氧化硼在高檔陶瓷釉料中應(yīng)用的研究

張永財 朱守丹

摘 要：本文介紹了氧化硼在高檔陶瓷釉料中應(yīng)用的意義，研究其在陶瓷制品中的主要技術(shù)指標(biāo)和預(yù)期成果等。

關(guān)鍵詞：氧化硼;陶瓷釉料;無鉛釉

1 引 言

研究氧化硼在高檔陶瓷釉料中的應(yīng)用，制備性能優(yōu)良的高檔陶瓷釉。研制的氧化硼高檔陶瓷釉料將主要用于高檔日用陶瓷的生產(chǎn)，以取代現(xiàn)有含氧化鉛的陶瓷釉面材料，避免陶瓷制品因鉛溶出對人體及環(huán)境造成危害。提高陶瓷制品的質(zhì)量，提升高檔陶瓷制品在國內(nèi)、國際市場的份額。

2 ?研究的科學(xué)依據(jù)及意義

2.1提出的背景和依據(jù)

長期以來，高檔日用陶瓷生產(chǎn)多采用“高溫素?zé)?，低溫釉燒”的二次燒成工藝。由于燒成溫度低，生產(chǎn)廠家多使用含鉛釉進(jìn)行裝飾。因為含鉛釉具有良好的高溫流動性、高的光澤度、良好的坯釉適應(yīng)性、色彩豐富艷麗等優(yōu)點。但是，含鉛釉料的采用給日用陶瓷制品帶來了鉛溶出這個嚴(yán)重問題。眾所周知，鉛對人體有極其嚴(yán)重的危害。鉛在人體累積達(dá)到一定數(shù)量時，會影響人的造血、神經(jīng)、腎臟、血管等器官的正常功能。鉛中毒對兒童行為和智力發(fā)育會產(chǎn)生不良的影響。鉛溶出不但不利于人們的身體健康，而且對環(huán)境也會造成危害。

目前。隨著法律法規(guī)的完善和人們健康環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，對日用陶瓷制品鉛溶出量的指標(biāo)要求越來越嚴(yán)格。日用陶瓷制品使用含鉛釉進(jìn)行裝飾已不適應(yīng)時代需求。要降低日用陶瓷制品的鉛溶出量、提高產(chǎn)品安全性能，最有效的措施之一就是使用無鉛釉代替含鉛釉。B2O3既是網(wǎng)絡(luò)體化合物、又是良好的助熔劑、而且價格便宜，因此可以選用氧化硼代替氧化鉛研制高檔陶瓷釉料。高檔陶瓷的釉燒溫度普遍高于1170℃，而預(yù)研制的氧化硼釉料的燒結(jié)溫度將控制在1150℃以下，能夠緩解近年來由于石油、天然氣等燃料價格的不斷走高給陶瓷企業(yè)帶來的成本壓力。

2.2實施的必要性

2. 2. 1對研究領(lǐng)域和行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的意義

20世紀(jì)70年代鉛溶出問題引起了一些國家的重視，先后有30多個國家將鉛溶出定為法定檢測項目。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)對鉛溶出量的限制， 遠(yuǎn)不如國際通用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。在對外陶瓷制品出口上曾經(jīng)造成不小的經(jīng)濟(jì)損失，其中大部分都是因鉛溶出量超標(biāo)造成的。因此出于安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益和出口份額等諸多方面的考慮，研究氧化硼在高檔陶瓷釉料中的應(yīng)用，制備性能優(yōu)良的高檔陶瓷釉具有重要的現(xiàn)實意義。

2. 2. 2創(chuàng)新點

①目前高檔陶瓷坯、釉匹配不佳，采用氧化硼調(diào)整高檔陶瓷釉膨脹系數(shù)。

② 采用氧化硼提高高檔陶瓷釉面化學(xué)穩(wěn)定性。

3 ?國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

西方發(fā)達(dá)國家，尤其是歐洲國家對于高檔陶瓷釉（無鉛釉）的研究和應(yīng)用最為成熟，現(xiàn)已有大規(guī)模的生產(chǎn)與銷售，市場份額較大。例如FERRO公司的VTR215產(chǎn)品，具有白度好、亮度高、釉面質(zhì)量優(yōu)、釉燒溫度低、鉛溶出極低、釉面缺陷少等特點，非常適合骨質(zhì)瓷裝飾。DVI3068A具有亮度高、釉面質(zhì)量好、坯釉結(jié)合性好、強(qiáng)度高等特點，該產(chǎn)品采用Si-A1-B-Na-Ca系，非常適合玻化瓷的裝飾，制品中鉛含量符合最新的美國加州標(biāo)準(zhǔn)要求。

含鉛釉料帶來的鉛溶出問題已成為我國陶瓷制品走向國際市場的“瓶頸”。從20世紀(jì)90年代起，國內(nèi)一些科研院所和陶瓷產(chǎn)區(qū)投人大量人力物力研究高檔陶瓷釉（無鉛釉）， 雖然在氧化硼陶瓷釉的研究上取得了一些成果，但仍存在膨脹系數(shù)大、光澤度差、化學(xué)穩(wěn)定性差等問題，還有待于進(jìn)一步的研究。

