一种釉面砖的表面处理方法及应用
阅读说明：本技术 一种釉面砖的表面处理方法及应用 (Surface treatment method and application of glazed tile ) 是由 柯善军 周营 马超 田维 朱志超 孙飞野 张缇 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及陶瓷工艺技术领域,具体公开了一种釉面砖的表面处理方法及应用。釉面砖的表面处理方法,包括以下步骤：取钾盐、吸附剂和活化剂混合,并加热至熔融状态,得熔盐混合物；将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行表面处理后取出,得表面处理的釉面砖。本发明将釉面砖浸没于低温熔盐混合物中,使釉层中的碱金属离子与熔盐混合物中的碱金属离子因互相扩散而发生离子交换,并使釉层表面产生压应力,从而实现釉面耐磨性能的增强。吸附剂可吸附釉层中的杂质离子,活化剂用于消除钾盐在离子交换过程中的钝化,从而进一步提高离子交换速率,钾盐、吸附剂和活化剂的协同增效作用,共同增强釉面砖的耐磨性能,适用于有釉陶瓷的表面处理。(The invention relates to the technical field of ceramic processes, and particularly discloses a surface treatment method and application of a glazed tile. The surface treatment method of the glazed tile comprises the following steps: mixing potassium salt, adsorbent and activating agent, and heating to a molten state to obtain a molten salt mixture; and immersing the glazed tile in the molten salt mixed solution for surface treatment, and taking out the glazed tile to obtain the surface-treated glazed tile. The glazed tile is immersed in the low-temperature molten salt mixture, so that the alkali metal ions in the glaze layer and the alkali metal ions in the molten salt mixture are subjected to ion exchange due to mutual diffusion, and the surface of the glaze layer generates compressive stress, thereby enhancing the wear resistance of the glaze. The adsorbent can adsorb impurity ions in the glaze layer, and the activator is used for eliminating the passivation of potassium salt in the ion exchange process, so that the ion exchange rate is further improved, the synergistic effect of the potassium salt, the adsorbent and the activator is realized, the wear resistance of the glazed tile is enhanced together, and the glaze ceramic surface treatment agent is suitable for the glazed ceramic surface treatment.)
技术领域
本发明涉及陶瓷工艺技术领域，具体涉及一种釉面砖的表面处理方法及应用。
背景技术
釉面砖是砖的表面经过施釉，经高温高压烧制而成的陶瓷砖，这种陶瓷砖由坯体层和釉面层两部分构成。釉面砖可适用于多种装饰手段，比抛光砖色彩和图案更为丰富，其最主要的不足之处在于耐磨性不佳。由于釉面砖表面釉面层的存在，因此其硬度不高，耐磨性较差，使其使用受限，尤其作为地砖使用时，易于出现划痕，不适用人流量大的公共场所使用。
目前，现有技术增强釉面砖表面耐磨性的方法主要有以下几种：第一种是在釉料中添加超细氧化铝或氢氧化铝耐磨介质来提高釉面耐磨性，但是这种方法制备工艺十分复杂：一是要控制氧化铝或氢氧化铝的粒径，过细会被溶解于玻璃相中，过粗则会在釉面形成凸起；二是要控制冷却制度，冷却制度会影响析晶；三是要考虑釉中各成分之间的比例，使其在冷却过程中析出所需的耐磨晶相；第二种是在透明釉中加入熔块来提高釉面耐磨性，这种方法对熔块质量要求较高，熔块的质量对釉的熔融温度范围及釉面光泽度及白度的影响较大，不易控制。
因此，亟需提供一种新的釉面砖的表面处理方法，使得釉面砖的耐磨性提高，有助于釉面砖的应用。
发明内容
本发明提出一种釉面砖的表面处理方法及应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.取钾盐、吸附剂和活化剂混合，并加热至熔融状态，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，得表面处理的釉面砖。
