第6講陶瓷顏料的性能及應用

1、第第4章章1. 光學性能光學性能 2. 顆粒性能顆粒性能3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性4. 使用性能使用性能4.1陶瓷顏料的光學性能陶瓷顏料的光學性能 色彩世界的本質是一種色彩世界的本質是一種光波運動光波運動，繽紛的色彩，繽紛的色彩是光線輻射的結果，而是光線輻射的結果，而不同物體不同物體對吸收和反射對吸收和反射光波的情況是有差異的。光波的情況是有差異的。白色，是反射了所有的白色，是反射了所有的光線，而黑色則把光線光線，而黑色則把光線全部吸收了。全部吸收了。 l絕大部分物體在入射光投射到其表面時，將大部分光線反射出來，絕大部分物體在入射光投射到其表面時，將大部分光線反射出來，小部分吸收小部分吸收部分吸收部分

2、吸收。相對而言，如果對色光幾乎全部反射，。相對而言，如果對色光幾乎全部反射，而沒有吸收而沒有吸收完全反射完全反射。對色光按。對色光按一定方向一定方向、有規(guī)則地反射，這、有規(guī)則地反射，這種情況稱為種情況稱為正反射正反射。而對色光的反射沒有一定方向，是。而對色光的反射沒有一定方向，是不規(guī)則不規(guī)則的，的，朝著各個方向，則稱為朝著各個方向，則稱為漫反射漫反射。 4.1.1光的吸收、反射和漫反射光的吸收、反射和漫反射 粗糙面粗糙面 漫射光漫射光 入射光入射光 入射光入射光 鏡面鏡面 反射光反射光 - -綠色綠色綠色物體在白光下是綠色，在紅光下則成了黑色，各種舞臺上的效果分光反射曲線可以精確地描述物體的顏

3、色，對色彩的定量描述有重要意義分光反射曲線可以精確地描述物體的顏色，對色彩的定量描述有重要意義紅色紅色 綠綠 藍藍 紅紅白光白光紅光紅光 分光反射率分光反射率 當光投射到玻璃時，產(chǎn)生反射、透過和吸當光投射到玻璃時，產(chǎn)生反射、透過和吸收，這三種基本性質與折射率有關。此外還依收，這三種基本性質與折射率有關。此外還依賴于入射角度，賴于入射角度， R反射率反射率 n 折射率折射率 C光在真空中的傳播速度光在真空中的傳播速度V光在玻璃中的傳播速度光在玻璃中的傳播速度兩種介質：兩種介質：N n1 /n22)11(nnRl對陶瓷色釉來說。顏料是以細分散態(tài)分布在對陶瓷色釉來說。顏料是以細分散態(tài)分布在釉玻璃中的

4、。當光線入射釉面時，其釉玻璃中的。當光線入射釉面時，其出射光出射光由由反射反射和和漫射漫射組成。一般陶瓷顏料的折射率組成。一般陶瓷顏料的折射率較基礎釉的折射率高。在一定條件下，較基礎釉的折射率高。在一定條件下，減小減小顏料與基釉間的顏料與基釉間的折射率差折射率差，降低，降低N值，可適值，可適當當降低漫射降低漫射，增加反射光量，使色釉的色彩，增加反射光量，使色釉的色彩更加明快。更加明快。 4.1.2陶瓷顏料的呈色機理陶瓷顏料的呈色機理l顏料之呈現(xiàn)顏色顏料之呈現(xiàn)顏色 顏料選擇性的吸收顏料選擇性的吸收 顏料中分子、原子對入射光的共振現(xiàn)象。顏料本身顏料中分子、原子對入射光的共振現(xiàn)象。顏料本身有一系列的

5、本征共振頻率，如果本征頻率在可見光有一系列的本征共振頻率，如果本征頻率在可見光的范圍內，就帶顏色；在可見光的范圍內，但吸收的范圍內，就帶顏色；在可見光的范圍內，但吸收帶極窄，或只有幾個極窄的吸收峰，是無色（不會帶極窄，或只有幾個極窄的吸收峰，是無色（不會影響透射光或反射光的顏色）。影響透射光或反射光的顏色）。不在可見光范圍不在可見光范圍無色無色分子內部的微觀運動可分為價電子運動、分子內原子在其平衡位置附近的振動、分子本身繞其重心的轉動。因此分子的總能量E是這三種運動能量的總和。 價內層電子躍遷分子分子由此看出，由此看出，電子振動頻率電子振動頻率決定顏料的吸收位決定顏料的吸收位置，振動頻率所占的

