鈦在建筑陶瓷坯體\\釉料及微晶玻璃中的作用與影響

摘 要：本文介紹了鈦的基本物理和化學性質，鈦在自然界的主要存在形式如金紅石、鈦鐵礦和鈦白粉的主要性能，并著重介紹了鈦白粉的主要用途。文中還詳細闡述了鈦在陶瓷坯體、釉料以及微晶玻璃生產中的作用，以及應用時需要注意的問題。

關鍵詞：鈦；坯體；釉料；微晶玻璃

1 鈦的基本物理和化學性質

鈦是屬于元素周期表中過渡元素中第四鈦分族（Ti、Zr、Hf）的第一個元素，它的核最外電子構型為3d24s2。從這個特征的電子構型可以看出，不僅s電子，而且d電子也可以參與成鍵，所以顯示的金屬鍵較強，但相對于同周期的s電子族的鈣來說，其金屬鍵又較弱。從電子構型還可以看出，鈦將顯示+4價最高價，有時還能顯示+3價，甚至偶有+2價的時候，這反映了鈦的多氧化態的特點。

金屬鈦具有銀白色金屬光澤，外觀頗似鋼，然而它比鋼具有很多寶貴的優良性能，比如它的機械強度較鋼強，而比重卻較鋼低（比鋼輕40%）；同時它在海水和海洋環境下具有優越的抗腐蝕性能，這是由于在鈦金屬的表面易形成一層致密的氧化物薄膜，保護鈦不與海水及空氣中的氧進一步發生反應的緣故。金屬鈦也不被稀酸與稀堿侵蝕，但可溶于熱鹽酸與冷硫酸，反應生成鈦鹽并放出氫氣。鈦在高溫下非常活潑，可與鹵素、氧、硫、氮、碳等發生強烈反應，生成相應的化合物，其中二氧化鈦是最為常見的礦物與化工產品。四氯化鈦是無色透明的液體，很易水解生成鈦酸。

鈦酸是二氧化鈦的水化物，它有兩種形式，一種是α-鈦酸，一種是β-鈦酸。四氯化鈦以及其它四價鈦鹽溶液水解得到的鈦酸屬于β-鈦酸；而四氯化鈦和其它四價鈦鹽溶液與堿反應生成的鈦酸則屬于α-鈦酸，α-鈦酸的反應活性遠大于β-鈦酸。鈦與氧、硫、氮的比較強的親和力（生成TiO2、TiS2、Ti3N4的能力強）使它常為制鋼的脫氧劑、脫硫劑、脫氮劑，即可除去雜質氧和引起鋼脆性的硫以及鋼中的氮，以使鋼具有更優良的機械性質。

鈦與氧的鍵強高，有較強的形成硅酸鹽玻璃的能力，特別在TiO2成分含量不高的情況下。需要強調的是，鈦有兩種配位體，分別為六次配位的八面體和四次配位的四面體。在高溫的條件下，鈦傾向于形成四次配位的鈦氧四面體，這將與硅酸鹽玻璃中的硅氧四面體相互混熔。當溫度降低時，鈦又傾向于形成六次配位的鈦氧八面體，這樣就會從原來與硅氧四面體混熔的狀態，分離出富TiO2成分的液相，進而易于形成晶核，最后發展成為微晶體。這就是TiO2可作為結晶釉與微晶玻璃的晶核劑與促進晶化劑的基本原理，特別是在TiO2成分含量較多的情況下。

2 鈦的主要存在形式及其性能

在自然界，地殼中鈦元素的豐度值較高，占前十位。天然金紅石，以替代化工產品鈦白粉。但是，鈦富集成礦的種類卻很少，只有兩種礦種，一種是金紅石，一種是鈦鐵礦。由于它們天然產出的礦產品成分不夠穩定，含鐵質又多，故多不適用于生產白色和淺色陶瓷產品，只有部分金紅石砂礦的精礦可以酌情采用，這兩種礦產品可用于深色的陶瓷產品。從實際來看，陶瓷工業直接采用的含鈦原料，更多的是化學工業加工的所謂鈦白粉，它不僅含TiO2多，含Fe等雜質也較少。下面將介紹上述鈦的三種主要存在形式。

