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1、何 南建材2001 年 1 期 国外 日 用陶 瓷工艺技术现状及发展趋势 吴基球 李竟先李月琴 张 健 华南理工大学材料学院(510641 ) 1 生产规模变化特点 日用陶瓷工业在一些发达国家 , 因受到经济效益 及高技术陶瓷的冲击 , 生产规模普遍缩小 。 但生产过 程的自动化程度和产品的档次却在不断地提高 。 亚 洲的一些陶瓷资源丰富 , 劳动力低廉的国家如泰国 、 菲律宾 、 印尼 、 斯里兰卡等 , 由于发达国家资金的投入 和技术的输入 , 联手兴办的日用陶瓷企业生产规模普 遍较大 。 在日本 , 由于陶瓷工业中的原料及其他辅助 材料均已实现了高度的专业化生产 , 加上日用陶瓷的 生产
2、过程己基本上实现了机械化 、 半 自动化和自动 化 , 所以只有十几个人的小厂同样可以生产高档次的 产品 。 日本生产规模的特点是 : 生产厂家规模小 , 数 量多 。 据 19 92年统计数字 , 日本陶瓷 厂家有8 9 6 0 家 , 职工卯76 9 人 , 平均每厂1 0 . 1人 。 不管欧洲的大 规模企业还是日本的小规模企业 . 高度 自动化的结果 是生产工人减少 , 从而使企业的全员劳动生产率大大 提高 。 如 199 2 年日本日用陶瓷企业的人均劳动生产 率就高达n . 7 1万美元 。 2 主要产品生产工艺技术现状与发展 趋势 日用陶瓷工业在一些发达国家的生产规模虽然 逐步被压
3、缩 , 但其技术发展并没有停止不前 。 特别 是8 0年代中期以来 , 随着科学技术的突飞猛进 。 日 用陶瓷工业的生产技术发展也很快 ; 电子计算机的 普及和许多高新技术的应用 , 大大加快了日用陶瓷 工业生产机械化自动化的进程 。 一些传统落后的设 备和复杂的生产工艺正在被淘汰 , 取而代之的是崭 新的 、 高度自动化的先进设备和工艺简单而连接紧 凑的自动生产线 。 越来越多的国家相继报道了工厂 实现全自动化生产的消息 , 从而把相对落后的日用 陶瓷工业进一步引上了优质 、 高产 、 低消耗的现代化 轨道 。 2 . 1 原料加工 9 0年代 , 由于在原料加工方面依靠技术进步 , 采用先
4、进的生产手段和检测方法 , 自动化水平比8 0 年代又有进一步的提高 。 例如在配有电脑的自动生 产线上 , 能同时快速检测和控制各种原料配比流量 , 并可根据检测结果 随时修正 , 从而确保了所需原料 的成分恒定不变 。 日本及欧美一些主要陶瓷生产国 , 陶瓷原料已 实现 ” 三化 ” , 即专业化 、 标准化和商品化 , 陶瓷原料 的加工精选均 由专业化的原料公司来完成 ” 这些公 司不但拥有矿山而且建有集中的精 选厂 , 其精选厂 工艺流程和设备先进 , 自动化水平高 , 配有原料预均 化的场地和设备 。 许多高新技术 , 如高梯度磁选 、 超 微粉碎 、 离心分级 、 微机配料 、 涡
5、流混合以及强化检 测监控等技术均获得了广泛的应用 。 原料加工专业化 , 为陶瓷厂提供 极大的方便 。 原料的标准化 , 为陶瓷产品质量的稳定提供了保障 。 现在日本及欧美一些国家的陶瓷厂均使用加工好的 标准陶瓷原料 。 原料加工专业化 , 有利于实现原料加工 自动化 , 更有利于实现原料资源的综合利用和环境保护 。 例 如 , 德国的安具格高岭土公司在生产优质高岭土时 , 也将尾矿中的长石和石英加工成商品 。 日本加仙矿 山株式会社仅有2 0名职工 , 日产标准化粘土1 8万 吨 , 能满足全国陶瓷业需求的一半 ;原矿得到综合利 用 , 提取粘土后 , 再提取陶瓷用石英砂 , 余下的石英 砂