6、范圍決定吸收帶的寬度，置，振動頻率所占的范圍決定吸收帶的寬度，范圍越大，色彩越強范圍越大，色彩越強l過渡金屬元素如鐵、銅、鉻、釩等，由于過渡金屬元素如鐵、銅、鉻、釩等，由于存在存在4s123dx型的電子結構，它們最外層型的電子結構，它們最外層的的s層、次外層的層、次外層的d層、甚至自外數(shù)第三層層、甚至自外數(shù)第三層的的f層上均層上均未充滿電子未充滿電子（除（除，副族），這副族），這些未成對的電子不穩(wěn)定，容易在次亞層之些未成對的電子不穩(wěn)定，容易在次亞層之間發(fā)生躍遷，躍遷所需的能量剛好是間發(fā)生躍遷，躍遷所需的能量剛好是可見可見光光區(qū)域內光子所具有的能量，故能區(qū)域內光子所具有的能量，故能選擇性選擇性地

7、吸收各種可見光。地吸收各種可見光。l對于不同的元素，各次亞層之間的能級對于不同的元素，各次亞層之間的能級差差E不相等，可吸收不同能量的可見光不相等，可吸收不同能量的可見光光子，使反射光具有光子，使反射光具有不同的能量和波長不同的能量和波長，從而呈現(xiàn)出從而呈現(xiàn)出多彩多彩的顏色。的顏色。l 陶瓷顏料的著色多半選用過渡金屬及其化陶瓷顏料的著色多半選用過渡金屬及其化合物。稀土金屬元素的合物。稀土金屬元素的4f軌道電子是部分充軌道電子是部分充滿，極易產(chǎn)生滿，極易產(chǎn)生f一一f躍遷，引起光的吸收和反射，躍遷，引起光的吸收和反射，而呈現(xiàn)一定的顏色。稀土元素及其化合物是而呈現(xiàn)一定的顏色。稀土元素及其化合物是陶瓷

8、顏料的優(yōu)良著色劑。陶瓷顏料的優(yōu)良著色劑。著色劑的呈色原理著色劑的呈色原理l陶瓷顏料的呈色在很大程度上取決于其中的陶瓷顏料的呈色在很大程度上取決于其中的過渡金屬氧化物過渡金屬氧化物、稀土稀土金屬氧化物及其化合金屬氧化物及其化合物在陶瓷顏料中的呈色，其呈色機理十分復物在陶瓷顏料中的呈色，其呈色機理十分復雜，至今未有完全而統(tǒng)一的認識。雜，至今未有完全而統(tǒng)一的認識。l一般認為有以下幾種原理一般認為有以下幾種原理l離子呈色有兩種情況，一種是極化率較離子呈色有兩種情況，一種是極化率較大的離子擴散在有負電層的硅酸鹽晶格大的離子擴散在有負電層的硅酸鹽晶格中而呈色。如鐠黃顏料，著色離子中而呈色。如鐠黃顏料，著色

9、離子Pr固固溶在鋯英石晶體中，釩鋯黃也是如此。溶在鋯英石晶體中，釩鋯黃也是如此。l另外一種情況是離子取代型。即一種另外一種情況是離子取代型。即一種著色離子取代了硅酸鹽晶格結點上的著色離子取代了硅酸鹽晶格結點上的離子，從而固溶進去，形成陶瓷顏料。離子，從而固溶進去，形成陶瓷顏料。b.晶體呈色晶體呈色l一種是在礦化劑作用下，與一種是在礦化劑作用下，與SiO2等發(fā)生高溫等發(fā)生高溫固相反應固相反應，生成硅酸鹽晶體而呈色。，生成硅酸鹽晶體而呈色。l另一種是由于金屬氧化物的熔點較高且相當另一種是由于金屬氧化物的熔點較高且相當穩(wěn)定穩(wěn)定(如稀土氧化物如稀土氧化物)，高溫下，氧化物，高溫下，氧化物晶粒晶粒來來不

