《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》是佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司、佛山石灣鷹牌華鵬陶瓷有限公司、鷹牌陶瓷實業（河源）有限公司於2013年3月28日申請的專利，該專利的公布號為CN103224403A，公布日為2013年7月31日，發明人是陳賢偉、周子松、陳國海、吳志堅、范新暉。該發明屬於建築陶瓷生產技術領域。
《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》所述一次燒微晶玻璃複合板由下至上依次包括坯體層、微粉層、印花層、微晶玻璃層，所述微粉層通過於坯體層一起衝壓或通過球磨漿料噴淋在坯體層上形成，衝壓成型粉料粒徑≤150目，球磨漿料噴淋所用漿料325目篩余≤0.3%，微粉層燒成時的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間。該發明提供的技術方案可以緩解燒成過程中因坯體層和微晶玻璃層因膨脹/收縮係數不匹配，應力拉伸造成的坯體平整度缺陷等問題。使一次燒用微晶玻璃熔塊和坯體原料匹配度增大，擴大其套用範圍，降低因坯體原料不穩定造成產品優等品率的影響，減少調試頻率和調試周期，使生產更為穩定。
2017年12月11日，《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法
- 申請人：佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司、佛山石灣鷹牌華鵬陶瓷有限公司、鷹牌陶瓷實業（河源）有限公司
- 申請日：2013年3月28日
- 申請號：2013101064330
- 公布號：CN103224403A
- 公布日：2013年7月31日
- 發明人：陳賢偉、周子松、陳國海、吳志堅、范新暉
- 地址：廣東省佛山市禪城區張槎大江路鷹牌科技大廈
- 分類號：C04B37/04(2006.01)I、C04B41/89(2006.01)I
- 代理機構：北京品源專利代理有限公司
- 代理人：楊小雙
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
微晶玻璃複合板也稱複合微晶石，複合微晶石是將一層微晶玻璃複合在陶瓷玻化磚表面的新型複合板材。因為其表面是微晶玻璃層，所以完全防污，方便清潔維護；另外其避免了天然石材的放射性危害，屬無放射性產品，是裝飾用的理想綠色建材。色澤自然、晶瑩通透、永不褪色的特點，具有自然玉石的裝飾效果，是高檔牆地磚產品的首選。
2013年前，微晶玻璃陶瓷複合板通常是以二次燒成的方式製造，即先將坯體燒結，再施以微晶熔塊二次燒成。這種工藝能耗較大，而且製品莫氏硬度多小於5，不耐磨。人們為解決以上問題，研發出一次燒工藝。如專利申請號為201110219027.6的發明專利公開一種一次燒微晶玻璃陶瓷磚的生產方法，採用多色高溫熔塊根據仿石材的效果按比例層狀式布在坯體上，再利用表面具有凹凸圖案的輥筒滾壓，或者通過網版把色料熔塊印製在坯體上，以形成圖案，然後覆蓋透明熔塊，最後在1200℃～1230℃高溫下一次燒成。再如專利申請號為201110292509.4的發明專利公開了一種一次燒成拋晶磚的生產方法，其採用現行的拋光磚布料技術將各種不同顏色、質感的粉料按照設計要求布料並壓製成型乾燥後進行表面拋坯處理，再噴淋或印刷一層透明釉，然後再利用進行印花裝飾，完成後再鋪一層透明微晶熔塊粉並噴一層甲基水或固定劑進行固定最後入窯燒成拋光。當然，還有很多一次燒微晶玻璃複合板的工藝，這裡就不再一一贅述。分析2013年前公開的技術並結合實際生產情況，因微晶玻璃熔塊與坯體是一同燒成，因此兩者膨脹/收縮係數的匹配性是影響產品質量的一個關鍵因素。這就造成一次燒工藝對原料穩定性要求比較嚴苛，公開的專利文獻中，配方的範圍也特別窄。然而2013年前國內陶瓷原料的標準化工作較差，坯體原料變動較為頻繁。不同產地，甚至相同產地不同批次的原料在組分和性能上都有一定差異，這使得一次燒微晶玻璃複合板的工藝調整較為頻繁。