2．1金紅石

金紅石是含鈦礦床的主要礦物種類，它的理論化學式為TiO2。金紅石晶體結構是AX2型化合物的典型結構之一。在它的晶體結構中，O離子作六方最緊密堆積，Ti離子位于近似規則的八面體空隙中，它的配位數為6，即它周圍與六個氧離子相鄰；O離子位于以Ti離子角頂角所組成的平面三角形的中心，它的配位數為3，即它與三個鈦離子相鄰。這樣，金紅石的結構是以（TiO6）八面體為基礎的晶體結構。（TiO6）八面體彼此共棱形成了沿c軸延伸的比較穩定的八面體鏈，鏈間則以（TiO6）八面體共用角頂相聯結。由于共用棱的縮短，非共用棱的增長，從而使八面體稍有畸變。這一結構特征就形成了金紅石晶體為四方柱狀或針狀晶形的特點，同時還具有平行延長方向的解理。

有時金紅石還常見膝狀雙晶，集合體多為致密塊狀。它的顏色為黃色到褐色，到暗紅色，甚至黑色。顏色的深淺與它含Fe2O3的量有直接關系，含Fe2O3越多，顏色越深。其條痕為黃色到淺褐色，晶面呈金剛光澤，而且含Fe2O3越多，其光澤加強，最終可達半金屬光澤。性脆，莫氏硬度6~6.5，比重為4.2~4.3g/cm3。隨著Fe2O3含量的增加，其比重也增加，最終可達5.5g/cm3。金紅石不溶于水，也不溶于稀酸，但它溶于濃硫酸與強堿；它也溶于熱磷酸，冷卻稀釋后加入過氧化鈉可使溶液轉為黃褐色，這是檢驗鈦存在的一種便利的方法。金紅石屬于一軸晶，負光性，其折光率高，No≈2.61，Ne≈2.90，這是金紅石作為具有高遮蓋力的乳濁劑的光學基礎。金紅石的熔點為1830~1850℃，遠低于斜鋯石（ZrO2）。

金紅石在自然界主要有兩種地質產狀：一種是原生的金紅石礦，一種是次生的金紅石礦。原生的金紅石礦主要產于片麻巖、偉晶巖、榴輝石中；次生金紅石主要產于砂礦中，以海濱砂礦居多，內陸砂礦居少。在我國，金紅石礦床主要分布于河南、湖北、廣西、廣東、海南、山東等省。一般通過磁選-重選-酸洗等工藝流程即可富集生產出天然金紅石精礦，它的TiO2含量在85%~93%。質量較好的天然金紅石主要可用于陶瓷坯體和某些釉料及微晶玻璃。例如風行一時的金花米黃拋光磚，其著色劑就可以用

2．2鈦鐵礦

鈦鐵礦是另外一種主要的含鈦礦床的礦物，它的理論化學式為FeTiO3。其中TiO2占52.6%，Fe2O3占47.4%。有時，它含有較多的MgO或MnO；它常含貴重的Nb2O3和Ta2O5。它的晶體結構類似于剛玉結構，在它的晶體結構中，O離子作六方最緊密堆積，堆積層垂直于三次軸。Fe2+和Ti4+充填于2/3的八面體空隙并相間排布。這些（FeO6）和（TiO6）八面體彼此共棱形成八面體層，與皆為（AlO6）八面體單一層的剛玉結構相比，鈦鐵礦對稱性顯然稍有降低，但它們都為三方晶系，具有三方對稱的特點。

鈦鐵礦的完整晶體少見，多為不規則的粒狀、鱗片狀、厚板狀以及致密塊狀。顏色為鐵黑色或鋼灰色，有時含赤鐵礦包體時呈褐色。金屬光澤到半金屬光澤，無解理，貝殼狀斷口，性脆。莫氏硬度為5~6，比重為4.4~5.0g/cm3，具有弱磁性和弱導電性。在氫氟酸中溶解度較大，緩慢溶于熱鹽酸。與金紅石的檢驗方法類似，將鈦鐵礦溶于磷酸，冷卻稀釋后再加入過氧化鈉，這時的溶液呈黃褐色，這也是便捷的檢驗鈦鐵礦的方法。鈦鐵礦的熔點較低，只有470℃左右。

