溶膠－凝膠法制備鋯鐵紅陶瓷色料（Ⅱ）

摘 要 在已有研究的基礎上，本文研究了燒成制度、外加劑和色料加入量對鋯鐵紅色料呈色的影響以及色料對不同基礎釉的適應性。實驗結果表明：燒成溫度為930℃、保溫時間2h、升溫速率6～8℃/min、色料加入量為6wt%時，可合成對各種基礎釉適應性強、呈色較理想的鋯鐵紅色料。

關鍵詞 燒成制度，基礎釉適應性，色料加入量，影響

1引言

目前，鋯鐵紅的工業制備方法主要是利用固相燒結，但因其固相混合均勻性差，合成的色料呈色不夠穩定。對包裹型鋯鐵紅，因固相合成的包裹率低，從而造成色料呈色強度較弱，而為了提高色料的穩定性及呈色強度，需要進行二次燒成，因而成本較高。相對于固相燒結法，用溶膠-凝膠法制備的鋯鐵紅色料具有Fe³⁺包裹率高、呈色亮麗、成本較低等優點。

2實驗

溶膠-凝膠法制備鋯鐵紅色料中，燒成制度直接影響所合成色料的最終性能（呈色、化學穩定性、熱穩定性、光澤度等）。因此，尋求合成色料的最佳燒成制度非常重要。此外，研究表明，外加劑種類^[1]和色料加入量也影響色料發色。

2.1原料及工藝參數的選用

實驗用正硅酸乙脂（(C₂H₅)₄SiO₄，以下簡稱TEOS）引入Si，用氧氯化鋯（ZrOCl₂·8H₂O，以下簡稱ZOC）引入Zr，其中Si/Zr（摩爾比）比為1:1；硫酸亞鐵（FeSO₄·7H₂O）為著色劑，其用量（Fe³⁺/TEOS摩爾比）為0.15；氟化鋰（LiF）為礦化劑，其用量（Li⁺/TEOS摩爾比）為0.15；TEOS預水解時的pH值為1、加水量（H₂O/TEOS摩爾比）為1、TEOS濃度為0.2mol/L^[2]。

2.2燒成制度的確定

采用L₄（2³）正交表安排實驗，優化燒成制度。實驗的因素、水平表見表1。

2.3 外加劑對色料呈色性能的影響

外加劑的加入能活化反應、促進色料基體（ZrSiO₄）的形成、提高鐵在硅酸鋯中的包裹率。實驗研究了外加劑對鋯鐵紅色料呈色的影響（見表2）。

2.4色料對不同基礎釉的適應性

氧化鐵由于其價態不穩定，可在釉中呈紅色或黃褐色調；它極易與釉中其它組分反應，形成含鐵礦物從而破壞釉色。有關研究^[3]表明：鋯鐵紅色料中被硅酸鋯所包裹的氧化鐵數量不超過其加入量的1/3，其余的主要以氧化鐵的形式吸附在硅酸鋯晶體表面，少數游離于晶粒之間。表3列出了鋯鐵紅色料對基礎釉適應性實驗所用的各種基礎釉。

各種基礎釉的釉式如下：

2.5色料加入量對呈色的影響

每種陶瓷色料都存在一個最佳的加入量：加入量少且呈色又比較理想。色料加入量見表4。

3結果及分析

3.1 燒成制度的確定

用SP-1000型分光光度計測試色度值（L、a、b）。根據CIE（國際照明委員會）規定：L表示顏色明度，a表示紅藍色度（紅+，藍-），b表示黃綠色度（黃+，綠-）。因此，我們考慮用其中的a值表征鋯鐵紅色料呈色能力。

實驗結果表明：在所考慮的三個因素中，對鋯鐵紅色料紅色度a值影響的順序為：燒成溫度>保溫時間>升溫速率；正交實驗的優化結果為：燒成溫度930℃、保溫時間2h、升溫速率6～8℃/min(600℃以前8℃/min，600℃至燒成溫度6℃/min)。燒成曲線如圖1所示。

3.2外加劑對色料呈色性能的影響

表5給出了外加劑對鋯鐵紅色料呈色影響的實驗結果。表中的紅色度a值表明：在9種外加劑中，CaO和MnO₂對鋯鐵紅呈色比較有利；稀土氧化物對呈色都有利，其紅色度a值大、黃色度b值小，其中CeO₂為外加劑時，色料的紅色度最大、黃色度最小，呈色最好。

3.3色料對不同基礎釉的適應性

基礎釉對鋯鐵紅色料呈色的影響見表6。由表6可知，除鋅釉、鋇釉和閃光釉外，色料對其它基礎釉的適應性都較強。在鋅釉和鋇釉色調為紅中帶黃；石灰釉、乳濁釉中的呈色較理想，紅色亮麗；在鎂釉中呈色較好，但其釉面質量難于控制、易開裂。混合釉對鋯鐵紅呈色最有利，但須注意的是，組成混合釉的種類不宜過多。因各種釉的性質雖然多數具有加和性，但其組分間及各組分與鐵離子之間會發生較復雜的反應，能形成諸如尖晶石型的結晶體，對呈色不利。

3.4色料加入量對呈色的影響

色料加入量對鋯鐵紅呈色有較大影響。取色料加入量為橫坐標，色料的紅色度a值為縱坐標，得到圖2。由圖2可以清楚看出：當加入量少于6%時，色料著色能力隨著加入量的增加而加強；大于6%時，其著色無明顯變化。因此，為節約成本，我們取色料加入量為6%。

4性能測試

按照上述優化的工藝，用溶膠-凝膠法合成了呈色較為理想的鋯鐵紅陶瓷色料。其能譜分析如圖3所示；X射線衍射分析如圖4所示；偏光顯微鏡照片見圖5。從照片中可以看出，所合成的鋯鐵紅色料純度較高，且顆粒較細、分布均勻。

5結論

通過一系列的實驗，最終獲得的溶膠-凝膠法制備鋯鐵紅色料的最優配方及其工藝參數為：硫酸亞鐵（FeSO₄·7H₂O）為著色劑，其用量（Fe³⁺/TEOS摩爾比）為0.15；Si/Zr（摩爾比）為1:1；氟化鋰（LiF）為礦化劑，其用量（Li+/TEOS摩爾比）為0.15；TEOS預水解時的pH值為1，加水量（H₂O/TEOS摩爾比）為1，TEOS濃度為0.2mol/L；燒成溫度為930℃、保溫時間2h、升溫速率取6～8℃/min；色料加入量為6%，采用CeO₂為外加劑時呈色最佳。

所合成的鋯鐵紅色料粒徑較小、顆粒分布均勻、色料對各種基礎釉的適應性強（除鋅釉、鋇釉和閃光釉外）、呈色較理想。

參考文獻

1 文 進，孫淑珍.外加劑在陶瓷色料中的作用[J].陶瓷， 1999，142（6）：26～27

2 蘇方寧，于長鳳，朱小平等.溶膠-凝膠法制備鋯鐵紅陶瓷色料Ⅰ[J].佛山陶瓷，2005，15（12）：1～4

3 文 進，孫淑珍.釉組成對鋯鐵紅呈色的影響[J].佛山陶瓷，2000，43(5):11～12