微晶玻璃花崗巖的制造工藝

一、緒 言

優(yōu)異花崗巖飾面材料具有優(yōu)異的硬度和耐磨性、并具優(yōu)美的外觀花紋，一直是人們優(yōu)選的建筑飾面材料。然而，天然花崗巖因：（1）含有一定量地放射性元素---氡，長期接觸會對人身體造成一定傷害，國外一些發(fā)達(dá)國家及國內(nèi)很多大城市都已明令禁止有放射性地天然石材用于室內(nèi)裝飾。(2)內(nèi)部組成與結(jié)構(gòu)的原因，機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性較差，造成抗風(fēng)化能力和耐久性較差。(3)一些優(yōu)異石材蘊(yùn)藏量有限，價(jià)格昂貴。（4）天然石材的顏色花紋變化非常大，整體裝飾效果較差等本身固有的原因。市場迫切需要開發(fā)天然石材代用品。特別是近幾年人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，人們更加迫切地需要不含放射性物質(zhì)的天然石材替代品。

到了七十年代，日本電器硝子株式會社的科學(xué)家率先打破技術(shù)難關(guān)，研制出了具天然大理石外觀、且性能遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材的“結(jié)晶化玻璃大理石”，并于1974年開始工業(yè)化生產(chǎn)，商品名為“新型玻璃大理石（Neoparies）”。

我們于1982年開始研究“結(jié)晶化玻璃大理石”，次年就研究成功了具花崗巖外觀的“微晶玻璃花崗巖”，但在進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)過程中，因氣泡和變形缺點(diǎn)無法解決，成品率較低，技術(shù)推廣和產(chǎn)品商品化就此擱淺了。

直到1994年南方某廠投入資金近億元金額建成了年產(chǎn)40萬平米的生產(chǎn)線，他們經(jīng)過近半年試生產(chǎn)，也同樣遇到了氣泡問題無法解決而造成成品率較低，委托我們幫助解決；為此我們對過去的技術(shù)資料進(jìn)行了認(rèn)真分析討論，認(rèn)為氣泡的來源主要有以下三點(diǎn)：

1. 玻璃融化不完全，殘存有未排除之氣泡，在二次燒結(jié)過程中膨脹形成。
2. 玻璃料水淬及淬碎料處理過程中混入的吸附水及雜質(zhì)所為。
3. 由于熱傳遞溫度梯度的存在，燒結(jié)過程中板材表面先受熱熔融，將氣體封接在板材中，隨著溫度地升高，玻璃料黏度的降低，氣泡浮向表面造成缺點(diǎn)。

在后來我們借助高溫顯微鏡證實(shí)氣泡也確實(shí)是由上述第二、三點(diǎn)原因造成地，遂產(chǎn)生了這樣一個(gè)設(shè)想：如果我們研究這樣一種添加劑即或者具有吸收氣體的作用或者具較小黏度和表面張力能在燒結(jié)過程中使氣泡順利排出。問題不就解決了嗎？

1994年我們成立專門地技術(shù)開發(fā)課題小組，集中對以下技術(shù)課題深入地研究開發(fā)并取得了打破性進(jìn)展：

1. 研制出了微晶玻璃花崗巖消泡劑，基本完全地解決了氣泡問題。
2. 開發(fā)成功了微晶玻璃花崗巖滲透著色劑，大大豐富了微晶玻璃花崗巖的顏色品種，僅需熔制一種白色料即可，無須因頻繁更換熔窯中的玻璃料而造成浪費(fèi)。
3. 分別采用黃河淤沙、廢玻璃、金礦尾砂、銻礦尾砂和鋁廠赤泥作主要原料研制出了理想地微晶玻璃花崗巖，擴(kuò)大了原料來源，為廢物利用和減少污染開辟了一條新路。
4. 用該工藝開發(fā)出了燒結(jié)法堇青石質(zhì)日用器皿微晶玻璃和硅灰石質(zhì)低溫快燒高等日用瓷。

二、生產(chǎn)方法

微晶玻璃花崗巖用普通玻璃原料、或者廢玻璃、或者金礦尾砂、或者銻礦尾砂、或者黃河淤砂等所有含硅鋁鈣的原料作主要原料，按基礎(chǔ)玻璃組成為SiO₂40--48, Al₂O₃ 2—7.5, B₂O₃ 0.5—2.8 ,CaO 10--25, ZnO 1—8.5 , BaO 3.5—5.3 , Na₂O 1--3 ,K₂O1--5, SeO0.01—0.5,SO₂ 0.01---0.3(Wt%)，（該配方采用芒硝做澄清劑、添加少量的硒作脫色劑，省去了價(jià)格昂貴的砷或銻的氧化物）地配比準(zhǔn)確配制配合料，玻璃配合料在約1500℃溫度的池爐內(nèi)熔化，熔化好地玻璃液驟冷至約1000℃，然后投入冷水中淬碎成3--10mm的玻璃顆粒。

將消泡劑和著色劑按比例混入干燥好地玻璃料中，使其均勻包裹于玻璃料表面，然后將玻璃料均勻地鋪攤在涂有防粘涂料的耐火板（或耐熱不銹鋼盤）上。耐火板組裝在窯車上，一般拼裝5—8層。送入隧道窯（或梭式窯）燒結(jié)晶化之。燒結(jié)晶化溫度制度見圖1所示：