鈦鐵礦在地殼中分布很廣，它主要產于基性巖與酸性巖中，其次產于偉晶巖、變質巖以及沖積砂礦中。主要分布于我國的廣東、廣西、海南、四川等省，特別是四川省攀枝花是我國最大的含釩的鈦鐵礦礦床的重要產地。經過重選、磁選、電選、浮選等手段進行分離與提純，它主要用于提取鈦白粉、鈦鐵合金、金屬鈦等。在陶瓷工業，它可以用作黑坯與黑釉及黑色微晶玻璃的著色劑。為了節約成本及減少廢料的環境污染，還可以利用冶煉鈦鐵礦的廢渣生產黑色拋光磚。為了克服這種低溫廢渣容易造成發泡的缺陷，必須在陶瓷坯體中引入較多的氧化鋁成分，這已在鋁篇中述及。

2．3鈦白粉

鈦白粉實際上是二氧化鈦（TiO2）的化工產品。它是由天然鈦鐵礦或金紅石礦經分選后的精礦粉制備的，在以鈦鐵礦為原料的情況下，主要采用硫酸法制備；在以金紅石精礦為原料的情況下，主要采用氯化法制備。硫酸法將采用濃硫酸溶解鈦鐵礦，生成的固體物質用水浸取，得到含鈦溶液。此后通過沉降除去雜質，再用冷凍分離法將溶液中的硫酸亞鐵除去，然后在硫酸氧鈦溶液中添加晶種水解生成偏鈦酸。漂洗后將偏鈦酸在800~1000℃溫度下煅燒，最后將煅燒物細磨制得二氧化鈦產品。這個由鈦鐵礦制備二氧化鈦的硫酸法過程中的主要反應見式（1）至式（3）：

氯化法是將金紅石精礦粉與焦炭混合，在900℃溫度下與硫化床中進行氯化，生成四氯化鈦。然后將四氯化鈦加入晶型轉化劑，在1300℃左右下進行氧化反應生成二氧化鈦，最后再經過水洗、過濾、干燥、球磨制得二氧化鈦化工產品。這個由金紅石制備二氧化鈦的氯化法過程中的主要反應式見式（4）和式（5）。

二氧化鈦在各級產品中的TiO2含量在90%~98.5%范圍，Fe2O3雜質應小于0.05%。

二氧化鈦-鈦白粉主要有三種同質異象體，分別為：金紅石、板鈦礦、銳鈦礦。金紅石的晶體結構前已敘述。板鈦礦的晶體結構也是以（TiO6）八面體共棱為基礎的。不過，在它們的結構中，每個（TiO6）八面體與其它（TiO6）八面體共棱數目有差異，金紅石晶體結構的共棱數目為2，板鈦礦晶體結構共棱數目為3，銳鈦礦晶體結構共棱數目為4。配位多面體共棱使中心陽離子間距縮短，降低了晶體結構的穩定性。由金紅石到板鈦礦，再到銳鈦礦，其結構穩定性也是遞減的。因此，在自然界，金紅石分布較廣，而銳鈦礦比較少見。板鈦礦雖然在自然界也少見，不過，它會在自然條件下穩定，在砂礦中也能很好地保存。板鈦礦在700℃溫度下就可以轉變為金紅石。這三種TiO2的同質多象體的主要化學性質基本相同，例如它們均不溶于水、稀的無機酸和稀堿溶液，也均溶于濃硫酸、熱濃磷酸、氫氟酸和強堿等。但是，它們的晶系、比重、折光率、莫氏硬度、熱穩定性、耐光性能、光催化性能等有些差異，具體差異可見表1。

具有二氧化鈦成分的鈦白粉應用非常廣泛。在陶瓷工業，鈦白粉的用途主要在五個方面：

（1） 用作無機顏料，主要用作黃色色料的呈色劑；

（2） 用作乳濁劑，它是很多種釉料的乳濁劑，特別是低溫乳濁劑（以金紅石為乳濁相）和中溫乳濁劑（以榍石為乳濁相），它顯示了鈦乳濁釉高遮蓋力的特點，適用于不透水底釉或深色坯體高遮蓋力釉的研制；

（3） 用作晶核劑，特別是微晶玻璃的晶核劑；

（4） 用作結晶劑，適用于制備鈦結晶釉或以含鈦微晶相的微晶玻璃；

（5） 用作光催化劑，特別是銳鈦礦晶型的二氧化鈦是研制具有自潔和抗菌功能的陶瓷材料（包括釉料、玻璃、微晶玻璃）的重要的自潔劑與抗菌劑種類之一。下面將簡要介紹鈦白粉的上述五種主要用途的作用機理。