6、又可应用于制造玻璃和其他行业 。 该社年人均劳 动生产率高达 2 0万美元 。 2 . 2 成型工艺技术 目前国外日用陶瓷成型工艺除已有的滚压成 型 、 注浆成型和塑压成型外 , 具有较大进展和应用前 景的尚有等静压成型 、 高压注浆和微波注浆成型 , 激 光快速成型则正处于研制与完善之中 。 等静压成型自7 0年代未德国将其用于日用陶 瓷生产以来 , 目前在德国已普遍采用 , 并已开始普及 到欧美和其他国家 , 大有压倒滚压成型之势 。 等静压成型的最大特点是 : 产量大 、 质量好 、 产 品规格一致 、 取消了石真模和千燥工序 、 能适应于多 种产品的生产等 , 因而深受生产厂家的欢迎
7、。 最近 , 德国内茨( Ne ts z h c )公司又革新了换模装置 , 使换模 时间在几分钟之内即可完成 , 并新增了模具自动填 2001年1期 吴基球等 : 国外日用陶瓷工艺的技术现状及发展趋势 充调整装置和自动模具清洁装置等 , 进一步提高了 成型效率及产品质量 。 高压注浆采用多孔塑料模具 , 用3 0一4 0 巴的 高压将坯件一次压注到含水量1 6一1 7 % , 因而可 立即送入干燥室干燥 。 该设备采用电子控制系统 , 成品率可达9 5 % , 高压注浆成型设备已广泛用于卫 生洁具成型 , 目前在日用陶瓷异型产品成型中已逐 步推广应用 。 微波注浆 自英国在 8 0年代中期制
8、造出世界第 一台全自动微波注浆机以来 , 该成型技术 与设备经 不断完善 , 目前已在一些国家推广应用 。 激光快速成型 , 是由激光束根据计算机提供的 制品断面形状分析数据 , 将坯料一层一层地粘接成 型 。 这种成型方法是 1985年由美国首先研制成功 的 , 1991年投入实际应用 , 最初是用来制作模型 , 其 后试用于高技术陶瓷零部件的成型 。 此法对坯料性 能要求较高 , 工996年新加坡率先将此法试用于餐具 上 。 这种新的快速成型方法是机电一体化与激光技 术应用于陶瓷工业的最新高科技成果 , 一旦全面推 广 , 将会是陶瓷成型工艺的重大突破 。 进入9 0 年代 , 国外主要陶
9、瓷生产国如日本和英 国等 , 主要产品的生产仍以滚压为主 , 但其技术含量 和自动化程度已升级 。 各种先进的滚压自动线不断 推出 , 与滚压机联成机组 的干燥设备早已朝快速干 燥方向迈进 。 如挪威iF g自。 习s 公司的 S K K 滚压 成型设备上就成功地使用了微波脱模干燥器 。 英国 的微波一真空干燥与滚压或注浆设备联机形成 自动 化的生产线 , 既提高了生产效率 , 又保证了产品质 量 。 最新型的干燥器是一种用于日用陶瓷的脉冲式 干燥系统 。 此外 , 为使成型的废品率降至最低 , 先进 的检控技术也相继出现 。 例如 , 智能型模糊逻辑 自 动检控系统 , 可在成型后立即检测坯
10、体的有关参数 (如体积密度 、 尺寸 、 水分含量等) , 然后与标准值对 照 , 将其偏差反馈至前道工序进行纠正 。 近年来 , 国外对模具材料的研究很有进展 。 日 本獭户石膏加工工业组合在9 0年代中期研制出一 种耐热树脂模 , 可耐 12 0 , 精度高 , 使用 寿命达 3 000一5000次 , 比石膏模提高1 0倍以上 。 台湾奥 斯来股份有限公司继德国和日本之后 , 研制的一种 多孔树脂模具 , 可耐热1 5 0C , 透气性和耐磨性都很 好 , 强度达1 0兆帕以上 , 可使用2万次 。 国外模具 的设计与制作采用了 CA D/CA M以及激 光快速造 型等先进技术 。 2
11、. 3 烧成工艺 国夕隔档日用瓷几乎全部采用明焰二次烧成 , 烧 成工艺向着节能 、 高质和快速烧成方向发展 。 烧成设 备 自卯年代中期起 , 已由过去以隧道窑为主发展为以 节能 JI 划浇的辊道窒和间歇式轻体决烧窑为主 。 80年代初至 9 0年代初 , 随着陶瓷纤维和其他 耐高温绝热材料的问世 , 隧道窑的结构已进入扁平 低截面和低蓄热窑车的新时期 。 高速等温燃烧器的 应用 , 大大提高了隧道窑的燃烧效率 , 通风循环系统 的改进及 电子计算机的应用 , 使隧道窑的操作和控 制更趋合理和自动化 , 烧成时间也有所缩短 。 在对传统隧道窑进行改进的同时 , 各种新型的 连续式和间歇式轻体
