薄型陶瓷巖板高亮白數(shù)碼基礎(chǔ)釉的研制

賴(lài)文琦　古戰(zhàn)文

摘 要：以長(zhǎng)石、石英、高嶺土、硅酸鋯、氧化鋅、石灰石、氧化鋁等為原料制備中溫鋯生料乳濁釉，研究了燒成溫度及硅酸鋯、石灰石、氧化鋁用量對(duì)薄型巖板釉面質(zhì)量的影響。采用白度儀、光澤度儀、XRD和SEM等測(cè)試技術(shù)對(duì)試樣進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，當(dāng)乳濁釉配方（wt.%）為：鉀長(zhǎng)石12.5、鈉長(zhǎng)石12.5、硅酸鋯10、高嶺土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化鋅5、氧化鋁2、滑石6.5，釉厚度約0.35 mm，燒成溫度為1200℃，馬弗爐保溫時(shí)間為30 min條件下，可以得到薄型巖板所需的較好高亮白釉面效果，其白度為82.5°，光澤度為76.4°。

關(guān)鍵詞：乳濁釉;巖板;數(shù)碼釉;白度;光澤度

1 前 言

薄型巖板作為近兩年新興的全新材質(zhì)，由于其大、薄、二次加工性能好等特點(diǎn)，可替代石材、玻璃、塑膠面板、石英石、人造石等，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)臺(tái)面板、大型背景、櫥衛(wèi)定制等跨界領(lǐng)域，為空間設(shè)計(jì)帶來(lái)無(wú)限可能性。巖板一般以經(jīng)典石材、金屬、木紋元素為創(chuàng)作靈感，還原素材紋理和色彩。為了保證素材還原效果和生產(chǎn)成品率，一般采用數(shù)碼噴墨裝飾工藝技術(shù)在薄型巖板上進(jìn)行數(shù)碼噴釉，數(shù)碼釉需要各種能達(dá)成素材色調(diào)或效果的基礎(chǔ)陶瓷釉料，如亞光超白底釉、亞光透明保護(hù)釉、高亮透釉料、高亮乳白釉、抗菌釉等等。

釉是覆蓋在陶瓷表面的一層極薄的物質(zhì)，由一些天然礦物與某些化工原料按適當(dāng)比例充分混合后施于陶瓷坯體的表面，再經(jīng)過(guò)高溫熔融、結(jié)晶等一系列物理化學(xué)反應(yīng)后形成的一層玻璃質(zhì)層。它具有增加陶瓷強(qiáng)度、有利陶瓷表面裝飾、延長(zhǎng)使用年限、便于清潔等作用[1-2]。

乳濁釉又稱(chēng)“蓋地釉”，指陶瓷坯體上不透明的類(lèi)玻璃狀覆蓋層，可以掩蓋坯體的顏色和缺陷，是一種具有一定光澤度和白度的不透明釉[3-5];還具有多相結(jié)構(gòu)，使得入射光線在多相界面發(fā)生復(fù)雜的散射、折射、漫反射等光學(xué)現(xiàn)象，造成釉面失透，從而出現(xiàn)乳濁效果，一般通過(guò)添加乳濁劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用乳濁劑有鋯英石、氧化鋯、氧化錫、二氧化鈦等，其中鋯英石因資源豐富，成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)領(lǐng)域[6，7]，提高表面裝飾性能和產(chǎn)品物化使用性能。由于配方組成、燒成制度等對(duì)鋯乳濁釉的性能有著重要的影響，因此，這方面的深入研究對(duì)提高鋯乳濁釉的質(zhì)量具有重要意義[8，9]。

本文以長(zhǎng)石、石英、高嶺土、硅酸鋯、氧化鋅、石灰石、氧化鋁等常見(jiàn)原料制備中溫鋯生料高亮白乳濁基礎(chǔ)釉，主要研究燒成溫度及硅酸鋯、石灰石、氧化鋁的添加量對(duì)試樣釉面質(zhì)量的影響規(guī)律，并對(duì)制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、硅酸鋯、高嶺土、石英、硅灰石、滑石、石灰石為礦物原料，氧化鋅、氧化鋁等為工業(yè)原料。

2.2 基礎(chǔ)釉料配方

在可行性實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)，確定釉料基礎(chǔ)配方范圍如下（wt.%）：鉀長(zhǎng)石11～14，鈉長(zhǎng)石11～14，硅酸鋯6～12，高嶺土7～10，石英20～23，石灰石 9～15，硅灰石 9～12，氧化鋅 3～6，氧化鋁0～6，滑石4～8。

