開始的100mm×100mm發展到現在1800mm×3200mm,這都是之前無法想象的。但是時間的推移,技術的研發和市場經濟的進步,把我們推向了這個風口,所以我們必須要跟著風口走。

 

應力的產生

 

        我今天要講的是“巖板應力”。兩年前,我們開始往巖板方向推的時候,發現一個很大的問題——我們現在生產、銷售的產品,本身已經不是瓷磚。為什么今天我們將同樣是陶瓷原料生產出來的大規格瓷磚稱為巖板,而不是瓷磚。因為它不是按照瓷磚渠道銷售的,巖板已經遠遠超越了瓷磚所能應用的范圍。

        在以前的觀念中,瓷磚僅能用于衛生間、客廳、廚房、內墻、外墻等空間領域。而巖板不再僅僅是一種現代的建筑材料,它可以作為一種家居材料進行使用。巖板可以通過各種各樣的加工,應用于桌面、臺面、衛生間臉盆、櫥柜等家居用品。目前,市場正在往巖板方向推動,并且巖板產品與大理石、花崗巖、石英石、人造石等材料,在生產和使用上都有很多區別。

       當然,巖板本身也有很多缺點,但是與其他產品相比,巖板本身的缺點相對較小。而我今天要分享的“應力”問題,就是目前巖板在加工過程中遇到的最大問題。合理的解決巖板應力問題,才能提高巖板加工的良品率。

        首先,為什么巖板應力一直存在?是因為巖板產品在燒結過程中存在殘余的應力,造成后期切割加工的過程中產生的破損。所謂的殘余應力就是外力撤除后材料內部殘留的應力。

        舉個例子,目前市場上常見的三種陶瓷產品:潔具、餐具和瓷磚,三者間所使用的原料差距并不大,最大的差異是產品燒結的時間。巖板燒結的時間比瓷磚長,但是與潔具和餐具的燒結時間相比,則短很多。因此,在短時間求經濟效益、求產能的過程中,我們就把殘余應力留在了巖板里,而這種殘余應力就是造成產品在加工過程里破損的原因之一。

        一般來說,我們將產品應力分為兩種:宏觀應力和微觀應力。微觀應力一般在瓷磚領域里不需要過多的探討,因為微觀應力是晶粒內部殘留的應力,它的存在是衍射峰值變化而造成的,所以是晶體內部應力,基本對切割過程不會產生太大的影響。

        而宏觀應力對產品的影響是最大的。宏觀應力是指存在于多個晶體尺度范圍內的應力,相對于微觀應力存在的范圍而視為宏觀上存在的應力。一般情況下,殘余應力的術語就是指在宏觀上存在的這種應力。宏觀殘余應力(以下稱殘余應力)在X射線衍射譜上的表現是使峰位漂移。當存在壓應力時,晶面間距變小,因此,衍射峰向高角度偏移,反之,當存在拉應力時,晶面間的距離被拉大,導致衍射峰位向低角度偏移。

        意思就是說,在切割的過程中,如果產品本身存在太多拉應力的時候,就容易產生切割的破裂和偏移,導致產品的良品率下降。

       對于殘余應力的分析,我們可以使用XRD(X-射線繞射分析)。這個方法對于陶瓷行業來說是比較新的一個技術,但其他材料行業,尤其是金屬材料,已經使用非常長的時間。X 射線衍射 (XRD) 是一種成熟的無損方法,用于測定多晶材料中的殘余應力。例如,通過燒結或機械加工引起的應力可在材料的內部累積。

        也就是說,我們現在大部分的應力是來自于燒結引起的材料內部應力的累積,也是目前是最大的問題。因為我們目前為了達到經濟效益,把整個產品的燒結時間加快,加快之后內部應力殘留在里面,因為沒有足夠的時間跟溫度來釋放應力,這樣的情況下造成我們在后期加工的很多問題點。

        產品應力引起材料晶格間距的微小變化,這可由具有非常高靈敏度的 XRD 揭示出來。在實踐中,樣品相對于入射 X 射線束的各種取向下的某點處測量適合的衍射峰的位置。由此可以確定不同方向上的晶格間距和相關的彈性應變。然后,根據材料的彈性常數,計算拉伸應力或壓縮應力。

        這對于陶瓷產品來說,如果不進行加工則問題不大。但當產品需要切割、開槽、倒角時,這個問題就會突顯。

         X-射線繞射分析,適用于陶瓷、金屬、薄膜等多個領域。在質量的控制工具以及用于學術及工業研究中很重要的一點,我們不需要特別用這個材料做一個特殊的樣品測試,一般把巖板樣品拿來就直接做,所以這個方法非常有測試的價值。

         同時,X-射線繞射分析通常在產品表面就可以測試出來,當然也可以做比較深入的檢測,這就看我們對于產品研究的需求,匹配相應的測試。

        陶瓷的內應力也可以通過X-射線繞射分析獲得。在測試的過程中要特別注意的是:并不是每一個XRD峰所計算的內應力都一致;這有可能是由于不同晶向的顆粒晶粒中儲存的內應力不同所致。

        我個人認為,陶瓷材料在燒結過程中產生的內應力如下:第一,燒結過程中,存在顆粒長大的趨勢。第二,晶界需要合并,由于晶界較晶內的原子排列松散,從而使得晶界處產生了由于晶粒合并的拉應力。第三,因為燒結的時間不夠,晶界結合密度不夠,太過松散,應力就會在晶界隙縫中慢慢形成。燒結所產生的大多數是拉應力,這也是造成破損的最大問題。

