氧化硼在高档陶瓷釉料中应用的研究

张永财 朱守丹

摘 要：本文介绍了氧化硼在高档陶瓷釉料中应用的意义，研究其在陶瓷制品中的主要技术指标和预期成果等。

关键词：氧化硼;陶瓷釉料;无铅釉

1 引 言

研究氧化硼在高档陶瓷釉料中的应用，制备性能优良的高档陶瓷釉。研制的氧化硼高档陶瓷釉料将主要用于高档日用陶瓷的生产，以取代现有含氧化铅的陶瓷釉面材料，避免陶瓷制品因铅溶出对人体及环境造成危害。提高陶瓷制品的质量，提升高档陶瓷制品在国内、国际市场的份额。

2  研究的科学依据及意义

2.1提出的背景和依据

长期以来，高档日用陶瓷生产多采用“高温素烧，低温釉烧”的二次烧成工艺。由于烧成温度低，生产厂家多使用含铅釉进行装饰。因为含铅釉具有良好的高温流动性、高的光泽度、良好的坯釉适应性、色彩丰富艳丽等优点。但是，含铅釉料的采用给日用陶瓷制品带来了铅溶出这个严重问题。众所周知，铅对人体有极其严重的危害。铅在人体累积达到一定数量时，会影响人的造血、神经、肾脏、血管等器官的正常功能。铅中毒对儿童行为和智力发育会产生不良的影响。铅溶出不但不利于人们的身体健康，而且对环境也会造成危害。

目前。随着法律法规的完善和人们健康环保意识的日益增强，对日用陶瓷制品铅溶出量的指标要求越来越严格。日用陶瓷制品使用含铅釉进行装饰已不适应时代需求。要降低日用陶瓷制品的铅溶出量、提高产品安全性能，最有效的措施之一就是使用无铅釉代替含铅釉。B2O3既是网络体化合物、又是良好的助熔剂、而且价格便宜，因此可以选用氧化硼代替氧化铅研制高档陶瓷釉料。高档陶瓷的釉烧温度普遍高于1170℃，而预研制的氧化硼釉料的烧结温度将控制在1150℃以下，能够缓解近年来由于石油、天然气等燃料价格的不断走高给陶瓷企业带来的成本压力。

2.2实施的必要性

2. 2. 1对研究领域和行业技术进步的意义

20世纪70年代铅溶出问题引起了一些国家的重视，先后有30多个国家将铅溶出定为法定检测项目。我国的国家标准对铅溶出量的限制， 远不如国际通用标准严格。在对外陶瓷制品出口上曾经造成不小的经济损失，其中大部分都是因铅溶出量超标造成的。因此出于安全、环保、经济效益和出口份额等诸多方面的考虑，研究氧化硼在高档陶瓷釉料中的应用，制备性能优良的高档陶瓷釉具有重要的现实意义。

2. 2. 2创新点

①目前高档陶瓷坯、釉匹配不佳，采用氧化硼调整高档陶瓷釉膨胀系数。

② 采用氧化硼提高高档陶瓷釉面化学稳定性。

3  国内、外现状及发展趋势

西方发达国家，尤其是欧洲国家对于高档陶瓷釉（无铅釉）的研究和应用最为成熟，现已有大规模的生产与销售，市场份额较大。例如FERRO公司的VTR215产品，具有白度好、亮度高、釉面质量优、釉烧温度低、铅溶出极低、釉面缺陷少等特点，非常适合骨质瓷装饰。DVI3068A具有亮度高、釉面质量好、坯釉结合性好、强度高等特点，该产品采用Si-A1-B-Na-Ca系，非常适合玻化瓷的装饰，制品中铅含量符合最新的美国加州标准要求。

含铅釉料带来的铅溶出问题已成为我国陶瓷制品走向国际市场的“瓶颈”。从20世纪90年代起，国内一些科研院所和陶瓷产区投人大量人力物力研究高档陶瓷釉（无铅釉）， 虽然在氧化硼陶瓷釉的研究上取得了一些成果，但仍存在膨胀系数大、光泽度差、化学稳定性差等问题，还有待于进一步的研究。

