陶瓷喷墨技术在生产工艺中的探析研究

摘要陶瓷喷墨打印技术已在生产中普遍应用，在打印设备、陶瓷墨水等方面，其性能、技术都在不断提升和创新，将喷墨打印技术深入综合应用于生产，与传统工艺相结合是陶瓷研发及生产应用的重点。本文将综合浅述现有或大规模应用于生产的喷墨设备技术与传统工艺的结合，并进行探析研究。

关键词 喷墨打印机；陶瓷墨水；生产及应用

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。

3.2喷墨工艺生产问题及解决

喷墨打印具有很多普通印花无法达到的优势，但对于深色产品，打印出来清晰度不高，影响正常生产。由于深色产品墨量较大，容易在生产过程中出现卷釉（也叫缩釉）问题。

3.2.1深色产品清晰度不高及 “缩釉”成因和解决方法

3.2.1.1清晰度不高及 “缩釉”成因

由于陶瓷喷墨墨水普遍为油性，亲水性差，喷墨机前仍含有一定量的水分，喷墨机喷印后图案渗入或者不能快速干燥，图案就会模糊，清晰度变差，后续喷保护釉或者干粒保护釉时也会存在大量水分，而干粒或者保护釉的水分也不能迅速渗入或者干燥，这样就会造成坯体、面釉、喷墨墨水层、干粒（保护釉）４层之间的水分不一致，从而导致进入烧成窑后窑炉前温迅速升高，干燥速率差别较大，干燥收缩不一致，这样就会因干燥收缩的不同而拉裂釉面，导致出现此类问题。另外，喷墨量过大施用保护釉或者其他工艺后，由于不能快速渗入或干燥，烧成后釉面也会不同程度出现泛白现象。

3.2.1.2清晰度不高及 “缩釉”的解决方法

在釉线上安装烘干设备，提高喷墨打印的干燥速度。为了让喷墨墨水快干

，最好将烘干设备安装在喷墨机之前，但要在进打印机前消除釉面水汽，减少对喷头的影响。

减少底釉、面釉的施釉量。从工艺调整上来说，这是最简单有效的方法，减少底、面釉就是减少面釉收水时间，喷墨后的干燥时间自然会缩短，前提是要保证釉面质感。调慢喷墨印花的速度。使用发色能力强的墨水。对坯料配方，底、面釉配方或工艺进行调整，尽量让底面釉收水速度加快，对深色喷墨印花产品的图案清晰度有很大帮助。

3.2.2喷墨打印常见故障及解决方法生产过程中有白线产生。可能的原因：喷头堵塞。

解决方法：⑴真空度过高降低真空度；⑵滴墨用自动清洗机清洗喷头；⑶用清洗布擦拭喷头注意喷头不能来回擦拭，只能沿着一个方向擦拭，否则会损害喷头；⑷提高电压并用百分百灰度图片连接打印；⑸把喷头上的进出管道进行调换使墨水反向流动。

生产时打印在砖坯上有墨滴。可能的原因：喷头滴墨或吸风管风力不大。

解决方法：⑴增大真空度；⑵降低砖坯温度；⑶用自动清洗机清洗喷头；⑷加

大吸风管的频率。喷头上有积墨或挂墨。可能的原因：墨水的张力偏小或喷墨机的电压偏大。

解决的方法：⑴更换张力大的墨水；⑵减小喷墨机的电压，观察喷头挂墨注意调电压时不要波动过大。生产过程中真空不稳定。可能的原因：墨盒有空气进入或墨路漏气。

解决方法：（１）检查供墨泵、消泡器、循环泵是否正常工作，更换供墨泵、

消泡泵时要看清楚进出管道；⑵检查消泡器、过滤器、进出管道是否漏气；

⑶过滤器管道的夹子是否夹紧，重新夹紧管道。

生产过程中出现缺墨。可能的原因：消泡器、过滤器不满或电压偏高或墨水粘度偏低。

解决的方法：⑴消泡器是否满墨状态，如果不满，检查消泡泵工作是否正常

；⑵降低电压；⑶降低温度加大供墨频率。

４喷墨打印技术与其它生产工艺之间的配合应用

4.1干粒保护釉应用

陶瓷砖以其优越的性能和装饰效果受到了越来越多消费者的青睐，得到了广泛的应用。为更好的展现陶瓷砖表面装饰效果，在陶瓷砖表面会添加干粒，但现有的装饰干粒的主要工艺手段是以撒的方式直接布施在陶瓷砖表面上，采用这些方式布施干粒的陶瓷砖表面比较单调，且干粒使用量较多而增加成本，同时在进入窑炉烧成时，粒径较小的干粒很容易因预热带的负压而被吸走，随烟气一起排出。干粒施用存在的问题，可以采取通过其他工艺施用干粒，如淋、喷、甩等方法解决，为实现以上工艺并达到预期效果，合适的干粒悬浮介质是尤为重要的，另外对于干粒的物理性能和外观要求也颇为严格。如金意陶、欧文莱、ＩＣＣ等陶企已经率先在以上工艺方面取得重大突破，开发出了一系列的淋干粒、喷干粒、甩干粒等工艺类型产品。

