蓄能發(fā)光陶瓷釉料研發(fā)分析

梁耀龍

摘要：蓄能性發(fā)光陶瓷釉料在遇到可見光等一系列光源時(shí)，能夠?qū)⒐庠吹墓饽芊e蓄起來(lái)，在光源撤離且面對(duì)黑暗時(shí)，蓄能性發(fā)光陶瓷釉料便可以通過(guò)緩慢釋放積蓄的光能來(lái)生成熒光現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)蓄能性發(fā)光陶瓷釉料展開分析，并結(jié)合實(shí)際對(duì)陶瓷釉料的研發(fā)提出個(gè)人看法，希望為關(guān)注蓄能性發(fā)光陶瓷釉料的人群帶來(lái)參考。

關(guān)鍵詞：蓄能發(fā)光;陶瓷釉料;釉料研發(fā)

引言：

蓄光材料可以在軍事、交通等各個(gè)行業(yè)中應(yīng)用。在緊急避險(xiǎn)時(shí)，蓄光材料更是能夠通過(guò)熒光來(lái)為人們提供前進(jìn)的方向。通過(guò)將蓄光材料應(yīng)用在陶瓷釉料的研發(fā)中，則能夠在節(jié)約電能的同時(shí)提高裝飾美觀性。因此，有必要對(duì)蓄光陶瓷釉料進(jìn)行研究。

一、陶瓷釉料分析

陶瓷釉料是生產(chǎn)制造陶瓷產(chǎn)品的重要材料，高端陶瓷釉料能夠大幅提高陶瓷產(chǎn)品的美觀性。截止于2021年，我國(guó)陶瓷礦物原料的年消耗已經(jīng)達(dá)到2.5億噸，多數(shù)日用、衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品都屬于上釉產(chǎn)品，隨著陶瓷釉料總體需求的不斷增加，陶瓷釉料的產(chǎn)量、品種同樣在不斷豐富。生產(chǎn)廠家完全可以根據(jù)產(chǎn)品特征以及生產(chǎn)需求來(lái)制造出具有不同特性的陶瓷釉料，而蓄能發(fā)光陶瓷釉料作為兼顧美觀性與環(huán)保性的陶瓷釉料，得到了人們的廣泛關(guān)注。

在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，全新材料的出現(xiàn)意味著設(shè)計(jì)、生產(chǎn)領(lǐng)域的優(yōu)化，而陶瓷釉料種類的豐富則更是為現(xiàn)代陶藝創(chuàng)作提供了思路，釉料的性能以及藝術(shù)氣息能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供靈感，對(duì)釉料特性的探索成為了吸引人們的關(guān)鍵，陶瓷釉料本身便具有無(wú)限潛能，優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員甚至在選擇釉料時(shí)會(huì)將多種類型的釉料組合交替使用。不同釉料的特性各有不同，例如鍶釉便具有燒成范圍寬、溫度低的特征，鍶釉可以在燒成結(jié)束后生成具有光澤的表面。因?yàn)殒J釉的性能較為優(yōu)越，所以鍶釉是制作無(wú)鉛釉的優(yōu)質(zhì)材料。而且因?yàn)殒J釉并不會(huì)對(duì)色料造成不利影響，所以還能夠與釉下色劑一同進(jìn)行使用。施釉可以用來(lái)生產(chǎn)低膨脹坯體，一次燒成釉則能夠用來(lái)制作大型陶瓷，因此要結(jié)合陶瓷產(chǎn)品需求的不同來(lái)完成對(duì)釉料的研發(fā)與利用。

