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陶瓷颜料技术的升级创新

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:近年来,陶瓷颜料的发展获得突破性进展。随着陶瓷颜料合成的新方法、新技术在制备工艺上的成功运用,颜料的发展将会出现新的飞跃。造成低包裹率的原因是大部分颜料在形成ZrSiO4时已经分解,为此,降低ZrSiO4晶粒生长温度是提高包裹率的技术关键。自熳燃烧高温法合成陶瓷颜料是一种很有发展潜力的新工艺,它将带来传统工艺领域革命性的技术创新。

陶瓷颜料技术的升级创新

近年来,陶瓷颜料的发展获得突破性进展。其主要发展方向:

一是尽量改进现有颜料的品质,通过改性、变形、添加呈色补助剂和使用多种矿化剂等手段,提高颜料的稳定性和着色力;

二是设法利用工业废料和天然原料制造廉价颜料,用于坯体着色和颜色釉装饰,以降低生产成本和增加花色品种;

三是研制新型陶瓷颜料。

随着陶瓷颜料合成的新方法、新技术在制备工艺上的成功运用,颜料的发展将会出现新的飞跃。

1.新型包裹颜料的开发

无铅、镉的釉上彩,无镉的硒红颜料的研发成功,特别是德国开发的包裹型硫硒化镉颜料最引人注目,其方法是采用液相共沉淀法,用透明晶体ZrSiO4包裹高温下易氧化分解的硫锡化镉晶体,使其在高温下呈大红色。这种包裹的方法给研发人员很大的启迪。现在人们正在尝试用这种方法开发包裹型金红颜料、炭黑颜料、钴蓝颜料等。

1)金红色包裹颜料

由于它在釉上装饰的应用中所呈现的独特颜色,可以断定釉下金红色颜料的开发将极大促进颜料制备新工艺、新技术的开发。

2)炭黑包裹颜料

开发一种中性、无钴的灰色或黑色颜料,将给釉下黑色颜料和灰色颜料的制造商和用户带来可观的社会效益和经济效益。

3)铬绿包裹颜料

传统的铬绿颜料似乎是稳定的,但实际上它给用户带来的麻烦最多。一是颜料,对烧成气氛的敏感性;二是在使用传统铬绿颜料过程中,常伴随有针眼和剥釉等常见缺陷。

可以预见,新一代铬绿包裹颜料的开发,将从根本上杜绝由于使用传统铬绿颜料所带来的一系列麻烦。

4)钴蓝包裹颜料

传统钴蓝颜料和其他钴系颜料一样,呈色能力很强,但易于迁移和流动,从而使得装饰时比较难以定位,难以产生准确、规范的图案。如果将钴蓝包裹在锆英石晶体中,则上述问题将迎刃而解。

5)耐高温的铁红包裹颜料

铝铁红、硅铁红、锆铁红的开发,因三价铁离子很难进入ZrSiO4晶格里面,如将Fe2O3和ZrO2干法预磨20小时,在570℃预烧1小时,再加其他原料一起球磨,可获得色度值高的颜料,再用化学沉淀法生产铁红包裹颜料,从而提高了包裹颜料的高温稳定性和包裹率。

2.用锆英砂直接合成锆系颜料

目前大多数厂家使用的锆系颜料都是采用石英二氧化锆合成,而ZrO2价格昂贵,如用便宜的锆英砂为原料,经过碱熔、酸处理后再合成锆系颜料,可降低成本。此外可以利用中科院生产的等离子分解锆英石代替SiO2和ZrO2直接合成锆系颜料。

3.研制仿金、代金颜料

传统金水是硫化香膏与三氯化金合成的硫化香膏金的复合物,溶解于挥发油和有机溶剂中制成,其中含金量为(8~12)%。因金水制造方法复杂、价格昂贵,不能在陶瓷墙地砖产品上大面积使用,仅在陶瓷装饰时做点缀作用。人们一直在寻找代替金水装饰陶瓷表面的技术和仿金、代金材料。

一些厂家所采用的仿金颜料是云母及珠光颜料系列产品中的金色系列产品,如铜红、金黄、赤铜等,其中添加了溶剂成分,可直接作釉上彩料使用或直接印刷与建筑陶瓷表面。

研究云母薄片外包覆金属氧化物能够产生珍珠光泽的颜料,此类颜料外观为透明,扁平状的粉体,比一般颜料具有较大的直径及光滑平面和高折射系数等特性。产品呈粉末状,无毒、无味、耐酸碱、不易爆、不导电、不起弧,具有较高的耐热性(900℃)及较高的耐候性。

