由于搪玻璃反应釜生产工艺的复杂性,在生产过程中也就必然会产生诸多缺陷。缺陷有多种形式,而每一种形式又有各种各样的形成原因和形成条件,它可能在搪烧工艺过程的任一阶段发生。国外学者阿尔丁格尔曾就瓷层出现的缺陷来源可能为金属胚体(材质、结构形式等)制备瓷釉的原料及瓷釉的质量;涂烧工艺过程,热工设备及工具。而出现缺陷的直接原因是烧成过程中金属与瓷釉反应析出的气体金属和瓷釉的物理化学性质如产生剩余应力,化学稳定性不足;不遵守工艺纪律;脏物等。常见的几种缺陷归结为三类爆瓷、瓷层裂纹和瓷层中的气泡。
1爆瓷
爆瓷是一种瓷层脱落现象,实际上是一种力学作用现象。它与机械撞击、内在应力、产品的结构形状、产品制作过程中的气体有很大且直接的关系。表现为成块成片或大或小地从胚胎上脱落。其原因是多方面的。如果是面釉从底釉上脱落(或爆处看不见底釉)可能是烧成温度不适当所致。面釉层烧成时如果烧成时间太短或烧成温度太低,底釉尚未软化,底釉与面釉、面釉与面釉之间没有熔合好,密着层形成的不充分。再就是瓷层间产生的气泡在瓷釉熔融时没释放出来,也易出现这种爆瓷。在制品曲率半径小的部位;受机械(力)冲击部位应力集中且瓷层厚的部位,均能产生这种爆瓷。
克服爆瓷的方法是多种多样的,针对形成的原因,无非就是改变制品的结构形式,增大曲率半径;调整瓷釉的成份增大瓷釉的膨胀系数,提高瓷釉的弹性;严格遵守工艺纪律;提高胚胎表面的洁净程度等都是克服爆瓷的有效办法。
“鱼鳞爆瓷”瓷层以大小不同的鳞片状脱落的爆瓷现象称为鱼鳞爆瓷,也叫氢爆。顾名思义,氢爆一般认为是由氢气在瓷层中引起的爆瓷。这种爆瓷的特征明显,且带有一定的季节性,多发生在夏季的阴雨天气。可以说“鱼鳞爆瓷”是搪玻璃行业的一个顽疾。
国内有人根据国外一些搪瓷专家的理论以“氢气学说”和氢在钢中的溶解度变化情况,归纳了鱼鳞爆瓷的以下机理:
在搪玻璃制品烧成过程中,氢在钢中达到了饱和,而当制品在空气中冷却到瓷釉凝固时氢来不及充分逸出,以致在钢达到了过饱和状态。留在以后要析出位置上的这种过饱和氢产生一定压力,其大小同高温时钢中含氢量析出多少以及瓷层的孔隙程度有关。当这个压力增大到会使瓷层脱落时,便形成了“鱼鳞爆瓷”。
尽管鱼鳞爆瓷是搪玻璃工艺过程中的顽疾,但还是有一定办法来抑制的,下面从几个方面介绍几点经验办法:
(1)对轻微的鳞爆,可采取喷涂的面釉厚一点,烧成后就能明显地抑制鳞爆的再发生。
(2)较严重的鱼鳞爆,应根据情况适当处理,如果有些部位已爆到钢胚表面,在喷涂时可先喷上或抹上少量底釉,再薄薄地喷上一遍面釉,这一遍薄薄地面釉,实际上就是堵一堵爆的鳞片点,烧后麻坑不宜太深,多余气体以尽可能逸出。烧成温度按正常的工艺温度烧即可。
(3)对于阴雨天及热工设备的周围湿气太大造成的鳞爆,应采取相应的措施。在底釉中磨加一定量的钠、钙、钡的碳酸盐,有意在烧成过程中造成无机盐的分解,促使气体挥发,增加底釉的气孔率,从而使扩散在这些气孔之间的氢气压力降低。
(4)适当提高预烧温度,也能对抑制鳞爆有利。
(5)根据所使用的瓷釉性能,采取热喷的方法(先将制品预热到70--80℃再喷粉)也能有效的抑制鳞爆发生。
(6)新建炉及新维修的炉,若未进行烘炉或烘炉效果不好,造成炉内湿气较大,也是产生鱼鳞爆瓷的重要因素,因此应对修建炉彻底烘干。
2瓷层裂纹
一般认为,瓷层的裂纹缺陷是底釉和前几遍面釉烧成时的温度不够和在低温长时间的环境里,使瓷层的韧性变差且储存应力,一旦在后一遍面釉的烧成中瓷层就会炸裂瓷层过厚也是出现裂纹的一大隐患。瓷面裂纹有时肉眼难以发现,当用高压导电波检测时才能测出。因而在下一遍面釉的烧成时温度要高一些,且裂纹部位应放置在烧架对面炉温高的地方,这样裂纹处才有可能重新熔合好。裂纹熔好后可按成品的要求掌握烧成效果。以免再喷烧玻璃层很厚,再出现裂纹。
