摘要 本文采用廉價(jià)的鐵系氧化物，研究了過渡金屬氧化物的組成、氣氛、晶核劑等因素對釉面金屬光澤的影響。通過鐵系金屬釉的配方設(shè)計(jì)和工藝控制的優(yōu)化，得到了有金屬光澤藝術(shù)效果的制品。

關(guān)鍵詞 鐵系金屬釉，正交，金屬光澤

1前言

金屬釉是指在基礎(chǔ)釉中加入Ti、Co、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu等過渡金屬的氧化物中的一種或多種，并在高溫下達(dá)到飽和，產(chǎn)生金屬光澤藝術(shù)效果的釉料。具有金屬光澤的釉面磚因其高雅、厚重的氣質(zhì)備受建筑陶瓷行業(yè)和消費(fèi)者的青睞。鐵系金屬釉中由于具有較高含量的鐵，因此可以降低對原料中含鐵量的要求，拓寬了釉用原料的范圍，降低了釉料成本，同時(shí)還能降低釉料的燒成溫度，節(jié)約能耗。本文采用正交設(shè)計(jì)的組合金屬氧化物添加劑，制備了一系列具有金屬光澤的鐵系金屬釉，豐富了金屬釉體系。

2實(shí) 驗(yàn)

2.1 金屬釉用原料及其化學(xué)組成

金屬釉用礦物原料及其化學(xué)組成見表1（由佛山正大制釉有限公司提供） 。

金屬釉用化工原料有三氧化二鐵（Fe2O3）、氧化錳（MnO₂）、氧化銅（CuO）、氧化鎳（NiO）、二氧化鈦（TiO₂）等，化工原料均為化學(xué)純。

2.2 基礎(chǔ)釉料組成

本實(shí)驗(yàn)采用佛山正大制釉有限公司的基礎(chǔ)釉料，其配方見表2。

采用MBNL07型快速球磨機(jī)將釉漿球磨45 min，粒度萬孔篩篩余<0.25%，含水率45%～50%，比重為1.65g/cm³。

在基礎(chǔ)釉料中添加不同含量、不同種類的過渡金屬氧化物和晶核劑，優(yōu)化工藝，制備出具有不同金屬光澤的釉料。

2.3 鐵系金屬釉的制備

依據(jù)相關(guān)資料，本實(shí)驗(yàn)按照正交法設(shè)計(jì)各氧化物比較合理的組成范圍。設(shè)計(jì)的過渡金屬氧化物含量見表3。

按照設(shè)計(jì)的配方進(jìn)行稱量、混合、球磨制備金屬釉料。具體工藝參數(shù)為：料：球：水(wt%)=1:1.8:0.8，快速球磨時(shí)間17min，釉漿比重1.65～1.75g/cm³，球磨細(xì)度：250目篩篩余0.1%～0.2%，添加劑STPP0.2g，CMC0.1g。

2.4 施 釉

本實(shí)驗(yàn)在電爐燒成時(shí)采用刮釉器施釉，在陶瓷工廠的輥道窯中燒成時(shí)采用鐘罩淋釉。施釉厚度為0.3～0.4mm。釉層太薄，則形成的釉面質(zhì)感和光澤度差；釉層過厚，高溫下其流動性增加，易造成產(chǎn)品釉層厚度不均，釉面色差大，影響裝飾效果。

2.5 燒 成

燒成曲線見圖1。

實(shí)驗(yàn)室電爐與工業(yè)輥道窯的燒成溫度和制度有所不同，在實(shí)驗(yàn)室電爐中可適當(dāng)降低溫度而延長保溫時(shí)間，燒成溫度為1160℃，保溫時(shí)間30min，見圖1（a）；在工業(yè)輥道窯中可適當(dāng)提高溫度而縮短保溫時(shí)間，燒成溫度為1200℃，保溫時(shí)間15min，見圖1（b）。兩者都呈強(qiáng)烈的金屬光澤，釉面有許多微小的晶亮顆粒，整個(gè)釉面有強(qiáng)烈的反射效果。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 光澤度和透光度

