高溫大紅陶瓷顏料的研制及呈色機(jī)理分析

陳明

（廣東皓明陶瓷科技有限公司，潮州 515642）

1 前言

近年來，新型紅色陶瓷顏料出現(xiàn)在人們視線范圍內(nèi)，因其受熱穩(wěn)定溫度低、光澤度不強(qiáng)、高溫抵抗性弱等特征，給紅色陶瓷顏料應(yīng)用帶來不同程度的影響。特別在專業(yè)人員提出包裹技術(shù)后，對色料高溫性能具有重要作用，能將紅色陶瓷顏料溫度提高到一千攝氏度以上。從目前使用效果來看，其很容易受到包裹材料、包裹率因素影響，導(dǎo)致色料顯色效果無法達(dá)到預(yù)期要求。部分未包裹的顏料會影響到釉面的光澤度，且無機(jī)紅色料中含有各種重金屬元素，如鉛、汞等元素，給人們身體健康帶來嚴(yán)重影響。顏料制造商急需找到一種無毒性的無機(jī)紅制作工藝，來滿足人們對產(chǎn)品性能和生態(tài)環(huán)境的要求[1]。

2 鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料制備過程和工藝

2.1 鉻釔鋁紅色料制備

鉻釔鋁紅色料的主要礦物是以一釔鋁氧、著色離子在形成鉻釔鋁氧過程中，會自動(dòng)傳輸?shù)姐t釔鋁氧晶格中，從而產(chǎn)生大量的紅色調(diào)。本試驗(yàn)是利用鉻釔鋁紅色料的基礎(chǔ)配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇Y2O3-Al2O3二元系統(tǒng)為基礎(chǔ)體系，使用固相法合成色料，將氧化鋁和稀土氧化物作為基礎(chǔ)反應(yīng)物，咯離子是著色劑，在礦化劑作用下實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，從而形成鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料。同時(shí)，通過分析Y2O3-Al2O3二元相圖，發(fā)現(xiàn)Y2O3和Al2O3占比例不同，所產(chǎn)生的晶體結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重差異性，當(dāng)其比例為3:5 時(shí)呈現(xiàn)出石榴石結(jié)構(gòu)類型的晶體；比例2:1 時(shí)產(chǎn)生單斜對稱型晶體；比例是1:1 時(shí)出現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類型晶體。本實(shí)驗(yàn)處于Y2O3和Al2O3為1:1 比例中進(jìn)行，有少量Cr2O3利用不同形式進(jìn)入到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體中，將其轉(zhuǎn)換為置換型固溶體，Y2O3和Al2O3為鈣鈦礦類型晶體。目前，針對陶瓷色劑合成方法趨于多樣化，但在工業(yè)生產(chǎn)中最常用干法和濕法，干法是常見的固相法，將各組成份根據(jù)一定比例進(jìn)行相互混合，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行煅燒；濕法是通過鹽類來控制試驗(yàn)環(huán)境，摻和適量的陳化劑和分散劑，讓其沉積起來[2]。

2.2 鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料參數(shù)確定

2.2.1 選擇礦化劑

想要Y2O3-Al2O3進(jìn)行固相反應(yīng)自動(dòng)生成YA1O3，工作人員需要將實(shí)驗(yàn)溫度控制在一千八攝氏度以上。因此，為保證YA1O3能合成成功，要在配方中添加適量礦化劑，且將鉻釔鋁紅色料合成反應(yīng)工作在降低溫度下進(jìn)行，合理控制反應(yīng)時(shí)間，所以礦化劑數(shù)量和鉻釔鋁紅色料合成效果有直接聯(lián)系[3]。

基于此，本文對Y2O3-Al2O3進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，先研究礦化劑種類和含量對色料合成的影響，合理選擇色料制作中的礦化劑。在整個(gè)研究過程中，工作人員將稀土氧化物作為Y2O3單種氧化物中最科學(xué)的礦化劑，根據(jù)圖來對比參考數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)X 為1.004，y 為0.026（如表1 所示）。