4  研究的主要技术指标及预期成果

研究了氧化硼的加入量对高档陶瓷釉料膨胀系数和化学稳定性的影响。拟采用高硼高钠钙体系作为釉料基料，主要是利用氧化硼能提高釉的热稳定性、化学稳定性，也可促进坯釉结合，改善玻璃釉光泽，提高制品性能。加入氧化硼能够促进石英充分熔化，从而降低釉的膨胀系数，氧化硼呈四配位形式成为网络形成体进入玻璃结构中，可使釉料的化学稳定性增强。但氧化硼增至一定数量时，由于硼反常现象，会成为三配位而易溶于酸中，故氧化硼的含量应适当控制。通过实验将研制一种膨胀系数小、能够与高档陶瓷坯体相匹配、光泽度高、化学稳定性好的氧化硼釉面材料。

4.1预期成果

①研究筛选出适合的釉料体系，研究出氧化硼添加量对高档陶瓷釉膨胀系数与化学稳定性的影响;

②通过研究使氧化硼釉料的性能指标达到高档陶瓷制品的要求;

③研究解决釉料的低温烧结问题。

4.2达到的主要技术指标

膨胀系数    6.3-8.0;

光泽度      >85%;

软化温度    <705℃ ;

烧成温度    1040-1150℃ 。

4.3拟解决的关键技术问题

釉料组分的确定，由于各种氧化物在釉料中所起的作用各不相同，作为一种多元釉料体系，原料中的所有成分必须合理配比。

5  研究开发方案

采用高硼高钠钙体系研究氧化硼在高档无铅釉料的应用。釉料主要化学组成为见表1。

熔块制备：

取原料经干燥后，准确配料混合均匀再经1250-1300℃熔制，淬冷、球磨加工过300目筛，经水力分级合理控制粒度级配。

釉浆制备：

采用1L氧化铝球磨罐， 以氧化铝球为球磨介质，加CMC更稠料：球：水：=l： 2： 0. 5.如釉浆流动性差，可加入0. 3%的添加剂以增加流动性。因为釉料本身颗粒已比较细，球磨的目的为了获得分散均匀的釉浆。采用快速磨研磨30min， 采用普通球磨研磨2-3h.球磨后放出釉浆，过230目筛，除铁，备用。

施釉：

试验坯体采用骨质瓷坯体，坯体经1250-1300℃素烧。坯体的化学组成，见表2。

施釉前将坯体打磨干净。施釉采用手工喷釉，釉厚控制在0. 2mm- 0. 3mm.具体的厚度要根据坯体表面光滑度和气孔率而定。光滑的坯体釉层薄一些，而粗糙的坯体则釉层应厚一些。由于釉层干燥速度较慢，采用烘箱干燥。施釉后的坯体置于烘箱中，于40-60℃烘干60min。

烧成：

采用1300℃智能硅碳棒高温电炉。烧成制度为：按预先设置的升温曲线自动升温至烧成温度并保温一段时间，自然降温。

工艺流程如下：

①原料→干燥→配料→混匀→熔制→淬冷→球磨过 230 目筛→水力分级干燥→备用

②熔块+苏州土+水→釉浆→施釉→烧成

6  结 语

随着消费者环保意识的增强和法律法规的日趋完善，绿色、环保、健康的生活理念已深入人心，高档日用陶瓷使用无铅釉装饰已是大势所趋。氧化硼无铅釉在高档日用陶瓷上的成功应用， 彻底解决我国陶瓷制品铅溶出超标的问题，消除了出口贸易壁垒，提高我国高档陶瓷制品在國际市场的占有率。同时，氧化硼无铅釉的成功使用，从材料和工艺上彻底解决了高档陶瓷生产中的铅污染问题，对于保护工人健康，延长窑炉寿命等都非常有利;而且为无铅无镉画面装饰的推广创造了先决条件。氧化硼无铅釉的研制成功，从根本上消除了高档日用陶瓷产品中的铅对人类的危害，为人们增添了一道绿色屏障，从这个意义上来看，氧化硼高档陶瓷无铅釉制品有着良好的发展前景。