陶瓷色料的制備及選擇應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1、江蘇陶瓷JIANGSU CERAMICS1999年12月第32卷第4期24陶瓷色料的制備及選擇應(yīng)注意的幾個(gè)問題張強(qiáng)(430070武漢工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院摘要通過對陶瓷色料制備原理的討論,說明了在選擇色料時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)因素,即色料的穩(wěn)定性、色料的適應(yīng)性、色料的粒度分布等,為滿足陶瓷工業(yè)生產(chǎn),正確地選擇色料提供了幫助。關(guān)鍵詞陶瓷色料制備選擇1前言陶瓷色料在建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用。目前,在陶瓷工業(yè)激烈的市場競爭中,陶瓷產(chǎn)品的創(chuàng)新是企業(yè)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)和保證。而產(chǎn)品的創(chuàng)新主要有兩個(gè)途徑:一是調(diào)整坯體的配方,如用廉價(jià)的礦物原料、工業(yè)廢渣以及未被使用的新型礦物原料,但這只是從降低生產(chǎn)成本的角度

2、考慮的,對提高產(chǎn)品檔次并不是一條最佳的辦法,而且實(shí)際難度比較大;二是開發(fā)釉色新品種。這里包含兩層意思:釉料系統(tǒng)和色料系統(tǒng),如水晶釉的成功開發(fā)給陶瓷墻地磚市場帶來的影響。應(yīng)該說,第二條途徑是我們進(jìn)行創(chuàng)新的首要選擇。它不僅能夠提高陶瓷產(chǎn)品的檔次,而且可以使創(chuàng)新的企業(yè)占據(jù)市場的制高點(diǎn),從而首先獲得較大的利潤,并走上良性循環(huán)的發(fā)展軌道,如閃光釉目前國內(nèi)就未能開發(fā)出來。但創(chuàng)新必須要有科學(xué)的理論指導(dǎo),從而達(dá)到事半功倍的效果。本文擬從色料系統(tǒng)的角度來說明在開發(fā)過程中應(yīng)了解的基本原理。2陶瓷色料的制備原理在陶瓷工業(yè)化生產(chǎn)中,色料制備主要有兩種方法:濕法和干法。其中,濕法由于在工藝上比較復(fù)雜,盡管色料的質(zhì)量好,

3、可多數(shù)專業(yè)廠家仍采用干法生產(chǎn)。但有些色料必須用濕法生產(chǎn)。陶瓷色料的制備過程分五個(gè)步驟:配料、混合、煅燒、粉碎、水洗。在配料中要注意稱量的準(zhǔn)確性和礦化劑的選擇,礦化劑的有無會對色料的最終色調(diào)產(chǎn)生影響;在干法制備過程中,混合的原料一般要過60目篩以上,以便混合均勻;在燒成中應(yīng)注意燒成溫度的穩(wěn)定性和燒成氣氛的制定,有的色料要經(jīng)過二次或多次燒成,才能達(dá)到反應(yīng)要求。燒成溫度高的色料,其使用溫度也比較高,在釉中也比較穩(wěn)定;在粉碎階段要對不同的色料選擇合理的研磨時(shí)間,還要選定料、球、水之間的比例以及球磨速度,從而達(dá)到最佳的粒徑分布,使之在釉料中的成色效果達(dá)到最好;水洗是色料生產(chǎn)中不可缺少的,其目的是去掉色劑