表1 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇色料配方組成

將上述轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量百分比，并在數(shù)據(jù)比例不變的情況下，添加各種礦化劑，如堿氧化物、氟化合物、硼化合物等。本試驗(yàn)在上述礦化物的基礎(chǔ)上，選擇呈色效果較好的稀土氧化物Nd2O3進(jìn)行試驗(yàn)（如表2 所示）。

表2 用稀土元素Nd2O3 作反應(yīng)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過上述研究發(fā)現(xiàn)，在利用Nd2O3稀土氧化物來合成色料時(shí)，將CaF2為礦化劑時(shí)，其顏色為深紅色；用硼酸作礦化劑時(shí)，顏色呈現(xiàn)為亮深紅色；但具有嚴(yán)重的顆粒粘度，無法用常規(guī)手段進(jìn)行破碎；用NaF 為礦化劑時(shí)，其顏色呈暗紅色，可見不同礦化劑呈色效果不同。當(dāng)?shù)V化劑類型相同時(shí)，隨著礦化劑數(shù)量不斷增加，其顏色出現(xiàn)先深后淺趨勢，且以CaF2作為礦化劑時(shí)，其通常變成大紅色[4]。

2.2.2 著色劑選擇和確定

鉻釔鋁紅色料能顯現(xiàn)出紅色，主要原因是在將A13+轉(zhuǎn)換為Cr3+物質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)正負(fù)電荷中心未重合、晶格畸變等現(xiàn)象，形成特殊的電場，能有效吸收大量綠色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域的可見光譜，導(dǎo)致其在紅色的散射中產(chǎn)生較弱的紫色散射，從而形成大紅色[5]。因此，相關(guān)企業(yè)在著色劑選擇方面，要注重選擇易取得含珞的氧化物，將所有讓色料呈色的氧化物都稱作著色劑。在本實(shí)驗(yàn)研究中，工作人員主要選擇重鉻酸鉀和三氧化二鉻為主要著色劑，在RxA1（2-x-y）CryO3 基礎(chǔ)公式中X 基本不變，礦化劑采用氟化鈣，質(zhì)量含量控制在5%，工作人員可通過調(diào)整Y 值來分析著色劑最佳加入量（如表3 所示）。

表3 鉻釔鋁紅色料試樣的色度測定

通過上述表格可見，工作人員將重鉻酸鉀和三氧化二鉻作為著色劑時(shí)，兩者均具有較強(qiáng)的著色劑作用，顏色均為紅色，隨著著色劑數(shù)量不斷增加，顏色從淺紅、大紅、深紅色，亮度也從明亮到暗。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三氧化二鉻作為著色劑試樣時(shí)，其色度為24，明度42；而用重鉻酸鉀作著色劑時(shí)，其明度37，色度18。將兩種不同著色劑數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)利用三氧化二鉻作著色劑的顏色更加純正和鮮艷，其作用明顯高于重鉻酸鉀。因此，工作人員要合理控制著色劑摻和量，一旦用量低于標(biāo)準(zhǔn)值，不能得到理想呈色要求；用量過多，很容易出現(xiàn)材料浪費(fèi)，無形中增加試驗(yàn)成本[6]。

2.3 制作復(fù)合稀土型紅色料制備

從各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，當(dāng)工作人員將CaF2作為礦化劑時(shí)，質(zhì)量百分比含量為百分之五，礦化劑是三氧化二鉻時(shí)顏色較為純正[7]。因此，再進(jìn)一步確定基礎(chǔ)配方上，要將稀土元素優(yōu)化為復(fù)合型，所有礦化劑質(zhì)量百分比基本不變情況下，利用復(fù)合型稀土氧化物來制作鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料，由上述兩種不同配比的稀土氧化物來制作鉻釔鋁紅色料（如表4 所示）[8]。

表4 用復(fù)合稀土元素合成色料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

綜上所述，本文利用大量實(shí)驗(yàn)研究證明，利用固相法來合成鉻釔鋁紅色料時(shí)，要將絡(luò)離子為著色劑，氧化鋁和稀土氧化物當(dāng)做基礎(chǔ)反應(yīng)物，添加各種外加礦化劑，將其放在1300℃溫度下進(jìn)行煅燒，保溫三個(gè)小時(shí)，從而形成顏色純正、光澤絢麗的鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料。