潘超宪 杨庆霞 车 柳 戴怀方 古战文 邓江文

（1 江西和美陶瓷有限公司；2 东莞市唯美陶瓷工业园有限公司）

0 引言

采用喷墨打印机将具有图案效果的渗花墨水覆盖到坯体表面，墨水在坯体上渗透并形成0.3～2mm 厚度的墨水装饰层，高温烧成后经抛光工序，形成具有丰富图案效果的抛光产品，相比传统抛光砖，其图案纹理丰富，色域宽，装饰性能明显提高；相比全抛釉产品，喷墨渗花产品具有抛光砖表面硬度高的特性。喷墨渗花产品兼顾产品呈色丰富、表面硬度高，在陶瓷岩板新品类开发及研究上也备受期待[1-3]。

陶瓷生产中，与坯釉料相匹配的窑炉烧成制度，才能获得优良的陶瓷制品。陶瓷岩板生产，通常采用快速烧成工艺，合理的烧成温度曲线、烧成气氛、烧成压力可以保证高品质的陶瓷岩板，另一方面，喷墨渗花墨水在釉料中的呈色能力，不仅取决于配方的优化，也受烧成制度的影响，特别是红色渗花墨水的红色在釉料中的烧成状态，决定着墨水发色的深浅和红色调纯正度。本试验通过研究温度制度中烧成温度、保温时间、冷却方式对红色渗花墨水在喷墨渗花釉料中呈色的影响，探索利于喷墨渗花红色发色温度制度，为喷墨渗花陶瓷岩板烧制提供窑炉烧成建议。

1 实验

1.1 实验原料及主要仪器设备

1.1.1 陶瓷岩板坯体化学成分

以高白球土、水泥高岭土、钾钠砂、霞长石等为坯体原材料，根据陶瓷岩板产品强度、白度、切割性能等要求完成配方实验，陶瓷岩板坯体烧后白度检测为60 度，产品断裂模数55～60MPa，切割性能良好，根据实验结果并优化出最佳坯体配方，见表1。

表1 坯体粉料的化学组成 （wt%）

1.1.2 喷墨渗花面釉化学成分

喷墨渗花釉主要实验原料为粘土矿物（高岭土）、长石类矿物（钾长石、钠长石、锂瓷石）、增色材料（纳米二氧化硅、二氧化钛）、增白剂（硅酸锆、煅烧氧化铝），结合坯釉匹配性及陶瓷岩板窑炉烧成制度，通过实验获得色域较宽、呈色相对稳定、满足物化性能检测的最优配方，见表2。

表2 最优配方

1.1.3 红色渗花墨水主要成分

红色渗花墨水主要成分为异辛酸铁（C24H45FeO6）。研究表明异辛酸铁经过煅烧后反应生成Fe2O3，使墨水呈现红色，纳米二氧化硅能够增强Fe2O3高温呈色能力，其作用机理是：掺入纳米二氧化硅后，反应生成的Fe2O3被包裹于纳米二氧化硅堆积所形成的孔隙中，随着温度的升高二氧化硅表层逐渐熔融黏连在一起，形成一层玻化膜从而对包裹的Fe2O3起到保护作用[4-7]。

1.1.4 主要仪器设备

主要仪器设备见表3。

表3 主要仪器设备

1.2 实验设计

在喷墨渗花面釉球磨达到细度后，放浆陈腐，采用0.7mm 厚度刀口的刮釉器匀速均匀地在清洁的坯面上布釉。以喷墨方式进行印花，为减少实验误差，利用100%设计灰度喷印12 次（理论喷墨量为306.48g/m2），置于梯度炉中，设置不同烧成温度制度进行实验。

2 结果与讨论

2.1 烧成温度对釉面质量与红色墨水呈色的影响

将 烧 成 温 度 设 置 为1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，升温速率设置为0～900℃升温速率为15℃/min，900℃以上升温速率为10℃/min，保温15 分钟，采用随炉冷却的冷却方式，研究烧成温度对釉层质量、红色墨水呈色的影响。

2.1.1 烧成温度对釉面质量的影响

从表4 可知，烧成温度在1050～1150℃时，随着烧成温度的升高，坯体内部低莫来石新相形成增多，液相也不断增加，坯体孔隙率减小，坯体致密度提高。这个温度阶段区间，坯体吸水率随烧成温度提高而降低；当烧成温度大于1150℃时，晶粒异常长大，晶粒间产生气孔，同时液相增加，气孔就来不及排出烧结体，导致坯体膨胀产生更多气孔。

表4 不同烧成温度对应的釉层质量

喷墨渗花面釉层在烧成温度1050～1150℃时，釉面的平整度不断提高，釉层能更好地渗入坯体层，与坯体的结合更加紧密，当烧成温度提高到1200℃时，釉层玻璃相增加，光泽度提高，而由于配方中游离石英含量较高，高温粘度较大，釉层高温排气受阻，釉面出现针孔及类似痱子状的小闭口泡，继续提高烧成温度，针孔变大，闭口泡变大或呈火山口状，釉面平整度变差。