4.2剥开墨水拨开工艺应用闪光釉（glossy），采用独有的、成熟先进的喷墨技术，应用特殊效果墨水

，可以取代传统的丝网效果版，不但可以让产品千变万化，也可大大节约成本。卡罗比亚釉料公司在拨开墨水方面具有一定的优势。剥开墨水工艺在具体生产过程中对釉线配置有一定要求，喷墨后必须经过干燥窑干燥使墨水变色，才能进行下一工艺操作。另外，剥开墨水对于底釉和保护釉的化学组分也有要求，若组分配置不当，墨水拨开效果也不能达到预期效果。

4.3效果釉印花工艺

丝网印凹凸效果堆积感强，手感层次好，但其网版图案变化单一是其最大的缺陷所在，再者丝网印大规格瓷砖时容易出现因网板张力不够而粘网缺图案等问题，生产质量不好，而辊筒印花可以获得一定的凹凸效果釉变化，不足之处在于效果釉堆积不够，效果釉图案层次模糊，印花过程容易出现滚筒雕刻的网点印，若滚筒效果釉流动性和粘度不够也会影响印花效果。克服现有技术中的不足，利用喷墨印刷技术和滚筒印花技术提供一种操作简单，生产效率及生产质量高，产品具有细腻凹凸图案丰富变化的生产工艺，这也是生产厂家根据自身生产条件，调整工艺参数开发滚筒印效果的工艺突破点。

4.4特殊诉求喷墨基础釉料工艺

陶瓷砖喷墨打印所使用的墨水完全有别于传统色料，传统陶瓷砖釉料难以达到陶瓷墨水的发色效果，能发较纯正的黑色和红棕色难度更大，在釉面白度方面也有一定局限性。现阶段为降低生产成本，大部分瓷质釉面砖生产企业的坯体白度均不高，在生产高白度的瓷砖类产品时就必须加入较多量的硅酸锆（或者锆英石）。如此生产的产品有几个方面的问题出现：Ａ、硅酸锆的熔点在2550℃，过量的使用导致釉面变粗，影响瓷砖产品的表面平整度，不利于烧成；Ｂ、过多使用硅酸锆影响釉料的浆料性能，不便于生产工艺控制；Ｃ，锆英石等原料一般与一些放射性元素伴生，用量大也可能造成瓷砖放射性超标；Ｄ、硅酸锆作为乳浊剂增白，其整体色调偏青白，偏冷色系，影响瓷砖整体效果。另外，硅酸锆类原料对陶瓷喷墨打印技术用墨水发红色、灰色以及黑色的影响并不大。因此，为避免出现因硅酸锆过多导致出现的问题，可采用复合乳浊剂如加入一定量锶、锡、硒等元素，调节面釉白度及发色达到面釉白度和发色双重效果，且不影响实际生产需要。

4.5渗花墨水工艺

喷墨渗花抛光砖墨水是由陶瓷发色因子和与瓷砖生坯相容性良好的溶剂复合

，再辅以强效助渗剂制成的溶液型渗透墨水。由于墨水和生坯内部孔道具有良好的相容性，以及墨水内部发色因子的尺寸达分子程度，再加上助渗剂的助渗作用，渗透墨水的渗透深度可以达到２－３ｍｍ，适合于各种瓷质抛光砖的图案装饰使用。抛光砖墨水属于渗透型墨水，不含颗粒物，不堵塞喷头和墨路，溶剂为化学惰性材料，不腐蚀墨路和喷头，挥发温度高，长期使用不会干涸。该工艺技术可以解决现有渗花技术图案发色不够鲜艳和丰富，后续抛光过程中消耗磨料、能源和工业用水较大，而且产生大量的抛光废料，影响和污染了环境，以及渗花瓷质砖对坯体原料要求较高导致生产成本增加、资源浪费较大的问题。

4.6下陷墨水工艺

下陷墨水是使陶瓷表面局部区域产生下陷效果，展现凹凸的纹理、逼真的肌理和柔和的质感。下陷效果的产生机理是由于墨水中含有使熔融釉的粘度和表面张力显著降低的成分。其配方组成采用低熔点特性的原料或熔块，在烧成熔融时产生较大的烧成收缩。在使用下陷墨水时要注意：１）由于下陷墨水的凹陷效果与喷墨量有关，喷墨量越少，陶瓷烧成后在施墨部分产生的渗透下陷效应越不明显，与原有表面产生不了强烈的凸凹对比效果；２）由于Ｖ2Ｏ5的助熔作用，当下陷墨水和色料墨水同时使用时，可能会导致图案颜色失真。

