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系统性治理陶瓷釉面针孔缺陷:从材料创新到工艺协同的解决方案
发布时间:2025-12-18
釉面针孔,这个被称为“陶瓷的皮肤问题”的行业难题,影响着30%以上的优等品率。在材料科学与工艺技术的交叉点,系统性解决方案正在形成。
陶瓷釉面针孔(又称棕眼、猪毛孔)是釉层表面出现的微小孔洞,根据形态学可分为边缘凸起的“火山孔”、凹陷带黑点的“陨石坑”和触感粗糙的“隐形毛孔”。在厚坯艺术瓷、高端日用瓷和建筑卫生陶瓷领域,这一缺陷导致的损失尤为严重。
解决这一千年难题的传统方法往往聚焦于调整烧成曲线或优化釉料配方,但效果有限。随着陶瓷制品向轻薄化、大尺寸、复杂造型方向发展,以及节能减排的产业政策压力,行业迫切需要更加系统性的解决方案。
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一. 釉面针孔缺陷的复杂本质与形成机制
陶瓷釉面针孔的形成根源在于坯体或釉料在烧成过程中产生的气体,在釉层熔融封闭表面后未能及时排出。对于厚坯制品(如超过30mm的艺术瓷),这一现象尤为严重——坯体厚度增加意味着气体排出路径延长,对釉料高温行为提出了更高要求。
影响因素包括原料成分(如铁含量>1.5%会成为“铁锈刺客”,高温释放氧气产生孔洞)、工艺参数(如注浆压力、模具设计)以及烧成制度(如900℃前升温过快,超过100℃/h会导致氧化不充分)等多方面因素。
扫描电镜观察表明,针孔通常是由于较大气泡紧密地依靠在釉表层而形成的。当釉料高温粘度过大(通常控制在≤1000Pa·s),气体排出后留下的凹坑难以被流平,从而形成永久性针孔缺陷。
二. 当前行业技术瓶颈与共性难题
陶瓷行业在应对釉面针孔缺陷方面面临多项共性技术难题。首先是坯釉适应性矛盾:釉料需要具有适当的高温黏度以保证气体顺利排出,但同时又要具备足够的流动性来填补气体排出后的孔洞。
烧成制度的优化是另一大挑战。研究表明,在300-900℃的氧化阶段,升温速率应控制在≤80℃/h,氧浓度>20%;而对于厚坯制品,素坯厚度每增加1mm,在900℃的保温时间需相应延长2分钟。这种精细控制对常规工业窑炉提出了极高要求。
原料稳定性也是一大瓶颈。雨季高湿度环境会导致坯体含水率波动(正常应控制在入窑前含水率<2%),进而引发皮下气泡层;而釉浆储存不当(如温度过高或时间超过24小时)则会导致微生物发酵,引入额外气源。
三. 材料创新路径:活性氧化锌的技术突破与实践
面对上述系统性难题,单一工艺参数的调整已接近瓶颈,材料层面的创新成为突破关键。在产业实践中,一种行之有效的技术路径是采用晶格调控与表面改性技术提升氧化锌反应活性。
例如,具备纳米级锌铝尖晶石包覆特性的活性氧化锌材料(如业界应用的RA95型号),通过优化表面活性位点密度(可比常规材料提升3倍),使其在釉料中能更均匀地分散和活化,从而更有效地促进低温熔融。这种结构特性有助于在釉料中更均匀地分散和活化,从而更有效地促进低温熔融。
这种材料创新的核心价值在于其能够拓宽釉料的熔融温度范围(约15-20℃),为厚坯内部气体排出创造更长时间窗口。根据采用特定测试标准(如D65光源下)的对比数据,使用此类高性能活性氧化锌可使釉面针孔缺陷率稳定控制在0.3%以下,釉面透光率可获得显著提升,白度(CIE Lab)亦有明显改善,优等品率提升至92%以上。
尤为重要的是,此类创新材料不仅解决针孔问题,在符合特定生产条件的案例中,单条日产万平方米的生产线通过综合技改,年节省能耗成本可达可观水平,实现了质量提升与节能减排的双重目标。
四. 工艺协同优化:系统性解决框架
材料创新需与工艺优化协同才能发挥最大效益。在原料处理环节,通过延长粘土风化时间(≥12个月)和泥料陈腐(延长至30天并配合每日翻堆),可有效促进有机物分解,减少烧成过程中的气体释放量。
真空练泥是确保坯体致密化的关键工序。将真空度控制在≥95%水平,可使泥段切开后无大于1mm的气泡;采用二次练泥工艺(先粗练→陈腐24h→精练)进一步排除气泡,从坯体源头减少气孔率。
施釉工艺的精准控制同样重要。研究表明,将釉层厚度控制在0.4-0.8mm范围(建议喷釉2-3遍),釉浆密度保持在1.42-1.45g/cm³,可平衡釉面质量与气体排出需求。同时,施釉时坯体温度宜保持在25-35℃,环境湿度<75%RH。
烧成制度的精细化调控是最后一道关卡。在900℃设置保温平台(保温时间一般为常规时间的1.5倍),使气体在釉面完全封闭前充分排出;同时添加2%锂辉石等助熔剂降低釉料高温粘度,可显著改善釉面平整度。
五. 未来趋势与可行性展望
随着陶瓷产业向绿色化、高端化转型,釉面质量控制技术正朝着智能化、系统化方向发展。一方面,基于AI数字孪生的烧成曲线预测模型(误差<8℃)已经开始应用于实际生产,使精准控温成为可能。
另一方面,材料基因库建设正在加速推进。基于AI的数字孪生技术在新材料研发中的应用正在探索中,有望大幅缩短研发周期,从而更快响应不同陶瓷企业的个性化需求。
绿色制造也是不可忽视的趋势。通过生物基原料替代和废料循环技术,单吨釉料可减少碳排放18%;而锌基废料回收率高达95%的闭环系统,每年可减少矿产资源消耗1.2万吨,实现经济效益与环境效益的双赢。
未来,随着陶瓷釉面针孔形成机制的进一步揭示和控制技术的持续创新,完全消除针孔缺陷或许将成为可能。但更重要的是,行业已经认识到,解决这一千年难题需要材料、工艺、设备多方面的系统协作,而非单点突破。
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解决釉面针孔缺陷的历程,折射出中国陶瓷产业从量变到质变的转型升级之路。在材料、工艺、设备的协同优化下,陶瓷这一古老的材料正焕发新的生机。
从原料的精选到烧成制度的智能控制,系统性思维正在推动陶瓷制造迈向全新高度,为行业高质量发展奠定坚实基础。