二、鋁酸鍶基發(fā)光材料分析

蓄能發(fā)光就是在日光以及其他可見光的照射下發(fā)光，并且能夠在光源撤離后仍然保持一定時(shí)間發(fā)光狀態(tài)的物理現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)蓄能發(fā)光進(jìn)行分析，能夠有效降低電能消耗。本次研究中使用的發(fā)光材料為A公司生產(chǎn)的蓄能發(fā)光粉，該發(fā)光粉以酸鍶為核心基體，具有初始亮度高、余輝久的特征，而且該發(fā)光材料沒(méi)有放射性毒害，能夠保證性能穩(wěn)定。發(fā)光粉作為多種鋁酸鹽成分的混合體，其中包含的結(jié)晶并不完全，在大晶體上附著的小晶體更亮，因此小晶體與大晶體存在較為明顯的差異性，但是因?yàn)殇B含量相對(duì)較少，所以晶體差異無(wú)法在X射線與SEM模型中正常反映出來(lái)。

陶瓷釉料所使用的原材料需要按照配方來(lái)進(jìn)行合成，按照配方稱取的原材料在混合結(jié)束后需要放在熔塊爐中進(jìn)行高溫熔化，并在水淬、烘干后制備成為熔塊。通過(guò)將陶瓷熔塊、發(fā)光粉以及其他材料稱量取出后，需要將材料融入球磨機(jī)進(jìn)行研磨，研磨比例大致為：料∶球∶水=1∶2∶0.6～0.7，當(dāng)陶瓷釉料與坯體結(jié)合后，便可以開展燒制處理。在針對(duì)陶瓷釉料進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以選擇利用X射線衍射儀、能譜分析儀來(lái)開展對(duì)釉層以及各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)定。

三、蓄光陶瓷釉料發(fā)光影響因素分析

（一）陶瓷釉料微觀結(jié)構(gòu)與發(fā)光原理分析

發(fā)光陶瓷釉料的發(fā)光材料以結(jié)晶體的方式出現(xiàn)，陶瓷釉料結(jié)晶體的衍射峰能夠與發(fā)光粉保持吻合，這意味著釉料在燒制期間，發(fā)光材料以及釉料在成分上并沒(méi)有出現(xiàn)劇烈化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)針對(duì)陶瓷釉料進(jìn)行顯微、能譜分析，同樣可以判斷發(fā)光材料在陶瓷釉料中能夠以晶體狀態(tài)出現(xiàn)，這代表陶瓷釉料的發(fā)光源自于銪激活的鋁酸鍶晶體，陶瓷燒制階段并不會(huì)對(duì)發(fā)光晶體造成損傷。

經(jīng)過(guò)銪激活后的鋁酸鍶晶體在吸收到足夠能量之后便會(huì)發(fā)光，這是因?yàn)殇B在鋁酸鍶結(jié)構(gòu)中，亞穩(wěn)態(tài)電子將會(huì)在外力影響下激發(fā)，而當(dāng)外界能量消失后，被激發(fā)的電子就將會(huì)重新進(jìn)入亞穩(wěn)基態(tài)并通過(guò)發(fā)光的方式來(lái)持續(xù)發(fā)出能量。需要注意的是，銪激活的發(fā)光晶體能夠隨鋁酸鍶晶體結(jié)構(gòu)變化改變發(fā)光強(qiáng)度與余輝持續(xù)時(shí)間。

（二）釉組成與發(fā)光效果的關(guān)聯(lián)

發(fā)光粉與陶瓷釉料需要將發(fā)光粉標(biāo)準(zhǔn)試樣的亮度作為相對(duì)亮度的參考。發(fā)光粉在與不同材料組成發(fā)光釉之后，其亮度存在非常大的差異。而且發(fā)光釉的初始亮度相較發(fā)光材料將會(huì)出現(xiàn)下降，這是因?yàn)楦邷責(zé)茖?huì)初始部分顆粒細(xì)膩的發(fā)光結(jié)晶體會(huì)與釉熔體融合。在陶瓷釉料燒制期間，若釉料中的氧化鈉含量相對(duì)較高，就會(huì)影響到釉的發(fā)光效果，這是因?yàn)殁c具有溶劑作用，能夠在一定程度上對(duì)發(fā)光材料晶體結(jié)構(gòu)造成破壞。