4 ?研究的主要技術(shù)指標(biāo)及預(yù)期成果

研究了氧化硼的加入量對高檔陶瓷釉料膨脹系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性的影響。擬采用高硼高鈉鈣體系作為釉料基料，主要是利用氧化硼能提高釉的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，也可促進(jìn)坯釉結(jié)合，改善玻璃釉光澤，提高制品性能。加入氧化硼能夠促進(jìn)石英充分熔化，從而降低釉的膨脹系數(shù)，氧化硼呈四配位形式成為網(wǎng)絡(luò)形成體進(jìn)入玻璃結(jié)構(gòu)中，可使釉料的化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)。但氧化硼增至一定數(shù)量時，由于硼反常現(xiàn)象，會成為三配位而易溶于酸中，故氧化硼的含量應(yīng)適當(dāng)控制。通過實驗將研制一種膨脹系數(shù)小、能夠與高檔陶瓷坯體相匹配、光澤度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的氧化硼釉面材料。

4.1預(yù)期成果

①研究篩選出適合的釉料體系，研究出氧化硼添加量對高檔陶瓷釉膨脹系數(shù)與化學(xué)穩(wěn)定性的影響;

②通過研究使氧化硼釉料的性能指標(biāo)達(dá)到高檔陶瓷制品的要求;

③研究解決釉料的低溫?zé)Y(jié)問題。

4.2達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

膨脹系數(shù) ? ?6.3-8.0;

光澤度 ? ? ?>85%;

軟化溫度 ? ?<705℃ ;

燒成溫度 ? ?1040-1150℃ 。

4.3擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

釉料組分的確定，由于各種氧化物在釉料中所起的作用各不相同，作為一種多元釉料體系，原料中的所有成分必須合理配比。

5 ?研究開發(fā)方案

采用高硼高鈉鈣體系研究氧化硼在高檔無鉛釉料的應(yīng)用。釉料主要化學(xué)組成為見表1。

熔塊制備：

取原料經(jīng)干燥后，準(zhǔn)確配料混合均勻再經(jīng)1250-1300℃熔制，淬冷、球磨加工過300目篩，經(jīng)水力分級合理控制粒度級配。

釉漿制備：

采用1L氧化鋁球磨罐， 以氧化鋁球為球磨介質(zhì)，加CMC更稠料：球：水：=l： 2： 0. 5.如釉漿流動性差，可加入0. 3%的添加劑以增加流動性。因為釉料本身顆粒已比較細(xì)，球磨的目的為了獲得分散均勻的釉漿。采用快速磨研磨30min， 采用普通球磨研磨2-3h.球磨后放出釉漿，過230目篩，除鐵，備用。

施釉：

試驗坯體采用骨質(zhì)瓷坯體，坯體經(jīng)1250-1300℃素?zé)?。坯體的化學(xué)組成，見表2。

施釉前將坯體打磨干凈。施釉采用手工噴釉，釉厚控制在0. 2mm- 0. 3mm.具體的厚度要根據(jù)坯體表面光滑度和氣孔率而定。光滑的坯體釉層薄一些，而粗糙的坯體則釉層應(yīng)厚一些。由于釉層干燥速度較慢，采用烘箱干燥。施釉后的坯體置于烘箱中，于40-60℃烘干60min。

燒成：

采用1300℃智能硅碳棒高溫電爐。燒成制度為：按預(yù)先設(shè)置的升溫曲線自動升溫至燒成溫度并保溫一段時間，自然降溫。

工藝流程如下：

①原料→干燥→配料→混勻→熔制→淬冷→球磨過 230 目篩→水力分級干燥→備用

②熔塊+蘇州土+水→釉漿→施釉→燒成

6 ?結(jié) 語

隨著消費(fèi)者環(huán)保意識的增強(qiáng)和法律法規(guī)的日趨完善，綠色、環(huán)保、健康的生活理念已深入人心，高檔日用陶瓷使用無鉛釉裝飾已是大勢所趨。氧化硼無鉛釉在高檔日用陶瓷上的成功應(yīng)用， 徹底解決我國陶瓷制品鉛溶出超標(biāo)的問題，消除了出口貿(mào)易壁壘，提高我國高檔陶瓷制品在國際市場的占有率。同時，氧化硼無鉛釉的成功使用，從材料和工藝上徹底解決了高檔陶瓷生產(chǎn)中的鉛污染問題，對于保護(hù)工人健康，延長窯爐壽命等都非常有利;而且為無鉛無鎘畫面裝飾的推廣創(chuàng)造了先決條件。氧化硼無鉛釉的研制成功，從根本上消除了高檔日用陶瓷產(chǎn)品中的鉛對人類的危害，為人們增添了一道綠色屏障，從這個意義上來看，氧化硼高檔陶瓷無鉛釉制品有著良好的發(fā)展前景。