摘要：本文主要介紹了鎂質、高鋁質、高硅質、骨質等四類強化瓷的特點及其強化機理，比較了幾種強化瓷的特點，并對強化瓷的改進措施進行論述，指出了改進方向，提出改進建議。
關鍵詞：強化瓷；高強度；日用陶瓷。
強化瓷是九十年代初興起的一類抗折強度好，釉面硬度高、耐熱沖擊性好的瓷器，強化瓷的出現源于賓館餐飲業的發展。歐美人們稱賓館瓷為Hotel ware，伴隨著洗碗機的出現，人們對瓷器的強度提出了更高的要求。七十年代日本研制生產出了高強度瓷器，抗折強度達到230MPa，隨后，歐美市場亦開始流行Durable ware(耐用瓷)，中國臺灣大同瓷廠也研制出了高鋁質耐用陶瓷，當時人們學習歐美日稱之為高強瓷、耐用瓷或鋼化瓷，進入九十年代后，逐漸統一到“強化瓷”這一名稱上來，三十多年來國內許多研究單位和企業相繼研究成功了多種材質的強化瓷器，并得以穩定完善發展。
一、強化瓷材質分類和強化機理
1.1鎂質強化瓷 (亦稱滑石瓷)
鎂質強化瓷，屬于MgO-K2O-Al2O3-SiO2四元系統，燒成溫度為1310～1330℃，氧化和還原氣氛均可。由于在配方組成上采用了70～75%的煅燒滑石或蛇紋石，10～15%的長石等，成瓷后晶相多，以原頑火輝石、堇青石為主晶相，次晶相為方石英，晶相數量高達65%以上，而且堇青石晶粒細小，分布均勻，其晶界比例大，沿晶界破壞時，裂紋的擴展要經過較長迂回曲折的路徑，消耗較多外力，其抗折強度較高，而且對細晶來講，初始裂紋尺寸小，相應地提高了臨界應力，使其強度提高，產品具有較高機械強度。目前，山東淄博陶瓷產區、潮州產區以及深圳某廠的強化瓷以此為主要材質。其中，淄博產區的鎂質強化瓷有乳白瓷、魯青瓷、象牙黃三大品種，乳白瓷和魯青瓷燒還原氣氛，象牙黃燒氧化氣氛；潮州的蛇紋石質鎂質強化瓷燒氧化氣氛，其他白色的鎂質強化瓷多燒還原氣氛。
1.2高鋁質強化瓷
傳統瓷器一般多為長石—高嶺—石英三元系組成，人們很自然就想到Al2O3，特別是α- Al2O3能有效的提高產品的強度。高鋁質強化瓷就是在此基礎上產生，在坯料配方中引入α- Al2O3能有效的提高產品強高，在高鋁質強化瓷瓷胎中，由于Al2O3取代了大部分的石英，使具有高彈性模數的剛玉晶體均勻分布于瓷胎中，并通過合理的燒成工藝促進莫來石的生成發育，由剛玉和莫來石交織成緊密的網狀結構，在配方中引入少量礦化劑降低成瓷溫度，有效的減少了玻璃相的生成，使其強度大為提高。因氧化鋁的加入，燒成溫度有所提高，一般為1330~1350℃,氧化氣氛燒成。
國外有代表性的是日本的高強度瓷器(抗折強度約230MPa)，國內河北邯鄲產區的強化瓷為此類的代表。
1.3高硅質強化瓷
在傳統瓷坯體中提高石英的含量，能有效的提高產品強度，但因為石英晶體的熱膨脹系數較大(α=21×10 -6)，而且在燒成過程中有較多的晶型轉化，易引起產品開裂，因此，大多數陶瓷工作者在引入石英時都很謹慎，一般加入量在25～35%，山東省硅酸鹽研究設計院研制的高石英瓷突破了這一界限，研制出了抗折強度達155Ma、熱穩定性達220℃的高強度和高熱穩定性產品，其強化機理是：通過控制粒度來控制方石英的轉化，使方石英的量在一定范圍內，并利用方石英的熱膨脹系數與其周圍玻璃相熱膨脹系數相差較大，在冷卻時，石英相對周圍包裹它的富硅玻璃相產生較大的壓應力，使抗拉壓力較弱的玻璃相得到加強，而且石英的粒度在10～30μm之間，內部缺陷較少，其強度大為提高。產品燒成溫度1270~1290℃，氧化氣氛。
高硅質強化瓷從熔劑材料方面又可以分為鉀長石型和鈉長石型，鉀長石型以鉀長石作熔劑，以高石英瓷為代表，鈉長石型的鈉長石或富含鈉長石的礦物為熔劑，以魯光瓷為代表。
1.4強化骨質瓷
骨質瓷是國際上公認的高檔瓷材質之一，她以良好的透光性，柔和的奶白色和良好的明度，給人以高雅的感覺，但傳統骨質瓷存在熱穩定性差和釉面硬度低的缺點，因此，陶瓷工作者在骨質瓷增強、增韌方面也做了較多工作，采用添加稀土或ZrO2等方法，來提高強度和耐熱沖擊性。骨質瓷中，骨粉含量占40～50%，其瓷胎主晶相為纖維狀磷酸三鈣，晶相發達并與另一晶相鈣長石互相交織成網狀，并由玻璃相粘接成致密的整體，使強度大為提高。在坯體中加入ZrO2后，利用其相變，在其內部產生有利的預應力和超細微裂紋，以來提高產品的韌性和強度。