 

克服陶瓷材料的脆性問題

 

        應力通俗來說就是瓷磚常講的脆性,這也是陶瓷的通病。對于這個問題,目前全世界的科學家都在研究。現在在國防軍工科技上,陶瓷已經可以做到跟金屬一樣,可以敲打、延展的,但是在一般的工業陶瓷上,還付不起這個生產成本,所以暫且忽略。

        陶瓷材料都是由離子鍵或共價鍵所組成的多晶結構,它缺乏能促使材料變形的滑移系統?;葡低?,意思就是說在燒結過程中,因為晶格跟晶格之間融合后產生的晶界滑動。目前巖板還沒有辦法做到滑移系統,因此一旦受到外力的負荷,加上表面的一些缺陷就容易產生斷裂的問題。

        所以陶瓷“脆”的原因有兩種:第一,陶器的燒成溫度較低,通常在800℃~1000℃,氣孔率比較高,因此在陶器碎片面上,可以看到很多細孔。拿瓷器來說,用肉眼幾乎看不出細微缺陷,但如果通過顯微鏡觀察,瓷器碎片的斷面上,仍然可以看到細微的傷痕、裂紋、氣孔等。第二,陶瓷屬于脆性材料,不具有塑性變形能力。因此一旦出現裂紋的時候只能打破砂鍋「紋」到底。由于陶瓷產品導熱性差,熱膨脹性系數大,熱應力由此增加。

        我們如何克服脆性問題:第一,自增韌陶瓷材料。氧化鋯是目前比較經濟的一種自增韌性的陶瓷原料,在氧化鋯中加人少量的氧化鎂、氧化鈣等粉末,可以增添陶瓷的韌性。目前生活中我們可以接觸到的陶瓷刀大部分都是氧化鋯材料。

         第二,建立陶瓷材料中的弱介面系統。意思就是說,讓陶瓷材料內產生高強纖維,我們將其稱為晶須。陶瓷產品時?;嵋蛭愿吒春鮮北舜思淶吶蛘拖凳偷閱J煌?,當高溫燒結融合在一起的時候,兩種材料之間產生的應力,會導致瓷磚變翹,這就是瓷磚的韌性較低造成的。

         第三,納米陶瓷材料。這是目前幾種增加韌性方法中最容易達到的。當陶瓷材料的晶粒尺寸達到納米級別,材料的超塑性行為是普遍地存在的話,陶瓷材料脆性的問題就有望解決了。

         從事生產的人都的,在眾多的陶瓷原料中,黏土是陶瓷生產中必備的可塑性材料,也是重要的增加韌性的材料。

▲黏土的化學成分

         我們今天在這里討論應力的問題,是要讓大家把黏土用好,在產品成型的過程中將產品壓到致密,來解決應力的問題。

▲礦物組成的計算方式

         當沒有化學儀器在手上的時候,可以通過簡單的計算方式計算出黏土量。

 

黏土的應用

 

        可塑性,是黏土帶給我們最重要的一個性質。不管是做藝術陶瓷、花瓶、潔具、瓷磚,做任何一種陶瓷產品,最重要的是必須要有能夠成形的材料。黏土的可塑性能夠讓我們制作出無數各形各色的陶瓷器皿。

        黏土分為兩種:一是原生黏土,二是次生黏土。

        原生的黏土,本身擁有一個非常完整的礦脈,經由幾千萬年形成的。而次生黏土,是由母巖地方遷徙而來的,在河流中水的作用中,經由沉降、沉積而形成的。

▲高嶺土和粘土的性質與顆粒組成的關系

        我們這里可以看一下,從上面往下看,以粗顆粒、中顆粒、細顆粒為例,原料的顆粒越粗,強度越弱。再看可塑性黏土和高嶺土,其本身的抗折強度有所提升。

▲烏克蘭黏土化學分析報告

        目前市場上看到的國產黏土,99%都是次生黏土。而烏克蘭黏土是目前全世界唯一一個巨大黏土資源。據化學分析顯示,烏克蘭黏土在1200°C下著火損失8.3%,比國產的年度低4%-5%。

       有了黏土,我們就可以燒成莫來石。因為在所有的陶瓷產品中,你要燒成一個耐磨產品、成熟產品,耐沖擊的陶瓷產品,靠的就是莫來石。莫來石本身是硅酸鋁的產品,將來如果我們想要把巖板做好,莫來石這個材料在我們產品里面絕對少不了。

        根據研究分析,莫來石在1180°C開始保溫3小時以上,莫來石的晶體可以得到很好的成長,但是存在一定的難度。因此我們可以通過礦化劑的使用,提早讓莫來石成長,從而節省了燒制的溫度和時間。

▲在不同溫度下礦化劑對莫來石生成的影響

        通過上面的表格,我們可以看到氧化鎂是幫我們形成莫來石最好的伙伴,但是氧化鎂在瓷磚中運用得并不多。

▲陶瓷機械強度對比圖

         塊滑石和鎂橄欖石是我們目前最常用、最有效的能夠增加強度的原料,氧化鋁也可以,但是氧化鋁的溫度太高,我們沒有辦法用得太多。因此我們一般是使用塊滑石和鎂橄欖石來幫助我們形成莫來石。

         形成莫來石后,我們可以使用一些先進的科技儀器來判斷燒成產品的結果。

▲陶瓷原料高溫相圖(部分)

        由于時間的關系,后面涉及化學實驗的內容,簡單介紹,感謝大家的聆聽!

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