2.1.2 烧成温度对红色墨水呈色的影响

图1 是釉面在不同烧成温度下的XRD 图，加热到1050℃，釉中的晶体为钾长石（KAlSi3O8）、石英（SiO2）和少量的霞石（NaAlSiO4）。晶体的衍射峰随加热温度的升高而减弱，说明晶体逐渐熔解。加热到1200℃，长石和霞石几乎全部熔解在釉中，仅有少量的石英晶体残留。依据图1 中不同温度下烧成效果，红色墨水随温度变化呈色变化较大，但根据XRD 图，并没有出现Fe2O3晶体衍射峰，主要原因是，烧成后釉层中铁含量比较低，无法检测出Fe2O3晶体。

图1 不同烧成温度下釉面的XRD 图

图2 为红色墨水Lab 值随温度变化趋势图，可以看出红色墨水在烧成温度低于1200℃时，表征红色调和黄色调的a 值和b 值随烧成温度升高而增加，在烧成温度低于1150℃时，明亮度L 随温度升高下降，颜色变深。烧成温度在1150℃时，釉面烧结程度最佳，釉层致密。在渗花釉料烧成范围内，温度越高，红色渗花墨水的呈色能力越强。

图2 红色墨水Lab 值随温度变化趋势图

当烧成温度超过1150℃时，明亮度L 提高，说明红色墨水变浅，并且随着烧成温度的不断提高，红色渗花墨水的红色调减弱，黄色调加深，红色渗花墨水由棕红变为棕黄调，色域变窄。

2.2 保温时间对釉面质量与红色墨水呈色的影响

根据以上实验结论，选择最佳烧成温度1150℃，高温保温时间分别为0、15min、30min、45min，采用随炉冷却的冷却方式，研究不同保温时间对釉层质量、红色墨水呈色的影响。

2.2.1 保温时间对釉面质量的影响

通过表5 可发现，在烧成温度为1150℃，当不进行保温时，高温反应没有完全进行，釉面呈生烧状态，表面粗糙，随着保温时间不断延长，釉层进行更充分的反应，釉层光泽度提高，保温时间超过30 分钟，釉层气泡增加，开始出现过烧现象。

表5 不同保温时间对应的釉层质量

2.2.2 保温时间对红色渗花墨水呈色的影响

图3 为红色墨水Lab 值随保温时间变化的趋势图。由图可知，在1150℃烧成温度下，保温时间越长，明亮度L 降低，红色渗花墨水在渗花釉料中的呈色越深，在色调上，表征红调a 值增幅减弱，黄调b 值增幅不变。保温时间越长，红色渗花墨水颜色越深，色调由棕红趋于棕黄。

图3 红色墨水Lab 值随保温时间变化的趋势图

2.3 冷却方式对釉面质量及红色墨水呈色的影响

选择最佳烧成温度1150℃，高温保温时间分别为0、30min、45min，当渗花产品完成高温保温阶段后，从梯度炉中取出置于室温中冷却，研究不同冷却方式对釉层质量和红色墨水呈色的影响。

从表6 可知，在相同的保温条件下，室温急冷釉面气孔及小痱子等现象比随炉冷却时少，在烧结状态下时，室温急冷光泽度更低，表面也更粗糙。

表6 不同冷却方式对应的釉面质量

通过表7 与表8 对比可知，随炉冷却时，红色渗花墨水在不同保温时间下梯度间色差分别为10.48、2.65，急冷时分别为3.51、1.74。使用急冷方式时，不同保温时间之间，红色色差更小。在色调方面，随炉冷却方式的红色墨水呈棕黄调，急冷呈棕红调，急冷方式下，红色墨水红色呈色更纯正。

表7 随炉冷却时红色墨水呈色

表8 室温急冷时红色墨水呈色

3 结论

⑴与釉料相匹配的烧成温度可以使红色墨水呈色深、色调纯，当烧成温度使釉料处于生烧或者过烧状态时，红色墨水呈色较弱，在合适的范围内，随着温度越高，烧结程度越好，红色墨水呈色能力越强。实验中，最佳烧成温度为1150℃，由于釉料中SiO2含量较高，高温粘度较大，烧成温度过高时，釉层排气受阻，产生痱子针孔等釉面缺陷。

⑵1150℃的烧成温度下，一定保温时间内，随保温时间延长红色加深，当保温时间超过30 分钟时，渗花墨水色调由棕红趋于棕黄。

⑶在同等保温条件下，室温急冷釉面气孔及小痱子等现象比随炉冷却时少，室温急冷光泽度更低，表面也更粗糙；同时采用急冷方式，有利于红色墨水呈色的纯度和稳定，相比急冷方式，随炉冷却方式的红色墨水呈棕黄调。