顏料專(zhuān)家:綠色陶瓷顏料研究的現(xiàn)狀與展望
分類(lèi):技術(shù)文檔 來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2022-03-31
摘要:介紹了國(guó)內(nèi)外綠色陶瓷顏料的發(fā)展現(xiàn)狀,進(jìn)一步探討了目前國(guó)內(nèi)外比較流行的綠色陶瓷顏料,最后提出了一種新型的綠色陶瓷顏料。 
    關(guān)鍵詞:綠色 陶瓷顏料 研究 展望
    前言
    綠色陶瓷顏料,無(wú)論是用于陶瓷制品彩飾,還是作為陶瓷色釉或色坯的著色劑都是陶瓷裝飾藝術(shù)中不可缺少的重要裝飾材料。近十幾年來(lái),新型陶瓷顏料不斷涌現(xiàn),對(duì)已有顏料的改進(jìn)與應(yīng)用范圍的擴(kuò)大亦常見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。作為一名陶瓷專(zhuān)業(yè)工作者,對(duì)該領(lǐng)域的信息應(yīng)及時(shí)給予關(guān)注[1 ] 。鑒于21 世紀(jì)陶瓷顏料的快速發(fā)展,開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量用于陶瓷制品的綠色陶瓷顏料已成為目前研究的重點(diǎn)課題。
1  研究現(xiàn)狀
    不同行業(yè)對(duì)顏料有不同的耐溫要求,且需要同時(shí)具備在各種不同高溫條件下不會(huì)分解、升華、變色和變質(zhì)等特性[2 ] 。陶瓷顏料的最初研究按使用溫度范圍分類(lèi)可分為高溫色料和低溫色料兩種。低溫色料:使用溫度范圍為700~800 ℃,一般應(yīng)用于釉上彩產(chǎn)品中;高溫色料:使用溫度高于1 200 ℃,可廣泛用于坯體著色,也可用于釉中及釉下彩的裝飾。一般每種色料都有極限使用溫度,當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度時(shí)色料的晶體結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài),易被熔融或與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而不能呈現(xiàn)純正的顏色。很多晶體在高溫下結(jié)構(gòu)失穩(wěn),如鎘硒紅釉上色料超過(guò)800 ℃時(shí)呈色極不穩(wěn)定以致發(fā)黑,因此使用受到較大限制。
    在此基礎(chǔ)上包裹技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,包裹技術(shù)是將使用溫度較低的色料包裹在耐高溫的晶體中從而使色料在高溫時(shí)能穩(wěn)定存在達(dá)到高溫著色的目的。包裹的機(jī)理是使包裹體在顏料顆粒周?chē)芗嘏挪?把顏料顆粒團(tuán)團(tuán)包裹住,使其避免與使用環(huán)境接觸,不僅可以提高顏料的熱穩(wěn)定性,同時(shí)也可降低有毒元素的危害。
1. 1  國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    縱觀所有的綠色陶瓷顏料,在制備中大多以氧化鉻作為發(fā)色劑并引入相應(yīng)數(shù)量天然礦物原料及鈣、鎂、硼、鋅、鈷等的氧化物配制而成。
    氧化鉻屬于無(wú)機(jī)顏料,是鉻鹽工業(yè)的主要產(chǎn)品之一,具有耐化學(xué)腐蝕、耐光、耐磨等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于冶金、陶瓷、涂料、橡膠、磨料等領(lǐng)域,是一種不可缺少的工業(yè)原料。在陶瓷行業(yè)中,氧化鉻不僅作為陶瓷顏料的發(fā)色得到廣泛應(yīng)用,而且也可以直接加入陶瓷坯、釉中用來(lái)著色。近年來(lái),隨著我國(guó)陶瓷墻地磚生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,產(chǎn)量已躍居世界首位。因而在墻地磚生產(chǎn)中,作為綠色發(fā)色劑的氧化鉻的用量也急劇增長(zhǎng)[3 ] 。
    氧化鉻是綠色顏料之本,傳統(tǒng)的綠色料有黃綠色的Ca - Cr - Si 系的維多利亞綠,藍(lán)綠色中藍(lán)色調(diào)偏強(qiáng)的Co - (Zn) - (Al) - Cr 系的孔雀藍(lán)等少數(shù)幾種。傳統(tǒng)的氧化鉻綠顏料似乎是穩(wěn)定的,但實(shí)際上給用戶(hù)帶來(lái)的麻煩最多。一是色差。由于鉻可以以不同價(jià)態(tài)的氧化物存在,因此氣氛中的氧分壓和溫度對(duì)鉻的氧化物都是敏感的。Cr2O3 在還原氣氛中會(huì)還原成CrO 或Cr ,而在氧化氣氛中則有可能氧化為CrO3[4 ] 。這種變
    價(jià)特性是難以使產(chǎn)品達(dá)到色調(diào)均勻一致的,故在實(shí)際生產(chǎn)中不易控制。二是其顏色暗綠。許多人試圖通過(guò)改變其色調(diào),以得到鮮艷的綠色,但尚未得到預(yù)期結(jié)果。再者,在使用傳統(tǒng)鉻綠色料過(guò)程中常伴隨有釉面針眼和剝釉等常見(jiàn)缺陷。
