陶瓷巖板燒成工藝對紅色滲花墨水發(fā)色的影響

潘超憲 楊慶霞 車 柳 戴懷方 古戰(zhàn)文 鄧江文

（1 江西和美陶瓷有限公司；2 東莞市唯美陶瓷工業(yè)園有限公司）

0 引言

采用噴墨打印機將具有圖案效果的滲花墨水覆蓋到坯體表面，墨水在坯體上滲透并形成0.3～2mm 厚度的墨水裝飾層，高溫燒成后經(jīng)拋光工序，形成具有豐富圖案效果的拋光產(chǎn)品，相比傳統(tǒng)拋光磚，其圖案紋理豐富，色域?qū)挘b飾性能明顯提高；相比全拋釉產(chǎn)品，噴墨滲花產(chǎn)品具有拋光磚表面硬度高的特性。噴墨滲花產(chǎn)品兼顧產(chǎn)品呈色豐富、表面硬度高，在陶瓷巖板新品類開發(fā)及研究上也備受期待[1-3]。

陶瓷生產(chǎn)中，與坯釉料相匹配的窯爐燒成制度，才能獲得優(yōu)良的陶瓷制品。陶瓷巖板生產(chǎn)，通常采用快速燒成工藝，合理的燒成溫度曲線、燒成氣氛、燒成壓力可以保證高品質(zhì)的陶瓷巖板，另一方面，噴墨滲花墨水在釉料中的呈色能力，不僅取決于配方的優(yōu)化，也受燒成制度的影響，特別是紅色滲花墨水的紅色在釉料中的燒成狀態(tài)，決定著墨水發(fā)色的深淺和紅色調(diào)純正度。本試驗通過研究溫度制度中燒成溫度、保溫時間、冷卻方式對紅色滲花墨水在噴墨滲花釉料中呈色的影響，探索利于噴墨滲花紅色發(fā)色溫度制度，為噴墨滲花陶瓷巖板燒制提供窯爐燒成建議。

1 實驗

1.1 實驗原料及主要儀器設(shè)備

1.1.1 陶瓷巖板坯體化學(xué)成分

以高白球土、水泥高嶺土、鉀鈉砂、霞長石等為坯體原材料，根據(jù)陶瓷巖板產(chǎn)品強度、白度、切割性能等要求完成配方實驗，陶瓷巖板坯體燒后白度檢測為60 度，產(chǎn)品斷裂模數(shù)55～60MPa，切割性能良好，根據(jù)實驗結(jié)果并優(yōu)化出最佳坯體配方，見表1。

表1 坯體粉料的化學(xué)組成 （wt%）

1.1.2 噴墨滲花面釉化學(xué)成分

噴墨滲花釉主要實驗原料為粘土礦物（高嶺土）、長石類礦物（鉀長石、鈉長石、鋰瓷石）、增色材料（納米二氧化硅、二氧化鈦）、增白劑（硅酸鋯、煅燒氧化鋁），結(jié)合坯釉匹配性及陶瓷巖板窯爐燒成制度，通過實驗獲得色域較寬、呈色相對穩(wěn)定、滿足物化性能檢測的最優(yōu)配方，見表2。

表2 最優(yōu)配方

1.1.3 紅色滲花墨水主要成分

紅色滲花墨水主要成分為異辛酸鐵（C24H45FeO6）。研究表明異辛酸鐵經(jīng)過煅燒后反應(yīng)生成Fe2O3，使墨水呈現(xiàn)紅色，納米二氧化硅能夠增強Fe2O3高溫呈色能力，其作用機理是：摻入納米二氧化硅后，反應(yīng)生成的Fe2O3被包裹于納米二氧化硅堆積所形成的孔隙中，隨著溫度的升高二氧化硅表層逐漸熔融黏連在一起，形成一層玻化膜從而對包裹的Fe2O3起到保護作用[4-7]。