10、及熔融、分散和反應就以顆粒狀態(tài)不及熔融、分散和反應就以顆粒狀態(tài)固溶固溶在在硅酸鹽熔體中而呈色。硅酸鹽熔體中而呈色。l固溶后，金屬氧化物會因覆蓋的硅酸鹽固溶后，金屬氧化物會因覆蓋的硅酸鹽熔體的厚度不同，對光產(chǎn)生不同的熔體的厚度不同，對光產(chǎn)生不同的吸收吸收、折射折射和和散射散射，使色調隨之發(fā)生變化。，使色調隨之發(fā)生變化。c.膠體著色膠體著色l著色元素經(jīng)過熱處理后成為膠體狀態(tài)，著色元素經(jīng)過熱處理后成為膠體狀態(tài)，這些微細顆粒對可見光產(chǎn)生選擇性吸這些微細顆粒對可見光產(chǎn)生選擇性吸收和反射，而呈現(xiàn)一定顏色。收和反射，而呈現(xiàn)一定顏色。l膠體金屬膠體金屬金金和和銀銀的著色能力很強，是由的著色能力很強，是由于經(jīng)過

11、熱處理后，其結晶核的形成和金于經(jīng)過熱處理后，其結晶核的形成和金和銀的晶體發(fā)育的結果。每顆晶體顆粒和銀的晶體發(fā)育的結果。每顆晶體顆粒包含包含1001000個原子的膠態(tài)微晶金粒。個原子的膠態(tài)微晶金粒。l陶瓷顏料的呈色是陶瓷顏料的呈色是膠體著色膠體著色，離子呈色離子呈色還是還是晶體呈色晶體呈色（或離子呈色晶體呈色），主要取決于：或離子呈色晶體呈色），主要取決于：著色化合物著色化合物的的種類種類、數(shù)量數(shù)量和和性狀性狀反應物反應物顆粒的大小顆粒的大小反應條件反應條件同時，還應考慮反應的同時，還應考慮反應的動力學動力學（速率）和（速率）和熱力學熱力學的問題。的問題。礦化劑礦化劑的種類和數(shù)量的種類和數(shù)量硅氧

12、陰離子團的硅氧陰離子團的橋氧結構橋氧結構和和OSi比比l實踐經(jīng)驗和理論研究表明：實踐經(jīng)驗和理論研究表明：只有透過波帶較寬只有透過波帶較寬的顏料，才能調配出多種顏色的顏料，才能調配出多種顏色。鋯基鋯基顏料均具顏料均具有較寬的反射波區(qū)域，是進行顏色調配的良好有較寬的反射波區(qū)域，是進行顏色調配的良好基料，這也是基料，這也是鋯基顏料鋯基顏料在當今陶瓷顏料中占有在當今陶瓷顏料中占有極其重要的位置。極其重要的位置。 4.2陶瓷顏料的顆粒性能陶瓷顏料的顆粒性能l陶瓷顏料的顏色與其在釉料中的呈色與陶瓷顏料的顏色與其在釉料中的呈色與其顆粒大小有一定的聯(lián)系，一般來說，其顆粒大小有一定的聯(lián)系，一般來說，顆粒越小顆粒

13、越小，顏料的，顏料的呈色能力呈色能力越強越強，在釉，在釉料中的料中的呈色呈色越鮮艷越鮮艷，覆蓋力覆蓋力越強。越強。l顆粒尺寸顆粒尺寸主要包括顆粒的主要包括顆粒的大小和級配大小和級配，通常用，通常用多少多少目目或多少號或多少號篩篩的的篩余量篩余量來表示，只能來表示，只能用來衡量顆粒的用來衡量顆粒的極限尺寸極限尺寸而不能反映顆粒的而不能反映顆粒的真真實情況實情況，而且篩分析也費時間。，而且篩分析也費時間。激光衍射的顆粒分析儀激光衍射的顆粒分析儀要求要求色料色料在在物理和化學性質物理和化學性質上有足夠的保障上有足夠的保障要求色料呈色更加均勻和穩(wěn)定要求色料呈色更加均勻和穩(wěn)定準確地測量陶瓷顏料的準確地測

14、量陶瓷顏料的顆粒大小顆粒大小和和分布分布 激光粒度分析結果激光粒度分析結果分析周期：幾分鐘分析周期：幾分鐘顆粒大小和分布顆粒大小和分布4.3陶瓷顏料的穩(wěn)定性陶瓷顏料的穩(wěn)定性l 在坯料或釉料中呈色在坯料或釉料中呈色穩(wěn)定穩(wěn)定，不消不消色、不變色色、不變色等。等。l取決于顏料的取決于顏料的種類種類、顏料本身的、顏料本身的呈色呈色機理機理、顏料的使用、顏料的使用溫度范圍溫度范圍、顏料使、顏料使用的用的環(huán)境環(huán)境（如燒成氣氛）等（如燒成氣氛）等 l色料五種主要用途：色料五種主要用途：l（1）色坯；）色坯；l（2）化妝土）化妝土(底釉底釉)；l（3）顏色釉；）顏色釉；l（4）釉下彩料；）釉下彩料； l（5）

