掺加二氧化钛的锆乳浊釉实验研究

陈瑞军

(唐山学院环境与化学工程系,河北唐山 063000)

掺加二氧化钛的锆乳浊釉实验研究

陈瑞军

(唐山学院环境与化学工程系,河北唐山 063000)

在卫生陶瓷大生产锆乳浊釉的基础上,选择加入适量的二氧化钛作为乳浊剂进行乳浊釉配方实验。实验结果表明:在1 170℃氧化气氛条件下,乳浊剂总量为11%,且二氧化钛和锆英砂的加入量分别为6%和5%时,乳浊釉的乳浊效果最好。

乳浊釉;二氧化钛;锆英砂

美国最先用锆英石作为釉料乳浊剂[1]。锆乳浊釉的釉料因其组成范围广、烧成范围宽、不受气氛影响而被广泛采用,但我国为锆英砂贫瘠国家,锆英砂多依靠进口,为了减少锆英砂的用量,以及适应北方氧化气氛窑炉,人们尝试着在卫生洁具乳浊釉中加入适量的二氧化钛。在我国,二氧化钛作为乳浊剂很早就在搪瓷釉的生产中得以应用,含锐钛矿的乳白釉烧成温度较低,而烧成温度超过900℃的含金红石的钛釉,因颜色发黄而未能应用于陶瓷生产[2]。但含钛乳浊釉由于光泽好和成熟温度低较锆釉应用广泛,不仅可用于建筑卫生陶瓷,而且还可用于高档日用瓷[3]。本实验就是在锆乳浊釉中加入适量的二氧化钛进行锆钛复合乳浊釉的配方实验研究。

1 实验用原料与主要仪器设备

1.1 原料化学组成(见表1)

表1 原料化学组成w t%

1.2 主要仪器设备

高速磨;120目筛;350目筛;粘度计。

2 实验过程

2.1 工艺过程

原料水分测定→秤量配料→入高速磨研磨→出磨过筛→淋釉→干燥→烧成。

2.2 参数控制

料、球、水比:2∶3.43∶1;球磨时间:50 min;釉浆出磨细度:350目万孔筛余0.088%;釉层厚度:0.4 mm;釉浆比重:1.5～2.0(控制在1.735左右);釉浆吸干速度:20 min;釉后干燥:24 h;施釉坯体烧成温度:1 170℃。

2.3 实验方案

2.3.1 研究方案一

先以生产用釉为基础设计理论配方,保证除乳浊剂外的其他原料配料量不变,且乳浊剂的总量维持为11%不变,分别调整锆英砂和二氧化钛两种乳浊剂的用量(乳浊剂在配方中用量见表2)进行乳浊效果实验,对得到的乳浊釉面结果进行比较。

表2 配方中乳浊剂加入量 %

2.3.2 研究方案二

在方案一实验结果的基础上,设计CaO与 TiO2的质量比约为1.5,改变石灰石、锆英砂和二氧化钛的量,进行三因素三水平的L9(33)正交实验(因素水平见表3)。调整三者的用量,考察CaO,TiO2和ZrO2对釉面乳浊效果的影响。

表3 正交实验L 9(34)因素水平表

3 实验结果与讨论

3.1 实验结果

按照方案一配方设计得到的各乳浊釉面表观物性见表4,按照方案二配方设计得到的各乳浊釉面表观物性见表5。

通过表4可以看出,在原大生产配方的基础上用二氧化钛逐渐代替锆英砂的釉面效果。配方123的釉面比原大生产配方121的釉面颜色略有些黄;配方127比原大生产配方121的釉面表观和手感效果要好,不同的是配方127白里略透黄,配方121白里略泛青,这与加入二氧化钛后析出的少量金红石有关。配方127比配方123白度和釉面质量要好,所以在此组实验中,配方127是釉面综合效果比较好的配方。

表4 釉面表观物性(1)

表5 釉面表观物性(2)

由表5中的釉面质量综合结果进行比较,釉面质量评价效果好的为配方226,但配方127与其比较,不仅乳浊效果好,且釉面质量也好,所以在以上两组实验方案中确定配方127为最优配方,其釉式为:

3.2 物性测定

将配方127与原大生产配方121的常规工艺技术参数进行测定并比较(见表6)。由表6可知两个配方的物性比较接近,但127配方与121配方相比含水量较多些,200 mL重量小,而筛余量大,吸干速度慢。

表6 釉浆物性

3.3 影响釉面质量的影响因素

通常,在生产中对釉浆细度是以万孔筛筛余量进行控制。一般研磨细度越高,釉浆的悬浮性、烧成过程中釉的熔融性也越好,釉的高温粘度下降,釉面针孔减少,光泽度提高。但也不能太细,太细不仅增加电耗,而且容易造成釉层过厚、堆釉等缺陷,只要符合工艺要求即可。127和121釉浆配方基本相近,但127釉浆配方的流动性更复合生产工艺的要求。随着二氧化钛加入量的增加,釉的乳浊效果增强。当二氧化钛的加入量达到析出金红石型二氧化钛时,釉的色调会发黄,而当二氧化钛加入量达到形成钛榍石时,釉面乳白效果最好[3],因此二氧化钛要有一个合适的加入量。

含二氧化钛的乳浊釉要在氧化气氛下烧成。钛釉应避免烧还原焰,否则二氧化钛易变为蓝至紫色的三氧化二钛,有的还会形成黑色铁钛尖晶石和一系列铁钛混合晶体,从而加深铁的呈色。锆英砂本身是很好的晶核形成剂,且锆釉中锆具有稳定价态,受气氛影响不明显。随着锆英砂加入量的增加,釉的烧成温度范围也会增大,因此也应该控制其加入量。

此外,其他因素也会对釉面的乳浊效果有影响,如施釉和烧成。施釉要均,釉层厚薄适度,一般釉层厚度为0.3 mm左右;烧成温度的高低直接影响晶粒尺寸和数量,对扩散或液相重结晶来说提高烧成温度是有益的,然而过高的温度对釉面又是不利的,可能会造成棕眼等情况,过低的温度则会使釉面无光;合适的保温时间会使物理化学变化更趋完全,从而具有足够液相量和适当的晶粒尺寸,但保温时间过长则晶粒溶解,不利于形成坚强骨架,从而降低机械性能,为了满足生产实际,实验中控制最高烧成温度为1 170℃。

4 结论

掺加一定量的二氧化钛于锆乳浊釉中,能制得釉浆流动性好和釉面质量较好的乳浊釉。实验表明,当控制乳浊剂总量为11%,二氧化钛和锆英砂的加入量分别为6%和5%时,乳浊釉的乳浊效果最好。而且釉浆的物理性能、施釉厚度、烧成气氛以及乳浊剂的加入量等对乳浊釉的乳浊效果均有影响。

[1] 徐晓虹,陈绪娟,吴建锋,等.国内外乳浊釉的研究现状及我国釉料发展方向[J].佛山陶瓷,2007,17(10):17-20.

[2] 刘康时.陶瓷工艺原理[M].广州:华南理工大学出版社,1989:215.

[3] 杨萍,杨中喜,周广军.钛釉乳浊机理的研究[J].佛山陶瓷,2000,10(2):7-9.

(责任编校:李秀荣)

Research on the Experiment of Adding Titanium Dioxide in to Zircon-opacified Glaze

CHEN Rui-jun
(Department of Environmental&Chemical Engineering Tangshan College,Tangshan 063000,China)

This paper introduces the experiment methods that add titanium dioxide into the zircon-opacified glaze.The results show that,in 1170℃and under oxidizing atmosphere,the total and the ratio of titanium dioxide and zircon are respectively 11%,6%and 5%,under which condition the apparent property and opacifyig power of the opaque glaze are the best.

opaque glaze;titanium dioxide;zircon

TQ174.4+3

A

1672-349X(2010)06-0062-02

2010-01-19

陈瑞军(1964-),女,教授,主要从事无机非金属材料、资源与环境保护等方面的教学与研究。