12、快烧窑不断涌现 。 经过几年的 改进与完善 , 这些新型窑炉充分地显示了其强大的 生命力 。 辊道窑早期主要用于建筑陶瓷墙地砖的烧成 , 目前国外已普遍采用辊道窑作为日用瓷的本烧窑 。 其主要特点是快速 、 节能 、 温差小且易于自动化 。 间歇式窑炉主要以梭式窑为主 , 随着全纤维 、 大 容量梭式窑的设计 、 制造及在生产中的使用 , 已经克 服了能耗大 , 产量低的弱点 , 越来越显示出间歇式窑 炉操作灵活 、 投资少 、 占地面积少 、 建造周期短等无 可比拟的优点 。 如英国 、 澳大利亚等国已经设计了 使用温度为 1300 一1400C 、 最大有效容积达 300 立 方米的全纤维
13、间歇式窑炉并已投入生产 , 能耗也己 接近隧道窑水平 , 取得了 良好的经济效益 。 据报道 , 美国的新型间歇窑的数量是隧道窑的 5倍 。 日本近 几年来 , 新型间歇式的台车窑也占全国日用陶瓷窑 炉总数的一半以上 。 现代间歇式窑炉 , 普遍使用了 高速喷嘴 , 其出口速度可达1 0 0米/秒 , 一方面增强 了对流换热能力 , 同时加强了窑内气体的搅动 , 均匀 了窑内温度 , 因而同样可实现快速烧成 。 目前 , 新型烧成设备的种类已越来越多且更为 先进 , 除了通常的辊道窑 、 梭式窑 、 推板窑 、 步进窑和 钟罩窑等以外 。 德国新近还推出一种称之为奥比特 的窑 , 它不用窑具
14、, 也不同于辊道窑 , 单件坯体向前 移动时可不断旋转 , 使其受热更为均匀 。 英国 C CE 公司设计推出一种新型快烧轨道窑 , 它具有辊道窑 的所有优点和独特性能 , 但又与辊道窑有不同之处 , 它可以设计为很宽且承载重 , 并可消除制品和炉膛 的任何相对移动 , 该窑不需要窑车 , 基建投资低 , 这 种窑炉使用非常灵活方便 , 主要体现在两方面 , 一是 窑炉的热容低 , 升温与降温速度快 ;二是窑炉的传输 何 南建材 20 01年1期 速度与烧成速度可变动 , 这使工厂很容易调整或更 换生产品种 。 国外窑炉 以气体燃料为主 , 日用瓷的烧成燃耗 在 12545一2 5000K J
15、 /g K瓷之间 。 除以上烧成工艺和设备外 , 目前国外正在研究一 种更新的烧成工艺一一微波烧结 。 由于微波烧结是 在物体内部发生的 , 因而可大大缩短烧成时间 , 并能 改善产品的微观结构和性能有人用微波烧结来烧碳 化硼陶瓷 , 结果只用了3一1 0分钟 。 这种烧成方法不 但可烧制高技术陶瓷 , 而且也可用来烧制日用陶瓷 , 最近由英国 E A 技术公司牵头 , 德国 、 美国和日本等 国参与合作 , 共同研制开发成功了一种新型窑炉和烧 成技术 , 这种新型窑炉的最大特点在于 : 它不仅采用 了当今世界上先进的微波烧成新技术 , 而且采用了传 统的气体烧成技术 , 在新型窑炉中把微波能
16、和气体辐 射热有机地结合起来 , 这样既解决了微波烧成不易控 制的问题 , 又解决了传统烧成周期长 、 能耗高的诸多 问题 , 既可实现快烧 , 又可使烧成成本大大 降低 。 这 种窑炉可适用于各种陶瓷的烧成 。 烧成工艺的进步 , 对窑具材质的要求也随之提 高 。 目前国外窑具已普遍采用董青石质 、 莫来石质 、 错英石质和碳化硅质 , 少数国家如德国等采用重结 晶碳化硅材料制作窑具和高温辊道窑辊棒 。 现在 , 国外窑具与产品的重量比 已由过去的 5:1 降到了 2 : 1 , 从而大大提高了装窑容量 , 降低了热耗 。 2 . 4 装饰工艺 国外日用陶瓷装饰方法很多 , 但主要产品的批 量生产大多仍采用贴花方法 。 国外的花纸生产和供 应由专业化工厂来完成 , 各种釉上 、 釉中和釉下花纸 均成系列 , 品种很多 。 近年来 , 随着市场的变化 , 一 些金 、 铂 、 银等金属花纸和彩光花纸也应运而生 。 国 外新近又研制出一种用三层保护釉的新型花纸 , 其 耐磨性比传统釉上花纸高 50 0 倍 。 为适应机械化 自 动化贴花操作 , 已有用热贴花纸取代冷贴花纸 , 用卷