發明內容
專利目的
鑒於專利背景中提出的問題，該發明提供一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法。
技術方案
《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》所述燒微晶玻璃複合板，其由下至上依次包括坯體層、微粉層、印花層、微晶玻璃層，所述微粉層通過於坯體層一起衝壓或通過球磨漿料噴淋在坯體層上形成，衝壓成型粉料粒徑≤150目，球磨漿料噴淋所用漿料325目篩余≤0.3%，微粉層燒成時的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間。
優選地，在上述一次燒微晶玻璃複合板中，微粉層具有凹凸紋路，底釉層和印花層隨上述紋路起伏。優選地，在上述一次燒微晶玻璃複合板中，在坯體層和微粉層之間通過長度為200～500微米的無機物氧化物晶須嵌接。上述無機氧化物晶須為氧化鋁、氧化鋯等燒後白度高的無機氧化晶須。
該發明還提供一種製備上述一次燒微晶玻璃複合板的方法：其包括如下步驟：
步驟1）坯體衝壓成型；選擇公知配方的坯體粉料和粒度≤150目的微粉層粉料分層布料後，衝壓形成素坯；或選用公知配方的坯體粉料衝壓形成後，再施一層用上述微粉層原料球磨成的漿料，漿料過325目篩，篩余≤0.3%；上述微粉層燒成時的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間；
步驟2）施釉印花；將步驟1）的素坯乾燥後，清掃坯體表面，通過噴墨印花、滾筒印花、絲網印花中的一種或多種組合的方式進行印花；
步驟3）施微晶玻璃熔塊；在步驟2）的坯體表面布撒微晶玻璃熔塊並噴灑固定劑；
步驟4）燒成；入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成溫度為1150℃～1250℃，燒成周期為60～120分鐘；
步驟5）拋磨加工；將燒後冷卻的製品經拋光磨邊加工得到微晶玻璃複合板產品。
上述方法中，優選地，步驟1）所使用的模具與微粉層對應一側有凹凸紋路。上述方法中，優選地，步驟1）在布撒微粉層粉料和坯體層粉料之間還布撒一層厚度為0.01～0.1毫米的無機物氧化物晶須，無機氧化物晶須長度為200～500微米。上述方法中，優選地，步驟2）中可以在印花後，再施一層透明釉。上述方法中，優選地，所述無機氧化物晶須為氧化鋁、氧化鋯等燒後白度高的無機氧化物晶須。
改善效果
和2013年3月之前的技術相比《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》具有如下優點：
1、通過在坯體層上設定一層粒徑≤150目的微粉層，且微粉層在燒成過程中的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間，其可以緩解燒成過程中因坯體層和微晶玻璃層因膨脹/收縮係數不匹配，應力拉伸造成的坯體平整度缺陷等問題。
2、使一次燒用微晶玻璃熔塊和坯體原料匹配度增大，擴大其套用範圍，降低因坯體原料不穩定造成產品優等品率的影響，減少調試頻率和調試周期，使生產更為穩定。
3、燒成周期縮短，單位產品能耗更低，節約生產成本和有限的資源，符合國家產業政策。
附圖說明
圖1為2013年3月之前的技術所生產的一次燒微晶玻璃複合板橫截面示意圖；
圖2為該發明實施例1產品橫截面示意圖；
圖3為該發明實施例3產品橫截面示意圖；
圖4為該發明實施例4產品橫截面示意圖及坯體層（101）與微粉層（401）結合處的微觀結構示意圖。
