作者系英国里兹大学陶瓷材料博士、台湾工业技术研究发展基金会董事、和成欣业股份有限公司材料研究发展处协理

　　编者按：

　　瓷砖减薄作为陶瓷行业的一大发展趋势，越来越受到业界的关注。为了顺应时代的发展，让更多人了解薄板的相关知识，本报近期特推出薄板专题，以飨读者。为了了解台湾薄板的发展状况，本期特约英国里兹大学陶瓷材料博士、和成欣业股份有限公司材料研究发展处协理陈世杰撰文，详细介绍台湾薄板发展现状，以促进两岸薄板共同发展进步。

　　硅灰石原料简介

　　硅灰石(wollastonite)是一种天然出产的矿物，也是氧化钙(CaO)与二氧化硅(SiO2)的组合物，具有机乎是硅酸钙(calcium metasilicate, CaSiO3)的理论化学式(表1)。在美洲、欧洲及中国大陆皆可发现硅灰石的存在，但是在化学成份上各有差异;北美洲出产的含铁量较高，烧成呈色较差，而中国大陆的碳酸钙(CaCO3)含量偏高，致使灼减量较其他者大。硅灰石之最杰出特性(表2)是光亮色白，化学上和物理上均一性以及针状结构(图1，纵横比aspect ratio约为3:1 -20:1)。

图1  电子显微镜下的针状硅灰石粉体

表1   各地区硅灰石的化学成份分析

表2  硅灰石的基本性质

图2 大型薄陶瓷板之纵切剖面结构 (上半部含有圆形气泡者为釉层)

　　自从硅灰石开始被应用于陶瓷工业中，其用途可分两大类：一是替代燧石(SiO2)和石灰石(CaCO3)的使用，另一是能提供陶瓷坯体与釉、瓷珐琅及熔块等一些优异性质，如低的热膨胀系数、减低干燥及烧成收缩、增强烧后强度、改善耐热震性、烧成快、易压形、较佳黏合、以及较优的电气性质。主要产品有磁砖、卫生陶瓷、餐具、及艺术陶瓷。硅灰石之所以被选用的主要决定因素是其化学成份与烧成温度(991-1196℃);而其烧成时间、炉内气氛、粉体粒径及形状亦是影响选择的因素。此外，硅灰石在其他陶瓷方面应用则有：有釉的各种多孔性陶瓷、烹煮器、建筑黏土品、红土陶器、化学用燧器、陶瓷物黏结的磨料、耐火材料、高铝瓷、火星塞、电瓷、熔块等等。

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陶城报社台湾陶瓷商务考察团参观台湾和成欣业股份有限公司

　　超大型薄陶板的制作

　　一般而言，“易脆性”是陶瓷质烧结体之最大缺点，本文将介绍硅灰石的应用在陶瓷坯体之制造以改善此一严重缺点，进而发展成为制造具有弹性之大型建筑用陶瓷板之技术。如前所述，硅灰石一般主要被应用于陶瓷釉中，这是由于硅灰石的灼减量(Loss on ignition)小于2wt%，相较于其他传统陶瓷材料烧成时产生之气体相当少，故可获得光滑且无针孔的釉面品质。当它被应用于陶瓷坯体中，乃是利用硅灰石粉体的针状结构，在干燥阶段及烧成初期阶段，可将陶瓷坯体的组织架构撑开(见图2、图3)使得水汽能够轻易逸出体外，如此的特性有利于陶瓷坯体的快速烧成。硅灰石之所以会被应用于大型建筑用陶瓷板的制造的另一原因是要利用它的针状组织结构在陶瓷坯体中担任弹性体的主架构，此一弹性陶瓷坯体与一般者之差异可由下列实施制造例中的结果(见表3)显示出。

　　兹就如何有效率地制造面积宽广而薄型之陶瓷板的技术，依据各制造程序之条件介绍如下：

图3  图2中薄陶瓷板之坯体局部放大
(似纤维之针状组织结构明显可见)

主要使用原料(调配比例见表3)

硅灰石：美国NYCO公司G级 60-40(网目) 黏 土：本山木节等级品

滑 石：中国产滑石粉 250(网目)以下 长 石：钠长石粉 250(网目)以下

表3   胚料之调配率、吸水率、抗折强度等之特性

　　坯土之调整

　　将依照各种原料之调配比例，秤取事先制备之干燥粉末投入于混合碾碎机，混合10分钟之后外加水分20wt%(干粉重)，再混合搅拌10分钟使其成为具有可塑性的坯土。

　　圆筒胚料之生产

　　应用挤出成形机制造出直径500mm(外)壁厚35mm的圆筒形坯土，再将其切开并展开成为宽度1520-1550mm、厚度35mm、长度500mm之生产胚料平板，再以特制表面的辊压辊轮对其做数次辊压，最后以平面辊轮进行辊压，又以刀具切除四面开裂的毛边，成为厚度4mm宽度1200mm长度约2400mm之平板生胚(见图4)。

　　干燥及素烧

　　干燥系首先使用远红外线照射处理5分钟，而后使用金属网目皮带干燥机经过50分钟干燥，持续到350℃，接着使用滚筒炉床窑(Roller hearth kiln)进行烧成到1150℃之温度。

　　如以上之试验结果(表3)所示，将一般陶瓷坯体中助熔剂(Flux)之长石类原料替换为属于针状结晶矿物的硅灰石，其抗折强度及弹性特性展现之效果极大。本实施例中所示之一般陶瓷组成物的吸水率系约为弹性坯体的1/2，意欲利用此一烧结性良好之优势以提升其抗折强度。

图4  大型薄陶板与人比较之实际尺寸

　　只是相较之下，弹性坯体之强度仍超越70-80%;而且弹性系数变小，具有一般陶瓷坯体2倍以上之弹性(参考图5)。于制造试验过程中，为能了解弹性薄陶板的比重与吸水率之关系、及其抗折强度与吸水率之关系，乃于一系列不同温度烧成后，予以测试并展示结果于图6及图7，期能从中获知最佳之试验效果。

图5 含有针状矿物之薄陶板展示弹性

　　结语

　　陶瓷瓷砖之建筑用资材已被世界性地广泛使用，且近代化帷幕墙(curtain wall)等之大形平板化的合理化，小区建筑物之污染或霉菌等之问题，也由于生活环境之变化要求因应之对策，所以各厂家乃盛行着建材尺寸之大型化为目的研究。但是由于轻量化变薄而增大尺寸时就会出现陶瓷最大缺点：脆弱性。本文介绍应用具针状结晶的硅灰石、搭配特殊的陶瓷成形技术而制造之具有弹性的超大型薄陶板，远超过旧有之陶瓷技术与常识而呈现划时代之物性。而且完成了一般陶瓷厂家还无法达成之宽度1.2m、长度3.0m、而厚度为4mm之大形陶瓷板。由于一般高楼大厦每一层楼的高度约为3.0m，大形薄壁陶瓷板的长度刚好可由一张贴，所以具有壁面之施工费可特别更宜之很大经济效果。它也和一般的混凝土板等相异，因其釉面原本就有卓越防水性，所以也不需要张贴防水层。而4mm之薄，其重量也是旧有技术所无法达到的。无论钢骨大厦或混凝土大厦连设计上柱梁基础就其分量可以减重，所以构造物全体之经济效果将变得极大。

图6  薄陶板之烧成比重与吸水率之关系

图7  薄陶板之抗折强度与吸水率之关系