陶瓷喷墨技术在生产工艺中的探析研究

    1 引言

    陶瓷喷墨打印技术是在原有喷墨打印技术的基础上、将用于陶瓷砖装饰用的陶瓷墨水，通过计算机控制喷头使陶瓷墨水非接触、高速度低噪音的打印到陶瓷砖生坯表面的一种装饰技术。陶瓷砖喷墨打印技术现今已广泛应用于陶瓷生产中，随着技术不断深入应用，喷墨打印设备、陶瓷墨水也都在提升和创新，单一喷墨打印技术并不能发挥其优势，将喷墨打印技术深入综合应用于生产，同釉线工艺（如丝网印花、辊筒印花、单/双峰甩釉柜、多色云彩机、直线/钟罩淋釉）相互结合取长补短开发高附加值瓷质釉面砖是今后产品开发及生产应用的发展方向之一。

    2 陶瓷喷墨打印技术发展现状

    2.1陶瓷喷墨墨水发展趋势

    目前传统有色陶瓷墨水在发色饱和度、色彩色调、打印质量、物理化学稳定性等方面还有许多问题需要解决，现在陶瓷墨水的颜色系统还不够丰富，是制约陶瓷砖装饰应用的根本因素。研究陶瓷墨水加工方法和发色强度、颜色系统‘喷墨效率、高温和化学稳定性有明显优势的产品仍是未来陶瓷墨水开发的主题方向。由于陶瓷墨水加工技术的局限性，分散法虽然色系较多、彩色范围较广，成本也最低，但由于其颗粒度较大，陶瓷墨水的稳定性问题仍有待探索；溶胶凝胶法尽管其粒度较小，但稳定性和生产成本又略显不足；由于陶瓷墨水粘度低、比重低，需要解决墨水的稳定性；反相乳相法在粒度、固含量上都较溶胶凝胶法略好。

    在功能墨水方面，具有哑光、亮光、金属、下陷、闪光、负离子等装饰效果的功能墨水相继问世，同时结合产品设计创新，有效利用功能墨水的特殊效果，为产品增值。目前陶瓷企业主要是对下陷、闪光和凹凸效果有较大的需求。功能性墨水在使用时，其性能和普通的墨水是差不多的，甚至比常规墨水要求还要低。陶丽西已经研制出下陷墨水、哑光墨水、白色墨水，贵金属墨水和保护釉墨水等产品，并应用于意大利、西班牙的陶企，以及国内多家陶企。国内陶瓷墨水制造商如康立泰、道氏技术等开发出渗花墨水，佛山迈瑞斯科技开发出一种具有负离子功能的陶瓷墨水，国内墨水制造商也在功能墨水方面不断发力，力争能在功能性墨水方面有所突破，逐步取代进口功能墨水。

    2.2陶瓷喷墨打印设备发展现状

    在国内批量生产销售陶瓷喷墨机的品牌主要有9家国产公司，国外在国内主推的喷墨打印机品牌有７家。至2015年，中国陶瓷行业数码喷墨打印机发展到3200多台。2015年7月底开始下滑的迹象明显，全年销售量约600台，相比往年明显下降。今在国内市场上，希望、美嘉、新景泰是三大主流喷墨机品牌，总占有率保持着60～70％，国外的SYSTEM、天工法拉利、KERA－JET，SITI B＆T、快达平等约占百分之十以上。

    目前大部分应用喷墨机生产的瓷砖仅仅是作为普通装饰，喷墨机已经成为陶瓷企业生产的标准配置设备。但从如今的瓷砖市场看，市场和消费者更倾向于特殊效果和特别设计的瓷砖产品。希望公司研发出北斗星系列“陶瓷喷墨机”并投放市场，机器采用多彩色通道分体组合，打印幅宽达1850mm；科达研制的数字喷墨打印机，可扩展到最大的14通道，适合陶瓷厂家升级换代的需要，打印宽度为1400mm，可更灵活选择颜色墨水和功能墨水；美嘉推出了自主研发的串联机械技术，它通过先后精准对位喷印基础墨水与功能墨水，再结合之后的干粒布置，能够做到不使用腐蚀性功能墨水而达到表面凹凸效果，实现了瓷砖的表面装饰效果多元化、个性化的需求，国内陶企如金意陶、欧文莱、鹰牌等已经投入生产应用。福禄等色（釉）料供应商和赛尔等喷头厂家就已经展开了对数码釉和数字喷头的研究，并在同年的里米尼展会上推出了各自的研究成果。