2.3 試樣制備

按配方準(zhǔn)確稱(chēng)取原料，利用ZQM-2型行星球磨機(jī)球磨30 min，球磨工藝參數(shù)為：料∶球∶水=1∶2∶0.6，外加0.25%羧甲基纖維素鈉（CMC）、0.35%三聚磷酸鈉為添加劑，釉漿細(xì)度為萬(wàn)孔篩余0.2%～0.3%。采用浸釉法施釉，施釉后坯體在80℃烘箱干燥120 min后備用。試樣在馬弗爐中燒成，以5℃/min為升溫速率，在燒成溫度下進(jìn)行保溫，后自然冷卻。

2.4 試樣的性能表征

采用WSB-1便攜式白度儀測(cè)試釉面的白度。采用WCG-60A光澤度儀檢測(cè)釉面的光澤度。采用德國(guó)Brucker公司的D8-Advance型X射線衍射儀（XRD）分析釉層的物相組成。采用日本電子公司的JSM-6700LV型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）觀察試樣截面的微觀結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)果與討論

3.1硅酸鋯添加量對(duì)釉面質(zhì)量的影響

在基礎(chǔ)釉中僅改變硅酸鋯添加量，其它成分不變，在燒成溫度為1200℃、保溫時(shí)間30 min條件下制備試樣的照片如圖1所示，試樣相關(guān)性能如圖2所示。

從圖1可以看出，各試樣釉面均呈現(xiàn)乳濁效果，釉面無(wú)明顯針孔、氣泡等缺陷，但釉面光澤度和白度有較大差別。從圖2中可以看出。隨硅酸鋯添加量的增加，釉面白度逐漸增加，當(dāng)硅酸鋯的含量小于10 %時(shí)，隨著硅酸鋯含量的增加，釉面白度增加明顯。當(dāng)硅酸鋯的含量達(dá)到10%，釉面白度達(dá)82.5，然后再增加硅酸鋯在釉中的含量，釉面白度增加不明顯。其原因?yàn)椋汗杷徜喸谟粤现衅鹑闈釀┑淖饔茫胀úＡУ恼凵渎蕿?.5，硅酸鋯的折射率為2.02，當(dāng)光線進(jìn)入釉層后，在硅酸鋯微粒和玻璃相的界面會(huì)產(chǎn)生折射和反射，使釉層乳濁，且隨著硅酸鋯添加量增加，釉面乳濁效果和白度增加[1，9]。

釉的光澤度主要由釉的折射率及其表面的光滑程度決定，釉面的折射率越高，其光澤度越好，釉面平滑程度越高，其光澤度亦越好。從圖2中可以看出，隨著釉料中硅酸鋯添加量增加，試樣釉面光澤度先增加，當(dāng)硅酸鋯含量為10 %時(shí)，光澤度達(dá)到76.4;繼續(xù)增加硅酸鋯的量，試樣釉面光澤度反而降低。從前面論述可知，硅酸鋯折射率較大，因此增加其含量可以提高試樣的光澤度，但釉的熔融溫度和高溫粘度會(huì)隨其加入量呈直線增加，使得釉面產(chǎn)生針孔、波紋等缺陷，使得釉面平整度變差，進(jìn)而影響釉面光澤度。

3.2 石灰石添加量對(duì)釉面質(zhì)量的影響

在基礎(chǔ)釉中添加不同量的石灰石，在燒成溫度為1200℃、保溫時(shí)間為30 min工藝條件下制備試樣照片如圖3所示，相應(yīng)試樣的白度和光澤度如圖4所示。從圖3可知，各試樣釉面無(wú)明顯缺陷，乳濁效果明顯。

從圖4可以看出，隨釉料中石灰石含量的增加，釉面白度逐漸增加。但當(dāng)石灰石的含量在小于13 %時(shí)，試樣白度值的增加不明顯;而當(dāng)石灰石的含量超過(guò)13 %時(shí)，試樣白度值呈較大幅度增加，但試樣釉面光澤度隨石灰石含量的增加逐漸減小。

產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：石灰石（CaCO3）在一定溫度下會(huì)分解成CaO和CO2，普通玻璃的折射率為1.5，CaO的折射率1.83，由于二者折射率相差不大，所以當(dāng)石灰石含量較少（<13 %）時(shí)，所制備試樣的白度值增加不明顯，只有當(dāng)石灰石含量達(dá)到一定值（如15 %時(shí)），試樣的白度才有較明顯的增加。另一方，由于CaCO3高溫分解產(chǎn)生大量的CO2，增加CaCO3的量就會(huì)增加CO2的量，若CO2排出不充分釉面易出現(xiàn)針孔等缺陷，影響釉面平整度，從而影響光澤度。

