咖啡色微晶玻璃着色剂的研究

2016-05-30许行强王美兰徐和良

江苏陶瓷 2016年5期

许行强王美兰徐和良

摘要本研究为解决咖啡色微晶玻璃生产过程中颜色的不稳定、色相的不纯正，试以铁矿土骨为辅助原料配制玻璃着色剂制作咖啡色微晶玻璃，并以综合热分析仪ZCT—B进行差热分析。结果表明：宜兴土骨含铁量较高，同时含有微量铬、钴、钛、锰等元素，加入量在1%～20%，能使微晶玻璃呈黄绿—黄—棕红—咖啡色。

关键词铁矿；微晶玻璃；着色剂；咖啡色

0 前言

微晶玻璃陶瓷复合板是我国少有的具有专门知识产权的创新型专利产品，也是科技含量较高的高科技产品。在研制微晶玻璃陶瓷复合板的各类产品中，咖啡色微晶玻璃陶瓷复合板的研制无疑成为研制的亮点，这是由于咖啡色微晶玻璃具有较高的艺术价值，产品显得高端、名贵。

从1998年至今，市场上出现了很多微晶陶瓷复合板，其花式品种有了很大的变化，不过咖啡色微晶玻璃在生产过程中发色不够稳定，受窑炉气氛影响敏感，会使玻璃呈黑色，更重要的是会导致微晶玻璃复合板出现熔洞。

本文将对咖啡色微晶玻璃的原料选择、组成特点、生产工艺参数、影响发色的因素及熔洞问题逐一探讨。

1 实验

实验采用来自太湖湖底的一种含铁量很高的矿石土骨为主要着色氧化物，其中还含有微量的铬、钴、钛、锰等元素。土骨质地坚硬，是一种高铁天然着色矿物，外观呈黄褐色，烧成后呈青黑色调。土骨作为一种陶瓷原料深受当地陶瓷行业人士的青睐。在闻名于世的宜均釉配方中土骨发挥了重要作用。土骨的化学成分见表（1），差热分析见图（1）。

采用硅灰石型微晶玻璃为基础组成，用石英砂、工业氧化铝、方解石、纯碱、工业氧化锌、工业碳酸钡及硼砂分别引入SiO2、Al2O3、CaO、BaO、Na2O、ZnO、B2O3，化学成分见表（2）。采用化工原料氧化亚镍、氧化钴作为着色调节剂。

将粒状与块状土骨烘干、球磨，粒度小于0.2mm，充分均化。按表（3）所示在基础配方中引入土骨配料，经熔制、水淬、烘干、造粒、入窑晶化烧成，并抛光。

2 试验结果与讨论

2.1玻璃的熔融

按配方称量2KG，过筛均化，置于熔块炉中熔融2h，熔融温度1 500～1 550℃，玻璃液试样颜色均匀、无结石、无气泡，X射线衍射（见图2所示）表明试料全部熔融成为玻璃。

2.2玻璃晶化（复合板的烧成）

熔融完全的玻璃液经水淬成粗粒状，用分样筛进行分级处理。试验证明8～16目最为理想，颗粒过粗导致火度升高，表面严重不平，抛光后出现漏抛现象。颗粒过细产生熔洞。熔块颗粒平铺于陶瓷坯体，布料量为10Kg/m2。对于150m的辊道窑而言，烧成温度为1 150～1 170℃，烧成周期3h左右。抛光厚度的控制对咖啡色微晶玻璃的颜色与熔洞有重大影响，它的工序见图3。

2.3试样颜色及抛光面熔洞的情况见表4

试样对比结果表明，5号颜色是纯正咖啡色，抛光面熔洞也在可以接受范围，完全不影响产品品质。

2.4配方中各种着色氧化物对微晶玻璃呈色的讨论

铁在玻璃相中有二价、三价离子存在。Fe3+有两种配位数，分别为4和6，其中以四次配位数为主。Fe2+在硅酸盐玻璃相中只有六次配位，四次配位的Fe3+在可见光区吸收紫色和红色，故呈黄绿色。六次配位的Fe2+在玻璃相中呈兰色，而且它的呈色能力强于四次配位的Fe3+。在玻璃相中，通常存在Fe3+和Fe2+两种离子，但在高氧压条件下熔化，只存在Fe3+。随着玻璃相中的Fe2+与Fe3+的平衡比值的不同，其综合呈色可以从兰色到黄绿色。氧化铁与其它着色剂混合使用呈现不同的颜色，如与MnO2组合呈褐色，与Cr2O3组合可强化绿色，与TiO2组合可呈暗棕色等。

氧化镍在硅酸盐玻璃结构中，只有二价形式。它的呈色也取決于基础玻璃相的成分，随着成分的不同，它可以呈紫色、褐色、黄色、绿色。有人把氧化镍在不同成分玻璃相中呈色变化归纳为玻璃相结构中键的三种类型：

（1）呈现绿色的（NiO6/2）4-八面体类型

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（2）呈现褐色的—Si—O—Ni—O—Si—桥键类型

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（3）呈现紫色的（NiO4/2）2-四面体类型

通常在硅酸盐成分的釉料和微晶玻璃中，氧化镍的呈色以褐色为主，其呈色能力是氧化铁的五倍。

氧化钴在玻璃相中多为二价形式，二价钴在玻璃结构中存在两种配位数。在硅酸盐玻璃相中，四次配位的Co2+呈兰色。一般来说，钾硅酸盐玻璃比钠硅酸盐玻璃呈色更兰，含锌硅酸盐玻璃比含铝硅酸盐玻璃更兰。不过在硼硅酸盐玻璃中四次配位数的Co2+离子呈带红调的兰色。在硅酸盐玻璃中，六次配位的Co2+呈桃红色。

3 结论

（1）用土骨配制微晶玻璃着色剂，能使微晶玻璃呈黄绿——褐色。

（2）用土骨配合工业着色氧化物混合着色，随着比例的变化能使微晶玻璃呈纯正的咖啡颜色。

（3）土骨中的铁替代工业铁红粉，可以有效控制氧化铁提高微晶玻璃表面张力的缺陷，使微晶玻璃不容易出现熔洞。