咖啡色微晶玻璃著色劑的研究

許行強 王美蘭 徐和良

摘 要 本研究為解決咖啡色微晶玻璃生產(chǎn)過程中顏色的不穩(wěn)定、色相的不純正，試以鐵礦土骨為輔助原料配制玻璃著色劑制作咖啡色微晶玻璃，并以綜合熱分析儀ZCT—B進行差熱分析。結(jié)果表明：宜興土骨含鐵量較高，同時含有微量鉻、鈷、鈦、錳等元素，加入量在1%～20%，能使微晶玻璃呈黃綠—黃—棕紅—咖啡色。

關(guān)鍵詞 鐵礦；微晶玻璃 ；著色劑 ；咖啡色

0 前 言

微晶玻璃陶瓷復(fù)合板是我國少有的具有專門知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型專利產(chǎn)品，也是科技含量較高的高科技產(chǎn)品。在研制微晶玻璃陶瓷復(fù)合板的各類產(chǎn)品中，咖啡色微晶玻璃陶瓷復(fù)合板的研制無疑成為研制的亮點，這是由于咖啡色微晶玻璃具有較高的藝術(shù)價值，產(chǎn)品顯得高端、名貴。

從1998年至今，市場上出現(xiàn)了很多微晶陶瓷復(fù)合板，其花式品種有了很大的變化，不過咖啡色微晶玻璃在生產(chǎn)過程中發(fā)色不夠穩(wěn)定，受窯爐氣氛影響敏感，會使玻璃呈黑色，更重要的是會導(dǎo)致微晶玻璃復(fù)合板出現(xiàn)熔洞。

本文將對咖啡色微晶玻璃的原料選擇、組成特點、生產(chǎn)工藝參數(shù)、影響發(fā)色的因素及熔洞問題逐一探討。

1 實 驗

實驗采用來自太湖湖底的一種含鐵量很高的礦石土骨為主要著色氧化物，其中還含有微量的鉻、鈷、鈦、錳等元素。土骨質(zhì)地堅硬，是一種高鐵天然著色礦物，外觀呈黃褐色，燒成后呈青黑色調(diào)。土骨作為一種陶瓷原料深受當?shù)靥沾尚袠I(yè)人士的青睞。在聞名于世的宜均釉配方中土骨發(fā)揮了重要作用。土骨的化學成分見表（1），差熱分析見圖（1）。

采用硅灰石型微晶玻璃為基礎(chǔ)組成，用石英砂、工業(yè)氧化鋁、方解石、純堿、工業(yè)氧化鋅、工業(yè)碳酸鋇及硼砂分別引入SiO2、Al2O3、CaO、BaO、Na2O、ZnO、B2O3，化學成分見表（2）。采用化工原料氧化亞鎳、氧化鈷作為著色調(diào)節(jié)劑。

將粒狀與塊狀土骨烘干、球磨，粒度小于0.2mm，充分均化。按表（3）所示在基礎(chǔ)配方中引入土骨配料，經(jīng)熔制、水淬、烘干、造粒、入窯晶化燒成，并拋光。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1玻璃的熔融

按配方稱量2KG，過篩均化，置于熔塊爐中熔融2h，熔融溫度1 500～1 550℃，玻璃液試樣顏色均勻、無結(jié)石、無氣泡，X射線衍射（見圖2所示）表明試料全部熔融成為玻璃。

2.2玻璃晶化（復(fù)合板的燒成）

熔融完全的玻璃液經(jīng)水淬成粗粒狀，用分樣篩進行分級處理。試驗證明8～16目最為理想，顆粒過粗導(dǎo)致火度升高，表面嚴重不平，拋光后出現(xiàn)漏拋現(xiàn)象。顆粒過細產(chǎn)生熔洞。熔塊顆粒平鋪于陶瓷坯體，布料量為10Kg/m2。對于150m的輥道窯而言，燒成溫度為1 150～1 170℃，燒成周期3h左右。拋光厚度的控制對咖啡色微晶玻璃的顏色與熔洞有重大影響，它的工序見圖3。

