工藝對快燒Fe2 O3-ZnO-SiO2荷葉狀結(jié)晶釉的影響

包啟富 董偉霞 汪 洋

(景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院 景德鎮(zhèn) 江西 333001)

工藝對快燒Fe2O3-ZnO-SiO2荷葉狀結(jié)晶釉的影響

包啟富 董偉霞 汪 洋

(景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院 景德鎮(zhèn) 江西 333001)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對陶瓷裝飾技術(shù)提出了越來越高的要求。結(jié)晶釉析晶范圍窄,燒成條件苛刻,給商品化生產(chǎn)帶來了困難。硅鋅礦晶花的生長形態(tài)與晶核種類,與晶核取向及生長溫度有關(guān),采用不同的成核方式,控制不同的溫度能得到千姿百態(tài)的生長形態(tài)。進(jìn)一步研究釉料組成及燒成條件對硅鋅礦生長形態(tài)的影響;研究著色離子對硅鋅礦晶體和無花釉面呈色的影響;探求膠體著色、光致變色等在硅鋅礦結(jié)晶釉呈色中的應(yīng)用,以及能否采用天然礦物原料或廢渣配置結(jié)晶釉釉料,更重要的是如何降低結(jié)晶釉的燒成溫度實現(xiàn)快燒,都是我們有待重視和解決的問題。因此,筆者通過改變工藝條件和燒成制度對結(jié)晶釉面的影響進(jìn)行了研究。

1 實驗部分

1.1 實驗用原料

本實驗所選用的原料包括：玻璃粉、石英、高嶺土、鉛丹、氧化鋅、氧化鐵、硼熔塊。所用原料的化學(xué)組成如表1所示。

表1 原料化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.2 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備名稱及生產(chǎn)廠家如表2所示。

表2 實驗儀器名稱及生產(chǎn)廠家

1.3 實驗工藝

1.3.1 實驗工藝流程見圖1

圖1 實驗工藝流程圖

1.3.2 主要工藝參數(shù)

1)采用噴釉法上釉,釉層厚度為1.0～1.5mm;

2)料∶球∶水=1∶2∶0.8,球磨10～20min。釉料細(xì)度過200目篩,篩余0.1%;

3)上釉的樣品入烘箱在65℃烘干24 h,備用。

4)保溫1 170℃30min,經(jīng)60～90min快速燒成。

1.3.3 結(jié)晶釉的配方

在此配方基礎(chǔ)上通過改變工藝條件和燒成制度探討對結(jié)晶釉面的影響。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 工藝條件對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

2.1.1 球磨時間對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

所有試驗均在相同的實驗條件下制備,通過對配方改變球磨時間來考察細(xì)度對釉面的影響,其實驗結(jié)果如表3所示。

表3 球磨時間對結(jié)晶釉的影響

從實驗結(jié)果可知,1-2的球磨時間較1-1的短,因此,1-2的粒度要大于1-1,試樣1-1的釉面相對于試樣1-2熔融的較為均勻,且晶體生長較完整。試樣1-1由于球磨時間過長,釉料粒度過細(xì),粒子活性高,質(zhì)點遷移較容易,高溫階段易參與物理化學(xué)變化,進(jìn)而容易產(chǎn)生收縮,但過細(xì)會導(dǎo)致釉面收縮過大形成縮釉。1-3球磨時間最短,釉料混合不均勻且穩(wěn)定性差不易進(jìn)行施釉操作。結(jié)晶釉在晶體生長階段時,大顆粒易作為結(jié)晶中心,Zn、O、S原子按布拉維法則進(jìn)行排列獲得Zn2SiO4晶體,1-3球磨時間短,進(jìn)而在同等條件下殘留的晶核多且顆粒細(xì)度大,結(jié)晶中心多,從而生長的晶體多而小。

當(dāng)球磨15min時(樣品1-2),制備出的結(jié)晶釉面效果較好。球磨時間過長會使釉料的粒度過細(xì),燒制出的結(jié)晶釉會出現(xiàn)縮釉現(xiàn)象;球磨時間過短會使釉料的粒度過大,會產(chǎn)生結(jié)晶晶花多而小。

2.1.2 釉層厚度對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

本實驗選擇了3個釉層厚度進(jìn)行實驗,討論釉層厚度對結(jié)晶釉釉面和晶體的影響,如表4所示。

表4 釉層厚度對結(jié)晶釉面的影響

從表4可以看出,釉層最薄的2-1試樣釉面顏色較淺,且基本沒有晶花生長。釉層厚度在1 mm～1.5 mm的試樣2-2晶體生長較為充分,且釉面熔融較為光滑平整。試樣2-3的釉層最厚,其晶體生長比較充分,但因為釉層過厚,使得釉面不均勻。釉層厚度對釉面質(zhì)量及釉燒過程中晶核形成和晶體成長影響很大。同一個配方,不同厚度的釉層采用相同的燒成工藝,釉的性能往往會產(chǎn)生很大的差異。一般地釉層太薄,則形成的結(jié)晶花稀而小,不易長大達(dá)到所需的尺寸,且釉面質(zhì)感差;而釉層過厚,高溫下其流動性增加,易造成產(chǎn)品釉層厚度不均,釉面呈色不穩(wěn)定,色差大。適當(dāng)?shù)挠詫雍穸扔欣诰w生長發(fā)展到合適的尺寸,產(chǎn)生良好的外觀效果。