附圖示號說明：101—坯體層；201—印花層；301—微晶玻璃層；401—微粉層；501—坯體層燒結後內部形成的晶粒；601—微粉層燒結後內部形成的晶粒；701—無機氧化物晶須。
權利要求
1.一種一次燒微晶玻璃複合板，其特徵在於：由下至上依次包括：坯體層、微粉層、印花層、微晶玻璃層，所述微粉層通過於坯體層一起衝壓或通過球磨漿料噴淋在坯體層上形成，衝壓成型粉料粒徑≤150目，球磨漿料噴淋所用漿料325目篩余≤0.3%，微粉層燒成時的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間。
2.如權利要求1所述一次燒微晶玻璃複合板，其特徵在於：所述微粉層具有凹凸紋路，所述底釉層和印花層隨上述紋路起伏。
3.如權利要求1或2所述一次燒微晶玻璃複合板，其特徵在於：所述坯體層和微粉層之間通過長度為200～500微米的無機物氧化物晶須嵌接。
4.如權利要求3所述一次燒微晶玻璃複合板，其特徵在於：所述無機氧化物晶須為氧化鋁、氧化鋯等燒後白度高的無機氧化晶須。
5.一種製備如權利要求1所述一次燒微晶玻璃複合板的方法：其特徵在於包括如下步驟：
步驟1）坯體衝壓成型；選擇公知配方的坯體粉料和粒度≤150目的微粉層粉料分層布料後，衝壓形成素坯；或選用公知配方的坯體粉料衝壓形成後，再施一層用上述微粉層原料球磨成的漿料，漿料過325目篩，篩余≤0.3%；上述微粉層燒成時的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間；
步驟2）施釉印花；將步驟1）的素坯乾燥後，清掃坯體表面，通過噴墨印花、滾筒印花、絲網印花中的一種或多種組合的方式進行印花；
步驟3）施微晶玻璃熔塊；在步驟2）的坯體表面布撒微晶玻璃熔塊並噴灑固定劑；
步驟4）燒成；入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成溫度為1150℃～1250℃，燒成周期為60～120分鐘。
步驟5）拋磨加工；將燒後冷卻的製品經拋光磨邊加工得到微晶玻璃複合板產品。
6.如權利要求5所述製備一次燒微晶玻璃複合板的方法，其特徵在於：步驟1）所使用的模具與微粉層對應一側有凹凸紋路。
7.如權利要求5或6所述製備一次燒微晶玻璃複合板的方法上述方法，其特徵在於：步驟1）中，在布撒微粉層粉料和坯體層粉料之間還布撒一層厚度為0.01～0.1毫米的無機物氧化物晶須，無機氧化物晶須長度為200～500微米。
8.如權利要求5或6所述製備一次燒微晶玻璃複合板的方法上述方法，其特徵在於：步驟2）中，在印花後，再施一層透明釉。
9.如權利要求7所述製備一次燒微晶玻璃複合板的方法上述方法，其特徵在於：步驟2）中，在印花後，再施一層透明釉。
10.如權利要求7所述製備一次燒微晶玻璃複合板的方法上述方法，其特徵在於：所述無機氧化物晶須為氧化鋁、氧化鋯等燒後白度高的無機氧化物晶須。
實施方式
附圖1為2013年3月之前的技術所形成微晶玻璃複合板示意圖，其中101是坯體層，201是印花層，301是微晶玻璃層，對於有些改進的產品，坯體層（101）和印花層（201）之間還可以有一層底釉，底釉主要起遮蓋作用，保障印花層發色效果。底釉一般選擇白度較高的化妝土，通過淋釉的方式施釉。另外，在印花層（201）和微晶玻璃層之間也可以有一層透明釉。因為以上兩點是業內公知的改進，就不做過多介紹。
實施例1
參照附圖2最終產品橫截面示意圖，選用專利號為201110219027.6的發明專利中公開的實施例1底坯配方和熔塊配方製備實施1。這裡應該說明，以上只是示例性說明，2013年3月之前的公開技術中的其它底坯配方和熔塊配方也可以實現該發明。
採用長石、粘土、高嶺土等原礦按比例進行配料，經球磨、除鐵、噴霧造粒後，各化學組分重量百分比為：SiO270％～73％、Al2O320％～22％、CaO0.8％～1％、MgO2％～3％、K2O2.5％～3.0％和Na2O1％～2％的陶瓷磚粉料作為坯體層原料。其中長石產自江西高安地區，粘土產自廣東增城。