2.3.1呈色劑

前已述及，Ti的離子價態有三種：Ti4+ 、Ti3+ 、Ti2+。其中Ti2+價態很少見。Ti3+價態多呈紫色，這在磷酸鹽玻璃中和還原條件下才出現。在硅酸鹽玻璃中，鈦一般以Ti4+價態存在。Ti4+的價態意味著鈦的核最外電子3d24s2全部失去，在d軌道中全是空的，不能發生d 軌道中電子之間的“d-d”躍遷，所以Ti4+價態應該呈現無色。然而，由于Ti4+離子強烈地吸收紫外線，其吸收帶常常進入可見光區的紫蘭色部分，致使實際呈現黃色。雖然Ti4+單獨不會造成較深的顏色，但它會強烈地影響其它變價的過渡元素的呈色，即使這些過渡元素少也仍然會呈色，特別對于鐵尤為明顯。這就是為什么對陶瓷原料（包括坯體、釉料、玻璃、微晶玻璃原料）的質量評價指標常常包括Fe2O3與TiO2的含量。對于純度與透明度要求高的產品（如光學玻璃、水晶玻璃），它們的含量不應超過0.03%，甚至不應超過0.001%。此外，很多色料的呈色常常用TiO2與其它色劑成分混合使用實現的。TiO2與Fe2O3混合將呈褐色（這與Fe2O3和MnO2的組合呈色類似）；TiO2與MnO2組合或形成淺黃到深黃色；TiO2與NiO組合可形成灰到黃褐色；TiO2與CuO組合可形成蘭綠色。從實際應用的角度來說，TiO2與CeO2混合使用最為適宜，特別在釉料及微晶玻璃（包括玻璃）中，它們可以呈現亮麗的黃色。不過，對常用的陶瓷色料來說，單獨存在一類的所謂金紅石型結構的色料，如鉻鈦黃，這種色料是以金紅石結構為載體，摻入Cr成分形成的。不過，有時為了降低黃色陶瓷坯體的成本，也可以用天然的金紅石精礦粉（即黃色TiO2粉）替代之。

2.3.2乳濁劑

鈦白粉用作乳濁劑有兩種情況：第一種情況是在常溫下或低溫（1050℃以下）下作為乳濁劑使用。在這種情況下，乳濁相多為金紅石相，次為銳鈦礦相。根據有關乳濁的基本理論，乳濁作用的大小主要受散射作用大小的支配。而散射作用的大小主要與以下三個因素有關：

（1） 分相粒子與周圍介質之間的折光率差（包括正差與負差）。其折光率差越大，散射作用越強；

（2） 分相粒子的粒徑大小。當分相粒子的粒徑在0.2~0.5μm的范圍，它們的散射作用最強；

（3） 分相粒子數量的多少。其數量越多，散射強度越強。

前面的附表已經看出，金紅石、銳鈦礦的折光率在常見的晶體材料中是最大的。可以說，金紅石和銳鈦礦是可以實現最大乳濁作用的常見乳濁劑，也是比較便宜的乳濁劑。而在油漆工業中，白色油漆多以鈦白粉為顏料，其原因也是因為它的折光率高、遮蓋力強。以此為依據，在低溫（﹤1050℃）乳濁釉和更低溫（900~1000℃）的搪瓷釉中，選擇的最佳乳濁劑也是鈦白粉，而且金紅石乳濁劑在低溫下仍然不呈黃色。

第二種情況是在中溫（1050~1150℃）條件下作為乳濁劑使用。在這種情況下，金紅石由于發生了強烈的紫外吸收而造成發黃色調（見前述），所以不能采用金紅石乳濁相，而只能采用榍石為乳濁相。這同樣可以獲得高遮蓋力的效果，特別是可以用在內墻磚采用的不透水的底釉中。所謂不透水的底釉，即具有高遮蓋力的乳濁度，當內墻釉面磚坯體（空隙度較高）長時間浸泡水后，這種高遮蓋力的底釉不會顯現任何水印。這種底釉的乳濁結晶相正是鈦榍石（CaTiSiO5），它是在釉燒過程中由熔塊中的TiO2、CaO、SiO2組份反應生成的。這種鈦榍石的折光率（1.95左右）雖然低于金紅石和銳鈦礦的折光率，但仍屬于較高折光率的晶相，而且它可以使分相粒子數目（相對于析出金紅石分相粒子數目）大大增多，彌補了折光率偏低的缺陷。相比之下，具有相近折光率的鋯英石（1.97）為乳濁相的鋯釉在數目上將會大受限制。因為白色內墻磚乳濁鋯釉的乳濁度是靠熔解于熔塊的鋯英石部分，于釉燒過程中再析出適宜粒度（0.5μm）范圍的鋯英石的方式實現的。而鋯英石的熔點為2550℃，而在現有工藝條件下最大的鋯英石熔解量﹤6%，所以鋯乳濁釉不能具有高的遮蓋力，只能屬于半遮蓋性的，除非加厚釉層。鑒于這些因素，要獲得高遮蓋力的乳濁釉（包括底釉和面釉），以鈦榍石為乳濁相的乳濁釉在技術路線上是比較可行的。

