高表面張力超低溫生料乳濁釉的研制*

李 明 程小蘇 曾令可

(華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 廣州 510640)

隨著科技的迅速發(fā)展，人們對(duì)于健康和環(huán)境的要求越來越高，無毒無害的陶瓷裝飾釉料勢(shì)必會(huì)取代傳統(tǒng)的含鉛、砷的釉料；在國家綠色節(jié)能政策倡導(dǎo)下，超低溫的生料釉越來越受到青睞。傳統(tǒng)的釉上彩裝飾大多以高溫制作的熔劑作為開光劑，熔劑的制作過程不僅繁瑣且耗能極高。粉彩是我國特有的一種釉上彩裝飾工藝，其顏料制備過程復(fù)雜、彩繪技藝巧妙，較其他陶瓷裝飾技術(shù)難度更大。粉彩瓷也因其色彩豐富、粉潤柔和、秀麗雅致等特點(diǎn)而獨(dú)具一格，深受人們的喜愛[1]。目前釉上粉彩大多都以具有乳濁效果的低溫熔劑與釉上彩的色料相結(jié)合，然后施于燒制好的白胎上，置于800 ℃左右下進(jìn)行彩烤，燒成。但是，傳統(tǒng)的低溫熔劑和粉彩顏料中都含有大量的鉛、砷、銻等重金屬元素，而粉彩裝飾技藝不僅應(yīng)用于藝術(shù)陶瓷的裝飾，一些日用陶瓷也會(huì)利用粉彩進(jìn)行裝飾。對(duì)于日用陶瓷而言，由于高溫等條件的作用，長久的使用會(huì)造成重金屬的溶出，這不僅對(duì)環(huán)境造成污染，更會(huì)損害人體健康。目前我國出口的日用陶瓷因鉛、砷、銻等重金屬溶出超標(biāo)而退回的案例屢屢發(fā)生，除運(yùn)往中東地區(qū)、非洲外，在其它國家和地區(qū)的出口都會(huì)受到阻礙。有少數(shù)符合出口標(biāo)準(zhǔn)的廠家也都是采用進(jìn)口花紙或從境外進(jìn)口顏料，然后在境內(nèi)加工成瓷，再銷往國外。這對(duì)我國日用陶瓷出口以及對(duì)外貿(mào)易方面造成了很大的沖擊。而超低溫生料乳濁釉的熔融溫度低、燒成周期短，而且具有很大的表面張力，適用于粉彩的軋道扒花裝飾，將成為今后一段時(shí)間釉上彩裝飾的主要研究對(duì)象。

生料釉是指將不需要制成熔劑的原料直接稱量混合，加入一定量的水配成釉漿，球磨后直接噴涂在制品表面，再進(jìn)行燒成即可。這不僅免去了制作熔塊的繁瑣工藝，節(jié)省了時(shí)間，而且還降低了能耗。為了解決瓷釉上彩中鉛、砷、銻等重金屬問題，筆者利用不含鉛、砷等重金屬的原料，制作出具有高表面張力而且具有較低熔點(diǎn)的生料乳濁釉，然后向乳濁釉中加入無毒的釉上彩用料，以達(dá)到粉彩軋道扒花的裝飾效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料有：鉀長石，硼鈣石，方解石，滑石，煅燒氧化鋅，高嶺土，石英。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)配方進(jìn)行配料且稱量后，按照料∶球∶水=1.0∶2.0∶0.8的比例混合，放入快速球磨機(jī)中球磨50 min，轉(zhuǎn)速為400 r/min，球磨后的料漿過400目篩，篩余0.1%；采用浸釉法施釉，施釉厚度為0.5～1.0 mm，干燥后入窯，以制定的燒成制度燒成。

在單因素實(shí)驗(yàn)中，以鉀長石、方解石、氧化鋅、石英的含量和球磨時(shí)間作為變量因素，探索其對(duì)釉面效果的影響。在正交實(shí)驗(yàn)中，確定出球磨時(shí)間，以單因素實(shí)驗(yàn)得到的鉀長石、方解石、氧化鋅和石英的最佳用量設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，找出最佳的原料配方組合。

1.3 燒成制度

經(jīng)差熱分析可確定實(shí)驗(yàn)的燒成制度為：由室溫開始，經(jīng)30 min升到300 ℃，再經(jīng)100 min升至900 ℃，在900 ℃下保溫30 min，最后自然冷卻至室溫，如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鉀長石用量對(duì)釉面效果的影響

不同鉀長石的用量的釉面效果如表1所示。

由表1可知，K1、K2組的釉面效果優(yōu)于K3、K4組。因?yàn)?，鉀長石含量過多會(huì)使釉的熱膨脹系數(shù)增大，導(dǎo)致釉面開裂脫落。K2組的釉面優(yōu)于K1組是因?yàn)樵黾逾涢L石的用量，可以降低釉的熔融溫度。此外，實(shí)驗(yàn)中換用原料和白胎也可能導(dǎo)致釉面剝落。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，K2組實(shí)驗(yàn)效果相對(duì)較好，說明鉀長石的最佳用量為36 g左右。