1.1.4 主要儀器設(shè)備

主要儀器設(shè)備見表3。

表3 主要儀器設(shè)備

1.2 實驗設(shè)計

在噴墨滲花面釉球磨達到細度后，放漿陳腐，采用0.7mm 厚度刀口的刮釉器勻速均勻地在清潔的坯面上布釉。以噴墨方式進行印花，為減少實驗誤差，利用100%設(shè)計灰度噴印12 次（理論噴墨量為306.48g/m2），置于梯度爐中，設(shè)置不同燒成溫度制度進行實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒成溫度對釉面質(zhì)量與紅色墨水呈色的影響

將 燒 成 溫 度 設(shè) 置 為1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，升溫速率設(shè)置為0～900℃升溫速率為15℃/min，900℃以上升溫速率為10℃/min，保溫15 分鐘，采用隨爐冷卻的冷卻方式，研究燒成溫度對釉層質(zhì)量、紅色墨水呈色的影響。

2.1.1 燒成溫度對釉面質(zhì)量的影響

從表4 可知，燒成溫度在1050～1150℃時，隨著燒成溫度的升高，坯體內(nèi)部低莫來石新相形成增多，液相也不斷增加，坯體孔隙率減小，坯體致密度提高。這個溫度階段區(qū)間，坯體吸水率隨燒成溫度提高而降低；當燒成溫度大于1150℃時，晶粒異常長大，晶粒間產(chǎn)生氣孔，同時液相增加，氣孔就來不及排出燒結(jié)體，導(dǎo)致坯體膨脹產(chǎn)生更多氣孔。

表4 不同燒成溫度對應(yīng)的釉層質(zhì)量

噴墨滲花面釉層在燒成溫度1050～1150℃時，釉面的平整度不斷提高，釉層能更好地滲入坯體層，與坯體的結(jié)合更加緊密，當燒成溫度提高到1200℃時，釉層玻璃相增加，光澤度提高，而由于配方中游離石英含量較高，高溫粘度較大，釉層高溫排氣受阻，釉面出現(xiàn)針孔及類似痱子狀的小閉口泡，繼續(xù)提高燒成溫度，針孔變大，閉口泡變大或呈火山口狀，釉面平整度變差。

2.1.2 燒成溫度對紅色墨水呈色的影響

圖1 是釉面在不同燒成溫度下的XRD 圖，加熱到1050℃，釉中的晶體為鉀長石（KAlSi3O8）、石英（SiO2）和少量的霞石（NaAlSiO4）。晶體的衍射峰隨加熱溫度的升高而減弱，說明晶體逐漸熔解。加熱到1200℃，長石和霞石幾乎全部熔解在釉中，僅有少量的石英晶體殘留。依據(jù)圖1 中不同溫度下燒成效果，紅色墨水隨溫度變化呈色變化較大，但根據(jù)XRD 圖，并沒有出現(xiàn)Fe2O3晶體衍射峰，主要原因是，燒成后釉層中鐵含量比較低，無法檢測出Fe2O3晶體。

圖1 不同燒成溫度下釉面的XRD 圖

圖2 為紅色墨水Lab 值隨溫度變化趨勢圖，可以看出紅色墨水在燒成溫度低于1200℃時，表征紅色調(diào)和黃色調(diào)的a 值和b 值隨燒成溫度升高而增加，在燒成溫度低于1150℃時，明亮度L 隨溫度升高下降，顏色變深。燒成溫度在1150℃時，釉面燒結(jié)程度最佳，釉層致密。在滲花釉料燒成范圍內(nèi)，溫度越高，紅色滲花墨水的呈色能力越強。

圖2 紅色墨水Lab 值隨溫度變化趨勢圖

當燒成溫度超過1150℃時，明亮度L 提高，說明紅色墨水變淺，并且隨著燒成溫度的不斷提高，紅色滲花墨水的紅色調(diào)減弱，黃色調(diào)加深，紅色滲花墨水由棕紅變?yōu)樽攸S調(diào)，色域變窄。