4.7陶瓷砖数码喷釉工艺

淋釉可得到平整的釉面，烧制后光滑依旧，多用于平面产品的施釉。淋釉设备操作简单，但对釉幕厚度，釉浆的比重、粘度要求较高，否则易出现缩釉，水波纹等缺陷，所以需要工人时刻在场监测，以保证生产的稳定性。喷釉是利用压缩空气将釉浆通过釉枪喷成雾状，使之粘附在坯体表面。喷釉解决了淋釉的水波纹问题，消除了产品因施釉不匀而产生的缺陷。喷釉要求釉浆的比重不能太高，否则易出现堵枪现象。另外，由于雾化的釉滴难以控制，有时会出现釉滴四散飞扬的情况，生产中多做遮盖处理。数码喷釉机所使用的釉料与普通的釉料大不相同。因数码釉表现为水性，在工作过程中极易干燥，而且可能会因导电导致短路或信号干扰，因此数字喷头的内腔必须完全防水。

4.8 负离子陶瓷墨水工艺

负离子陶瓷墨水数码技术是将负离子材料研制成陶瓷墨水并应用陶瓷喷墨机打印在陶瓷砖表面，经烧成后能够永久产生负离子的技术，具有成本低廉，不影响砖面图案效果，负离子发生量高，放射性达到Ａ类合格水平，应用方便等优点。由于负离子墨水打印在砖的表面上，才能够达到负离子高发生量，能有效降低成本。目前，负离子墨水已在瓷片、木纹砖等类型的瓷砖装饰上得到大规模应用，技术已经成熟。

4.9 金属墨水工艺

金属墨水是使陶瓷表面呈现出金属质感的光泽，主要施于仿古砖瓷砖上，能产生贵金属般高雅、华丽的外观效果，而且还可以增强陶瓷表面的化学稳定性以及对酸碱的耐受性。金属光泽效果的形成机理是由于墨水中含有一种或两种以上的结晶组分，当釉熔融后，该结晶组分在釉中形成过饱和状态，而当釉冷却时会从熔融液相中析晶，形成晶体。熔融釉降温时析出的晶体定向生长，形成一种既有微观有序的平衡结构，又有宏观有序耗散结构的混合结构；定向生长的晶面可使釉面表面反射增强，产生高亮的金属光泽效果。

4.10 闪光墨水工艺

闪光墨水是使陶瓷表面产生闪光装饰效果，闪光晶体对光线产生良好的反射，产生镜面般的反光效果。利用闪光墨水可以在陶瓷砖的表面上印制各种不同的花色图案，经过精心的艺术设计，用闪光墨水装饰的陶瓷砖具有高贵淡雅的艺术风格，使人从视觉方面获得愉悦和美感。闪光效果的机理是由于墨水在降温时定向析出某种晶体，这种晶体材料具有不同的折射系数而产生亮光效果

。

５结束语

5.1 随着生活水平的日益提高，人民对于瓷砖产品功能化的需求也在不断加强

，单一花色、同质化产品逐渐被潮流淘汰，在质感、功能性、表现力方面优良的产品将迅速得到认可，也是产品研发的重点之一。

5.2 陶瓷喷墨打印技术需要同其他传统工艺或者新材料新工艺共同运用，才可以开发出不同质感，不同效果的高附加值陶瓷砖产品。

5.3 陶瓷砖喷墨打印设备与陶瓷墨水将会在今后一段时间不断更新发展，解决现有生产使用中出现的问题，并在特殊效果、功能化方面有所突破。

5.4 陶瓷生产工艺对喷墨打印墨水发色的影响是多方面的，其中釉料的化学组成

、釉面水分、烧成制度对墨水在使用中发色的影响最为明显。

5.5 陶瓷砖喷釉技术到目前为止没有性能和性价比适合喷釉的喷头，没有一种能接近目前工艺的墨水，利用喷墨机施釉是未来喷墨技术发展的方向之一。

5.6 具有功能性的陶瓷砖在生产过程中仍存在很多技术难点需要墨水制造商、设备生产商和瓷砖生产企业共同解决，诸如喷头与墨水的适应性试验，陶瓷厂的工艺适应性改造，砖坯平整度控制等。

5.7 陶瓷砖喷墨打印机的结构和软件能否与墨水性能相匹配，直接影响陶瓷砖产品的生产质量。

5.8 墨水的互换性和机器适应墨水的能力，利于喷墨机的普及，利于陶瓷行业综合成本的降低。