高硬度红色铁系微晶玻璃陶瓷复合板的研制.docVIP

PAGE  PAGE 11 高硬度红色铁系微晶玻璃陶瓷复合板的研制 　　摘 要：本文提供了两条研发路线，一是将微晶玻璃中的玻璃相与微晶相的硬度提高，二是通过表面淬冷钢化工艺。目的是通过配方的选择以及烧成的淬冷钢化工艺，研制出具有高硬度的红色铁系微晶玻璃陶瓷复合砖。经过试验和试生产证明，采用本项目中制定的工艺技术路线完全可以批量生产出质量符合国家标准、表面莫氏硬度达6级的红色铁系微晶玻璃陶瓷复合板。 　　关键词：微晶玻璃陶瓷复合板；高硬度；铁系 　　1 引言 　　自2002年博德公司率先将微晶玻璃陶瓷复合板的发明技术产业化以来，已经陆续开发出以硅灰石为主晶相、以硅锌矿为主晶相、以透辉石为主晶相、以顽火辉石为主晶相的四大类微晶玻璃，并以这四种微晶玻璃为基础，或再配以少量特殊功能性玻璃材料，先后研发出十大系列（博德公司俗称”十代“）微晶玻璃陶瓷复合板产品。2014～2015年博德公司又创造性地利用大片微晶玻璃熔块的有控析晶方式，研发出更新型、更高档、更亮丽、更趋自然纹理的微晶玻璃陶瓷复合板的升级产品。 　　虽然上述微晶玻璃可以广泛用于高档场所与家居的装饰，但由于其表面硬度不及抛光砖，从而影响了它在人流量大的公共场所，如机场、车站、体育场馆、购物中心、写字楼、娱乐厅等地面装饰的使用。这就需要研发一种能够在大型公共设施使用，尤其是地面使用的高硬度的微晶玻璃陶瓷复合板产品。 　　要提高微晶玻璃的表面硬度，主要有两条路线。 　　第一条技术路线是将微晶玻璃中的玻璃相与微晶相的硬度提高，尤其是含量超过60%的玻璃相。此前所研制的微晶玻璃的主晶相硬度状况如下（莫氏硬度）：硅灰石主晶相为4.5～5.5，硅锌矿主晶相为5～5.5，透辉石主晶相为5.5～6.5，顽火辉石主晶相为5～6。这样看来，这些微晶玻璃的主晶相的莫氏硬度应该在5.5左右。而对玻璃来说，影响表面硬度的最大的化学成分是SiO2，其次是B2O3。SiO2含量高势必大幅度提高粘度，而B2O3含量多也要影响微晶玻璃的析晶。总之SiO2和B2O3的添加量增加的余地并不大，这是满足微晶玻璃其它性能，特??是排气性能与析晶性能所决定的。经过我们多年的经验，将微晶玻璃的玻璃相表面硬度提高的上限在莫氏硬度5.5左右，再高就有些困难。这样看来，想要通过提高微晶玻璃的玻璃相与微晶相的表面硬度达到整体微晶玻璃硬度提高的余地，虽然还有，但是存在局限性。现在的玻璃表面硬度可以达到莫氏硬度6，甚至更高。这是因为玻璃排气是在充分熔化后的澄清阶段排出的，温度远高于烧结法的排气温度。 　　第二条提高微晶玻璃表面硬度的技术路线是通过表面淬冷钢化工艺来实现。长期从事陶瓷技术工作的人都有这样的经验，即不抛光的微晶玻璃陶瓷复合板、透明玻璃陶瓷复合板（俗称抛釉砖）、瓷质砖的表面硬度均高于抛光后的表面硬度。这与玻璃的钢化机理如出一辙，即这些砖表面的玻璃相受到急冷风的淬冷作用，在固化的玻璃表面产生了压应力层（这就是玻璃钢化层）所至。博德公司与中南大学在2013年合作，通过将抛光后的微晶玻璃陶瓷复合板重新在辊道窑复烧，在630～660℃温度下再急冷至570℃左右的工艺，成功地将微晶玻璃表面硬度提高到莫氏硬度6的水平。因此，我们认为，研制无需抛光的微晶玻璃陶瓷复合板，是有效提高微晶玻璃表面硬度的现实可行的技术路线。 　　从上述两条技术路线出发，我们选择了红色铁系微晶玻璃陶瓷复合板品种。原因是，铁系微晶玻璃无论析出赤铁矿（莫氏硬度为5.5～6），还是析出磁铁矿（莫氏硬度为5.5～6.5），它们的硬度都比以前研制的微晶玻璃主晶相要偏高一些。另外只要微晶玻璃表面不显现气孔（内部气孔可以不予考虑）就满足使用要求，这样可以多添加SiO2和B2O3，以满足提高玻璃相的表面硬度。再有，铁系微晶玻璃外观特征是5～10 mm的红色近球状晶形分布，其间尚有黑色的条纹分布。这种艺术美学的特殊性也是选择此类微晶玻璃陶瓷复合板的依据之一。当然，采用淬冷钢化后又不抛光的工艺也是适合此类微晶玻璃，因为抛光后铁系微晶玻璃的红色近球状的分布全部消失，必须采用不抛光的工艺才能使之保留。 　　为了加快此项目的进程，同时深入研究所涉及的机理和理论问题，以便能够准确把握此项目的技术关键，尽早实现本项目的产业化，博德公司与中南大学以产学研的形式密切合作，通过一年多的努力，本项目于2014年12月19日通过了佛山市科技局主持的新产品鉴定会，并被评价为“项目技术达到国内先进水平”。 　　2 高硬度红色铁系微晶玻璃的研究与制备 　　2.1 高硬度红色铁系微晶玻璃的成分特点 　　本项目研制的铁系微晶玻璃的基础化学成分范围如下：SiO2 51～57%，B2O3 8～15%，CaO 3～6%，MgO 2～5%，ZrO2 6～8%，Al2O3 12～1