微晶石的发展

随着微晶玻璃建筑材料的问世和拓展，微晶玻璃陶瓷复合板应运而生。它是微晶玻璃与陶瓷板材的平面复合材料，显示了多方面的综合优势。首先，微晶玻璃陶瓷复合板吸收了陶瓷板材机械强度大、韧性强、耐冲击性能好、耐化学腐蚀性能高的优点。从而使这种复合板材的机械性能优于纯微晶玻璃的板材，综合的耐酸耐碱、耐化学洗涤液的性能也强于纯微晶玻璃板材，这无疑提高了微晶玻璃的使用性能。同时，也为减少板材的重量和拓宽高层建筑的应用提供了可能。其次，微晶玻璃纯板材的生产，特别是用烧结法进行的生产，多采用梭式窑烧成以及人工操作的抛光机进行抛光。因此这些生产多是间歇性的，如果采用辊道窑烧成，其断面将会加高，其辊棒必须是高荷重软化点的高级耐火材料制作的，还离不开高级耐火材料作为它的垫板；而陶瓷板材的生产是采用成熟的、高度的机械化、自动化连续的生产线进行生产。微晶玻璃陶瓷复合板是将微晶玻璃粒料布撒在烧结好的陶瓷板材表面（板材还起耐火材料垫板作用）上，于普通的陶瓷辊道窑中完成烧成。然后它又在连续的抛光线上完成抛光工序。无疑，这种复合板使微晶玻璃的生产实现了连续化、机械化、自动化，致使微晶玻璃的产量大幅度提升；同时，能源消耗也会大幅度降低。这符合对建材行业节能降耗的要求。最后，微晶玻璃采用的原料相当部分都是化工原料，而且还要经过高温熔化、水淬、烘干、过筛、破碎等工序，才能生产出合乎要求的微晶玻璃粒料，这些步骤都使得微晶玻璃成本升高。而陶瓷板材采用的原料绝大部分都是天然原料，经球磨机细磨、喷雾干燥、成形、干燥、素烧工序制成陶瓷板材素坯，其成本相对较少。而微晶玻璃陶瓷复合板则采用1/3厚度（甚至更少）较高成本的微晶玻璃与2/3厚度的较低成本的陶瓷素坯复合。显而易见，与纯微晶玻璃板材相比，微晶玻璃陶瓷复合板可以大幅度降低成本，获得更多的经济效益。 微晶玻璃即结晶相为硅灰石的纯微晶玻璃板材比较成熟并批量生产是在上个世纪九十年代中后期，这种新型材料多次在国内、国际的建材展览会上闪亮登场，引起了广泛的反响。不久之后，出现了有关将微晶玻璃粒料复合在陶瓷砖表面的发明专利，其中就有2000年1月5日以戴长禄等作为发明人和专利权人的发明专利（发明名称：一种新型微晶玻璃陶瓷复合砖的生产方法）。其实，他们早在1997 年就已开展了这方面的研究，并于当年在原北京北辰陶瓷有限公司试制出了几种产品。1998～1999 年期间，他们曾到内蒙东胜东乔陶瓷有限公司、北京陶瓷厂、佛山东鹏、大宇制釉、欧神诺等进行推广应用，但由于种种原因，未能实现科技成果的产业化。究其原因主要在于第一代（即硅灰石晶相）的微晶玻璃存在气孔较多的缺陷而不易解决，阻碍了第一代微晶玻璃陶瓷板材的正常生产。2002年前后，佛山市几个大的厂家（包括博德、新中源、嘉俊、欧神诺等）相继实现工业化生产。在不断的生产实践中，逐步克服了（或基本克服）第一代微晶玻璃存在的主要气孔的缺陷，并顺利地将产品推向市场。标志性的事件是:2002年8月，世界第一片自主研发的“精工玉石”在博德诞生，并申报国家发明专利，这标志着主流微晶石的诞生；第一代微晶玻璃陶瓷复合板以其洁白如玉的外观、亮丽柔美的光泽、良好的硬度与耐磨性、较好的耐酸、耐碱性而崭露头角。 不过，由于它的析晶是在保留的颗粒边缘向内部生长，所以晶花显得单调。 微晶玻璃最初是为解决第一代微晶玻璃容易出现气孔的技术难题而研发的。根据玻璃粉末的烧结公式[1]：ΔL/L0 （收缩率）=Ktγ/ηR(式中：K 为系数、t 为烧结时间、γ为玻璃的表面张力、η为玻璃的粘度、R 为玻璃粉末的粒径)，由此可看出，玻璃粉末的烧结程度（即收缩率大小）与玻璃的表面张力成正比，与玻璃的粘度成反比，与玻璃粉末的粒径也成反比。另外，根据玻璃液内气泡的内压力公式[2]：P=Px +P H +2γ/r(式中：P x 为大气压、P H为玻璃液静压力、2γ/r 为玻璃液表面张力引起的内压力、γ为表面张力、r 为气泡半径)，气泡的内压力主要与玻璃液的表面张力成正比，与气泡的半径成反比。 这说明，当气泡较小，并且玻璃液的表面张大时，气泡的内压力很大，可以将气泡内的气体吸收（溶解）掉。 综合上述两个公式可以看出，微晶玻璃的表面张力将是影响微晶玻璃的烧结程度（即收缩率—— —它将影响气孔率的大小）和内部气泡被吸收（溶解）能力的主要因素。 当然，粘度也是影响微晶玻璃烧结程度的重要因素。如果微晶玻璃陶瓷复合板在烧成过程中经历了微晶玻璃的熔融状态，那么微晶玻璃粒料粒度的影响就显得较为次要了。