4、中未反應(yīng)的原料以及產(chǎn)物中的可溶性鹽,水洗的程度以洗滌水呈中性反應(yīng)為佳。陶瓷色料的呈色是著色劑中的離子經(jīng)高溫煅燒在新的礦物結(jié)構(gòu)中對外界可見光譜產(chǎn)生選擇性吸收的結(jié)果。著色劑之所以要與其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行高溫鍛燒,目的是使之在高溫使用時(shí)具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。其方法是:使之與其他原料混合并在高溫條件下發(fā)生化合反應(yīng),成為新的物質(zhì)成分或礦物,從而成為對坯或釉的熔解作用呈非活性的物質(zhì)。為了獲得顯色均勻、再現(xiàn)性好及化學(xué)穩(wěn)定的釉料、色料,必須將著色劑與無色的且不影響發(fā)色的其他物質(zhì)混合燒結(jié)后再使用,因?yàn)橹珓┍旧硪话悴荒軡M足這些需要。所以,如果著色劑在煅燒時(shí)反應(yīng)不充分(或不完全,則在釉料中會發(fā)生分離和反應(yīng),出現(xiàn)混色或

5、變色現(xiàn)象。因此,為了精制色料,其煅燒最好用許多個(gè)小馬弗窯,有時(shí)還要進(jìn)行復(fù)燒(有的要進(jìn)行三次、四次煅燒。3陶瓷色料的選擇陶瓷色料的選擇是陶瓷用色料在使用時(shí)的首要問題,主要包含兩方面內(nèi)容,即色料的高溫穩(wěn)定性、色料的粒度分布。3.1高溫穩(wěn)定性高溫穩(wěn)定性是陶瓷色料最重要的性質(zhì)之一。它除了指色料自身的高溫穩(wěn)定性之外,其在釉料系統(tǒng)中的穩(wěn)定性更為重要。因?yàn)槿魏我环N色料在釉料熔體的作用下都會或多或少地發(fā)生熔解,所以色料高25經(jīng)驗(yàn)交流色料-乳濁劑的關(guān)系 色料-釉料的關(guān)系a .最值得注意的是在釉料中是否存在ZnO 。因?yàn)樵S多色料在ZnO 存在的釉料中不穩(wěn)定,如Mg-A1紅、Cr-Sn 紅及維多利亞綠等;但有些色料

6、如Cr-A 1、Fe-C 、Zn-Pb 、Zn-Fe-Cr 等需要高含量的ZnO 才能獲得足夠的穩(wěn)定性。b.CaO 的影響:它是對色料系統(tǒng)有著重要影響的另一種釉料成分,如CaO 對Cr -Al 、Zn-Fe 、Zn-Fe-Cr 等色料系統(tǒng)不利,但對Ca -Cr-Si 、Cr-Sn-Ca-Si 等色料系統(tǒng)有利。c .Al 2O 3的影響:釉料中Al 2O 3的含量對個(gè)別色料也有一定的影響,如Cr-Al 、Zr -Fe-Cr 在Al 2O 3高的釉料系統(tǒng)中比較穩(wěn)定。d .活性大的釉料成分如PbO 、B 2O 3在使用V-ZrO 2黃、Cr-Al 尖晶石紅、Cd-S-Se 紅等色料時(shí),要限制它們的用

7、量,且對Cd-S-Se 紅色料需要在釉料中添加百分之幾的CdO,以保證其足夠的穩(wěn)定性。表1列出了部分色料的高溫使用范圍。3.2色料粒度很多陶瓷色料的平均粒度在120L m 之間,對于325目篩(44L m是沒有篩余的。所以,對于陶瓷色料的最佳粒度分布要進(jìn)行綜合考慮,不能簡單的認(rèn)為:粒度越細(xì),色料越好。首先,色料暴露在釉料中的單位體積的表面積(即比表面積與色料在釉料熔體的熔解傾向有一種函數(shù)關(guān)系,即粒度越小,其熔解傾向越大。對于含鈷色料,其對在釉料中的熔解反應(yīng)非常敏感,以致在釉料中呈現(xiàn)出不同的顏色。色料的團(tuán)聚作用雖然可以阻止色料的擴(kuò)散,但它也是色料比表面積的函數(shù),并與色料粒度成反比。鈦基色料對團(tuán)聚

