幾種添加劑對棕紅色料燒成的影響

張天杰 廖仲恩

摘 要：本文基于本廠生產條件，以探究為目的系統對比了幾種色料添加劑對棕紅色色料燒成的影響，包括燒成溫度、發色、燒結狀態等，在保持發色強度一致的前提下，達到降溫燒成的目的，減少燃料成本，節省時間成本，便于轉產的同時還消除因轉產導致的過渡誤差。

關鍵詞：色料添加劑;燒成溫度;發色;燒結狀態

1 前 言

大量實驗表明，由Cr2O3、Fe2O3、ZnO組成的棕紅色料為尖晶石型結構，若采用固相法生產，其合成溫度通常在1250～1400℃之間，有時為了保證色料充分合成還需進一步提高溫度。若能通過外加添加劑達到降溫燒成的目的，則能明顯減少燃料成本及轉產的時間成本，對連續生產及產品質量的穩定都有著很大的實際意義。

2 實驗部分

本文試用以下幾種添加劑：KCl、H3BO3、Ba（NO3）2。配方中的主要原料Cr2O3、Fe2O3及ZnO均325目全過無篩余。

鉻鐵鋅尖晶石的理論組成為ZnFexCr2-xO4，取x=1可得ZnFeCrO4，本組實驗將以此組成作為基本配方，按照其組成可算得質量配比如表1。

2.1 實驗結果的呈現

本文的實驗結果是以色料在墨水中的發色強度為標準，檢測用釉采用啞光釉，以下是色料及墨水的制備流程。

色料制備：配料→混料→裝缽→燒成→破碎→打粉→過篩→成料。

墨水制備：將色料與有機溶劑按固定比例混合，投入實驗砂磨機，將粒徑研磨至D50=0.5μm，在啞光釉上絲網印花檢測發色。

2.2 添加劑種類的探討

2.2.1 氯化鉀

在隧道窯1250℃，保溫4h條件下，樣品燒成狀態如表2。

樣品在啞光釉中的具體色差值如表3。

結果分析如下：

隨著KCl外加量從0.5%至3.0%，色料的燒結程度、外觀以及制成墨水的發色均有著對應關系。其中，外加量在0.5%～1.5%范圍內，其燒結程度、外觀及墨水發色均無明顯變化;提高至2.0%時，色料略微變硬，外觀開始泛黃，黃值也有所上升，意味著發色變差;而提高至3.0%時變化更明顯，此時黃值已明顯上升，雖然紅值也有所上升，但亮度值變大，飽和度值a/b明顯降低，即顏色變淺，發色變差，可以認為此時的色料已過燒。

猜測原因是KCl用量過多時，晶體合成過程液相產生太早太多，保溫過程對完好晶體產生熔蝕，反而破壞了晶體結構導致發色強度變弱。取樣品1-0及1-5作SEM分析，結果見圖1、圖2。

由電鏡照片可見，無外加KCl且溫度合適時（1250℃），色料顆粒分布均勻、大小均一、形狀規則，尺寸大致為0.5～1.0μm;當KCl用量較多時，色料顆粒則呈現大小不一、邊界圓滑的特點，尺寸為1.0～5.0μm不等，多數顆粒已粘接成球型或大團聚體，基本符合之前的猜想。

據此猜測KCl是具有降低尖晶石燒成溫度的作用。為了驗證這一猜想，在同一隧道窯1180℃，保溫4h條件下重復該組樣品，得到結果見表4、表5。

結果分析如下：

（1）1-0與1-0#對比可知，無KCl的條件下，1180℃下燒得的色料相比1250℃發色較差，即溫度偏低，色料欠燒;

（2）1180℃下，KCl外加量從0增至0.5%、1.0%、1.5%，發色強度逐步提高，說明晶體合成逐步完善;

（3）KCl增至2.0%、3.0%時，發色強度變化不大，可以認為此時色料已反應完全。

（4）結合1180℃與1250℃色料的燒結程度、外觀及發色強度，我們認為KCl具有降低棕紅色料反應溫度的作用，外加量為1.5%～2.0%時，可降低燒成溫度約80℃，且能保持原有的發色強度。

2.2.2 硼酸

同樣在隧道窯1250℃，保溫4h條件下，樣品燒成狀態如表6。

墨水在釉中的色差值如表7。

由表6、表7可知，外加硼酸至一定量后，同樣地，色料逐漸過燒，發色強度逐漸變差，與KCl情況一致但效果更明顯，用量宜控制在0.2%～0.4%。

除此之外，加入硼酸還能改善釉面質量。對表7樣品進行光澤度測量，結果如表8。

硼酸用量加至0.2%～0.4%已有改善效果，用量為0.4%時，光澤度提高6.3%，繼續增加用量則光澤度進一步提高，但結合燒結狀態及發色強度考慮，用量在0.2%～0.4%為宜。

硼酸同樣具有降低色料燒成溫度的作用，其效果比KCl更顯著，用量為0.2%～0.4%時可降低燒成溫度約80℃。原因是硼酸加熱至170℃即脫水形成B2O3，而B2O3本身是很好的助熔劑，形成網絡結構，提高色料與釉料適應性，反應過程中液相生成早，達到降低燒成溫度的效果。

2.2.3 硝酸鋇

燒成制度1250℃-4 h條件下，樣品燒成狀態及墨水發色見表9、表10。

由表9、表10可知，硝酸鋇的用量最大增加至0.2%，且以上樣品各自色料外觀和墨水發色都沒有太大區別，可以認為硝酸鋇的加入對色料的發色應并無影響。但從燒結程度可以觀察到，加入一定量硝酸鋇的樣品都變得松軟了，結合墨水的發色強度并沒有變差來看，筆者并不認為這是因為硝酸鋇的加入提高了色料的燒成溫度而使得色料欠燒，而更可能是因為硝酸鋇在加熱過程中產生的氧氣使得色料內部產生大量孔隙，并且這會使得色料內部的氣體交換進行得更加徹底，反應更加充分。為驗證這一猜想，在同一窯爐的1180℃，保溫4h條件下重復以上樣品，對照1250℃樣品，結果見表11。

結果分析如下：

（1）樣品3-0與3-0#對比可知，對于正常配方，窯爐溫度從1250℃降低至1180℃后略顯欠燒，發色強度降低約5.6%;

（2）樣品3-0#與其后4個樣品對比可知，硝酸鋇的加入一定程度上能增強發色強度，但不足以彌補降溫帶來的影響;

（3）雖然硝酸鋇對發色的提升效果并不顯著，但其較大改善了色料的燒結狀態，色料呈稍微松散的狀態有利于后加工。

3 小 結

本文基于本廠生產條件，探討了幾種色料添加劑對棕紅色料發色及燒成狀態的影響，得到了一些有用的信息與結論。

（1）KCl 具有降低該棕紅色料燒成溫度的作用，用量為1.5%～2.0%時可降低燒成溫度約80℃，但用量過多會使色料顆粒粘接成球，大小不均，反而使發色強度下降。

（2）硼酸具有與KCl相似的作用，也可降低棕紅色料的燒成溫度且效果更顯著，同時還具備改善色釉料適應性，提高釉面質量的效果。

（3）硝酸鋇在加熱過程中分解產生的氣體使色料內部產生大量孔隙，色料內部氣體交換加強，反應更充分，同時可以在一定程度上降低色料硬度，便于后加工。