氧化鋁以及氧化鍶含量提高將會(huì)強(qiáng)化釉的發(fā)光效果，這是因?yàn)槿垠w內(nèi)部AL+3與SR+2濃度偏低時(shí)，發(fā)光材料將有可能被熔解，此時(shí)AL+3與SR+2便有可能融入熔體。而在AL+3與SR+2濃度增加之后，就能夠在一定程度上對(duì)發(fā)光基體熔解進(jìn)行制約，進(jìn)而促進(jìn)發(fā)光效果。與此同時(shí)，因?yàn)榘l(fā)光釉往往需要加入大量的發(fā)光粉，所以當(dāng)基礎(chǔ)釉中存在相對(duì)較多的氧化鋁與氧化鍶時(shí)，則有可能因?yàn)槭竼?wèn)題而影響到發(fā)光體的正常發(fā)光，所以在燒制蓄光陶瓷釉料時(shí)，應(yīng)該注意將氧化鋁與氧化鍶含量控制在合理范圍內(nèi)。對(duì)于發(fā)光釉料而言，氧化硼有助于提高釉料的初始亮度以及余輝持續(xù)時(shí)間，所以還可以適當(dāng)加入氧化硼來(lái)保證陶瓷釉料的燒制效果。通過(guò)針對(duì)多種不同的釉料配方進(jìn)行對(duì)比，需要從發(fā)光強(qiáng)度、成本、余輝等各個(gè)因素出發(fā)來(lái)決定釉料配方，找出性價(jià)比相對(duì)較高的釉料配比方式，進(jìn)而保證陶瓷釉料的燒制效果。

（三）釉料燒成條件對(duì)發(fā)光的影響

陶瓷釉料在燒成條件發(fā)生改變后，發(fā)光效果往往存在非常大的差異性，當(dāng)燒成溫度相對(duì)較低時(shí)，燒制成的釉面相對(duì)比較暗淡，而且釉料組分將會(huì)遮蓋發(fā)光，并影響到發(fā)光質(zhì)量。在燒成溫度相對(duì)較高時(shí)，發(fā)光材料將會(huì)被破壞，此時(shí)的發(fā)光材料很難呈現(xiàn)出應(yīng)有的發(fā)光效果。需要注意的是，在燒制陶瓷釉料期間，快速燒成能夠在一定程度上提高發(fā)光釉的發(fā)光質(zhì)量。對(duì)于陶瓷釉料而言，不僅燒成溫度、升溫速度會(huì)對(duì)發(fā)光質(zhì)量造成影響，燒成氣氛同樣會(huì)影響到發(fā)光效果，在氧化氣氛下燒制的陶瓷釉料，將會(huì)因?yàn)檠趸饔枚鴮?dǎo)致部分發(fā)光材料中的銪元素轉(zhuǎn)變成為三價(jià)銪，而三價(jià)銪則無(wú)法在鋁酸鍶基體中正常發(fā)光。通過(guò)對(duì)燒成溫度進(jìn)行控制，能夠有效提高陶瓷釉料的發(fā)光效果。

四、蓄光陶瓷釉料研發(fā)

蓄光陶瓷釉料作為環(huán)保裝飾材料，不僅顏色、種類繁多，其適用范圍同樣非常廣泛，合理利用蓄光陶瓷進(jìn)行裝飾，能夠通過(guò)美麗的發(fā)光效果來(lái)營(yíng)造出良好的環(huán)境氛圍。在研發(fā)蓄光陶瓷釉料時(shí)，可以選擇利用三次設(shè)計(jì)（系統(tǒng)、參數(shù)、容差設(shè)計(jì)）的田口方法來(lái)保證研發(fā)效果。這種設(shè)計(jì)模式的主要優(yōu)勢(shì)在于成本控制，在不提高成本的同時(shí)，有效縮短蓄光陶瓷釉料的研發(fā)周期，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)工作的整體優(yōu)化。田口方法其本質(zhì)就是一種穩(wěn)健設(shè)計(jì)（健壯性設(shè)計(jì)）模式，田口方法設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)性能對(duì)制造期間的波動(dòng)變化并不敏感，即便零部件在持續(xù)使用中將會(huì)逐漸老化，但是系統(tǒng)在使用壽命內(nèi)依然能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此田口方法能夠從根本對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，例如田口方法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)蓄光陶瓷釉料，能夠促使蓄光陶瓷釉料大批量生產(chǎn)變得更加穩(wěn)定。

