硅酸鋯在衛生陶瓷中的應用探討

王宇旭，劉溧

摘 要：硅酸鋯是現代陶瓷釉料中不可或缺的乳濁劑，其具有非常良好的耐腐蝕性、耐磨性、抗水解能力、增白能力。當前衛生陶瓷中已經十分廣泛地應用該材料。為了進一步分析硅酸鋯在衛生陶瓷中的應用及發展，本文首先對這一乳濁劑的應用優點進行總結，然后總結了其性能和應用特點，最后重點針對硅酸鋯在衛生陶瓷中的應用和發展進行探討，以期為相關工作者提供參考。

關鍵詞：硅酸鋯；衛生陶瓷；應用措施

1 硅酸鋯乳濁劑概述

多年來衛生陶瓷最為經典且長效的顏色就是潔白色，正是因此，眾多陶瓷科技工作者大力研究白色釉面，取得了一定的成績，并且部分科研成果已經有效應用于實踐中。硅酸鋯是衛生陶瓷生料乳白釉最常用的乳濁劑，其折射率在1.92-1.97之間，莫氏硬度為7.5，具有高硬度、高折射率的特點，不但能夠保證釉面的乳濁效果，還可以確保釉面具有較高的力學性能。

當前衛生陶瓷生產中最常用的釉料就是生料鋯乳濁釉，它的優點主要包括生產穩定性強、降低燒成氣氛的敏感度、減小熱膨脹系數及資源豐富等等，這些優點決定了生料鋯乳濁釉必然會成為衛生陶瓷生產的重要原材料。釉的遮蓋能力和呈色力度取決于硅酸鋯乳濁性能的好與壞，并同時對瓷釉的性能及裝飾效果產生影響， 最后也會對產品的質量和成本造成嚴重影響。釉中硅酸鋯的加入量以及乳濁性能具有直接作用的便是硅酸鋯的粒度分布。普遍認為：只有硅酸鋯顆粒越細小，所需的加入量才會越少，乳濁的效果也就更好。

2 硅酸鋯的性能及應用特點

在陶瓷釉料中納米硅酸鋯的主要特性，主要包括兩個方面：第一，硅酸鋯所特有的理化性能，主要包括：乳濁增強、增白、耐化學腐蝕、耐磨、抗水解等等。第二，納米效應的價值，取決于納米硅酸鋯的粒徑，粒徑越小，價值越高。粒徑越小，納米效應也就越強。基于此硅酸鋯也就成為了納米功能的載體（自載體）。納米硅酸鋯的特點主要包括以下幾個方面：

1） 受粒徑范圍控制，由于粒度分布的減少，細度反而增加，硅酸鋯的使用量也能不斷減少。

２）由于粒度分布的減少，硅酸鋯的耐溶劑性、耐蝕性、耐磨性能等物理性能也會逐漸提高。

３）陶瓷釉面使用的時候，在一定納米粒徑范圍之內，粒徑越小，自潔抗污能力也就越強。

４）硅酸鋯的耐溶劑性特征明顯，在水環境下納米功能粉載體取決于納米硅酸鋯自身。

５）可用作于表面包覆劑使用，且具有功能性。

６）是高質量的金屬復合材料和結構陶瓷。

3 硅酸鋯在陶瓷中的應用

3.1硅酸鋯的應用

作為一種陶瓷原料，硅酸鋯是釉料化學成分中不可或缺的一部分，其主要作用有增白、抗水解、耐腐蝕、耐磨。很多企業通過提高硅酸鋯的使用量達到提高陶瓷釉面耐磨性的效果，現如今硅酸鋯的用量已經增加到10%，常用硅酸鋯類型如納米硅酸鈣、標準硅酸鋯等，當前各種類型的硅酸鋯都可以和陶瓷生產工藝相適應。相關生產工作人員可以站在降低高溫粘度的角度選用原料類硅酸鋯，注意避免使用氧化鋁球來球磨釉用硅酸鋯，以免原料中摻雜雜質，當前常用研磨介質為硅酸鋯球或者氧化鋯球。硅酸鋯的高溫粘度會隨著鋯英石和氧化鋯的乳濁釉添加量增多而出現直線上升的情況，硅酸鋯在生產中容易出現針孔、波紋、滾釉等不同類型的問題，這和鋯化合物具有高耐火性特點直接相關。鋯化合物在玻璃中熔融困難，為了提高其熔融性，可以采取改性包覆的方式，進而將其轉化為增白劑。研磨硅酸鋯過程中，常用包覆物質為碳酸鑭，添加量控制在0.1%～0.5%。此外，生產過程中在料漿中假如硅酸鋯粉時，可以同時加入0.2%的二水醋酸鈉或者直接在料漿中加入0.2％～0.4％的二水醋酸鑭，可保證硅酸鋯粉快速分散、溶解，提高生產效果。

