幾種添加劑對棕紅色料燒成的影響

張?zhí)旖? 廖仲恩

摘 要：本文基于本廠生產(chǎn)條件，以探究為目的系統(tǒng)對比了幾種色料添加劑對棕紅色色料燒成的影響，包括燒成溫度、發(fā)色、燒結(jié)狀態(tài)等，在保持發(fā)色強(qiáng)度一致的前提下，達(dá)到降溫?zé)傻哪康?，減少燃料成本，節(jié)省時(shí)間成本，便于轉(zhuǎn)產(chǎn)的同時(shí)還消除因轉(zhuǎn)產(chǎn)導(dǎo)致的過渡誤差。

關(guān)鍵詞：色料添加劑;燒成溫度;發(fā)色;燒結(jié)狀態(tài)

1 前 言

大量實(shí)驗(yàn)表明，由Cr2O3、Fe2O3、ZnO組成的棕紅色料為尖晶石型結(jié)構(gòu)，若采用固相法生產(chǎn)，其合成溫度通常在1250～1400℃之間，有時(shí)為了保證色料充分合成還需進(jìn)一步提高溫度。若能通過外加添加劑達(dá)到降溫?zé)傻哪康模瑒t能明顯減少燃料成本及轉(zhuǎn)產(chǎn)的時(shí)間成本，對連續(xù)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定都有著很大的實(shí)際意義。

2 實(shí)驗(yàn)部分

本文試用以下幾種添加劑：KCl、H3BO3、Ba（NO3）2。配方中的主要原料Cr2O3、Fe2O3及ZnO均325目全過無篩余。

鉻鐵鋅尖晶石的理論組成為ZnFexCr2-xO4，取x=1可得ZnFeCrO4，本組實(shí)驗(yàn)將以此組成作為基本配方，按照其組成可算得質(zhì)量配比如表1。

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)

本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是以色料在墨水中的發(fā)色強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，檢測用釉采用啞光釉，以下是色料及墨水的制備流程。

色料制備：配料→混料→裝缽→燒成→破碎→打粉→過篩→成料。

墨水制備：將色料與有機(jī)溶劑按固定比例混合，投入實(shí)驗(yàn)砂磨機(jī)，將粒徑研磨至D50=0.5μm，在啞光釉上絲網(wǎng)印花檢測發(fā)色。

2.2 添加劑種類的探討

2.2.1 氯化鉀

在隧道窯1250℃，保溫4h條件下，樣品燒成狀態(tài)如表2。

樣品在啞光釉中的具體色差值如表3。

結(jié)果分析如下：

隨著KCl外加量從0.5%至3.0%，色料的燒結(jié)程度、外觀以及制成墨水的發(fā)色均有著對應(yīng)關(guān)系。其中，外加量在0.5%～1.5%范圍內(nèi)，其燒結(jié)程度、外觀及墨水發(fā)色均無明顯變化;提高至2.0%時(shí)，色料略微變硬，外觀開始泛黃，黃值也有所上升，意味著發(fā)色變差;而提高至3.0%時(shí)變化更明顯，此時(shí)黃值已明顯上升，雖然紅值也有所上升，但亮度值變大，飽和度值a/b明顯降低，即顏色變淺，發(fā)色變差，可以認(rèn)為此時(shí)的色料已過燒。

猜測原因是KCl用量過多時(shí)，晶體合成過程液相產(chǎn)生太早太多，保溫過程對完好晶體產(chǎn)生熔蝕，反而破壞了晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致發(fā)色強(qiáng)度變?nèi)酢Ｈ悠?-0及1-5作SEM分析，結(jié)果見圖1、圖2。

由電鏡照片可見，無外加KCl且溫度合適時(shí)（1250℃），色料顆粒分布均勻、大小均一、形狀規(guī)則，尺寸大致為0.5～1.0μm;當(dāng)KCl用量較多時(shí)，色料顆粒則呈現(xiàn)大小不一、邊界圓滑的特點(diǎn)，尺寸為1.0～5.0μm不等，多數(shù)顆粒已粘接成球型或大團(tuán)聚體，基本符合之前的猜想。

據(jù)此猜測KCl是具有降低尖晶石燒成溫度的作用。為了驗(yàn)證這一猜想，在同一隧道窯1180℃，保溫4h條件下重復(fù)該組樣品，得到結(jié)果見表4、表5。

結(jié)果分析如下：

（1）1-0與1-0#對比可知，無KCl的條件下，1180℃下燒得的色料相比1250℃發(fā)色較差，即溫度偏低，色料欠燒;

（2）1180℃下，KCl外加量從0增至0.5%、1.0%、1.5%，發(fā)色強(qiáng)度逐步提高，說明晶體合成逐步完善;

