钴蓝结晶釉显色机理的研究*

张译文 邵明梁 宋来振 孔祥明 张迎君 何易龙

(济南大学材料科学与工程学院 济南 250022)



钴蓝结晶釉显色机理的研究*

张译文 邵明梁 宋来振 孔祥明 张迎君 何易龙

(济南大学材料科学与工程学院 济南 250022)

本次实验通过采用正交试验法研究基釉和色料配方，得到一个最佳配方。同时得出TiO2、MgO、ZnO等氧化物对钴蓝显色的影响。钴蓝结晶釉呈色机理是离子着色。

钴蓝 结晶釉 氧化物

前言

釉是一层极薄的玻璃体，施于陶瓷坯体表面，可以改善坯体表面性能，并能提高其力学性能。结晶釉作为一种艺术釉，人们对其呈色也更加关注。

钴是稀有元素，仅占地壳中含量的0.003%。钴蓝的主要矿物组成为尖晶石，有鲜明的色泽，着色强度高，适用于作为陶瓷和玻璃的色料。钴蓝在《染料索引》名称为颜料28, 化学式可写成CoO·Al2O3[1]。钴蓝是一种高性能的环保无毒无机颜料，在很早以前人们便已经开始将钴作为色料中的元素，用于陶瓷坯体和釉的着色。

笔者通过采用正交试验法，得到一个呈现钴蓝色的最佳基釉及色基配方。并研究了一些氧化物对钴蓝显色的影响。

1 实验

正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效、快速又经济的实验设计方法。本实验采用正交实验法，以便更加科学高效地得出实验结论。

1.1 试样制备

1.1.1 基釉制备

在前期大量的实验基础上，在基釉的化学成分中将TiO2、MgO、ZnO确定为5个不同的水平，以便于采用正交试验研究3种氧化物含量对釉料颜色的影响。其它组成成分不变，每种成分以克(g)为单位。基釉的配方组成如表1所示。

表1 基釉配方的正交水平设计(g)

1.1.2 色基制备

尖晶石型钴蓝色料着色离子是Co2+,电子构型为3d7,色调和着色强度取决于Co2+的含量和在不同配位场中的d轨道的电子状态。其在不同的配位场中呈现不同的颜色,四配位Co2+呈蓝色,而六配位Co2+呈红紫色[2]。因此Co2+对钴蓝的显色有决定性影响。

本实验的色基设计采用尖晶石型的CoO-Al2O3系统。将Al2O3和CoO含量分为5个水平，以克(g)作单位(见表2)。

表2 色基配方的正交水平设计(g)

1.2 实验烧成工艺

1.2.1 工艺流程图

基础结晶釉+色基→混合→球磨→施釉→干燥→烧成

1.2.2 工艺参数

料∶球∶水=1∶2∶0.6；

球磨时间：30 min；

球磨细度：万孔筛筛余在0.05%以下；

釉层厚度：比普通釉略厚，为0.3～0.5 mm。

1.2.3 烧成制度

烧成温度由室温25～500 ℃，所用时间为1 h；在500～950 ℃,升温速率为300 ℃/h;950～1 150 ℃升温速率为150 ℃/h；1 150 ℃保温10 min,快速降温至980 ℃,再保温1.5 h后自然冷却。烧成制度曲线如图1所示。

图1 烧成曲线图

1.3 正交试验设计

本实验采用L25(56)的正交表，共做了25组实验，实验过程中TiO2、MgO、ZnO、Al2O3和CoO的用量的选取如表3所示。

表3 正交实验设计表(g)

2 实验结果与分析

2.1 色度的测定

按照次序进行实验，使用SZ-∑8O型综合色差仪测定每组实验样品的色度，并观察样品呈现的颜色，记录每组实验样品接近钴蓝色程度至实验结果一列，如表4所示。

表4 实验结果分析

2.2 结果分析

2.2.1 正交表直观分析

根据表4的分析结果，对每个配方进行直观分析，得直观分析表，见表5。由表5可知，在基釉中，TiO2取3水平，即0.01 g；MgO取1水平，即5.41 g；ZnO取3水平，即3.89 g。在色基中，Al2O3取2水平，即1.24 g ；CoO取3水平，即0.67 g 。此时结晶釉能够较完美地呈现钴蓝色。计算各成分在釉料中的质量百分比，可求得最佳基釉配方，见表6。同理求算最佳色基配方，见表7。

2.2.2 基釉配方对结果的影响

基釉中的ZnO可以促进钴蓝色料的发色，使色料更鲜艳。它在钴蓝结晶釉中可以使颜色倾向青绿色。加入一定量的ZnO可以使结晶釉呈孔雀绿。另外，在1 200 ℃以下烧成的釉中，ZnO可以提高釉的熔融性，降低釉的熔融温度，基釉配方是不可缺少的部分。

由实验可知，Mg可以使色料颜色变红，破坏钴蓝呈色。因此在基础结晶釉中应减少氧化镁的含量。

TiO2可以使钴蓝结晶釉色调变绿。此外，它不仅是着色剂，还是良好的乳浊剂[3]。

表5 直观分析表(质量%)

表6 基釉配方

表7 色基配方

2.2.3 色基对结果的影响

随着氧化钴含量的不断增加，Co2+的着色情况加强，颜色由浅蓝慢慢变深；当Co2+浓度继续增大时，颜色会出现暗紫色。所以在钴蓝结晶釉中，氧化钴的含量对色料的影响至关重要。氧化钴含量越高，蓝色越深，但是超出一定比例则会影响色料显色。

由表5的极差分析可知，氧化铝对钴蓝色料的影响也很大，仅次于氧化钴。

3 结论

1)本次实验通过正交试验法得出一个能够呈现钴蓝色的最佳基釉配方和最佳色基配方。

2)氧化物和色料在釉料中的配合性多种多样，不同的氧化物在不同釉料中也会有不同的发色。如ZnO可以使钴蓝结晶釉呈青绿色，Mg能使釉料变红，TiO2可以使钴蓝结晶釉色调变绿。

3)钴蓝结晶釉主要由Co2+着色。离子浓度越强，颜色越深，但超出一定比例则会影响色料显色。氧化铝的性能对色料的影响也很大。

4)色料的细度，烧成制度等对钴蓝的显色也存在不同的影响(此次实验不做研究)。

1 朱骥良,吴申年.颜料工艺学(第2版).北京:化学工业出版社,2004

2 Ekambaram S.Combustion synthesis and characterization of new class of ZnO-based ceramic pigments.Journal of Alloys & Compounds,2005,390(1～2):4～6

3 张忠铭.陶瓷色釉料.景德镇陶瓷,1995(3):13～18

Research on Mechanism of Cobalt Blue Crystalline Glaze Color

Zhang Yiwen,Shao Mingliang,Song Laizhen,Kong Xiangming,Zhang Yingjun,He Yilong

(School of Material Science and Engineering,University of Jinan,Jinan,250022)

This research puts stress on the orthogonal test that can obtainan optimal formula through glaze and chromogenic agent formulation. At the same time this experimentally derived the affect of TiO2, MgO, ZnO and other oxides on a cobalt blue coloration. The coloring mechanism of cobalt blue crystalline glaze is ion colouring.

Cobalt blue; Crystalline glaze; Oxides

张译文(1996-)，本科在读；主要研究方向为陶瓷结晶釉。

简介：邵明梁(1963-)，研究生，副教授；主要研究方向为陶瓷釉、金属釉和医用烤瓷粉。*

TQ174.4+5

A

1002-2872(2016)10-0025-05