硅酸鋯作為納米硅酸鋯分散液中的重要物質，在衛生陶瓷中具備負氧離子、殺菌、防靜電、自潔等作用。

3.2納米硅酸鋯的包覆分散

納米微粒粒子應用范圍十分廣闊。美國國家科學基金會（NSF）認為，納米粉體不但有著廣闊的市場，在未來其應用范圍將會進一步擴大，通過改進創新傳統工業產品納米化，將產品的價值和性能提高，可以在陶瓷粉、功能性色膏、樹脂、塑料、油墨、涂料等多方面應用，同時還可以在光學膜、光觸媒、保健品、醫藥等產品中推廣應用，納米科技為產業發展帶來了新的希望。

3.3納米硅酸鋯在衛生陶瓷中的應用研究

納米硅酸鋯是一項極其繁雜的研究和生產制造項目，在陶瓷行業納米硅酸鋯等納米材料的廣泛運用，也是一個創新項目。主要原因是在釉面的用量方面，加入納米硅酸鋯可以減少其30%的用量，而且使用后陶瓷釉面更加亮白，更整齊和有光澤，還降低了輻射。納米硅酸鋯和其他納米粉體不一樣具有小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、量子尺寸效應、表面效應等等，促使納米硅酸鋯表現出與眾不同的性能。也正因如此，納米硅酸鋯在濾光、藥業、催化反應、光吸收、磁介質、新型材料等方面有很大的發展空間。

在陶瓷行業納米材料和納米技術取得了突出的成果，分別為納米釉和功能釉等方面。其中，最主要的成果有：納米負離子釉，納米無鉛抗菌釉，防靜電釉，耐磨釉，納米易潔釉，玉質衛生陶瓷釉等等，雖然有諸多成果，但卻都沒有形成規模化生產，沒有被消費者認可，其中產生效益的廠家也寥寥無幾。造成這種情況出現的原因有很多，其中較為關鍵的原因在于陶瓷需要在高溫下燒成，這就導致納米材料的功能不能得到最大的發揮。想要解決這個問題，應當考慮以下幾個方面：

圖表的左端代表的是米粉體生產廠家，右端是陶瓷廠家，圖表的中間是最重要的同時也是最容易被忽略的，一旦被忽略就沒有了責任主體。歸根結底這可能就是不能產生效益的根本原因。

研發團隊可以通過如下三方面進行應用：

第一，納米結構陶瓷釉。優化設計衛生陶瓷0.8～1.0ｍｍ釉面可以在保證陶瓷產品潔白度、亮度、耐磨性、平整性等性能的前提下，節約納米硅酸鋯用量，已經有研發團隊通過優化設計陶瓷釉面結構降低70%的納米硅酸鋯使用量，并在2016年已經投放市場。

第二，納米自潔抗菌功能釉。陶瓷釉面設計和應用中，以納米硅酸鋯為載體，提高陶瓷釉面的殺菌能力。為了將殺菌時效延長，可以進行陶瓷元設計小于43μｍ（325目）的微型陶瓷元件模型，其內部為功能粒子，外部為納米硅酸鋯殼體，殼體上的通道允許功能粒子進出，在正常燒成溫度下元件可以長時間有效。當前已經解決陶瓷元成形工藝難題，納米硅酸鋯粉體的鋯珠粒徑可以達到43μｍ（325目）。通過顯微鏡查看鋯珠發現其球形度達到95%，有著良好的強度和硬度。

第三，納米健康功能釉。在納米硅酸鋯功能粉體設計中應用陶瓷元設計概念，在陶瓷釉漿中應用這一粉體，保證成形后陶瓷釉面具有健康環保功能，比如釋放負離子、活化水等。

4結 語

納米技術和納米材料是未來陶瓷行業發展中將十分常見，并且會得到進一步的創新應用，納米材料有助于衛生潔具的發展，各個陶瓷廠家、科研單位等相關主體應加大合作，促進納米材料的應用。

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