2.3.3晶核劑

TiO2是應用最廣的晶核劑之一，它在許多不同領域、不同成份的微晶玻璃的應用中都被證實是行之有效的晶核劑。關于它的成核機理比較復雜，目前尚無定論，有待于進一步深入研究。當前關于TiO2成核機理的解釋大致有以下兩種。

一種是玻璃結構變化的理論，Ti4+屬于玻璃結構中的中間體陽離子。在高溫熔制玻璃時，Ti4+離子取四次配位，形成（TiO4）四面體，與Si4+的四次配位（SiO4）四面體相容，這時的Ti4+是玻璃網絡的形成離子。當溫度降低到熱處理溫度時，Ti4+離子又取六次配位，形成（TiO6）八面體配位的網絡外離子的結構狀態，進而促進了分相，這時的Ti4+離子是屬于網絡改性體離子。在出現分相的基礎上，就會促使晶核的產生、晶體的生長，形成了微晶玻璃。

另外一種解釋是熔解度變化的理論，認為TiO2在高溫下熔解，而在低溫下TiO2熔解度變差而熔析，這種熔析作用促使了基質玻璃的晶核的形成、晶體生長的兩個階段的發育，形成微晶玻璃。不過在這里還要特別指出，當TiO2含量較低時，TiO2還有作為晶核劑相反的作用，那就是促使玻璃化的趨勢。

2.3.4結晶劑

如果釉料及微晶玻璃中的TiO2成分增多到一定程度，這時的TiO2將會在適宜的條件下析晶，形成鈦結晶釉和鈦微晶玻璃。對于鈦結晶釉來說，它是一種結晶能力較強、制作工藝相對比較容易的結晶釉。鈦結晶釉的TiO2添加量通常在10%~15%范圍，這種結晶釉的結晶體常常以金紅石居多，少量以鈣鈦礦（CaTiO3）或鈦榍石（CaTiSiO5）等鈦酸鹽結晶體形式。不過，這種結晶釉的晶花較小，不易形成大的晶花，更不易生成連片的大花。在這方面，鈦結晶釉不如鋅結晶釉。制作含鈦的微晶玻璃，特別是白色含鈦微晶玻璃（包括微晶玻璃陶瓷復合板）難度很大，需要注意解決三個問題：第一個是白度問題；第二個是氣孔問題；第三個是熱膨脹系數的匹配問題。實踐表明，同時解決上述三個問題在技術上要求甚嚴。

2.3.5光催化劑

TiO2是比較理想的光催化的半導體材料，其中以銳鈦礦型的TiO2的光催化性能為佳，均優于金紅石型和板鈦礦型的TiO2。當TiO2光催化半導體材料吸收能量高于這些材料的禁帶寬度的短光波（如陽光、紫外線等）輻射時，就會產生從導帶到禁帶的電子躍遷和相應的空穴。導帶上的高活性電子具有很強的還原能力，與空氣中的O2反應生成O2-自由基，繼而與水反應生成H2O2與表面羥基自由基。而禁帶上的空穴則具有較強的氧化作用（即獲得電子的能力），它與吸附在表面上的H2O和OH-反應生成表面羥自由基。

上述禁帶的空穴和導帶上的電子同水、氧反應生成的羥基自由基和過氧化氫將產生以下作用：

（1） 光催化氧化功能。它們將使有機污染物（焦油、油污）等降解，實現自清潔；

（2） 光誘導的親水性功能。它們將使表層吸附水變為化學吸附的結構水，增強了親水性，也就是賦予易被雨水沖刷的自潔功能；

（3） 抗菌殺菌功能。它們可以殺死大部分細菌與病毒，賦予抗菌、殺菌的防霉作用；

（4） 消除空氣污染作用。它們可以降解NOx、SOx、甲醛等污染、有害的氣體，賦予凈化空氣的作用。

盡管TiO2光催化材料顯示了在綠色、環保領域的應用前景，然而目前有兩大弱點限制了它的實際應用。一個是它需要一定的光照條件（光照要大于200lm才有較好的作用）；另一個是這種光催化的能力有衰減作用，使它不能長期發揮自潔與抗菌功能。以上這兩個弱點需要進一步研究，才能予以克服。