表1 不同鉀長石用量的釉面效果

2.2 石英用量對(duì)釉面效果的影響

不同石英用量的釉面效果如表2所示。

表2 不同石英用量的釉面效果

由表2可知，S2、S3組的釉面效果較S1、S4組的好，其原因是，適當(dāng)減少石英的用量可以降低釉面的熔融溫度，但石英用量太少時(shí)，會(huì)導(dǎo)致釉面光澤度下降、坯釉中間層發(fā)育不完善。因此，釉面會(huì)產(chǎn)生開裂。本次試驗(yàn)中的釉面均有開裂現(xiàn)象，分析其原因可能是：實(shí)驗(yàn)用的白胎與前面的實(shí)驗(yàn)不同，底釉的膨脹系數(shù)可能不同，白胎與釉的適應(yīng)性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致開裂。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，S2組實(shí)驗(yàn)效果相對(duì)較好，說明石英的最佳用量為16 g左右。

2.3 硼鈣石用量對(duì)釉面效果的影響

不同硼鈣石用量的釉面效果如表3所示。

由表3可知，B1、B2、B3組的釉面均欠燒，其原因是：前面的實(shí)驗(yàn)將硼鈣石用完了，本次實(shí)驗(yàn)用的硼鈣石與前面的不同。分別對(duì)兩種硼酸鈣進(jìn)行差熱分析，結(jié)果表明，在前面實(shí)驗(yàn)使用的硼鈣石經(jīng)過煅燒，而本次實(shí)驗(yàn)使用的硼鈣石沒有經(jīng)過煅燒，生的硼鈣石可能會(huì)增加釉的熔融溫度。B4組實(shí)驗(yàn)中，釉已經(jīng)開始熔融，但是并未完全燒透。這是因?yàn)樵黾优疴}石的用量，引入的B2O3增多，B2O3能與硅酸鹽形成低熔點(diǎn)的混合物，從而降低了釉的熔融溫度。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，B4組實(shí)驗(yàn)效果相對(duì)較好，說明硼鈣石的最佳用量為21 g左右。

表3 不同硼鈣石用量的釉面效果

2.4 氧化鋅用量對(duì)釉面效果的影響

不同氧化鋅用量的釉面效果如表4所示。

表4 不同氧化鋅用量的釉面效果

由表4可知，該配方在氧化鋅單因素實(shí)驗(yàn)中釉面會(huì)有剝落現(xiàn)象，分析其原因可能是：實(shí)驗(yàn)過程中原料的換用使釉與白胎之間的結(jié)合性能變差，造成釉面剝落。Z3組的釉面效果相對(duì)為最好，所以氧化鋅含量應(yīng)確定為11 g左右。

2.5 球磨時(shí)間對(duì)釉面效果的影響

不同球磨時(shí)間的釉面效果如表5所示。

由表5可知，原料球磨時(shí)間越長，釉面不會(huì)出現(xiàn)剝落、收縮現(xiàn)象，而且光澤度好，乳白效果好，扒花效果也越好。而球磨時(shí)間短時(shí)，釉面的開裂、剝落和收縮現(xiàn)象就越嚴(yán)重，光澤度和乳白效果也隨之降低。這是因?yàn)榍蚰r(shí)間越長，釉料粒度越細(xì)，釉漿就越均勻，也就能夠與白胎很好的結(jié)合，不僅可以降低釉的熔融溫度，也可以提高扒花的效果，因?yàn)橛粤系牧６仍郊?xì)，收縮就越小，扒花更具立體感。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到50 min時(shí)，釉面除有輕微開裂外，其他性能均較好，因此，可將球磨時(shí)間確定為50 min左右。

表5 不同球磨時(shí)間的釉面效果

通過所得結(jié)果進(jìn)行直觀分析，各因素的主次順序?yàn)椋篋→A→B→C→E。最佳配方為D2A3B3C3E3。最優(yōu)組合配方為：鉀長石38 g，石英18 g，硼鈣石19 g，方解石12 g，氧化鋅11 g，高嶺土1.2 g，滑石1 g。計(jì)算出各原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：鉀長石38%，石英18%，硼鈣石19%，方解石12%，氧化鋅11%，高嶺土1.2%，滑石1%。

3 結(jié)論

1)本課題通過大量實(shí)驗(yàn)研究，研制出一種超低溫生料乳濁釉，其最佳配方組成為：鉀長石38%，石英18%，硼鈣石19%，方解石12%，氧化鋅11%，高嶺土1.2%，滑石1%。

2)通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)球磨時(shí)間為50 min左右，且燒成最高溫度為900 ℃左右時(shí)，最佳配方的釉面效果最好，其光澤度高，乳濁效果好、扒花效果也好。

3)實(shí)驗(yàn)表明，方解石對(duì)釉面整體的性能影響最大，鉀長石次之，氧化鋅的影響最小。

4)實(shí)驗(yàn)中原料和白胎的選用對(duì)釉面效果也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，選用合適的原料和白胎可以使釉面效果達(dá)到最佳。

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