3.3 氧化鋁添加量對(duì)釉面質(zhì)量的影響

在基礎(chǔ)釉料添加不同量的氧化鋁，在燒成溫度為1200℃、保溫時(shí)間30 min條件下制備試樣的照片如圖5所示，相應(yīng)試樣的白度和光澤度如圖6所示。從圖5可以看出，各試樣釉面均呈乳濁效果，但釉面白度和光澤度差別較明顯。

從圖6可以看出，配方中加入氧化鋁對(duì)薄型巖板試樣釉面白度和光澤度的影響均較大。隨著氧化鋁含量的增加，試樣釉面白度不斷增加，而光澤度則隨著氧化鋁的含量增加而降低，逐漸呈現(xiàn)亞光狀。其原因?yàn)椋貉趸X為高熔點(diǎn)氧化物和網(wǎng)絡(luò)中間體，其可以顯著增加釉的熔融溫度和高溫粘度，所以隨著其在釉料中增加，導(dǎo)致釉的熔融性能變差，故釉面光澤度降低，此外，隨著氧化鋁含量增加還會(huì)導(dǎo)致釉面出現(xiàn)針孔等缺陷。由于釉的熔融性能變差，使硅酸鋯在釉中溶解量減少，所以試樣的白度有所增加。

3.4 燒成溫度對(duì)釉面質(zhì)量的影響

在基礎(chǔ)釉配方配制釉料，在不同燒成溫度下（保溫時(shí)間為30 min）制備的試樣照片如圖7所示，相應(yīng)試樣的白度和光澤度如圖8所示。從圖7中可以看出，不同燒成溫度下制備的試樣釉面質(zhì)量明顯相差較大。

從圖8可以看出，隨著燒成溫度的升高，試樣的白度逐漸減小;而光澤度逐漸增加。其原因?yàn)椋寒?dāng)燒成溫度偏低（如1150℃）時(shí)，釉料高溫下熔融不夠完全，流動(dòng)性差，從而導(dǎo)致釉面不平整，但對(duì)光線的漫反射增強(qiáng)，因此白度較好，但是釉面光澤度差。當(dāng)燒成溫度偏高（1250℃）時(shí)，釉熔體粘度減小、玻璃相增加，導(dǎo)致硅酸鋯在釉熔體中溶解度增加[9，10]，從而釉面白度降低，因此，用綜合考慮試樣的白度和光澤度來(lái)確定燒成溫度，本實(shí)驗(yàn)條件下，燒成溫度為1200℃較為合適。

3.5 釉層的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)分析

圖9所示為基礎(chǔ)釉配方制備的薄型巖板試樣釉層的XRD圖譜。從XRD圖譜可知，釉層中主要由ZrSiO4、SiO2和玻璃相組成，其中ZrSiO4衍射峰峰形完整、峰強(qiáng)度高，說(shuō)明ZrSiO4晶體發(fā)育良好。正是由于釉層存在大量的高折射率的ZrSiO4，才使得釉面呈乳濁效果，SiO2為釉中的殘留石英。

圖10所示為薄型巖板試樣的截面的SEM照片，其中圖10（a）為坯釉層照片，從圖中可以看出，薄型巖板坯釉結(jié)合性良好，坯釉物質(zhì)互相滲透，釉層厚度約為0.35 mm。圖10（b）為釉層照片，從圖中可以看出，釉層中分布著大小不一的氣孔，氣孔大小在幾十微米。

4 結(jié) 論

（1）以長(zhǎng)石、石英、高嶺土、硅酸鋯、氧化鋅、石灰石、氧化鋁等為原料，在燒成溫度1150-1250℃制備生料高亮白釉。由于硅酸鋯的高折射率導(dǎo)致釉面產(chǎn)生乳濁效果，適量的硅酸鋯、石灰石和氧化鋁的添加量以及燒成溫度是薄型巖板獲得較高白度和光澤度的關(guān)鍵，過(guò)高或過(guò)低均不利于提高薄型巖板釉面的白度和光澤度。

（2）本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)釉料配方（wt.%）：鉀長(zhǎng)石12.5、鈉長(zhǎng)石12.5、硅酸鋯10、高嶺土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化鋅5、氧化鋁2、滑石6.5，燒成溫度為1200℃，保溫時(shí)間為30 min條件下，可以得到釉面效果較好的高亮白數(shù)碼基礎(chǔ)釉，釉層厚度約0.35 mm、白度為82.5、光澤度為76.4。

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