    石榴石型的維多利亞綠不僅燒成溫度和氣氛要求非常嚴(yán)格,而且不宜用于含ZnO 的基釉中。尖晶石型的鉻綠色料對(duì)基礎(chǔ)釉的酸度系數(shù)和燒成制度也是敏感的,尤其是氣氛。另外在含鋅的石灰基釉中使用時(shí),會(huì)與ZnO 反應(yīng)生成更穩(wěn)定的ZnO?Cr2O3 尖晶石,從而使鮮艷的黃綠色消失殆盡,變成暗淡的灰綠色,因此使用受到很大限制。直到新型色料出現(xiàn)以后,情況才發(fā)生了很大變化,其使用條件更為寬松,如用鋯釩藍(lán)和鋯鐠黃按比例混合配色得到廣泛的綠色調(diào),使其具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值。
1. 2  國(guó)際研究現(xiàn)狀
    國(guó)際上對(duì)綠顏料的研究主要集中在開(kāi)發(fā)新型的綠色顏料上。美國(guó)人Ciarence Seabright 發(fā)明了晶相組成為鋯英石的藍(lán)、綠色料,該色料主要由ZrO2 、SiO2 、V2O5組成,是由釩離子固溶于鋯英石中而形成的。日本人在上述基礎(chǔ)上采用鐠化合物得到了一種鋯英石型的黃色料即鋯鐠黃。如將鋯鐠黃和鋯釩藍(lán)以一定的比例混合便可制得多種過(guò)渡色的綠色色料。
    隨后在國(guó)外又研制出了一種新型的包晶質(zhì)色料,其中典型代表之一就是鋯英石型包裹色料。在國(guó)內(nèi)外,通過(guò)各專(zhuān)家、學(xué)者較系統(tǒng)的研究,使得鋯英石型包裹色料,在呈色機(jī)理、合成工藝、呈色影響因素上相對(duì)研究得比較成熟,它主要利用ZrSiO4 作為包裹體,對(duì)呈色離子進(jìn)行包裹,從而使色料具有高溫穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性[5 ] 。采用包裹技術(shù)以后能夠使低溫發(fā)色穩(wěn)定的鎘硒紅顏料的使用溫度提高到1 200 ℃以上。但因成本和色差等技術(shù)難題還沒(méi)有廣泛推廣應(yīng)用,有待于進(jìn)一步深入研究[6 ] 。
    同時(shí)含鉻成分的鋯英石型棕綠色顏料也被開(kāi)發(fā)出來(lái)了,該顏料由含有鋯的硅酸鋯微晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)成,同時(shí)把生長(zhǎng)在鋯微晶體中的色彩微粒包裹上一層保護(hù)層,當(dāng)顏料應(yīng)用于陶瓷釉中時(shí),硅酸鹽層可以保護(hù)氧化鉻的色彩微粒,使之不受釉熔體的侵蝕,進(jìn)而達(dá)到高溫下穩(wěn)定著色的目的[7 ] 。但是該顏料中含有的氧化鉻微粒與其夾雜物間存在色干擾,致使該顏料最終呈棕綠色,而不是純正的鮮艷綠色。
    鑒于以上特點(diǎn),科研工作者通過(guò)對(duì)法國(guó)的510B 硅鐵紅天然色料進(jìn)行系統(tǒng)研究,開(kāi)發(fā)出了硅鐵紅包裹色料,從而硅系包裹色料被廣泛關(guān)注。
    硅鐵紅包裹色料是一種顏色鮮艷、高溫穩(wěn)定的陶瓷色料,由于其呈色穩(wěn)定,在?;u坯中或釉中能呈現(xiàn)出很好的裝飾效果,目前在國(guó)內(nèi)的高檔建筑?;u生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用,市場(chǎng)很大。硅系包裹色料與鋯英石型包裹色料相比,其包裹機(jī)理存在很大差別。它是通過(guò)SiO2 相變特性產(chǎn)生的微裂紋及熔蝕形成的?;づc包裹離子間遷移擴(kuò)散,而形成包裹機(jī)制,獲得硅系包裹色料,達(dá)到高溫穩(wěn)定發(fā)色的效果[8~9 ] 。硅系包裹色料與鋯系包裹色料相比,資源豐富,價(jià)格便宜,具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景。
    硅系包裹綠色顏料的研究,目前雖然尚未見(jiàn)報(bào)道,但從機(jī)理上講是完全可行的。本研究從包覆原理出發(fā),運(yùn)用包裹型技術(shù),研制出硅系包裹型新型鉻綠陶瓷顏料,進(jìn)而達(dá)到高溫穩(wěn)定發(fā)色的效果??梢灶A(yù)見(jiàn),新一代鉻綠包裹色料的開(kāi)發(fā),將從根本上解決傳統(tǒng)鉻綠色料所存在的工藝技術(shù)難題。
2  展望
    本研究針對(duì)傳統(tǒng)綠色陶瓷顏料的應(yīng)用現(xiàn)狀以及高溫不穩(wěn)定、呈色不理想等弊端作了闡述,介紹了包裹技術(shù)的原理及鋯英石型包裹色料和硅系包裹型陶瓷色料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展。誠(chéng)然,研制開(kāi)發(fā)新型的硅系包裹型鉻綠陶瓷顏料,是應(yīng)予以重視并為之努力的重要課題。以筆者之見(jiàn),硅系包裹型鉻綠新型陶瓷顏料將具有重大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。
備注:本文由巨發(fā)色鬼王文強(qiáng)自“陶瓷 2006/05 ”基礎(chǔ)上稍加修飾而成。
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