本发明对釉面砖进行表面处理的发明构思在于：釉面砖釉层中含有碱金属离子，将釉面砖浸没于所述熔盐混合物中进行处理，在处理过程中，釉层中的碱金属离子与熔盐混合物中的碱金属离子因互相扩散而发生离子互换，碱金属离子比较活泼，在加热后的熔盐混合物中，碱金属离子活化能增加，釉层中的Na+从釉层内部析出，熔盐混合物中的K+进入釉层玻璃三维网络结构中，熔盐混合物中半径较大的K+替换掉釉层中半径较小的Na+，大离子“塞进”原来小离子的位置，使釉面密度增加，产生压应力，从而增强釉面耐磨性。同时，所述熔盐混合物为钾盐、吸附剂和活化剂三者加热熔融而成，其中：钾盐是所述离子交换中K+的主要来源，吸附剂可吸附釉层中的杂质离子，活化剂的作用是为了消除钾盐在离子交换过程中的钝化，从而提高离子交换速率，钾盐、吸附剂和活化剂的协同增效作用，共同增强釉面的耐磨性能。
作为上述方案的进一步改进，所述钾盐包括KNO3、KCl、K2SO4中的至少一种。
具体地，不同钾盐的增强釉面耐磨性能的效果不同，其中，KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐的增强效果最佳，优于单一钾盐或任意两种盐的组合，因此优选钾盐为KNO3、KCl、K2SO4的混合盐。其原因在于：KNO3中的杂质对K+-Na+交换产生阻止和抑制效应，Cl-、SO4 2-可以与杂质发生反应产生沉淀，从而消除杂质对离子交换的阻碍。同时，KNO3的熔融温度为400℃、KCl的熔融温度为770℃、K2SO4的熔融温度为1069℃，三者混合后形成低共熔混合盐，其熔融温度低于400℃。因此，三者混合还可以有效降低熔融温度。
作为上述方案的进一步改进，所述钾盐按质量百分比计占所述熔盐混合物的90-97％，所述KNO3、KCl、K2SO4的质量比为(55～65)：(15～25)：(10～20)。
具体地，以钾盐作为熔盐混合物的主要成分，以更好地保障离子交换的充分进行，同时选择特定的KNO3、KCl、K2SO4的质量比，发挥三者的协同增效作用效果，可进一步清除杂质对离子交换的阻碍，并形成低共熔体，降低熔融温度。
作为上述方案的进一步改进，所述吸附剂包括Al2O3。
具体地，Al2O3作为吸附剂，釉面对熔盐混合物中不同的阳离子表现出选择吸附性，Ca2+、Sr2+、Ba2+等杂质离子在釉层表面聚集，对离子交换产生抑制作用，加入一定量的Al2O3可以吸附釉层表面的杂质离子。
进一步地，所述吸附剂按质量百分比计占所述熔盐混合物的0.2-3％，过多或过少的吸附剂都不利于Al2O3对杂质离子的吸附作用。
作为上述方案的进一步改进，所述活化剂包括Sb2O3。
具体地，活化剂优选为Sb2O3，其中熔盐混合物中的作用主要是为了消除钾盐在离子交换过程中的钝化，从而提高离子交换速率。KNO3在加热过程中会产生KNO2和O2，氧气附着在釉层表面会影响熔盐混合物中的K+与釉层中Na+的交换，加入Sb2O3后，Sb2O3与O2发生化学反应，生成Sb2O5，从而消除氧气对离子交换的影响。
进一步地，所述活化剂按质量百分比计占所述熔盐混合物的0.5-5％，特定用量的活化剂有利于其更好地提高离子交换速率。
作为上述方案的进一步改进，步骤S2中所述表面处理的温度为440-460℃。
具体地，釉面在不同温度下进行处理时，随着温度的升高和时间的延长离子交换速率先增加后减小，其原因在于：在时间不变的情况下，当交换温度比较低时，离子交换活化能低，不能跨越势垒，交换过程中扩散进行不完全，在釉层表面不能形成足够大的表面压应力，致使强度不高；随着交换温度的升高，离子交换活化能增加，单位时间内交换量增加，压应力层增厚，强度提高；随着温度的继续升高，釉层结构松弛，钾离子和钠离子发生重排或迁移，产生应力松弛，导致强度降低；交换时间对强度的影响可以分为三个阶段：交换初期，强度随着交换时间的延长而增加，这是第一阶段，该阶段因离子交换而产生的压应力增加为主要因素；第二阶段，交换时间延长，因交换而产生的压应力增加与应力松弛造成的应力降低达到平衡，强度趋于稳定；第三阶段，应力松弛将成为主要因素，强度随时间的再延长而降低。当时间无限延长时，应压力将会消失。因此，优选的处理温度为440-460℃。
进一步地，步骤S2中所述表面处理的时间为7-9小时，在该处理时间内，离子交换速率达到最佳。
作为上述方案的进一步改进，步骤S1熔融反应容器为铝盐槽或银盐槽，因其他金属材料容易被熔盐侵蚀，因此不适合作盐槽。同时，鉴于银盐槽造价较高，因此优选为铝盐槽。
本发明还提供了一个技术方案是，所述釉面砖的表面处理方法在有釉陶瓷中的应用，以提高有釉陶瓷表面的耐磨性能。
本发明相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
本发明将釉面砖浸没于低温熔盐混合物中，使釉层中的碱金属离子与熔盐混合物中的碱金属离子因互相扩散而发生离子交换，并使釉层表面产生压应力，从而实现釉面耐磨性能的增强。同时，熔盐混合物中的吸附剂可吸附釉层中的杂质离子，活化剂用于消除钾盐在离子交换过程中的钝化，从而进一步提高离子交换速率，钾盐、吸附剂和活化剂的协同增效作用，共同增强釉面砖的耐磨性能。
本发明釉面砖表面处理方法可控性强、操作简单、设备要求低，不会对釉面光泽度及白度产生影响。