    2.3建筑陶瓷发展流行趋势

    从现阶段流行趋势来看，大规格仿古大理石依旧盛行，水泥砖类产品的表面质感更加丰富，加之使用大量模具效果，设计感更加丰富明显，更具质感，且趋于跨界多样化综合应用。另外，重金属（ROCK风）、光电效果类产品高档化，新材料应用更加丰富，国内如坤成科技等企业已走在行业前列。产品规格也不断出新，大规格已在国内盛行，如金意陶、通利、新风景（ICC瓷砖）、欧文莱等知名仿古砖生产企业已经不断推出大规格现代仿古（或大理石）瓷砖。

    3 陶瓷喷墨技术综合开发及生产应用存在的问题

    3.1喷墨墨水发色问题

    在墨水品质和喷印质量不变的前提下，影响墨水发色的实质要素有：釉料的化学组成对墨水色料发色的影响；在喷印、干燥过程中墨水中的色料颗粒在釉料表面的渗透和附着；色料颗粒在高温下被釉料熔体浸润分散、侵蚀熔解的程度。

    3.1.1陶瓷喷墨墨水的发色特性

    蓝色、钴蓝（Co－AL－Zn）或深蓝（Co－Si）、钴蓝（Co－AL—Sn—Zn）对釉料的适应性较强，色彩饱和度随烧成温度变化较稳定。但应避免釉中的锌、镁含量过高，以免色调偏紫；红棕、锆铁红（Zr－Si－Fe）、深棕（Fe－Cr－Zn－AL）对釉料适应性较强，在锆乳浊釉上发色更好，色彩饱和度随烧成温度变化稳定性一般。含锌、硼和钡较高的面釉容易导致色调偏黄；米黄、黄棕（Fe－Cr－Zn－AL）发色性能和红棕类似；黄色、镨黄（Zr－Si－Pr）对釉料的适应能力强，在锆乳浊釉中呈色会更好，适应温度范围较广；粉色、铬锡红（Sn－Cr－Ca－Si）对釉料适应性差，色彩饱和度随温度变化较明显。含锌釉料容易导致颜色明显减淡；较高钙含量对粉色发色有利；黑色、钴黑（Fe－Cr－Co－Mn）对釉料适应性差，主要是随釉料组成的变化色调容易变动；色彩饱和度随烧成温度变化稳定性一般。釉中的锌、镁易导致色调变化。釉中钙、钡有利于黑色的发色，在锆乳浊釉上发色较淡。

    3.1.2釉料的化学组成对发色的影响

    釉料的化学组成对不同的色料发色影响是不一样的。建筑陶瓷釉料中常会用到的熔剂氧化镁、氧化锌、氧化硼等组分对大多数墨水色料的发色是不利的。相对而言氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化钡影响较小。通常含氧化锆成分较高的基础釉料，对同样含有氧化锆成分的锆尖晶石型色料镨黄、锆铁红等的发色会明显好于其他不含锆的色料。在含锌较高的基础釉料中，金黄、米黄和红棕色系含铁的色料发色相对较好。黑色系的艳黑和钴黑，基础釉料中的氧化锌和氧化锆都是不利于发色的。釉料的化学组成对墨水发色的另一个重要影响因素，是配方得到的釉料最终的成熟温度范围。相对于固定的烧成制度，略偏高的成熟温度使釉料的高温熔融能力略微偏低，有利于保存更多未被釉料侵蚀熔解的色料颗粒，从而提高色彩的饱和度；同时由于釉料熔体的反应活性相对较小，也有利于减少墨水的色调变化。

    3.1.3烧成制度对墨水发色的影响

    由于墨水中的色料是经过高温烧制形成的，自身在建筑陶瓷的烧成温度范围变化并不大。烧成制度对墨水发色的影响实质是通过影响釉料在高温下对色料颗粒的反应熔融性能形成的。其主要影响因素有三个方面：烧成温度、保温时间和烧成气氛。不同的颜色对烧成制度的敏感程度不一样。烧成温度与釉料的成熟温度匹配时，由于墨水的色料颗粒粒径以及正常喷墨量的色料层厚度决定了刚好能完全熔入釉料中而又不被釉料过多侵蚀熔解。墨水的发色正常，色彩饱和度高，光泽与釉面基本一致，整体效果最佳。