鈷藍(lán)結(jié)晶釉顯色機(jī)理的研究*

張譯文 邵明梁 宋來(lái)振 孔祥明 張迎君 何易龍

(濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 濟(jì)南 250022)

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鈷藍(lán)結(jié)晶釉顯色機(jī)理的研究*

張譯文 邵明梁 宋來(lái)振 孔祥明 張迎君 何易龍

(濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 濟(jì)南 250022)

本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)采用正交試驗(yàn)法研究基釉和色料配方，得到一個(gè)最佳配方。同時(shí)得出TiO2、MgO、ZnO等氧化物對(duì)鈷藍(lán)顯色的影響。鈷藍(lán)結(jié)晶釉呈色機(jī)理是離子著色。

鈷藍(lán) 結(jié)晶釉 氧化物

前言

釉是一層極薄的玻璃體，施于陶瓷坯體表面，可以改善坯體表面性能，并能提高其力學(xué)性能。結(jié)晶釉作為一種藝術(shù)釉，人們對(duì)其呈色也更加關(guān)注。

鈷是稀有元素，僅占地殼中含量的0.003%。鈷藍(lán)的主要礦物組成為尖晶石，有鮮明的色澤，著色強(qiáng)度高，適用于作為陶瓷和玻璃的色料。鈷藍(lán)在《染料索引》名稱為顏料28, 化學(xué)式可寫(xiě)成CoO·Al2O3[1]。鈷藍(lán)是一種高性能的環(huán)保無(wú)毒無(wú)機(jī)顏料，在很早以前人們便已經(jīng)開(kāi)始將鈷作為色料中的元素，用于陶瓷坯體和釉的著色。

筆者通過(guò)采用正交試驗(yàn)法，得到一個(gè)呈現(xiàn)鈷藍(lán)色的最佳基釉及色基配方。并研究了一些氧化物對(duì)鈷藍(lán)顯色的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是分式析因設(shè)計(jì)的主要方法。是一種高效、快速又經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。本實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)法，以便更加科學(xué)高效地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1.1 試樣制備

1.1.1 基釉制備

在前期大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在基釉的化學(xué)成分中將TiO2、MgO、ZnO確定為5個(gè)不同的水平，以便于采用正交試驗(yàn)研究3種氧化物含量對(duì)釉料顏色的影響。其它組成成分不變，每種成分以克(g)為單位。基釉的配方組成如表1所示。

表1 基釉配方的正交水平設(shè)計(jì)(g)

1.1.2 色基制備

尖晶石型鈷藍(lán)色料著色離子是Co2+,電子構(gòu)型為3d7,色調(diào)和著色強(qiáng)度取決于Co2+的含量和在不同配位場(chǎng)中的d軌道的電子狀態(tài)。其在不同的配位場(chǎng)中呈現(xiàn)不同的顏色,四配位Co2+呈藍(lán)色,而六配位Co2+呈紅紫色[2]。因此Co2+對(duì)鈷藍(lán)的顯色有決定性影響。

本實(shí)驗(yàn)的色基設(shè)計(jì)采用尖晶石型的CoO-Al2O3系統(tǒng)。將Al2O3和CoO含量分為5個(gè)水平，以克(g)作單位(見(jiàn)表2)。

表2 色基配方的正交水平設(shè)計(jì)(g)

1.2 實(shí)驗(yàn)燒成工藝

1.2.1 工藝流程圖

基礎(chǔ)結(jié)晶釉+色基→混合→球磨→施釉→干燥→燒成

1.2.2 工藝參數(shù)

料∶球∶水=1∶2∶0.6；

球磨時(shí)間：30 min；

球磨細(xì)度：萬(wàn)孔篩篩余在0.05%以下；

釉層厚度：比普通釉略厚，為0.3～0.5 mm。

1.2.3 燒成制度

燒成溫度由室溫25～500 ℃，所用時(shí)間為1 h；在500～950 ℃,升溫速率為300 ℃/h;950～1 150 ℃升溫速率為150 ℃/h；1 150 ℃保溫10 min,快速降溫至980 ℃,再保溫1.5 h后自然冷卻。燒成制度曲線如圖1所示。

圖1 燒成曲線圖

1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用L25(56)的正交表，共做了25組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中TiO2、MgO、ZnO、Al2O3和CoO的用量的選取如表3所示。

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(g)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 色度的測(cè)定

按照次序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用SZ-∑8O型綜合色差儀測(cè)定每組實(shí)驗(yàn)樣品的色度，并觀察樣品呈現(xiàn)的顏色，記錄每組實(shí)驗(yàn)樣品接近鈷藍(lán)色程度至實(shí)驗(yàn)結(jié)果一列，如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 正交表直觀分析