3 TiO2在陶瓷坯體中的作用與影響

風靡一時的著名的“金花米黃”拋光磚產品，就是以TiO2為呈色劑的應用范例，也是迄今為止在傳統陶瓷坯體中采用TiO2的唯一實例。在金花米黃拋光磚中，由于TiO2的加入量很少，多在0.6%~0.9%范圍。因此，它們的加入對陶瓷坯體的工藝性能影響不大，只能說明它們有影響坯體工藝性能的趨勢。這些趨勢主要表現在：稍許降低燒成溫度、稍微減小熱膨脹系數、略微增加坯體的機械強度、略微減小濕膨脹等方面。

實際上，在陶瓷工業中，TiO2主要用于釉料及微晶玻璃方面。一般來說，TiO2的添加量在6%以上，因此，它們對釉料及微晶玻璃的工藝性能影響較大。

4 TiO2對釉料及微晶玻璃性能的影響

4．1對釉料及微晶玻璃的熔化溫度的影響

一般來說，TiO2會降低釉料及微晶玻璃的熔化溫度，這主要來源于TiO2與各種化學成分形成的最低共熔點。當然，TiO2本身的熔點不低，為1840℃左右，但它即使在1640℃的高溫下也具有不揮發性。硅酸鹽釉料及微晶玻璃的主要成分——石英的熔點為1723℃，但只要加入不多的TiO2（≤10%），就會形成1540℃的最低共熔點。TiO2與Na2CO3在不高的溫度下就會形成一系列的不同TiO2含量的鈦酸鹽。Na2O·TiO2在1030℃生成，Na2O·2TiO2在985℃溫度下生成，Na2O·3TiO2在1128℃溫度下生成。同樣，TiO2與CaO在1100℃溫度下就可發生反應，如果有SiO2存在，則在1382℃下就可生成CaO·TiO、·SiO2并且近于熔化。以上不難看出，TiO2能降低含鈦的多種成分的釉料及微晶玻璃的熔化溫度以及反應溫度。

4．2對釉料及微晶玻璃的粘度的影響

TiO2對釉料及微晶玻璃粘度的影響有雙重性。一方面，它在較高溫度下能明顯降低粘度；另一方面，在低溫下它又會增加粘度。因此TiO2對釉料及微晶玻璃粘度的影響體現了比較短性（或速熔性）的特點，即隨著溫度的增加，TiO2對釉料及微晶玻璃粘度的降低作用趨于加強。TiO2降低熔化溫度以及它在較高溫度下明顯降低粘度的雙重作用，使得TiO2加速了釉料及微晶玻璃的熔化過程，顯示了TiO2明顯的促熔性與易熔性。

4．3對釉料及微晶玻璃的熱膨脹的影響

TiO2對釉料及微晶玻璃熱膨脹的影響不是固定不變的。它的影響受釉料及微晶玻璃中SiO2含量的支配。一般來說，當SiO2含量在50%左右或以下時，TiO2將會少許增加熱膨脹系數；當SiO2含量增加到70%以上時，將會傾向于減小熱膨脹系數。而在含SiO2超過90%的石英玻璃中，TiO2的添加會大大降低熱膨脹系數。

不過，需要指出，如果在釉料及微晶玻璃中，TiO2組份發生分相、成核或析出微晶相的話，此時TiO2對熱膨脹系數的作用將呈現增加的趨勢。這是因為析出的常常是金紅石相，而金紅石的熱膨脹系數較大。

4．4對釉料及微晶玻璃的表面張力的影響

TiO2是屬于表面非活性組份，但它在表面非活性組份中是具有較小表面活性特征值的組份，甚至比Na2O、SiO2組份特征值都低。因此可以認為，TiO2在釉料及微晶玻璃中將起到稍微降低表面張力的作用。

4．5對釉料、微晶玻璃的機械強度的影響

由于鈦離子半徑小（64nm）、電價高，又是屬于d電子族（屏蔽作用使之有效核電荷提高），故它對O陰離子的場強高。正因為如此，TiO2成分的引入有利于提高釉料及微晶玻璃的機械強度，包括抗壓強度、抗拉強度、硬度和彈性。不過它對彈性模量的影響具有反常性質，即它的彈性模量溫度系數為負值，故它的彈性模量隨著溫度的增加而增加。這種現象可能與TiO2在釉料及微晶玻璃中易發生分相有關。