圖2所示為玻璃料燒結(jié)晶化過程示意圖。首先700℃開始玻璃開始熔融軟化，至950℃左右時(shí)玻璃料已基本熔融粘接在一起，但表面還呈凸凹不平狀。也就在此時(shí)開始玻璃料表面和界面上已開始析出硅灰石（β--CaO·SiO₂）晶體，玻璃開始變成不透明狀，隨后，隨著溫度緩慢升高，晶體也逐漸沿玻璃料顆粒徑向長大成針狀晶體。較后升至1120℃并保溫1小時(shí)，以使析晶過程完成，在此溫度下同時(shí)也賦予玻璃料充分地流動性，在玻璃料表面張力的作用下清理掉玻璃板表面的凸凹不平，較終得到結(jié)晶完全表面平整的板材毛坯。該板材毛坯約含40%的硅灰石晶相，其余為基體玻璃。將燒結(jié)晶化完成的玻璃板在加熱至850℃左右使之軟化變形，可按需要制成各種曲面板。

將燒結(jié)晶化好地板材毛坯表面進(jìn)行研磨拋光后，使基體玻璃顆粒界面析出地針狀晶體構(gòu)成地花紋和它從透明玻璃基體一定高層度處所表現(xiàn)地質(zhì)感顯現(xiàn)出來。為了使其便于施工及能夠同混凝土牢固結(jié)合，在其背面粘接上一層玻璃鋼。然后按規(guī)定地尺寸進(jìn)行切裁、修邊等加工。較后進(jìn)行檢驗(yàn)包裝即可。

三、微晶玻璃花崗巖的性能特點(diǎn)

我們用500g重的鋼球，分別對玻璃板、微晶玻璃花崗巖、天然大理石和天然花崗巖

表1:微晶玻璃花崗巖與天然石材的性能

* 尺寸為15×15×15MM的試樣，在25℃溫度下，分別于1%H₂SO₄和1%NaOH的溶液中浸泡650Hr后的重量減少百分?jǐn)?shù)。

進(jìn)行了抗沖擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中讓鋼球垂直自然落入試樣中部，由40cm開始逐漸提高鋼球落下高度。試驗(yàn)所采用的試樣尺寸、產(chǎn)生裂紋時(shí)的高度產(chǎn)生的裂紋情況均注明于圖4中。由圖4可以看出微晶玻璃花崗巖產(chǎn)生的裂紋同天然石材很相似，且數(shù)量同樣很少。這是因?yàn)?，由粗大地晶體集合體組成地微晶玻璃花崗巖與由鑲嵌狀粗大晶體組成地天然石材一樣，都有吸收應(yīng)力的粗大顆粒界面，能夠有效地阻止裂紋的產(chǎn)生和延伸；相反地玻璃板因沒有吸收應(yīng)力的晶體界面，所以會在受到?jīng)_擊時(shí)，由受沖擊處產(chǎn)生大量裂紋。

1. 本工作采用的工藝簡單可行，一些陶瓷廠或玻璃廠的窯爐稍加改造即可改產(chǎn)微晶玻璃花崗巖，無疑為目前處于困境中的陶瓷及玻璃企業(yè)解困脫困開辟了一條新路。
2. 按本工藝生產(chǎn)出的微晶玻璃花崗巖，既具有天然石材美麗的外觀、又有天然石材無法比擬的理化性能，又不會象天然石材那樣釋放對人體有害放射性元素，可以想象微晶玻璃花崗巖在不久的將來一定會是人們優(yōu)選地裝飾材料。因此：微晶玻璃花崗巖是一種有限的天然石材替代品。尤其令人矚目地是可以生產(chǎn)白色花崗巖，這一在自然界中根本不存在的顏色品種。
3. 采用本工藝可以方便地生產(chǎn)幾乎是任意規(guī)格厚度的裝飾用板材。
4. 采用熔融燒結(jié)工藝，分別以廢玻璃、金礦尾砂、銻礦尾砂和黃河淤砂生產(chǎn)出了同普通玻璃原料具相同外觀的微晶玻璃花崗巖，為降低成本，擴(kuò)大原料來源和減少污染打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1. A.G.Pincus,et al,Glass Ind., 53, 6(1972);52.18(1972)
2. 八田剛太郎等，《旭硝子研究報(bào)告》1987,P149—156
3. S.Kawamura, et al, Beta-Wollastonite Glass-ceramics.《Tenth International Congress on Glass》Kyoto 前列4(1974),Part 14,Page 68-74

1. 和田正道，結(jié)晶化ガラス建材，<<カラミックス>> 21,1986,No.5,P413—418
2. 劉軍章，利用黃河淤砂制造微晶玻璃花崗巖，〈〈玻璃〉〉Vol.21 No.4 (1994) P41—45
3. 橋部吉夫,中國專利 前列172778(1998)
4. 李慶華等,中國專利 前列157270 (1997)
5. D.R.Uhlmann and N.J.Kreidl 《Glass: Science and Technology》 Vol.1(1984)P422-428