（一）蓄光陶瓷釉料制造工藝設(shè)計(jì)

在利用田口方法對(duì)釉料制造工藝進(jìn)行分析之前，需要保證蓄光陶瓷釉料在滿足較為基礎(chǔ)的發(fā)光能力的同時(shí)，釉料內(nèi)部不存在鐵、一氧化碳等能夠?qū)е掳l(fā)光粉淬滅的元素。在研發(fā)蓄光陶瓷釉料的過(guò)程中，陶瓷外觀以及初始亮度是需要優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要質(zhì)量特性，陶瓷外觀可以結(jié)合瓷磚外觀要求來(lái)進(jìn)行綜合分析。蓄光陶瓷釉料的發(fā)光指標(biāo)為初始亮度以及余輝衰減時(shí)間，但是因?yàn)橛噍x檢測(cè)非常耗時(shí)，因此需要在滿足日常夜晚余輝衰減的情況下重點(diǎn)對(duì)初始亮度進(jìn)行考察。需要注意的是，因?yàn)樾罟馓沾捎粤显跔t內(nèi)不同的位置處所面對(duì)的燒制溫度存在差異性，所以應(yīng)該注意對(duì)誤差的控制。蓄光陶瓷釉料的試樣外觀能夠呈現(xiàn)出望大特性，在初始亮度符合余輝衰減時(shí)間后，同樣能夠表現(xiàn)出望大特性。由于樣品只有同時(shí)滿足一定條件才能夠保證樣品合格，所以初始亮度與余輝衰減對(duì)信噪比有同樣的權(quán)重。通過(guò)將兩者的信噪比取絕對(duì)值，就可以利用田口方法來(lái)處理不同方案外觀以及初始亮度的信噪比，通過(guò)利用方差分析，能夠從多個(gè)試樣方案中確定最佳蓄光陶瓷釉料制造工藝。在確定制造方案時(shí)，要根據(jù)方差分析結(jié)果來(lái)確定顯著因素，而不顯著因素則要從其他理化性能以及成本角度來(lái)進(jìn)行考量，兩種因素明確后方能確定可控的最佳工藝。

（二）田口方案下的蓄光陶瓷釉料制造工藝分析

相較于傳統(tǒng)制造工藝而言，田口方案能夠針對(duì)多種陶瓷制造工藝進(jìn)行對(duì)比并優(yōu)化。顯著因素指的是陶瓷釉料種類以及釉的表層施釉方法，通過(guò)田口方案擇優(yōu)選擇顯著因素，能夠有效降低產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，進(jìn)而提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。而其他不顯著因素則能夠在選取時(shí)要注意降低制造成本，因此田口方法是一種能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)方法。

結(jié)論：總而言之，蓄能發(fā)光陶瓷釉料能夠在光源照射中積蓄能量，并在光源消失后發(fā)光，因此相較于普通陶瓷釉料具有更強(qiáng)的功能性與美觀性，通過(guò)對(duì)蓄能發(fā)光陶瓷釉料進(jìn)行研究，能夠?yàn)樘沾捎粤蠈?shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保發(fā)展提供幫助。相信隨著更多人了解蓄能發(fā)光陶瓷釉料的優(yōu)勢(shì)，蓄能發(fā)光陶瓷釉料一定會(huì)變得更好。

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