2.2 保溫時間對釉面質(zhì)量與紅色墨水呈色的影響

根據(jù)以上實驗結(jié)論，選擇最佳燒成溫度1150℃，高溫保溫時間分別為0、15min、30min、45min，采用隨爐冷卻的冷卻方式，研究不同保溫時間對釉層質(zhì)量、紅色墨水呈色的影響。

2.2.1 保溫時間對釉面質(zhì)量的影響

通過表5 可發(fā)現(xiàn)，在燒成溫度為1150℃，當不進行保溫時，高溫反應(yīng)沒有完全進行，釉面呈生燒狀態(tài)，表面粗糙，隨著保溫時間不斷延長，釉層進行更充分的反應(yīng)，釉層光澤度提高，保溫時間超過30 分鐘，釉層氣泡增加，開始出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。

表5 不同保溫時間對應(yīng)的釉層質(zhì)量

2.2.2 保溫時間對紅色滲花墨水呈色的影響

圖3 為紅色墨水Lab 值隨保溫時間變化的趨勢圖。由圖可知，在1150℃燒成溫度下，保溫時間越長，明亮度L 降低，紅色滲花墨水在滲花釉料中的呈色越深，在色調(diào)上，表征紅調(diào)a 值增幅減弱，黃調(diào)b 值增幅不變。保溫時間越長，紅色滲花墨水顏色越深，色調(diào)由棕紅趨于棕黃。

圖3 紅色墨水Lab 值隨保溫時間變化的趨勢圖

2.3 冷卻方式對釉面質(zhì)量及紅色墨水呈色的影響

選擇最佳燒成溫度1150℃，高溫保溫時間分別為0、30min、45min，當滲花產(chǎn)品完成高溫保溫階段后，從梯度爐中取出置于室溫中冷卻，研究不同冷卻方式對釉層質(zhì)量和紅色墨水呈色的影響。

從表6 可知，在相同的保溫條件下，室溫急冷釉面氣孔及小痱子等現(xiàn)象比隨爐冷卻時少，在燒結(jié)狀態(tài)下時，室溫急冷光澤度更低，表面也更粗糙。

表6 不同冷卻方式對應(yīng)的釉面質(zhì)量

通過表7 與表8 對比可知，隨爐冷卻時，紅色滲花墨水在不同保溫時間下梯度間色差分別為10.48、2.65，急冷時分別為3.51、1.74。使用急冷方式時，不同保溫時間之間，紅色色差更小。在色調(diào)方面，隨爐冷卻方式的紅色墨水呈棕黃調(diào)，急冷呈棕紅調(diào)，急冷方式下，紅色墨水紅色呈色更純正。

表7 隨爐冷卻時紅色墨水呈色

表8 室溫急冷時紅色墨水呈色

3 結(jié)論

⑴與釉料相匹配的燒成溫度可以使紅色墨水呈色深、色調(diào)純，當燒成溫度使釉料處于生燒或者過燒狀態(tài)時，紅色墨水呈色較弱，在合適的范圍內(nèi)，隨著溫度越高，燒結(jié)程度越好，紅色墨水呈色能力越強。實驗中，最佳燒成溫度為1150℃，由于釉料中SiO2含量較高，高溫粘度較大，燒成溫度過高時，釉層排氣受阻，產(chǎn)生痱子針孔等釉面缺陷。

⑵1150℃的燒成溫度下，一定保溫時間內(nèi)，隨保溫時間延長紅色加深，當保溫時間超過30 分鐘時，滲花墨水色調(diào)由棕紅趨于棕黃。

⑶在同等保溫條件下，室溫急冷釉面氣孔及小痱子等現(xiàn)象比隨爐冷卻時少，室溫急冷光澤度更低，表面也更粗糙；同時采用急冷方式，有利于紅色墨水呈色的純度和穩(wěn)定，相比急冷方式，隨爐冷卻方式的紅色墨水呈棕黃調(diào)。