選用各化學組分百分比為：SiO260％～64％、Al2O36％～8％、CaO12％～15％、ZnO2％～5％、BaO3％～6％、Li2O1％～3％、Na2O3％～5％、K2O2％～3％的熔塊作為透明熔塊。以上各熔塊經過1500℃～1650℃高溫熔融均勻後，水淬、烘乾，再按要求通過破碎機過60目篩，水洗、除鐵、烘乾備用。其中色料熔塊根據仿石材的色彩效果按比例加入釉用或坯用色料，並根據仿石材的色彩種類配製若干種顏色的色料熔塊。該實施例中，調製8～10種色料熔塊備用。
採用公知的陶瓷原料配製微粉料，微粉料化學組成為氧化矽SiO265%～70％，氧化鋁Al2O318%～22％，氧化鈉與氧化鉀混合物R20（Na2O+K2O）8～12%，氧化鈦TiO20.1～0.5%，氧化鈣CaO0～1％，氧化鎂MgO0～2%。球磨造粒過150目篩，選篩下部分使用。
從以上幾種配方化學組分和粉料粒徑指標可以看出，燒成時微粉層的膨脹/收縮係數介於坯體層和微晶玻璃層之間，這也是解決該發明提出問題的關鍵。將坯體粉料和粒度≤150目的微粉層粉料分層布料後，衝壓形成素坯，素坯包括底坯層和微粉層。其中微粉層的厚度為底坯層厚度的1/4～1/2。
磚坯乾燥後（含水率≤0.5%），清掃微粉層表面，噴水潤濕或施以一層白度較高的化妝土，採用噴墨印花的方式進行印花（當然選擇滾筒印花、絲網印花或多種印花方式組合的方式均可），形成印花層後布撒上述微晶玻璃熔塊，並噴灑固定劑固定，在該實施例中固定劑為羧甲基纖維素溶液。
當然，在形成印花層後，可以再施一層透明釉，這樣可以保護印花層不被微晶玻璃熔塊壓花。入輥道窯氧化氣氛燒成，燒成溫度1150℃～1250℃，燒成周期為60～120分鐘。出窯後，將燒後冷卻的製品經拋光磨邊加工得到微晶玻璃複合板產品。產品優等品率為90%。其餘10%產品中，表面平整度不達標的為6%，其它缺陷4%。對比實施例1
參加附圖1的結構。採用如實施例1相同的配方和工藝，不同之處在於對比實施例1沒有設定微粉層，而直接布施如實施1中底坯層和微粉層相同厚度的底坯粉料。產品優等品率為87%。其餘13%產品中，表面平整度不達標的為9%，其它缺陷為4%。
實施例2
選用與實施1、對比實施例1不同批次的底坯原料，其中長石產自廣東清遠，粘土產自廣東東莞，按照原配比進行配料，但球磨除鐵、噴霧造粒後實施例1的化學組分略有不同，其中SiO267％～68％、Al2O321％～23％、CaO0.8％～1.0％、MgO2.0％～3％、K2O3.5％～5.0％和Na2O2％～3％。其餘工藝與實施1相同。產品優等品率為88%。其餘12%產品中，表面平整度不達標的為7%，其它缺陷為5%。
對比實施例2
選用與實施例2相同的底坯原料，按對比實施例1製備對比實施例2。產品優等品率為72%，其餘28%產品中，因表面平整度不達標的為22%，其它缺陷為6%。表1為以上四個實施例產品的各項指標測試結果。
檢測項目 | 實施例1 | 對比實施例1 | 實施例2 | 對比實施例2 |
吸水率（%） | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.05 |
斷裂模數 （兆帕） | 41 | 40.6 | 39.8 | 37.5 |
莫氏硬度 | 6 | 6 | 6 | 6 |
耐磨度 （磨削體積立方毫米） | 160 | 160 | 163 | 165 |
耐污性（級） | 五級 | 五級 | 五級 | 五級 |
熱穩定性 | 三次無裂 | 三次無裂 | 三次無裂 | 三次無裂 |
內放射性 IRa | 0.8 | 0.8 | 0.6 | 0.6 |
外放射性Tr | 1 | 1 | 0.9 | 0.9 |
優等品率（％） | 90 | 87 | 88 | 72 |