4．6對釉料、微晶玻璃的化學耐久性的影響

總的來看，TiO2的引入將改善釉料、微晶玻璃的化學耐久性，特別是改善耐水性與耐酸性。不過，TiO2對釉料及微晶玻璃的耐堿性的改善卻不那么有效，甚至不如CaO。在耐堿性方面，TiO2也不如同族的ZrO2。還要強調的是，TiO2改善耐水性、耐酸性是指熔于玻璃網絡的TiO2，當TiO2在釉料及微晶玻璃中分相、成核、析晶時，它們的耐化學腐蝕性能會降低。

4．7對釉料及微晶玻璃的呈色的影響

前已述及，Ti4+離子的3d軌道是空的，不能發生“d-d”電子躍遷。因此，TiO2單獨在釉料及微晶玻璃的玻璃相中沒有可見光譜的局部吸收，在紅外范圍也不吸收，故它應不會呈色。然而，TiO2吸收紫外光的能力卻非常強，以致它在紫外的吸收帶常常延伸到可見光范圍的紫蘭色部分，以至Ti4+在玻璃相中呈棕黃色。此外，它還有強化其它過渡元素的呈色作用，這在前面已經談到，在此不再贅述。Ti4+的強化其它過渡元素呈色的作用，使過渡元素的吸收曲線向長波方向移動，即呈色向短波方向移動，故使呈色更為鮮亮、明快。

如果P2O5與TiO2同時存在，并且又在還原條件下，Ti4+將轉化為Ti3+，這時Ti3+離子本身會呈帶蘭紫色調的顏色。還要補充一點，有時TiO2的分相作用使得在釉料及微晶玻璃中產生極細（﹤0.1μm）的分相粒子。根據光的散射定律，此時的分相粒子對蘭色的散射大于對黃紅光的散射，因此就會產生與天空變蘭的效應相類似的結果，使釉料及微晶玻璃也帶蘭的乳濁色調。

4．8對釉料及微晶玻璃的玻璃化與分相、析晶作用的影響

TiO2在釉料及微晶玻璃的玻璃相中將呈現兩種相反的趨勢：一種是強化玻璃相的玻璃化趨勢；相反的一種是使玻璃相分相、核化、晶化的趨勢。這兩種不同的作用趨勢主要受玻璃成分的制約。

一方面，在所有硅（鋁）酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃中，TiO2可以是它們玻璃體系的組成部分。例如，TiO2與SiO2之間可以形成范圍很廣的玻璃。在堿質-氧化鈣-二氧化硅體系的工業玻璃中，TiO2可以發揮與Al2O3成分相同的作用，即不僅降低脫玻作用，強化玻璃作用，同時還可以降低液相線溫度。在Na2O-TiO2-SiO2體系中，添加20%的TiO2仍可保持該體系的透明玻璃狀態。在Na2O-TiO2-B2O3體系中，玻璃化范圍限于高B2O3含量、低TiO2含量的成分區域。而在另一方面，在鈦成分含量高的硅酸鹽、硼酸鹽的體系中，如果堿性離子（包括堿金屬、堿土金屬離子）不足以平衡（Ti-O6/2）2-電荷，那么此時的酸性玻璃相中的Ti4+與Si4+將對O2-陰離子展開競爭，析出金紅石。此外，如果存在較多其它具有中間類型特點的陽離子（如Zn2+、Al3+、Mg2+等），此時的TiO2也容易析出適宜粒度的金紅石，造成白色的高乳濁性。在早已研發成功并且形成市場產品的Li2O-Al2O3-SiO2體系和MgO-Al2O3-SiO2體系微晶玻璃中，加入一定量的TiO2則起著晶核劑的作用。對于前者，TiO2晶核劑最佳添加量為3%~4%，微晶相為鋰輝石和鋰霞石；對于后者，TiO2晶核劑的添加量為7%~15%，微晶相為堇青石、金紅石。從晶出的這些微晶相表明，鋰霞石、鋰輝石、堇青石的晶格常數與金紅石的晶格常數相差不超過15%，這證明了晶核劑對這兩個體系的微晶玻璃的成核、晶化的控制作用。