提高陶瓷色料高溫穩定性的研究

張慧娟 王美蘭 徐和良

摘 要 本文介紹了陶瓷色料制備的現狀，通過研究幾種具有代表性的色料在釉中的發色機理以及色料的合成反應機理，并利用XRD、DTA、TG等分析手段，結合實際生產經驗，研究探討了提高色料高溫穩定性的途徑。

關鍵詞 高溫穩定性；陶瓷墨水；鋯英石系色料；尖晶石系色料；反應活性；燒成制度

0 前 言

近年來，隨著陶瓷噴墨打印技術的廣泛應用，國內涌現了一批陶瓷墨水的生產企業，無疑對傳統色釉料生產企業帶來了巨大的沖擊。傳統色釉料企業轉型升級迫在眉睫，江蘇拜富科技有限公司在市場大潮中也迎來了一次新的技術革命。一方面，我們成功開發出陶瓷墨水顏料系列產品，目前已與多家有實力的優秀陶瓷墨水生產企業建立了良好的合作關系，向陶瓷墨水廠家供應優質墨水顏料。另一方面，傳統的陶瓷色料將始終作為我們的拳頭產品，通過產品的更新換代、品質升級，服務于市場，保持穩定的市場份額。提高色料產品品質，高溫發色強度及穩定性就是一個重要指標。本文對提高陶瓷色料的高溫穩定性的途徑與方法進行了研究與探討。

1 國內外陶瓷色料的研究現狀

我們通常所說的陶瓷色料分為坯用色料和釉用色料兩大類。陶瓷色料是裝飾陶瓷產品的外衣。它與陶瓷產品的胎體及釉料緊密結合為一體，發揮著裝飾美化日用、建筑、衛生陶瓷產品的作用，從而使陶瓷產品形成五彩繽紛的外觀。已故的俞康泰教授曾經講過，陶瓷色料實際上可以講是一種邊緣科學，其中又涉及到其他相關學科，如色彩學，陶瓷物理化學及工藝學方面的問題。陶瓷色料的相關研究成果公開的相對少些。目前我們國內的產品品質與國外的領先產品相比還存在較大的差距，這就更加要求我們從事陶瓷色料研發的人員多做研究，開發出更高品質的陶瓷色料產品，使傳統陶瓷色料在陶瓷噴墨墨水廣泛使用的今天還有它的存在價值。

2 陶瓷色料發色機理的研究情況

任何一種色料要得到廣泛的應用，都必須具備兩個基本條件：一個是呈色的穩定性要好；另一個是呈色能力要強。呈色能力不只是一個呈色強度的問題，它還有一個光澤度高低的問題。此外不同色料的混溶性也很重要，混溶性好就可以制備多種調和色，應用范圍就大大擴大。通常我們要求制品燒成時，在高溫和腐蝕性環境下色料的呈色必須穩定。盡管色料的顆粒很小，但要求它在玻璃相中的溶解度越低越好，并要求它不與熔融物質發生反應而放出氣體；色料在高溫應不分解，也不應形成其他新的化合物。這些要求將色料限制在少數幾種范圍內，它們自身能反應完全，形成穩定的礦物，但對分散介質卻是惰性的，只有這樣才能保證呈色穩定。

鋯英石系色料合成的基本機理在于著色離子在礦化劑的作用下，在SiO2和ZrO2合成ZrSiO4的過程中進入ZrSiO4晶格。

尖晶石類色料是以尖晶石作為主要組成礦物的一類色料。尖晶石的化學通式是AB2O4，它又可分為兩種，一種是A為+2價金屬陽離子，B為+3價金屬陽離子；另一種為A為+4價金屬陽離子，B為+2價金屬陽離子。尖晶石類化合物還以（A1A2）（B1B2）2O4那樣的復合形式出現。此外，有的A和B的比例不一定為1：2，其結構更加復雜，稱為不完全尖晶石。

3 提高陶瓷色料高溫穩定性的途徑

3.1原材料的反應活性

以鐠黃為例，選A、B、C三種氧化鋯，D、E、F三種石英，其他原材料作為不變因素，進行L9（23）正交試驗。

結果發現原材料粒度分布越窄，粒度越細的兩種原材料配合在一起使用時合成的鐠黃發色越強，說明原材料的反應活性強合成的色料發色強，試驗中AF小樣發色最好。（試驗中使用1 300℃日用瓷高溫基釉）

3.2礦化劑的合理使用

我們按照鋯英石的理論配比，將A氧化鋯與F石英充分混合均勻，我們將此料做差熱分析，通過圖1的DTA曲線（藍色）我們看到曲線的變化不明顯，幾乎沒有放熱的過程，我們理解為單純的氧化鋯與石英很難合成鋯英石。所以礦化劑的合理使用在鋯系色料中是必須的，也是很重要的。

3.3燒成制度的確定

取正交試驗中發色最強的AF試樣的生料，使用熱重儀進行熱重（TG）及差熱分析（DTA）（見圖2）。

通過對兩種曲線的分析，我們可以看到600℃～1 000℃之間的DTA曲線（藍色），呈向上的拋物線，某種程度上理解為一個緩慢的放熱過程，分析認為是鋯英石的合成過程。

以DTA曲線分析為依據，制定更加合理的燒成制度，試驗中對燒成制度的研究，包括升溫速率，保溫時間。我們在鋯英石合成的溫度區間內降低升溫速率，使合成的晶體數量增多，結構也更穩定。適當的延長保溫時間，使合成的色料晶體發育更加充分，色料結構更穩定，高溫穩定性也就更好。

3.4 SEM分析

選取實驗中合成的兩個樣品做掃面電子顯微鏡（SEM）分析，一個為發色最好的AF樣，另外一個為發色差一些的AB樣。通過SEM圖片我們可以清晰地看到圖3中樣品AF的晶體結構完整、有序，而圖4中AB樣晶體結構不完整、雜亂、形狀大小不一。 3.5 XRD分析

選擇與SEM分析同樣的兩個樣品AF及AB，進行XRD圖譜分析。通過圖譜分析我們知道，上述兩樣品合成的晶體都是硅酸鋯晶體。通過與標準卡片對比，我們可以清楚的看到，AF樣品的三大主衍射峰與硅酸鋯的衍射圖譜對應的更加吻合，而且圖5中可以看出AB樣品的雜峰要多些，說明AF樣品合成的硅酸鋯晶體更加完整穩定。

4 結 論

本文以鐠黃為例，粗淺地討論了提高色料高溫穩定性的途徑。試驗中利用先進的檢測儀器做了相關的分析測試，得出了以下結論：

（1）原材料細度越細，粒度分布越窄，材料的反應活性越強，越有利于色料的發色。

（2）配方組成直接決定合成晶體的結構，合理的配方設定是色料生產中的重中之重。

（3）色料配方中的礦化劑的選取也很重要，不是所有色料都需要用到礦化劑，但鋯系色料合成中礦化劑的作用尤為重要，礦化劑種類與數量的選擇直接影響色料的合成效果。

（4）不同體系色料的反應機理不同，相應的合成溫度與升溫曲線也都不同，因此制定最佳的燒成制度對于每一種色料產品都是至關重要的。