結(jié)晶釉對釉層厚度要求較嚴(yán)格,釉層厚度對結(jié)晶性能影響也較大,釉層過薄,在高溫熔融后可供晶體遷移發(fā)育的液相量不足微晶體困難,晶花難以發(fā)育完整;釉層過厚,晶花在立體方向發(fā)展使釉面顯得粗糙無光,甚至出現(xiàn)生燒現(xiàn)象因此,綜合釉面和晶體兩方面因素,釉層厚度1～1.5 mm較為適中。

2.2 燒成制度對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

2.2.1 燒成溫度對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

本實驗選取燒成溫度對結(jié)晶釉釉面和晶體的影響,如表5所示。

通過表5發(fā)現(xiàn),試樣3-1的燒成溫度是1 200℃,釉面粗糙、不平整,說明在該燒成溫度下釉面未能充分熔融,因此,釉面只有非常細(xì)小的晶體生長。試樣3-2的燒成溫度是1 250℃,在該溫度下釉面熔融相對較為充分,高溫粘度適宜,進(jìn)而熔體高溫流動容易,在重力作用下易于鋪展開來從而冷卻后形成平整光滑的釉面,且晶體發(fā)育較好,晶型完整。試樣3-3的熔融溫度為1 300℃,由于熔融溫度過高,晶種已經(jīng)基本熔融,晶體生長要通過自發(fā)成核然后進(jìn)行生長,且自發(fā)成核的要求較為苛刻從而導(dǎo)致該制度下的晶體難以生長,因為燒成溫度提高會導(dǎo)致熔體高溫粘度降低,從而熔體高溫下易于流動會產(chǎn)生流釉現(xiàn)象。因此1 300℃熔融溫度太高易使制品產(chǎn)生流釉且不利于晶花生存。

表5 燒成溫度對結(jié)晶釉面的影響

2.2.2 保溫溫度對荷葉狀結(jié)晶釉的影響

本實驗選擇了3個析晶溫度進(jìn)行實驗,討論析晶溫度對結(jié)晶釉釉面和晶體的影響,如表6所示。

表6 析晶溫度對結(jié)晶釉面的影響

根據(jù)所查閱資料,按照熱力學(xué)理論,硅鋅礦的形成存在如下反應(yīng)：

根據(jù)熱力學(xué)計算公式△G=△Hf-T·△S,計算出1 400 K時ZnO和SiO2反應(yīng)生成硅鋅礦的吉布斯自由能為：△G(1 400 K)=-31 834.0 J/mol

當(dāng)升溫至1 130℃時,ZnO和SiO2反應(yīng)生成硅鋅礦的吉布斯自由能小于零,反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行,所以當(dāng)溫度為1 100℃時無明顯晶花析出。根據(jù)析晶動力學(xué)可知當(dāng)溫度過高時,只有晶體生長速率,沒有晶核生長速率,當(dāng)溫度為1 200℃時也無明顯晶花析出。1 150℃和1 170℃時都有明顯的晶花鋪展在釉面,但是1 150℃晶體小而多,1 170℃晶體大而有序。當(dāng)晶體生長溫度在1 170℃相對1 150℃熔融更為充分,部分小晶核在1 150℃不會被熔化但在1 170℃會被熔融到釉里面,最終剩下少數(shù)大晶核,晶體生長時以剩下的大晶核為結(jié)晶中心生長,因而1 170℃生長的晶花大而有序。因此當(dāng)溫度為1 170℃時是比較符合硅酸鋅晶體的生長和發(fā)育的。

3 結(jié)論

1)采用Fe2O3-ZnO-SiO2系結(jié)晶釉,于1 250℃燒成 ,在1 170℃保溫獲得光滑平整、光澤度高的釉面,并且獲得分布規(guī)整,荷葉狀大晶花。

2)球磨時間長,有利于釉面熔融,但過細(xì)會使釉面發(fā)生縮釉現(xiàn)象,影響析晶。球磨時間短,混料不均勻,高溫物理化學(xué)反應(yīng)不完全,晶花效果差。只有適中的球磨時間才能得到良好效果的結(jié)晶釉,一般球磨時間為15min時較為理想。

3)釉層過厚會使釉面不均勻且顏色較深,釉層過薄會使結(jié)晶花稀少,因此釉層厚度在1～1.5 mm時,釉面和結(jié)晶效果都較為理想。

1 孫洪巍,王淑玲,封鑒秋.組成和溫度制度對硅鋅礦析晶的影響.鄭州大學(xué)學(xué)報.2000,32(4)：88～92

2 葉巧明,張其春.燒成制度與結(jié)晶釉相關(guān)性的研究.全國性建材科技期刊——陶瓷.2002(1)：37～38

3 趙效忠,張桂英,等.結(jié)晶軸中硅鋅礦的析晶.硅酸鹽通報 ,1984 ：15～16

4 [日]素木洋一著.釉及色料.劉可棟、劉光躍譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1979