这些结论为解决第一代微晶玻璃存在气孔的技术难题指明了路线。为此，我们引入了较多含量的表面张力较大，同时粘度又比较小的氧化锌组份，研制成功了第二代以硅锌矿为微晶相的微晶玻璃陶瓷复合板，并于2004～2005 年投入了试产。同时，也获得了国家发明专利。由于第二代微晶玻璃的表面张力较大，粘度较小，在复合板烧成的微晶玻璃熔化阶段，原来玻璃粒料之间堆积的空隙聚集成较大的气泡并冲破表面。熔液在气泡爆裂之后回复流动，不断撕开界面，提供了晶体生长有利的最低能量势垒的位置，形成了花朵状、菊花状、放射状、流动状、火山熔岩状等变化万千的结晶花纹。 这就体现了第二代微晶玻璃的晶化特点，即突破了第一代微晶玻璃结晶局限的颗粒边界，重新生长出美丽、自然流畅、千姿百态的结晶花纹，从而大大提高了其装饰艺术的美学性。 除此之外，受第二代微晶玻璃的表面张力与粘度的影响，可以使微晶玻璃层的整个横断面都可以形成基本无气孔的状态，表面只有残留气体逸出后留下的痕迹（这道痕迹一般在抛光之后会消除掉）。 这与横断面残留很多气孔的第一代微晶玻璃形成了鲜明的对照。这两个特点正是第二代微晶玻璃的优势所在，不过，第二代微晶玻璃的硬度较第一代微晶玻璃低，耐化学腐蚀性也较第一代弱，这些都是第二代微晶玻璃的不足之处。2005年下半年起，995% 的氧化锌开始大幅度涨价，从每吨6000 元左右一直涨到2006 年上半年的每吨28000 元。在这样的经济形势逼迫下，科研工作者转向研发新型的、不用氧化锌价格且更便宜的微晶玻璃。2006年年底就研制成功了以辉石相为微晶相的第三代微晶玻璃陶瓷复合板，不仅不再添加氧化锌，而且在此基础上大幅度降低第二代微晶玻璃陶瓷的成本水平，同时保留了第二代微晶玻璃结晶突破颗粒边界，生长出形状各异的花纹和断面且基本无气孔的特点。 微晶玻璃的微晶相—— —辉石类主要属于单斜辉石。不难看出，单斜辉石是复杂的类质同象混合体。从辉石的矿物学性质来看，它的莫氏硬度为55～60 (硅灰石的莫氏硬度为45～50，硅锌矿为5～55)，且不溶于酸(硅灰石与硅锌矿溶于盐酸)。因此，相对来说，第三代微晶玻璃较第二代微晶玻璃的机械性能、耐化学腐蚀性能要更好一些。经过一年多的试产，新中源集团、博德精工建材有限公司先后实现第三代微晶玻璃陶瓷复合板的正常生产。2008年，博德公司经过不断的深入研究，通过特殊的配方体系，控制晶体生长的纹路，获得了第三代微晶玻璃的升级版。 该版的装饰花纹奇特、立体层次感强，石材质感逼真、色调柔光似水，是当时艺术性最高的微晶玻璃陶瓷复合板，堪称第四代微晶玻璃陶瓷复合板。还值得指出的是，新中源集团、博德公司先后利用模板布料、筛网布料、幻彩布料等现代布料手段以及不同种类、不同粒度微晶玻璃的相互反应、扩散、渗透作用，在此基础上开发出第五代微晶玻璃陶瓷复合板。 这种复合板的版面具有千变万化的幻彩效果、云雾缭绕般的条纹，相互辉映的色彩、层峦叠嶂般的层次构成了各种抽象派艺术的画卷以及天然逼真的仿石效果，实现了建筑装饰材料向艺术品的逐步跨越。除了进行各种类型的平面复合外，博德公司还实现了不同微晶玻璃组合的大颗粒（可达数厘米）、微晶玻璃与陶瓷粉料的组合颗粒、不同陶瓷粉料（包括半透明的低温料）的颗粒的立体复合，形成了“金钻玉岗”专利产品。当然，在这期间，其它厂家也进行了开发和研制。比如新中源利用玻璃粒料与陶瓷色料的混合技术，开发了色彩缤纷的复合板品种；欧神诺利用压延玻璃板与陶瓷板材复合技术开发了别具特色的微晶玻璃陶瓷复合板；嘉俊公司用筛网技术与透明玻璃开发了“釉下彩”的复合板。这些进展对于促进微晶玻璃陶瓷板行业的发展也起到了一定的作用。2009年后，微晶石在国内高速发展，尤其在2010年,2011年、2012年有相继规模较大的陶瓷企业加入研发生产微晶石系列产品。2011年以来，博德、嘉俊、东鹏、欧神诺等一批企业在微晶技术方面的不断探索，技术日趋成熟，产品更加精美。 以2011年为例，据不完全统计，除较早以微晶石产品生产为主的博德、嘉俊为主的企业外，一些以抛光砖、仿古砖生产为主的企业都纷纷进入微晶石领域，如东鹏、鹰牌、马可波罗、冠珠、兴辉、欧神诺、博华、新中源、玛缇、能强、莱德利等，掀起了陶瓷行业一个新的产品潮流，在佛山产区以外，山东等产区也有较少企业开始生产微晶石，而多家一线品牌均在加大微晶石方面的投入，2013年，一匹来自美国香诚瓷砖的黑马也迅速崛起，成功行业的一颗新星，备受瞩目。所以，微晶石视为抛光砖、仿古砖等品类之后的又一市场爆发点。