曾经拜读过业内技术精英贺彦荣的一篇文章,讲的是配方对产品的影响。文章写的时间较早,原文一时找不到了,在文章里面讲述了一个关于坯体配方的有趣故事,大致内容是某工地在建陶厂采购产品,甲厂报价比乙厂高,工地采用乙厂产品,发样运输到工地后,产品破损率高。于是要求乙厂改善产品质量,乙厂改进产品后重新报的价格结果与甲厂一致了。改进的过程大致是提高了坯体配方中的铝含量,导致产品的成本提升。同样,也使得产品的性能得到提高。
在这个案例中,我们是可以清晰地看到,在建陶产品强度问题上,铝含量的存在对陶瓷的作用是非常明显的。在不同的教科书和资料里面,都强调了铝含量的提升,使得晶体含量提升,从而使得材料强度的提升。而铝含量的提升,对应的晶体种类很多,最终晶体如莫来石(3Al2O3?2SiO2)、堇青石(2MgO2?Al2O3?5SiO2)、钙长石(CaO?Al2O3?2SiO2),而一些中间晶体如白榴子石、偏高岭等就更不用说了。那么,是不是强度的提升,真的和铝含量以及对应的晶体有很大关系呢?笔者对此抱有较大的怀疑。
怀疑的主要理由是建陶行业的烧成制度与晶体的成长的矛盾。在非常多的材料研究文献里面,我们基本上都能看到,一个结构或者功能材料的制备过程(以某种具体晶体为基础),往往伴随着很长时间的烧成制度,保温时间动辄数十个小时。但我们建陶行业的烧成制度,时间是非常短的,从进窑门到出产品,才仅仅一个小时左右。在这么短的时间内,我们去讨论建陶产品内烧出什么晶体,烧出多少晶体,个人感觉是有些晕的。
与其单纯的认为是建陶产品内部烧出某种晶体导致坯体强度提升,笔者更认为应该添加些其他因素,如坯体致密度和陶瓷颗粒之间的玻璃相出现导致的坯体内部颗粒粘结。
在实际生产中,如现在坯体增强剂的应用。如果我们通过配方调试到了某个具体组成,少量使用泥类原料,而使用坯体增强剂来保障生坯强度,我们应该会发现最终产品的强度会下降。
这是因为泥类原料颗粒度小,可以在坯体中形成坯体的最紧密堆积,从而使得陶瓷的强度得到提升。同时,微细原料也相对更容易熔解成玻璃相,填充坯体之间的空隙,从而进一步提升坯体致密度,提升坯体强度(这里说明一下,陶瓷坯体内部除了本身有气泡之外,产生的玻璃相中,也是有不少微小气泡的)。如果单纯地使用坯体增强剂,生坯阶段貌似生坯强度提高了,但高温一烧,坯体增强剂烧掉之后,坯体中会存在大量的空隙,从而降低了陶瓷产品的最终力学性能。
▲图:力的不同材料中的传递
材料受力过程中,力的传递路径如上面草图所示。
正常的致密化材料,如左图,力的传递路径贯穿材料。路径长度为材料的厚度。
如果材料中出现了气孔甚至裂缝,如中图,力的传递路径经过气孔时,就会直接贯穿气孔,相当于力的路径缩短,力的损耗变小。
右图则为材料中出现了晶体,力传递路径经过晶体,则力会沿着晶体发生力的传递方向转移,从而使得力的传递路径变相延长,使得力的损耗较大。
考虑到建陶烧成制度上,与日用瓷和其他特种材料相比,高温段的烧成时间短得令人发指,因此,笔者认为,建陶产品的强度提升上,更应该考虑坯体的致密度。这是个人浅见,由于缺乏认证,仅供参考,欢迎讨论。(作者:王明华)