從以上結果中可以看出，2013年3月之前的一次燒技術對坯體與熔塊的匹配度窄，當原料出現波動時，產品質量也隨之出現很大影響，尤其是產品的平整度。在實際生產中，原料變動較為頻繁。而且我國的陶瓷坯體原料很少是經過預處理的標準原料，這使得生產需要多次按照坯體與熔塊的匹配範圍進行調試，調試周期長，浪費嚴重，而且有時因為原料品位的限制，沒辦法達到一次燒成的目的。當然，對於該發明提供的工藝還可以有很多改進，改進能帶來更好的技術效果，下面通過一些實施例來進行說明。
實施例3
參照附圖3。在該實施例中，我們通過具有凹凸紋路的模具對坯體進行衝壓成型，使微粉層表面具有凹凸紋路，印花層隨微粉層的凹凸紋路起伏。另外，底坯層粉料的化學組分為SiO268～73％，Al2O317～23％，Fe2O30.5～1%，TiO≤0.5，CaO0.8～1.2％、MgO≤2.5%、K2O≤2.5％和Na2O1%～3％，且坯體粉料燒失量≤5%。微粉層厚度為底坯層厚度的1/3，並按其在700℃的體膨脹係數為底坯層的1.02～1.04倍範圍配比原料。
在該實施例中微粉層粉料的化學組分為SiO262～67％，Al2O318～22％，Fe2O30.1～0.5%，TiO≤0.5，CaO1.5～3％、MgO≤2.5%、K2O和Na2O5%～7％。通過設定凹凸紋路使底坯層和微粉層有更大接觸面積，能更好的緩解燒成過程中底坯層和微晶玻璃熔塊熔融時產生的應力拉伸造成坯體翹曲等缺陷。
實施例4
參照附圖4。該實施例的製備工藝與實施例1基本相同，所不同的是，在粉料布料過程中，在底坯層和微粉層之間布撒一層厚度為0.01～0.1毫米的無機氧化物晶須。在該實施例中選擇長度為200～500微米氧化鋁晶須，當然氧化鋯或其它具有類似功能的無機氧化物晶須都可以實現本功能。
因為微粉層和底坯層的雙層結構，製品可能會出現分層缺陷。參照附圖4中底坯層和微粉層中間的微觀結構示意圖。坯體層燒結後內部形成的晶粒（501）和微粉層燒結後內部形成的晶粒（601）通過無機氧化物晶須（701）嵌接。這些嵌接的晶須將兩層很好的嵌合在一起，不會有分層開裂缺陷，而且製品強度也會提高，測試該實施例的斷裂模數（兆帕）為47，比實施例1提升10%以上。
實施例5
該實施例中是將微粉層原料通過球磨製成漿料，然後通過噴淋的方式在坯體層上形成微粉層，球磨漿料325目篩余≤0.3%。但這樣形成微粉層較薄，一般為0.3～1.0毫米，因此這種方式所用微粉層原料在700℃時的體膨脹係數為坯體層的1.03～1.05為宜，在設計配方時可以參照以上參數範圍。當然該實施例的方式也可以選擇實施例3、4的方式進行改進，鑒於該領域技術人員通過以上描述可以很容易理解改進的方法，和改進所帶來的優點，就不再一一贅述。
2013年前公知的一次燒微晶玻璃工藝均可按照該發明所述方案改進。如採用專利申請號為200610122038.1的發明專利公開的配方和工藝範圍：陶瓷磚的化學成分按重量百分比計，是SiO265～77％，Al2O315～25％，CaO0～5％，MgO0～5％、K2O0.5～5％，Na2O0.5～6％，將符合上述成分和粒度小於10毫米的石英、高嶺石、伊利石、長石、滑石、白雲石和透輝石的混合料。按配比稱重，球磨細碎；燒成最高溫度1150-1250℃，燒成周期60-80分鐘；再如專利申請號為200910106617.0的發明專利公開的配方和工藝範圍：其拋光玻璃飾面磚的基體由瓷砂59%～80%、黑、白泥15%～40%、添加劑0.5%～5%組成，燒成溫度1160-1250℃，燒成周期60-80分鐘。以上坯體配方組分和生產工藝均實用於該發明方案。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種一次燒微晶玻璃複合板及其製造方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