根據(jù)表4的分析結(jié)果，對(duì)每個(gè)配方進(jìn)行直觀分析，得直觀分析表，見(jiàn)表5。由表5可知，在基釉中，TiO2取3水平，即0.01 g；MgO取1水平，即5.41 g；ZnO取3水平，即3.89 g。在色基中，Al2O3取2水平，即1.24 g ；CoO取3水平，即0.67 g 。此時(shí)結(jié)晶釉能夠較完美地呈現(xiàn)鈷藍(lán)色。計(jì)算各成分在釉料中的質(zhì)量百分比，可求得最佳基釉配方，見(jiàn)表6。同理求算最佳色基配方，見(jiàn)表7。

2.2.2 基釉配方對(duì)結(jié)果的影響

基釉中的ZnO可以促進(jìn)鈷藍(lán)色料的發(fā)色，使色料更鮮艷。它在鈷藍(lán)結(jié)晶釉中可以使顏色傾向青綠色。加入一定量的ZnO可以使結(jié)晶釉呈孔雀綠。另外，在1 200 ℃以下燒成的釉中，ZnO可以提高釉的熔融性，降低釉的熔融溫度，基釉配方是不可缺少的部分。

由實(shí)驗(yàn)可知，Mg可以使色料顏色變紅，破壞鈷藍(lán)呈色。因此在基礎(chǔ)結(jié)晶釉中應(yīng)減少氧化鎂的含量。

TiO2可以使鈷藍(lán)結(jié)晶釉色調(diào)變綠。此外，它不僅是著色劑，還是良好的乳濁劑[3]。

表5 直觀分析表(質(zhì)量%)

表6 基釉配方

表7 色基配方

2.2.3 色基對(duì)結(jié)果的影響

隨著氧化鈷含量的不斷增加，Co2+的著色情況加強(qiáng)，顏色由淺藍(lán)慢慢變深；當(dāng)Co2+濃度繼續(xù)增大時(shí)，顏色會(huì)出現(xiàn)暗紫色。所以在鈷藍(lán)結(jié)晶釉中，氧化鈷的含量對(duì)色料的影響至關(guān)重要。氧化鈷含量越高，藍(lán)色越深，但是超出一定比例則會(huì)影響色料顯色。

由表5的極差分析可知，氧化鋁對(duì)鈷藍(lán)色料的影響也很大，僅次于氧化鈷。

3 結(jié)論

1)本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)正交試驗(yàn)法得出一個(gè)能夠呈現(xiàn)鈷藍(lán)色的最佳基釉配方和最佳色基配方。

2)氧化物和色料在釉料中的配合性多種多樣，不同的氧化物在不同釉料中也會(huì)有不同的發(fā)色。如ZnO可以使鈷藍(lán)結(jié)晶釉呈青綠色，Mg能使釉料變紅，TiO2可以使鈷藍(lán)結(jié)晶釉色調(diào)變綠。

3)鈷藍(lán)結(jié)晶釉主要由Co2+著色。離子濃度越強(qiáng)，顏色越深，但超出一定比例則會(huì)影響色料顯色。氧化鋁的性能對(duì)色料的影響也很大。

4)色料的細(xì)度，燒成制度等對(duì)鈷藍(lán)的顯色也存在不同的影響(此次實(shí)驗(yàn)不做研究)。

1 朱驥良,吳申年.顏料工藝學(xué)(第2版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004

2 Ekambaram S.Combustion synthesis and characterization of new class of ZnO-based ceramic pigments.Journal of Alloys & Compounds,2005,390(1～2):4～6

3 張忠銘.陶瓷色釉料.景德鎮(zhèn)陶瓷,1995(3):13～18

Research on Mechanism of Cobalt Blue Crystalline Glaze Color

Zhang Yiwen,Shao Mingliang,Song Laizhen,Kong Xiangming,Zhang Yingjun,He Yilong

(School of Material Science and Engineering,University of Jinan,Jinan,250022)

This research puts stress on the orthogonal test that can obtainan optimal formula through glaze and chromogenic agent formulation. At the same time this experimentally derived the affect of TiO2, MgO, ZnO and other oxides on a cobalt blue coloration. The coloring mechanism of cobalt blue crystalline glaze is ion colouring.

Cobalt blue; Crystalline glaze; Oxides

張譯文(1996-)，本科在讀；主要研究方向?yàn)樘沾山Y(jié)晶釉。

簡(jiǎn)介：邵明梁(1963-)，研究生，副教授；主要研究方向?yàn)樘沾捎浴⒔饘儆院歪t(yī)用烤瓷粉。*

TQ174.4+5

A

1002-2872(2016)10-0025-05