硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷中的應(yīng)用探討

王宇旭，劉溧

摘 要：硅酸鋯是現(xiàn)代陶瓷釉料中不可或缺的乳濁劑，其具有非常良好的耐腐蝕性、耐磨性、抗水解能力、增白能力。當(dāng)前衛(wèi)生陶瓷中已經(jīng)十分廣泛地應(yīng)用該材料。為了進(jìn)一步分析硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷中的應(yīng)用及發(fā)展，本文首先對這一乳濁劑的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，然后總結(jié)了其性能和應(yīng)用特點(diǎn)，最后重點(diǎn)針對硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行探討，以期為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：硅酸鋯；衛(wèi)生陶瓷；應(yīng)用措施

1 硅酸鋯乳濁劑概述

多年來衛(wèi)生陶瓷最為經(jīng)典且長效的顏色就是潔白色，正是因此，眾多陶瓷科技工作者大力研究白色釉面，取得了一定的成績，并且部分科研成果已經(jīng)有效應(yīng)用于實(shí)踐中。硅酸鋯是衛(wèi)生陶瓷生料乳白釉最常用的乳濁劑，其折射率在1.92-1.97之間，莫氏硬度為7.5，具有高硬度、高折射率的特點(diǎn)，不但能夠保證釉面的乳濁效果，還可以確保釉面具有較高的力學(xué)性能。

當(dāng)前衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)中最常用的釉料就是生料鋯乳濁釉，它的優(yōu)點(diǎn)主要包括生產(chǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)、降低燒成氣氛的敏感度、減小熱膨脹系數(shù)及資源豐富等等，這些優(yōu)點(diǎn)決定了生料鋯乳濁釉必然會成為衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)的重要原材料。釉的遮蓋能力和呈色力度取決于硅酸鋯乳濁性能的好與壞，并同時對瓷釉的性能及裝飾效果產(chǎn)生影響， 最后也會對產(chǎn)品的質(zhì)量和成本造成嚴(yán)重影響。釉中硅酸鋯的加入量以及乳濁性能具有直接作用的便是硅酸鋯的粒度分布。普遍認(rèn)為：只有硅酸鋯顆粒越細(xì)小，所需的加入量才會越少，乳濁的效果也就更好。

2 硅酸鋯的性能及應(yīng)用特點(diǎn)

在陶瓷釉料中納米硅酸鋯的主要特性，主要包括兩個方面：第一，硅酸鋯所特有的理化性能，主要包括：乳濁增強(qiáng)、增白、耐化學(xué)腐蝕、耐磨、抗水解等等。第二，納米效應(yīng)的價值，取決于納米硅酸鋯的粒徑，粒徑越小，價值越高。粒徑越小，納米效應(yīng)也就越強(qiáng)。基于此硅酸鋯也就成為了納米功能的載體（自載體）。納米硅酸鋯的特點(diǎn)主要包括以下幾個方面：

1） 受粒徑范圍控制，由于粒度分布的減少，細(xì)度反而增加，硅酸鋯的使用量也能不斷減少。

２）由于粒度分布的減少，硅酸鋯的耐溶劑性、耐蝕性、耐磨性能等物理性能也會逐漸提高。

３）陶瓷釉面使用的時候，在一定納米粒徑范圍之內(nèi)，粒徑越小，自潔抗污能力也就越強(qiáng)。

４）硅酸鋯的耐溶劑性特征明顯，在水環(huán)境下納米功能粉載體取決于納米硅酸鋯自身。

５）可用作于表面包覆劑使用，且具有功能性。

６）是高質(zhì)量的金屬復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)陶瓷。

3 硅酸鋯在陶瓷中的應(yīng)用

3.1硅酸鋯的應(yīng)用

作為一種陶瓷原料，硅酸鋯是釉料化學(xué)成分中不可或缺的一部分，其主要作用有增白、抗水解、耐腐蝕、耐磨。很多企業(yè)通過提高硅酸鋯的使用量達(dá)到提高陶瓷釉面耐磨性的效果，現(xiàn)如今硅酸鋯的用量已經(jīng)增加到10%，常用硅酸鋯類型如納米硅酸鈣、標(biāo)準(zhǔn)硅酸鋯等，當(dāng)前各種類型的硅酸鋯都可以和陶瓷生產(chǎn)工藝相適應(yīng)。相關(guān)生產(chǎn)工作人員可以站在降低高溫粘度的角度選用原料類硅酸鋯，注意避免使用氧化鋁球來球磨釉用硅酸鋯，以免原料中摻雜雜質(zhì)，當(dāng)前常用研磨介質(zhì)為硅酸鋯球或者氧化鋯球。硅酸鋯的高溫粘度會隨著鋯英石和氧化鋯的乳濁釉添加量增多而出現(xiàn)直線上升的情況，硅酸鋯在生產(chǎn)中容易出現(xiàn)針孔、波紋、滾釉等不同類型的問題，這和鋯化合物具有高耐火性特點(diǎn)直接相關(guān)。鋯化合物在玻璃中熔融困難，為了提高其熔融性，可以采取改性包覆的方式，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為增白劑。研磨硅酸鋯過程中，常用包覆物質(zhì)為碳酸鑭，添加量控制在0.1%～0.5%。此外，生產(chǎn)過程中在料漿中假如硅酸鋯粉時，可以同時加入0.2%的二水醋酸鈉或者直接在料漿中加入0.2％～0.4％的二水醋酸鑭，可保證硅酸鋯粉快速分散、溶解，提高生產(chǎn)效果。

