国外日用陶瓷工艺技术现状及发展趋势
作者：吴基球，李竟先，李月琴，张健华

来源：何南建材   发布日期：2013-7-29

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1992年统计数字,日本陶瓷厂家有8960家,职工卯769人,平均每厂10.1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1992年日本日用陶瓷企业的人均劳动生产率就高达11.71万美元。
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缩,但其技术发展并没有停止不前。特别是80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

  90年代,由于在原料加工方面依靠技术进步,采用先进的生产手段和检测方法,自动化水平比80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20名职工,日产标准化粘土18万吨,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,余下的石英砂又可应用于制造玻璃和其他行业。该社人均劳动生产率高达20万美元。
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70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。最近,德国内茨(Netzsch)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30一40巴的高压将坯件一次压注到含水量16一17%,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95%,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80年代中期制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90年代,国外主要陶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Fig自。习s公司的SKK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90年代中期研制出一种耐热树脂模,可耐120℃,精度高,使用寿命达3000一5000次,比石膏模提高10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150C,透气性和耐磨性都很好,强度达10兆帕以上,可使用2万次。国外模具的设计与制作采用了CAD/CAM以及激光快速造型等先进技术。
2.3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90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,各种新型连续式和间歇式轻体快烧窑不断涌现。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100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,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CCE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2001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12545一25000KJ/Kg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3一10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EA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500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,用卷筒花纸取代单张花纸。为提高花纸质量和艺术效果。国外在花纸的印刷技术上进展很快。网印花纸的比例已占到85%以上,且大部分是多种过渡色的电分版小膜花纸。在挂网制版技术上,英、德、日等先进国家均能达到150线/时,英国正在研究200线/时的超细网屏。直接在陶瓷产品上印花各国也有发展,如网印、滚印、转移印花等,随着印刷技术的不断改进,许多凹凸不平的产品部位也能印出效果清晰的花面。直接印花技术的采用,丰富了陶瓷的装饰技法。但一些高档的艺术作品人们还是喜欢手工绘制的。随着装饰技术的进步,装饰颜料更加丰富多彩。目前国外杯类产品装饰趋势是:“告别花卉,迎接亮色”,传统的花卉图案已位居第二,取而代之的是单色的各种石灰绿、柠檬黄和鲜橙色,统称为“亮色”,它们正成为主流,在今后一段时间将继续流行。在合成陶瓷颜料研究中,一些呈鲜艳光亮而烧成范围又宽的新型颜料例如错系颜料发展很快,从而可使陶瓷产品的彩烤温度降到600一700℃。为使低温颜料更适于陶瓷装饰,国外还用硅酸错作为包裹材料,为一些低温不稳定颜料在陶瓷装饰上开拓了新路子。三原色陶瓷颜料的问世,打破了陶瓷颜料专色专用的陈规。四色转移印花工艺与先进制版技术的结合,印出了高分辨率的画面,装饰效果层次分明,能逼真地复制古画名画、天然彩色摄影等名贵艺术作品。国外一些大的公司例如德国的迪高砂化学公司,已逐步发展成品种相当丰富的系列化陶瓷颜料供应商。该公司现在产品已达15000种,可满足陶瓷和玻璃工业任何主顾的需要。在金水的研究上,国外在降低金水的含金量和采用代金材料方面取得了新的进展。目前金水的含金量已可降至6%,7%和8%。从而大大降低了成本。一些代金和纺金表层,如银、锡、钦、镐、青铜等应运而生,这些仿金表层,有的采用电解镀金法,有的采用真空镀金法,既华丽又节约,大大丰富了陶瓷的装饰艺术。最近,俄罗斯一瓷器公司使用贵重和半贵重宝石例如石榴石、红宝石、兰宝石等镶嵌瓷器,使陶瓷艺术高雅化,从而提高了瓷器的艺术价值。日用陶瓷的釉上装饰大都使用一定量的铅化物作熔剂,这些铅一经酸性食物析出,则会危害人体健康。因此,自80年代以来,各国对铅溶出量(同时也包括镐)规定的允许极限越来越苛刻,美国陶瓷商家认为,溶剂中禁止用铅只是时间间题了。为了解决铅溶出量间题,国外进行了多种途径的研究,例如有的采用无铅颜料,用秘取代铅;有的则从提高颜料的耐酸性入手,试验各种高抗蚀性的颜料;还有的则从颜料的制备、花面加工和烧成工艺的改进来降铅。而快烧颜料使其熔入釉中,不但可达降铅之目的,还丰富了装饰方法。

  目前,国外日用陶瓷餐具的装饰方法已基本上采用釉下彩和釉中彩,向无铅化方向发展。