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解，有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围，同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品，未详细提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例2(相对于实施例1更低处理温度)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至400℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在400℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例3(相对于实施例1更高处理温度)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至400℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在480℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例4(相对于实施例1更少处理时间)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置5小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例5(相对于实施例1更多处理时间)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置10小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例6(相对于实施例1使用其他盐槽)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铜盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例7(相对实施例1采用单一钾盐)
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例8(相对实施例1采用两种钾盐)
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐95％、吸附剂1.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例9
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐92％、吸附剂3％、活化剂5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至440℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在440℃下浸置7小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
实施例10
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐、吸附剂和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐97％、吸附剂0.5％、活化剂2.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至460℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在460℃下浸置9小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
对比例1(相对于实施例1不添加活化剂)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐和吸附剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐98.5％、吸附剂1.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
对比例2(相对于实施例1不添加吸附剂)
一种釉面砖的表面处理方法，包括以下步骤：
S1.首先，称取原料钾盐和活化剂混合，所述原料的重量百分比为：钾盐96.5％、活化剂3.5％，所述钾盐为KNO3、KCl、K2SO4三者混合盐，且KNO3、KCl、K2SO4的质量比为63：22：15，所述吸附剂为Al2O3，所述活化剂为Sb2O3；然后，将上述原料放入铝盐槽内混合均匀，并加热至450℃进行熔融，得熔盐混合物；
S2.将釉面砖浸没于所述熔盐混合液中进行处理后取出，并在450℃下浸置8小时后取出，冷却至室温，清洗表面，得表面处理的釉面砖。
产品耐磨性能检测
耐磨性能测试方法：采用LM-8耐磨试验机，将釉面砖的釉面朝上夹紧在金属夹具下，从夹具上方的加料孔中加入研磨介质，盖上盖子防止研磨介质损失，设置试样的预调转数。达到预调转数后，取下试样，清洗干净，并在110℃±5℃的干燥箱内烘干。通过常量天平测量摩擦前和摩擦后的质量来定量表征陶瓷釉表面耐磨性能。
将实施例1-10和对比例1-2所得表面处理的釉面砖分别进行相关性能检测，其检测结果如下表1所示。
表1各实施例与对比例处理前后的釉面砖耐磨性能对比表
釉面砖
表面处理前磨损(％)
表面处理后磨损(％)
实施例1
-0.11±0.01
-0.04±0.01
实施例2
-0.11±0.01
-0.07±0.01
实施例3
-0.11±0.01
-0.08±0.01
实施例4
-0.11±0.01
-0.09±0.01
实施例5
-0.11±0.01
-0.07±0.01
实施例6
-0.11±0.01
-0.09±0.01
实施例7
-0.11±0.01
-0.08±0.01
实施例8
-0.11±0.01
-0.07±0.01
实施例9
-0.11±0.01
-0.06±0.01
实施例10
-0.11±0.01
-0.05±0.01
对比例1
-0.11±0.01
-0.11±0.01
对比例2
-0.11±0.01
-0.10±0.01
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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