提高陶瓷色料高温稳定性的研究

张慧娟 王美兰 徐和良

摘 要 本文介绍了陶瓷色料制备的现状，通过研究几种具有代表性的色料在釉中的发色机理以及色料的合成反应机理，并利用XRD、DTA、TG等分析手段，结合实际生产经验，研究探讨了提高色料高温稳定性的途径。

关键词 高温稳定性；陶瓷墨水；锆英石系色料；尖晶石系色料；反应活性；烧成制度

0 前 言

近年来，随着陶瓷喷墨打印技术的广泛应用，国内涌现了一批陶瓷墨水的生产企业，无疑对传统色釉料生产企业带来了巨大的冲击。传统色釉料企业转型升级迫在眉睫，江苏拜富科技有限公司在市场大潮中也迎来了一次新的技术革命。一方面，我们成功开发出陶瓷墨水颜料系列产品，目前已与多家有实力的优秀陶瓷墨水生产企业建立了良好的合作关系，向陶瓷墨水厂家供应优质墨水颜料。另一方面，传统的陶瓷色料将始终作为我们的拳头产品，通过产品的更新换代、品质升级，服务于市场，保持稳定的市场份额。提高色料产品品质，高温发色强度及稳定性就是一个重要指标。本文对提高陶瓷色料的高温稳定性的途径与方法进行了研究与探讨。

1 国内外陶瓷色料的研究现状

我们通常所说的陶瓷色料分为坯用色料和釉用色料两大类。陶瓷色料是装饰陶瓷产品的外衣。它与陶瓷产品的胎体及釉料紧密结合为一体，发挥着装饰美化日用、建筑、卫生陶瓷产品的作用，从而使陶瓷产品形成五彩缤纷的外观。已故的俞康泰教授曾经讲过，陶瓷色料实际上可以讲是一种边缘科学，其中又涉及到其他相关学科，如色彩学，陶瓷物理化学及工艺学方面的问题。陶瓷色料的相关研究成果公开的相对少些。目前我们国内的产品品质与国外的领先产品相比还存在较大的差距，这就更加要求我们从事陶瓷色料研发的人员多做研究，开发出更高品质的陶瓷色料产品，使传统陶瓷色料在陶瓷喷墨墨水广泛使用的今天还有它的存在价值。

2 陶瓷色料发色机理的研究情况

任何一种色料要得到广泛的应用，都必须具备两个基本条件：一个是呈色的稳定性要好；另一个是呈色能力要强。呈色能力不只是一个呈色强度的问题，它还有一个光泽度高低的问题。此外不同色料的混溶性也很重要，混溶性好就可以制備多种调和色，应用范围就大大扩大。通常我们要求制品烧成时，在高温和腐蚀性环境下色料的呈色必须稳定。尽管色料的颗粒很小，但要求它在玻璃相中的溶解度越低越好，并要求它不与熔融物质发生反应而放出气体；色料在高温应不分解，也不应形成其他新的化合物。这些要求将色料限制在少数几种范围内，它们自身能反应完全，形成稳定的矿物，但对分散介质却是惰性的，只有这样才能保证呈色稳定。

锆英石系色料合成的基本机理在于着色离子在矿化剂的作用下，在SiO2和ZrO2合成ZrSiO4的过程中进入ZrSiO4晶格。

尖晶石类色料是以尖晶石作为主要组成矿物的一类色料。尖晶石的化学通式是AB2O4，它又可分为两种，一种是A为+2价金属阳离子，B为+3价金属阳离子；另一种为A为+4价金属阳离子，B为+2价金属阳离子。尖晶石类化合物还以（A1A2）（B1B2）2O4那样的复合形式出现。此外，有的A和B的比例不一定为1：2，其结构更加复杂，称为不完全尖晶石。

3 提高陶瓷色料高温稳定性的途径

3.1原材料的反应活性

以镨黄为例，选A、B、C三种氧化锆，D、E、F三种石英，其他原材料作为不变因素，进行L9（23）正交试验。

结果发现原材料粒度分布越窄，粒度越细的两种原材料配合在一起使用时合成的镨黄发色越强，说明原材料的反应活性强合成的色料发色强，试验中AF小样发色最好。（试验中使用1 300℃日用瓷高温基釉）

3.2矿化剂的合理使用

我们按照锆英石的理论配比，将A氧化锆与F石英充分混合均匀，我们将此料做差热分析，通过图1的DTA曲线（蓝色）我们看到曲线的变化不明显，几乎没有放热的过程，我们理解为单纯的氧化锆与石英很难合成锆英石。所以矿化剂的合理使用在锆系色料中是必须的，也是很重要的。

3.3烧成制度的确定

取正交试验中发色最强的AF试样的生料，使用热重仪进行热重（TG）及差热分析（DTA）（见图2）。

通过对两种曲线的分析，我们可以看到600℃～1 000℃之间的DTA曲线（蓝色），呈向上的抛物线，某种程度上理解为一个缓慢的放热过程，分析认为是锆英石的合成过程。

以DTA曲线分析为依据，制定更加合理的烧成制度，试验中对烧成制度的研究，包括升温速率，保温时间。我们在锆英石合成的温度区间内降低升温速率，使合成的晶体数量增多，结构也更稳定。适当的延长保温时间，使合成的色料晶体发育更加充分，色料结构更稳定，高温稳定性也就更好。

3.4 SEM分析

选取实验中合成的两个样品做扫面电子显微镜（SEM）分析，一个为发色最好的AF样，另外一个为发色差一些的AB样。通过SEM图片我们可以清晰地看到图3中样品AF的晶体结构完整、有序，而图4中AB样晶体结构不完整、杂乱、形状大小不一。 3.5 XRD分析

选择与SEM分析同样的两个样品AF及AB，进行XRD图谱分析。通过图谱分析我们知道，上述两样品合成的晶体都是硅酸锆晶体。通过与标准卡片对比，我们可以清楚的看到，AF样品的三大主衍射峰与硅酸锆的衍射图谱对应的更加吻合，而且图5中可以看出AB样品的杂峰要多些，说明AF样品合成的硅酸锆晶体更加完整稳定。

4 结 论

本文以镨黄为例，粗浅地讨论了提高色料高温稳定性的途径。试验中利用先进的检测仪器做了相关的分析测试，得出了以下结论：

（1）原材料细度越细，粒度分布越窄，材料的反应活性越强，越有利于色料的发色。

（2）配方组成直接决定合成晶体的结构，合理的配方设定是色料生产中的重中之重。

（3）色料配方中的矿化剂的选取也很重要，不是所有色料都需要用到矿化剂，但锆系色料合成中矿化剂的作用尤为重要，矿化剂种类与数量的选择直接影响色料的合成效果。

（4）不同体系色料的反应机理不同，相应的合成温度与升温曲线也都不同，因此制定最佳的烧成制度对于每一种色料产品都是至关重要的。