釉面光澤度的測定用光電光澤度計(jì)進(jìn)行，結(jié)果見表4。

金屬釉面的光澤度與釉中物相折射率、含量及燒成制度有關(guān)。物相的折射率愈大，釉面的光澤度相對愈高。其中TiO₂的影響最大，成釉過程中，部分TiO₂形成金紅石。金紅石折射率大，同時(shí)二氧化鈦周圍發(fā)生鈦酸鹽的重結(jié)晶，這些晶體在釉層表面形成富集，且整齊規(guī)則地定向排列，對光線產(chǎn)生鏡面反射而產(chǎn)生金屬光澤。燒成制度對光澤度的影響主要是保證釉面能充分熔融。同時(shí)需選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s制度以得到所需要的物相，并避免釉面出現(xiàn)失透或過度析晶。

透光度跟釉的物相有關(guān)，各物相折射率差值愈大，光的散射愈大，透光度越差；同時(shí)，晶相或氣相的大小愈接近入射光的波長，散射也愈大，透光度也越差。釉中物相和釉的燒成制度有密切的關(guān)系，余筱勤等對此作了詳細(xì)研究。由于本實(shí)驗(yàn)中金屬釉的燒成溫度較低，同時(shí)為了適應(yīng)工業(yè)窯爐生產(chǎn)的要求，故采用了較快的冷卻方式。因此，表4中的透光度值比較接近。

3.2 添加物對釉面金屬光澤的影響

本試驗(yàn)采用的主要添加物有：氣氛調(diào)節(jié)劑：碳粉；著色金屬氧化物：Fe2O3、MnO₂、CuO、NiO；晶核劑：TiO₂、ZrO₂。

在釉料球磨過程中添加一定比例的碳粉一起球磨。實(shí)驗(yàn)過程中，按照碳粉與氧化銅的摩爾比為0.5:1，1:1，1.5:1，2:1和2.5:1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便在金屬釉中提供還原氣氛，考察還原氣氛對金屬釉的影響。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，添加碳粉后能夠改變不同價(jià)態(tài)銅的比例從而得到不同金屬光澤的釉面。隨著碳粉含量的增加，金屬光澤逐漸增強(qiáng)，當(dāng)比例為5:1時(shí)，失去金屬光澤，合適的比例為1.5:1。

添加不同的過渡金屬氧化物在釉料中會形成不同色調(diào)的金屬光澤，翟新崗、余筱勤等做了比較詳盡的研究。由于本實(shí)驗(yàn)采用的是組合金屬氧化物添加劑，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有所不同：2，7，9，16樣品有強(qiáng)烈的金屬光澤，顏色逐漸由黃色向粉紅色再向深綠色轉(zhuǎn)變，這可能是由于MnO₂和Fe2O3的含量增加而導(dǎo)致的。隨著TiO₂含量的增加，釉的光澤度提高（2，7，9，16）。但當(dāng)TiO₂達(dá)到一定含量后光澤度不再提高，反呈下降趨勢（4，5，11，14），較合適的含量為4%。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在釉料中引入TiO₂、ZrO₂晶核劑，能夠有效地促進(jìn)晶體的成核和生長，縮短燒成時(shí)間。但晶核劑的引入量不能過高，否則釉中得不到所需要的晶相或者是晶體尺寸過大，不能產(chǎn)生良好的金屬光澤。本實(shí)驗(yàn)選用了TiO₂、ZrO₂進(jìn)行對比，在鐵系金屬釉中引入TiO₂的效果比引入ZrO₂的效果好。TiO₂適宜加入量為4%，ZrO₂適宜加入量為6%。

4 結(jié)論

(1) 鐵系金屬釉突破了以前的金屬釉的燒成制度，將溫度降低至目前墻地磚的燒成溫度，能夠與墻地磚坯體相適應(yīng)，并能呈現(xiàn)良好的金屬光澤。

(2) 鐵系金屬釉的最佳燒成溫度為：實(shí)驗(yàn)室電爐中 1150～1180℃，高溫保溫時(shí)間30min；輥道窯中1180℃～1220℃，高溫保溫時(shí)間15min。

(3) 不同組合的金屬氧化物添加量可得到不同金屬光澤的鐵系金屬釉，其中Fe2O3對形成金屬光澤影響甚微，只對金屬光澤的色澤有較大影響。鐵系金屬釉中TiO₂作晶核劑時(shí)，適宜加入量為4%。

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