15、釉上彩料）釉上彩料l不同用途對陶瓷色料的要求是有所不同的不同用途對陶瓷色料的要求是有所不同的l色坯色坯，是指將顏料加入到坯體配方中；，是指將顏料加入到坯體配方中；l化妝土化妝土是在生坯或素坯表面上一層含色劑是在生坯或素坯表面上一層含色劑和熔劑的裝飾土層；和熔劑的裝飾土層；l顏色釉顏色釉是在生坯或素坯上施釉后燒成的；是在生坯或素坯上施釉后燒成的；l釉下彩釉下彩是在生坯或素坯上裝飾，再上一層是在生坯或素坯上裝飾，再上一層釉后燒成；釉后燒成；l釉上彩釉上彩是已?；挠詫由显偻ㄟ^彩烤裝飾是已玻化的釉層上再通過彩烤裝飾的。的。 如果施了化妝土和坯體著色劑，它們必如果施了化妝土和坯體著色劑，它們必須在燒成

16、中保持穩(wěn)定，并且和坯、釉相適應。須在燒成中保持穩(wěn)定，并且和坯、釉相適應。 l當顏料無論使用于釉下彩或花釉或顏色當顏料無論使用于釉下彩或花釉或顏色釉，在釉燒過程中必須保持穩(wěn)定，而且釉，在釉燒過程中必須保持穩(wěn)定，而且大多數(shù)情況下，釉燒溫度應該在大多數(shù)情況下，釉燒溫度應該在SK04a (1020) 至至SK8(1250)之間。陶瓷顏料之間。陶瓷顏料在熔融釉的腐蝕下也能夠保持穩(wěn)定。在熔融釉的腐蝕下也能夠保持穩(wěn)定。l釉上彩，只需要顏料在烤花時保持穩(wěn)定。因釉上彩，只需要顏料在烤花時保持穩(wěn)定。因此，烤花溫度一般在此，烤花溫度一般在SK020(670)至至SK015(790)之間，最高也不會超過之間，最高也不

17、會超過850。這時要求所使用的顏料熔劑在熔融時保持穩(wěn)這時要求所使用的顏料熔劑在熔融時保持穩(wěn)定，目前，釉上彩裝飾中普遍使用高含量、定，目前，釉上彩裝飾中普遍使用高含量、有毒的有毒的PbO熔劑（出口困難）。熔劑（出口困難）。 色料體系色料體系SK015(790)SK06(980)SK4(1160)SK7(1230)SKll(1320)I斜鋯石型斜鋯石型 鋯鋯礬黃、斜鋯石礬黃、斜鋯石+剛玉剛玉赤鐵礦型赤鐵礦型 鉻鋁紅、剛玉鉻鋁紅、剛玉 錳鋁紅、剛玉錳鋁紅、剛玉 鉻綠鉻綠黑、赤鐵礦黑、赤鐵礦 鐵棕、赤鐵礦鐵棕、赤鐵礦+IV柘榴石型柘榴石型 維多利亞綠、柘榴石維多利亞綠、柘榴石+ 金紅石金紅石錫石型錫石

18、型 鎳鎳銻銻鈦黃、金紅石鈦黃、金紅石 錫錫釩黃、錫石釩黃、錫石+ 榍石型榍石型 鉻鉻錫紅、榍石錫紅、榍石+尖晶石型尖晶石型 鈷鈷鋁藍、尖晶石鋁藍、尖晶石 鈷鈷錫藍錫藍灰、尖晶石灰、尖晶石 鈷鈷鋅鋅鋁藍、尖晶石鋁藍、尖晶石 鈷鈷鉻藍鉻藍綠、尖晶石綠、尖晶石+表表4-6 色料的種類與其穩(wěn)定呈色的溫度范圍色料的種類與其穩(wěn)定呈色的溫度范圍4-7 尖晶石化合物穩(wěn)定存在的溫度氣氛及顏色尖晶石化合物穩(wěn)定存在的溫度氣氛及顏色尖尖 晶晶 石石燒成溫度燒成溫度()氣氣 氛氛呈呈 色色鉻尖晶石鉻尖晶石MgOCr2O3ZnOCr2O3MnOCr2O3NiOCr2O3CoOCr2O3CuOCr2O3FeOCr2O3Cd