为了有效的避免瓷层出现裂纹,喷粉工与烧成工应积很配合,严格工艺纪律;红热不宜立即放在地面上;冷却过程中不允许机械冲击烧成完毕的制品应尽可能地保温一段时间或使红热制品缓慢冷却,以较大程度地消除膨胀应力所造成地瓷层裂纹。
总的来说,瓷层不管是受本身缺陷冷却时产生的热应力、内应力的影响还是受到机械力的影响致使表面出现的裂纹,对搪玻璃制品的机械强度,化学稳定性都有很大程度上的损害。因而瓷层的裂纹缺陷无论是用肉眼看见与否,只要是用规定的电火花探测仪的伏数测出其导电,就不允许在搪玻璃成品中出现。
如果在喷烧过程中出现明显的瓷层裂纹(或称炸纹),除了适当提高一下温度外,用一种较低温的面釉涂烧在原较高温的瓷釉层上,对瓷层的炸纹缺陷是非常有效的办法。
3瓷层的气泡
“气泡”是搪玻璃制品烧成过程中自始自终的物理化学现象,是正常而且必要的反应现象。其过程称为气体逸出过程。在气体的逸出过程中,是否形成气泡缺陷要看瓷釉和钢胚本身的质量指标情况以及其它工艺条件如何。在烧成的阶段中,由于粘土等电介质的脱水和分解,以及从瓷层孔隙中析出空气,总要排出大量气体,这时瓷釉里会出现大量气泡。在进一步的烧成中气泡通常停止形成,以前已经产生的气泡和凹穴则消失了,这样原气泡并不成为形成制品缺陷的原因。但是如果在烧成的后一阶段和制品冷却时气体仍在不断析出,则会形成气泡缺陷。绝大部分的气体在瓷釉完全熔融之前是来得及排出的,只有一部分来不及析出的气体聚集而形成气泡缺陷。
通常形成气泡缺陷的原因是多方面的,多半是由于坯胎金属和瓷釉本身的烧成条件有关,含碳量高、有气孔、夹渣和重皮的钢板特别容易起泡制品的焊缝、接缝处理的不好,卷边不当以及钢坯涂搪面的污垢都会使瓷釉产生气泡缺陷。经长时间酸洗的钢坯易吸收氢气而产生“酸洗气泡”,导致瓷层中的氢气压力大,引起鱼鳞爆瓷。
采用优质搪玻璃专用钢板,可以消除气泡缺陷的形成。近年来使用钛合金钢已经取得巨大成就。这种钢含有的碳化物或其他元素的碳化物在搪玻璃的工艺温度范围内都是充分稳定的,甚至连反应性活泼的碳在金属上也不分解。因此都不会生成气泡缺陷。改变瓷釉的成分,也可以减少调节气泡的形成,粘度大的瓷釉较易形成气泡,因此建议采用比较易熔薄涂的磨细瓷釉。
有时某些气体虽能逸出,但由于工艺条件及瓷釉中异物的原因却留下了它的残留物一一针孔。在瓷层内钻过面釉到达底釉,甚至到达坯胎的很小细孔称之为针孔。针孔用肉眼有时很难发现,但用高压火花仪检测是能击穿导电的。针孔一旦漏检,对化海誉玻璃设备来说是特别危险的,因为在强腐蚀介质的作用下金属很快被腐蚀。
在搪玻璃有效工作面上(除法兰密封面外)若出现针孔对强腐蚀介质的受压设备和强腐蚀介质的常压设备类是允许用理化性能不低于搪玻璃的材料进行修补的,例如:金属钽钉加四氟材料等。但针孔的数量不得多于设备大小的规定数量。
既然针孔缺陷多半是来不及从完全熔合的瓷釉中析出的各种气泡残留物,那么针孔的成因就是析出的气体。资料也表明,就搪玻璃制品的瓷釉而言,形成针孔的原因同形成气泡和鱼鳞爆瓷的原因一样,可用响应的办法来克服。
使用固定正常的钢板、瓷釉和工艺制度制作过程中发现正常的生产工艺过程中,常常出现针孔缺陷的针孔,也属正常范围,只要用钢针适当处理,就可用面釉(必要时堵点底釉)喷烧压住。
对于瓷釉有问题而产生的针孔,如瓷釉粘度过大,特别是表面张力大,流动性差,则气体难以析出,气体出口处不易熔平。再就是在烧成不足的底釉上涂搪面釉时,面釉上出现针孔的机会更大。要克服这种缺陷,就必须在瓷釉成分中加入能降低表面张力、提高浸润性的原料来调整。
搪玻璃反应釜瓷层的缺陷在生产中随时随地都可能发生,而且多种多样,不仅仅限于列举的气泡、裂纹和爆瓷这几种,关键是缺陷一旦发生应尽快找出形成缺陷的原因并采取相应的措施。