二、強化瓷的評價及改進方法
強化瓷意味著強度高，不易碎。就強化瓷材質而言，應同時具備抗折強度高、釉面硬度高、抗沖擊強度高和熱穩定性好等特性。以上四項性能都非常重要，因為抗折強度高的不一定韌性好，如日本的高鋁質強化瓷，抗折強度雖高達230MPa，而據筆者親眼所見，其產品較脆，并不像想象的那樣結實，反而不如抗折強度為155MPa的高石英瓷結實(相近器型落地破壞性試驗)。像骨質瓷雖然抗折強度較高，但熱穩定性差，經高溫蒸煮很容易炸裂，仍需改進。由于餐具在洗刷過程中除了相撞外還有底部無釉瓷胎與釉面的磨擦，以及使用刀、叉、勺子等與陶瓷表面的撞擊與磨擦，因此，要求餐具表面要有較高的耐磨性、要求釉面硬度要高，目前流行的幾種材質，仍有許多需要改進之處。
2.1 坯體的增強增韌
坯體是產品的主體，坯體材料性能是決定產品性能的關鍵因素之一，除了選擇強度較高的材質外，重點是在坯釉的匹配、工藝的控制和增強增韌物的添加。
2.1.1理坯體組成
坯體材料性能是產品性能的關鍵，制作強化瓷要特別注意配方中主礦物的引入方式和礦化劑的選擇，象高鋁質強化瓷坯中，在相同條件下，分別加入等量的α- Al2O3和β- Al2O3產品抗折強度有明顯差別，加入α- Al2O3的強度增強明顯。
在高硅質坯體中，引入適量富Ca,Mg礦物不僅可以大大減長石用量，而且在一定程度上可以抑制方石英的大量轉化，使瓷胎內應力得到有利的控制。但Ca,Mg礦物不宜引入太多，特別是富Ca礦物助熔作用很強，過多反而降低產品強度和熱穩定性。
2.1.2相變增強增韌
相變增韌是利用陶瓷中某些相成分在不同溫度的相變，從而達到增強增韌的效果，像骨質瓷的增強增韌就是在坯體中加入少量ZrO2，利用它的相變增強增韌，相變增韌應用于傳統陶瓷的研究較少，今后有待進一步研究和發展。
2.2釉料
釉是胎體表面的玻璃體，釉層不僅使胎體更加美觀，而且光滑的釉層覆蓋了胎體上的表面缺陷，減少了裂紋源，對強化瓷來講，應當著重考慮釉面的硬度(抗刀叉劃傷)和坯釉適應性。
2.2.1提高釉面硬度
釉是玻璃網絡體，提高它的硬度一是使這一玻璃網絡體更加緊密、更加致密；二是在不影響釉面光澤的條件下，加入適量高硬度材料，象在釉料中加入10～20%的瓷粉，提高SiO2的含量，減少Ca、Mg等堿土金屬離子的含量都是非常有效而又十分經濟的增強方法。
2.2.2坯釉匹配性
由于釉層這一玻璃體，其抗壓強度大大的大于其抗拉強度，而瓷胎的抗拉強度大于釉料的抗拉強度，因此，釉料的膨脹系數要小于胎體的膨脹系數，α釉＜α坯，這樣冷卻時，釉層受到壓應力，瓷胎受到拉應力，當制品受到外力沖擊時，要先克服預壓應力，因而產品強度大為提高，坯釉膨脹系數差一般在△α=0.5～1×10 -6。
2.3.合理的工藝制度
2.3.1合理的粒度控制
如控制石英的粒度在一定范圍內可達到增強的效果，一般高石英瓷的石英粒度在10～30μm之間，太細易熔于玻璃體、太粗晶體內部缺陷多而易造成強度降低。因此，在原料加工中必須控制好粒度。
2.3.2合理的燒成制度
陶瓷生產中一般多采用高溫快燒或低溫慢燒兩大燒成方式，燒成制度應根據材質的具體特點進行控制，一般來講，低溫慢燒較為有利。
三、結語
近三十年來，強化瓷雖然有了較大的發展，但受技術水平和裝備的影響，同時具備強度高、韌性好、釉面硬度高、熱穩定性好、制作成本較低的強化瓷還沒有，強化瓷的各方面性能還有很大的提升空間。隨著技術陶瓷的飛速發展，給傳統陶瓷在增強增韌的研發方面，提供了很多值得學習和借鑒的理論和經驗，這也為今后強化瓷的研究發展提供了更多的理論依據和發展空間，相信在陶瓷工作者的不斷努力下，一定能夠研發出性能更為優越，制造成本更為低廉，生產過程更加環保的新型強化瓷。——原載于《山東陶瓷》2018年第4期