硅酸鋯作為納米硅酸鋯分散液中的重要物質(zhì)，在衛(wèi)生陶瓷中具備負(fù)氧離子、殺菌、防靜電、自潔等作用。

3.2納米硅酸鋯的包覆分散

納米微粒粒子應(yīng)用范圍十分廣闊。美國國家科學(xué)基金會（NSF）認(rèn)為，納米粉體不但有著廣闊的市場，在未來其應(yīng)用范圍將會進(jìn)一步擴(kuò)大，通過改進(jìn)創(chuàng)新傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品納米化，將產(chǎn)品的價值和性能提高，可以在陶瓷粉、功能性色膏、樹脂、塑料、油墨、涂料等多方面應(yīng)用，同時還可以在光學(xué)膜、光觸媒、保健品、醫(yī)藥等產(chǎn)品中推廣應(yīng)用，納米科技為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了新的希望。

3.3納米硅酸鋯在衛(wèi)生陶瓷中的應(yīng)用研究

納米硅酸鋯是一項(xiàng)極其繁雜的研究和生產(chǎn)制造項(xiàng)目，在陶瓷行業(yè)納米硅酸鋯等納米材料的廣泛運(yùn)用，也是一個創(chuàng)新項(xiàng)目。主要原因是在釉面的用量方面，加入納米硅酸鋯可以減少其30%的用量，而且使用后陶瓷釉面更加亮白，更整齊和有光澤，還降低了輻射。納米硅酸鋯和其他納米粉體不一樣具有小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等等，促使納米硅酸鋯表現(xiàn)出與眾不同的性能。也正因如此，納米硅酸鋯在濾光、藥業(yè)、催化反應(yīng)、光吸收、磁介質(zhì)、新型材料等方面有很大的發(fā)展空間。

在陶瓷行業(yè)納米材料和納米技術(shù)取得了突出的成果，分別為納米釉和功能釉等方面。其中，最主要的成果有：納米負(fù)離子釉，納米無鉛抗菌釉，防靜電釉，耐磨釉，納米易潔釉，玉質(zhì)衛(wèi)生陶瓷釉等等，雖然有諸多成果，但卻都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)，沒有被消費(fèi)者認(rèn)可，其中產(chǎn)生效益的廠家也寥寥無幾。造成這種情況出現(xiàn)的原因有很多，其中較為關(guān)鍵的原因在于陶瓷需要在高溫下燒成，這就導(dǎo)致納米材料的功能不能得到最大的發(fā)揮。想要解決這個問題，應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個方面：

圖表的左端代表的是米粉體生產(chǎn)廠家，右端是陶瓷廠家，圖表的中間是最重要的同時也是最容易被忽略的，一旦被忽略就沒有了責(zé)任主體。歸根結(jié)底這可能就是不能產(chǎn)生效益的根本原因。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以通過如下三方面進(jìn)行應(yīng)用：

第一，納米結(jié)構(gòu)陶瓷釉。優(yōu)化設(shè)計(jì)衛(wèi)生陶瓷0.8～1.0ｍｍ釉面可以在保證陶瓷產(chǎn)品潔白度、亮度、耐磨性、平整性等性能的前提下，節(jié)約納米硅酸鋯用量，已經(jīng)有研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)陶瓷釉面結(jié)構(gòu)降低70%的納米硅酸鋯使用量，并在2016年已經(jīng)投放市場。

第二，納米自潔抗菌功能釉。陶瓷釉面設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，以納米硅酸鋯為載體，提高陶瓷釉面的殺菌能力。為了將殺菌時效延長，可以進(jìn)行陶瓷元設(shè)計(jì)小于43μｍ（325目）的微型陶瓷元件模型，其內(nèi)部為功能粒子，外部為納米硅酸鋯殼體，殼體上的通道允許功能粒子進(jìn)出，在正常燒成溫度下元件可以長時間有效。當(dāng)前已經(jīng)解決陶瓷元成形工藝難題，納米硅酸鋯粉體的鋯珠粒徑可以達(dá)到43μｍ（325目）。通過顯微鏡查看鋯珠發(fā)現(xiàn)其球形度達(dá)到95%，有著良好的強(qiáng)度和硬度。

第三，納米健康功能釉。在納米硅酸鋯功能粉體設(shè)計(jì)中應(yīng)用陶瓷元設(shè)計(jì)概念，在陶瓷釉漿中應(yīng)用這一粉體，保證成形后陶瓷釉面具有健康環(huán)保功能，比如釋放負(fù)離子、活化水等。

4結(jié) 語

納米技術(shù)和納米材料是未來陶瓷行業(yè)發(fā)展中將十分常見，并且會得到進(jìn)一步的創(chuàng)新應(yīng)用，納米材料有助于衛(wèi)生潔具的發(fā)展，各個陶瓷廠家、科研單位等相關(guān)主體應(yīng)加大合作，促進(jìn)納米材料的應(yīng)用。

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