4.开发长余辉发光颜料

长余辉发光颜料是近年来研究的热点。它主要有低度应急照明、指示标识作用、装饰美化三大用途。它广泛用于发光陶瓷、发光玻璃、发光水泥、防伪商标等方面。

稀土离子Eu2+激活、Eu2+和Dy3+共激活的铝酸锶长余辉光制发光材料是最好的,此材料已经实现工业化生产,并有望批量应用于建筑陶瓷的装饰。

5.研究相干颜料(www.xing528.com)

传统颜料属于一维颜料,从任何角度观察均为同一颜色,属于吸收光颜料。

金属光泽釉或仿金属颜料归类于二维颜料,随着观察角度的变化外观颜色发生变化,属于吸收-反光颜料。

相干颜料是三维空间颜料,随着观察角度和入射光角度的变化,都会呈现不同颜色的外观,属于吸收-反射-干涉颜料。它增强了装饰物体的立体感,属于典型的高科技装饰技术,机理是用钛或铁覆盖分散在云母鳞片基体上也可以用硅或氧化铝作鳞片基体。它不含重金属,是绿色环保装饰材料。

6.水热法制备包裹颜料

包裹颜料可以归纳为采用熔剂包裹法、基础釉包裹法、异晶包裹法。

分别采用ZrSiO4、SnO2、TiO2作为基质进行异晶包裹,将颜料耐热温度提高到1200℃以上。包裹率从(1~2)%到(6~7)%,直到12%。造成低包裹率的原因是大部分颜料在形成ZrSiO4时已经分解,为此,降低ZrSiO4晶粒生长温度是提高包裹率的技术关键

水热法是一种利用水作为活媒并在高温、高压下制备颜料的一种方法。水热法制备的陶瓷粉体具有晶粒细小,发育完整,粒度均匀,成分纯净等特点。制备过程无污染,周期短,制备温度低(小于350℃),该法具有发展前景。

7.利用矿物原料或工业矿渣制备颜料

利用铬铁矿制备的无钴黑颜料,成本低,色深且发色稳定。选用铬铁矿为主要原料,合理配置Fe2O3、Cr2O3、MnO2、CuO,在(1250~1265)℃下煅烧即能得到发色良好的黑色颜料。

利用矿物原料或工业矿渣制备颜料是颜料发展的趋势,大大降低成本,是绿色环保材料。

8.用自熳燃烧高温法合成颜料

目前生产陶瓷颜料主要是利用固相高温烧结法,该法的不足是高温保温时间长、能耗高,颜料晶型不稳定、纯度差,特别是一些高温颜料有时用传统的烧结法无法得到。自熳燃烧高温法的特点是反应速度快,时间短,温度高,能耗低,颜料纯度高。

自熳燃烧高温法的基本原理是:通过燃烧反应利用参与化学反应的物质在化合过程中反应自身释放出来的热量来促进颜料的合成。实际上就是选择某种金属粉末,在与空气中氧发生化学反应是释放出大量的热,使反应内部迅速升温,达到高温合成的目的。一般在(500~700)℃点燃,几十分钟反应即可完成。自熳燃烧高温法对颜料的后期热处理,通常在1200℃保温30分钟,即可获得良好的颜料。烧成的关键在于如何控制升温速度和烧成气氛。该方法不需要特殊设备,利用通常的梭式窑略加改造后就可使用。

自熳燃烧高温法合成陶瓷颜料是一种很有发展潜力的新工艺,它将带来传统工艺领域革命性的技术创新。由于其独特性,特别适合颜料的合成,能降低生产成本,能降低生产成本,同时还可以利用自熳燃烧高温法开发新的颜料品种。但有些基础性问题还需深入研究。国外20世纪80年代中期就开始研究,并取得显著效果。而我国才刚刚开始,可以在这方面多做探索实验。

9.采用超声波共沉淀法制备超细无机颜料

利用超声波技术在制备超细颜料中具有明显的优势,借助超声波在溶液中产生的空化效应具有的瞬时高温高压特性,可以合成粒度小、粒径均匀、团聚微弱或无团聚的纳米级陶瓷粉体。

10.采用稀土氧化钇为主要原料研制钙钛矿型高温红色颜料

采用稀土氧化钇为主要原料,在矿化剂的作用下,通过与氧化铝、氧化铬高温固溶合成,研制高温稳定的钙钛矿结构类型高温红色颜料。

11.研制绿色陶瓷颜料

通常绿色陶瓷颜料应指合理利用自然资源,在生产制作过程中无环境污染(即指环境荷最低),能耗低,在使用时有益于人类健康的产品,大抵包括:一是环保产品;二是节能产品;三是健康产品;四是多功能产品,例如无铅无镉低温陶瓷制品等。

复习思考题

1.叙述陶瓷装饰材料的概念。

2.简述陶瓷颜料的现状。

3.叙述陶瓷颜料的新的种类及发展前景。

4.叙述陶瓷的发展历程。

5.谈谈对学习陶瓷颜料的看法。

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