（3）KCl增至2.0%、3.0%時(shí)，發(fā)色強(qiáng)度變化不大，可以認(rèn)為此時(shí)色料已反應(yīng)完全。

（4）結(jié)合1180℃與1250℃色料的燒結(jié)程度、外觀及發(fā)色強(qiáng)度，我們認(rèn)為KCl具有降低棕紅色料反應(yīng)溫度的作用，外加量為1.5%～2.0%時(shí)，可降低燒成溫度約80℃，且能保持原有的發(fā)色強(qiáng)度。

2.2.2 硼酸

同樣在隧道窯1250℃，保溫4h條件下，樣品燒成狀態(tài)如表6。

墨水在釉中的色差值如表7。

由表6、表7可知，外加硼酸至一定量后，同樣地，色料逐漸過燒，發(fā)色強(qiáng)度逐漸變差，與KCl情況一致但效果更明顯，用量宜控制在0.2%～0.4%。

除此之外，加入硼酸還能改善釉面質(zhì)量。對表7樣品進(jìn)行光澤度測量，結(jié)果如表8。

硼酸用量加至0.2%～0.4%已有改善效果，用量為0.4%時(shí)，光澤度提高6.3%，繼續(xù)增加用量則光澤度進(jìn)一步提高，但結(jié)合燒結(jié)狀態(tài)及發(fā)色強(qiáng)度考慮，用量在0.2%～0.4%為宜。

硼酸同樣具有降低色料燒成溫度的作用，其效果比KCl更顯著，用量為0.2%～0.4%時(shí)可降低燒成溫度約80℃。原因是硼酸加熱至170℃即脫水形成B2O3，而B2O3本身是很好的助熔劑，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高色料與釉料適應(yīng)性，反應(yīng)過程中液相生成早，達(dá)到降低燒成溫度的效果。

2.2.3 硝酸鋇

燒成制度1250℃-4 h條件下，樣品燒成狀態(tài)及墨水發(fā)色見表9、表10。

由表9、表10可知，硝酸鋇的用量最大增加至0.2%，且以上樣品各自色料外觀和墨水發(fā)色都沒有太大區(qū)別，可以認(rèn)為硝酸鋇的加入對色料的發(fā)色應(yīng)并無影響。但從燒結(jié)程度可以觀察到，加入一定量硝酸鋇的樣品都變得松軟了，結(jié)合墨水的發(fā)色強(qiáng)度并沒有變差來看，筆者并不認(rèn)為這是因?yàn)橄跛徜^的加入提高了色料的燒成溫度而使得色料欠燒，而更可能是因?yàn)橄跛徜^在加熱過程中產(chǎn)生的氧氣使得色料內(nèi)部產(chǎn)生大量孔隙，并且這會(huì)使得色料內(nèi)部的氣體交換進(jìn)行得更加徹底，反應(yīng)更加充分。為驗(yàn)證這一猜想，在同一窯爐的1180℃，保溫4h條件下重復(fù)以上樣品，對照1250℃樣品，結(jié)果見表11。

結(jié)果分析如下：

（1）樣品3-0與3-0#對比可知，對于正常配方，窯爐溫度從1250℃降低至1180℃后略顯欠燒，發(fā)色強(qiáng)度降低約5.6%;

（2）樣品3-0#與其后4個(gè)樣品對比可知，硝酸鋇的加入一定程度上能增強(qiáng)發(fā)色強(qiáng)度，但不足以彌補(bǔ)降溫帶來的影響;

（3）雖然硝酸鋇對發(fā)色的提升效果并不顯著，但其較大改善了色料的燒結(jié)狀態(tài)，色料呈稍微松散的狀態(tài)有利于后加工。

3 小 結(jié)

本文基于本廠生產(chǎn)條件，探討了幾種色料添加劑對棕紅色料發(fā)色及燒成狀態(tài)的影響，得到了一些有用的信息與結(jié)論。

（1）KCl 具有降低該棕紅色料燒成溫度的作用，用量為1.5%～2.0%時(shí)可降低燒成溫度約80℃，但用量過多會(huì)使色料顆粒粘接成球，大小不均，反而使發(fā)色強(qiáng)度下降。

（2）硼酸具有與KCl相似的作用，也可降低棕紅色料的燒成溫度且效果更顯著，同時(shí)還具備改善色釉料適應(yīng)性，提高釉面質(zhì)量的效果。

（3）硝酸鋇在加熱過程中分解產(chǎn)生的氣體使色料內(nèi)部產(chǎn)生大量孔隙，色料內(nèi)部氣體交換加強(qiáng)，反應(yīng)更充分，同時(shí)可以在一定程度上降低色料硬度，便于后加工。