2.3試樣顏色及拋光面熔洞的情況見表4

試樣對比結(jié)果表明，5號顏色是純正咖啡色，拋光面熔洞也在可以接受范圍，完全不影響產(chǎn)品品質(zhì)。

2.4配方中各種著色氧化物對微晶玻璃呈色的討論

鐵在玻璃相中有二價、三價離子存在。Fe3+有兩種配位數(shù)，分別為4和6，其中以四次配位數(shù)為主。Fe2+在硅酸鹽玻璃相中只有六次配位，四次配位的Fe3+在可見光區(qū)吸收紫色和紅色，故呈黃綠色。六次配位的Fe2+在玻璃相中呈蘭色，而且它的呈色能力強于四次配位的Fe3+。在玻璃相中，通常存在Fe3+和Fe2+兩種離子，但在高氧壓條件下熔化，只存在Fe3+。隨著玻璃相中的Fe2+與Fe3+的平衡比值的不同，其綜合呈色可以從蘭色到黃綠色。氧化鐵與其它著色劑混合使用呈現(xiàn)不同的顏色，如與MnO2組合呈褐色，與Cr2O3組合可強化綠色，與TiO2組合可呈暗棕色等。

氧化鎳在硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)中，只有二價形式。它的呈色也取決于基礎(chǔ)玻璃相的成分，隨著成分的不同，它可以呈紫色、褐色、黃色、綠色。有人把氧化鎳在不同成分玻璃相中呈色變化歸納為玻璃相結(jié)構(gòu)中鍵的三種類型：

（1）呈現(xiàn)綠色的（NiO6/2）4-八面體類型

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（2）呈現(xiàn)褐色的—Si—O—Ni—O—Si—橋鍵類型

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（3）呈現(xiàn)紫色的（NiO4/2）2-四面體類型

通常在硅酸鹽成分的釉料和微晶玻璃中，氧化鎳的呈色以褐色為主，其呈色能力是氧化鐵的五倍。

氧化鈷在玻璃相中多為二價形式，二價鈷在玻璃結(jié)構(gòu)中存在兩種配位數(shù)。在硅酸鹽玻璃相中，四次配位的Co2+呈蘭色。一般來說，鉀硅酸鹽玻璃比鈉硅酸鹽玻璃呈色更蘭，含鋅硅酸鹽玻璃比含鋁硅酸鹽玻璃更蘭。不過在硼硅酸鹽玻璃中四次配位數(shù)的Co2+離子呈帶紅調(diào)的蘭色。在硅酸鹽玻璃中，六次配位的Co2+呈桃紅色。

3 結(jié) 論

（1）用土骨配制微晶玻璃著色劑，能使微晶玻璃呈黃綠——褐色。

（2）用土骨配合工業(yè)著色氧化物混合著色，隨著比例的變化能使微晶玻璃呈純正的咖啡顏色。

（3）土骨中的鐵替代工業(yè)鐵紅粉，可以有效控制氧化鐵提高微晶玻璃表面張力的缺陷，使微晶玻璃不容易出現(xiàn)熔洞。

（4）土骨相對工業(yè)氧化鐵可以降低生產(chǎn)成本，土骨中含有微量的著色氧化物，比工業(yè)氧化鐵更利于呈現(xiàn)咖啡色。

參 考 文 獻

[1]王承遇，陶瑛.玻璃的性質(zhì)與工藝手冊[M].化學工業(yè)出版社.2013

[2]同繼鋒，閆開放.現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)手冊[M].中國建材工業(yè)出版社.2010

[3]方久華，等.以廢渣配制玻璃著色劑的研究[J].硅酸鹽通報 2015（09）：2731-2734

[4]戴長祿，等.化學元素在建筑陶瓷坯體·釉料中以及微晶玻璃中的作用與影響[J].佛山陶瓷，2010（06）：32-38

[5]田英良.新編玻璃工藝學[M].中國輕工業(yè)出版社.2013