19、OCr2O3l000l000l100l0001000l100760l100氧氧 化化氧氧 化化還還 原原氧氧 化化還還 原原還還 原原還還 原原還還 原原淡淡 綠綠褐中帶綠褐中帶綠綠灰色綠灰色苔綠色苔綠色青綠色青綠色黑黑 色色褐黑色褐黑色淡綠色淡綠色鐵尖晶石鐵尖晶石MgOFe2O3MnOFe2O3NiOFe2O3CoOFe2O3CuOFe2O3CdOFe2O3FeOFe2O3L1001100l0001000l100l000800氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化還還 原原印度紅印度紅青灰色青灰色黑中泛紅黑中泛紅青黑色青黑色青灰色青灰色褐中泛紅褐中泛紅黑黑 色色4.4陶

20、瓷顏料的使用性能陶瓷顏料的使用性能4.4.1陶瓷顏料在釉料中的使用性能陶瓷顏料在釉料中的使用性能l 在燒成中，釉與色料之間的相互作用會使呈色發(fā)生很在燒成中，釉與色料之間的相互作用會使呈色發(fā)生很大變化，有些呈色就穩(wěn)定，有些則活潑，和顏料的相大變化，有些呈色就穩(wěn)定，有些則活潑，和顏料的相互作用強烈。如有許多色料在互作用強烈。如有許多色料在釉中有釉中有ZnO時呈色不穩(wěn)定時呈色不穩(wěn)定如剛玉型的錳鋁紅、赤鐵如剛玉型的錳鋁紅、赤鐵礦型的鉻綠以及榍石型的礦型的鉻綠以及榍石型的鉻錫紅。所以其對基釉要鉻錫紅。所以其對基釉要求無鋅或低鋅。求無鋅或低鋅。要求要求ZnO的含量高，的含量高，以保證色料的穩(wěn)定性。以保證色

21、料的穩(wěn)定性。有些色料之間有不相容有些色料之間有不相容4.4.1.1基礎釉對著色劑的溶解基礎釉對著色劑的溶解 高溫作用下，釉熔體對顏料中著色劑的溶高溫作用下，釉熔體對顏料中著色劑的溶解是難免的解是難免的。因此，在一般情況下，若。因此，在一般情況下，若釉釉中含中含有與有與顏料顏料組成組成相同相同的一些的一些組分組分時，顏料晶體在時，顏料晶體在釉中的溶解度會相對減小，顏料的呈色會釉中的溶解度會相對減小，顏料的呈色會更加更加鮮艷鮮艷，即配置基礎釉時，多加入與顏料組分相，即配置基礎釉時，多加入與顏料組分相同的熔劑成分，會降低顏料的溶解，提高色飽同的熔劑成分，會降低顏料的溶解，提高色飽和度，對發(fā)色呈色均有

22、利和度，對發(fā)色呈色均有利4.4.1.2基礎釉組成對色調的影響基礎釉組成對色調的影響 l將顏料加入基礎釉中，當一部分顏料被基將顏料加入基礎釉中，當一部分顏料被基礎釉溶解后，著色離子以離子態(tài)分散在釉礎釉溶解后，著色離子以離子態(tài)分散在釉熔體中，這時基礎釉的熔體中，這時基礎釉的組成和結構組成和結構將決定將決定被溶解的著色離子的被溶解的著色離子的配位環(huán)境配位環(huán)境，對它的吸，對它的吸收特性產(chǎn)生重要影響。收特性產(chǎn)生重要影響。在酸性氧化物含量較高的釉玻璃中，著色在酸性氧化物含量較高的釉玻璃中，著色離子有利于向低價態(tài)轉變；在堿性氧化物含量離子有利于向低價態(tài)轉變；在堿性氧化物含量較高的釉玻璃中，著色離子則有利于向高價態(tài)較高的釉玻璃中，著色離子則有利于向高價態(tài)轉變。著色離子價態(tài)的變化必然導致其吸收特轉變。著色離子價態(tài)的變化必然導致其吸收特性的變化。性的變化。離離 子子4配位配位6配位配位離離 子子4配位配位6配位配位Cr3Cr6Cu 2CuCo2Ni2Mn2黃黃黃茶黃茶青青赤紫赤紫五色五色綠綠青青無色無色赤赤黃黃淡橘紅淡橘紅Mn3Fe 2Fe3U6V3V4V5赤紫赤紫濃褐濃褐黃黃無色、無色、黃色黃色青綠青綠淡黃、淡黃、赤赤淡黃淡黃綠綠青青4.4