8、作用特別敏感,它們通常是用濕法研磨以減少團(tuán)聚的發(fā)生。另一方面,對色料的最大粒度也要進(jìn)行限制,以防止釉表面不平。Thumb 規(guī)則認(rèn)為:色料的最大粒徑應(yīng)小于1/10的釉層厚度。對于一般的釉料,這一粒徑約為20L m 。色料的粒度通常是在色料制備中就獲得的。某些色料在球磨中會使著色力下降。這種情況對于那些固溶型或顏色強(qiáng)烈的色料影響比較明顯。因?yàn)榍蚰ナ鼓切┪捶磻?yīng)完全的顆粒表面暴露出來。所有的ZrO 2或ZrSiO 4基色料都有這種情況。在不含乳濁劑的釉料系統(tǒng)中,釉料的顏色對色料的粒度并不敏感,但在含有部分乳濁劑的釉料系統(tǒng)中,色料的粒徑小一些,會使顏色增強(qiáng)。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是:乳濁劑的存在改善了色料的

9、散射性和熔解性。乳濁劑的粒徑一般比色料的粒徑小,會張強(qiáng):陶瓷色料的制備及選擇應(yīng)注意的幾個(gè)問題江蘇陶瓷JIANGSU CERAMICS 1999年12月第32卷第4期26 圖1球磨對黑色料明度的影響首先受到釉料熔體的侵蝕。這一區(qū)別可由圖l 加以說明。4色料的應(yīng)用色料應(yīng)用主要分坯用和釉用。坯用一般比較簡單,將色料直接添加到坯體中或先與部分坯料混合制成坯色劑,再添加到坯體中,如斑點(diǎn)式?；u;而釉用色料要復(fù)雜得多,因?yàn)樵谟杂弥幸笊显诒３纸Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的情況下,均勻地分布在釉上、釉下或釉中,才能獲得預(yù)期的效果。為此,要為色料選擇合適的輔助劑。色料的輔助劑,又稱色料稀釋劑。其實(shí),它是一種熔劑,其作用主要是:

10、a.固定色料,使色料能夠與釉層很好地結(jié)合; b.熔劑起保護(hù)色料的作用,熔劑在燒成中首先在色料粒子周圍熔融,從而形成一層保護(hù)膜,防止釉料熔體對色料的進(jìn)一步侵蝕作用;c.對于釉下彩,色料中的熔劑還能防止在色料上施釉時(shí)使畫面不受損傷的作用。正因如此,熔劑的選擇非常重要,必須考慮以下幾點(diǎn):Ó熔劑的熔融溫度不能太高。否則色料與釉層不能很好地結(jié)合,也會影響色料的使用。Ó熔劑對色料不應(yīng)有侵蝕作用,否則將失去保護(hù)層的作用。一般熔塊對色料的侵蝕作用較生料釉要差得多,這是因?yàn)?熔塊是已經(jīng)充分熔融的玻璃態(tài)物質(zhì),許多化學(xué)反應(yīng)已在熔制過程中進(jìn)行完了,活性大大降低;而生料熔劑由于許多反應(yīng)還沒有進(jìn)行,故

11、在燒成中其對色料的熔解作用比較激烈。所以,色料用熔劑多為熔塊。當(dāng)然,色料也可以直接加到釉中,從而制成色釉,如衛(wèi)生瓷上用的瑪瑙紅色釉。但此時(shí)必須注意色料的加入方式,其原因已在上面的部分中說明。5結(jié)論a .色料制備中應(yīng)特別注意礦化劑的選擇以及燒成溫度和燒成氣氛的控制。b.色料選擇中應(yīng)特別注意釉料系統(tǒng)中乳濁劑的選擇以及ZnO 、CaO 、PbO 、B 2O 3的含量對色料穩(wěn)定性的影響。c .色料粒徑太小也會影響其熱穩(wěn)定性,以20L m 為佳。參考文獻(xiàn)l Douglas R Eppler.Predicting Glaze Color from Pigment and Opacifier Calcula

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