許行強(qiáng) 王美蘭 徐和良
(江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221)
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咖啡色微晶玻璃著色劑的研究*
許行強(qiáng) 王美蘭 徐和良
(江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221)
為了解決咖啡色微晶玻璃生產(chǎn)過程中發(fā)色不穩(wěn)定,色相不純正,以鐵礦為輔助原料配制玻璃著色劑制作咖啡色微晶玻璃,采用綜合熱分析儀ZCT—B進(jìn)行差熱分析。結(jié)果表明,陶都宜興的一種鐵礦土骨中含有較高的鐵、微量鉻、鈷、鈦、錳等元素,加入量在1%~20%,能使微晶玻璃呈黃綠—黃—棕紅—咖啡色。
鐵礦 微晶玻璃 著色劑 咖啡色
微晶玻璃陶瓷復(fù)合板是我國少有的具有專門知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型專利產(chǎn)品,也是科技含量較高的高科技產(chǎn)品。在研制微晶玻璃陶瓷復(fù)合板的各類產(chǎn)品中,咖啡色微晶玻璃陶瓷復(fù)合板的研制無疑成為研制的亮點(diǎn),這是由于咖啡色微晶玻璃的藝術(shù)價值和產(chǎn)品的高端性及名貴性能。
自1998年至今,市場上出現(xiàn)了很多微晶陶瓷復(fù)合板,無論從花式品種都有了很大的變化,不過咖啡色微晶玻璃在生產(chǎn)過程中發(fā)色不夠穩(wěn)定,易受窯爐氣氛影響,會使玻璃呈黑色,更重要的是導(dǎo)致微晶玻璃復(fù)合板出現(xiàn)熔洞。
下面將對咖啡色微晶玻璃的原料選擇,組成特點(diǎn),生產(chǎn)工藝參數(shù),影響發(fā)色及熔洞問題進(jìn)行逐一介紹。
圖1 土骨的熱重-差熱分析圖譜
1)實(shí)驗(yàn)采用太湖湖底的一種含鐵量很高的礦石,著色氧化物以此原料為主,其中還含有微量的鉻、鈷、鈦、錳等。似土非土,似石非石,一根一根如同骨頭,由此得名土骨。質(zhì)地堅(jiān)硬的土骨屬礦巖結(jié)構(gòu)組成,是一種含鐵量較高的天然著色礦物,外觀呈黃褐色,燒成后呈青黑色。紫褐色土骨與紫砂礦按一定比例配比,就成為品相極好的天星泥,因此土骨像陶都宜興紫砂泥一樣深受當(dāng)?shù)靥沾蓪I(yè)人士的青睞。土骨在以窯變花釉的藝術(shù)性最高的鈞釉配方中同樣也發(fā)揮了重要作用,其化學(xué)成分如表1所示,熱重-差熱分析如圖1所示。
表1 土骨的化學(xué)成分(質(zhì)量%)
2)采用硅灰石型微晶玻璃成分為基礎(chǔ)配方,用石英砂,工業(yè)氧化鋁,方解石,純堿,工業(yè)氧化鋅,工業(yè)碳酸鋇,硼砂引入SiO2、Al2O3、CaO、BaO、Na2O、ZnO、B2O3,其化學(xué)成分如表2所示。采用化工原料氧化亞鎳,氧化鈷作為著色調(diào)節(jié)劑。
表2 硅灰石型微晶玻璃化學(xué)成分(質(zhì)量%)
3)將粒狀與塊狀土骨烘干,球磨成粒度小于0.2 mm,且充分均化,后按表3所示在基礎(chǔ)配方中引入土骨,配制配合料,經(jīng)熔制、水淬、烘干、造粒、入窯晶化燒成,拋光,即得到微晶石磚制品。
表3 土骨在基礎(chǔ)配方中的比例(質(zhì)量%)
2.1 玻璃的熔融狀態(tài)
圖2 微晶玻璃的XRD圖譜
按配方稱量2 kg配料,過篩且均化,后置于熔塊爐中熔融2 h,熔融溫度為1 500~1 550 ℃,玻璃液試樣顏色均勻,無結(jié)石,無氣泡,X射線衍射圖譜(如圖2所示)表明配合料全部熔融成為玻璃。
2.2 熔塊晶化(復(fù)合板的燒成)
完全熔融的玻璃液經(jīng)水淬成粗粒狀,用分樣篩進(jìn)行分級處理。實(shí)驗(yàn)證明,8~16目較為理想,顆粒過粗導(dǎo)致耐火度升高,釉面嚴(yán)重不平,拋光后易出現(xiàn)漏拋現(xiàn)象。顆粒過細(xì)易產(chǎn)生熔洞。熔塊顆粒平鋪于陶瓷坯體,布料量為10 kg/m2。對于采用150 m長的輥道窯,燒成溫度為1 150~1 170 ℃,燒成周期3 h左右。拋光厚度的控制對咖啡色微晶玻璃的呈色,熔洞的產(chǎn)生極其重要,其工序如下:
二次刮平定厚→粗磨→精磨→精拋→切邊倒角→水洗→烘干→檢選。
2.3 實(shí)驗(yàn)樣顏色及拋光面熔洞的比較(見表4)
由表4試樣對比可知,5號顏色咖啡色比較純正,拋光面熔洞也在可以接受范圍,完全不影響產(chǎn)品品質(zhì)。
表4 實(shí)驗(yàn)樣品對比
2.4 配方中各種著色氧化物對微晶玻璃呈色的討論
氧化鐵在玻璃相中由二價,三價形成。Fe3+有兩種配位數(shù),分別為4和6,其中以四次配位數(shù)為主。Fe2+在硅酸鹽玻璃相中只有六次配位,四次配位的Fe3+在可見光區(qū)吸收紫色和紅色,故呈黃綠色。六次配位的Fe2+在玻璃相中呈藍(lán)色,而且它的呈色能力強(qiáng)于四次配位的Fe3+。在玻璃相中,通常存在Fe3+和Fe2+兩種離子,但在高氧壓條件下熔化,只存在Fe3+。隨著玻璃相中的Fe2+與Fe3+的平衡比值的不同,其綜合呈色可以從藍(lán)色到黃綠色。一般氧化鐵與其它著色劑混合使用呈現(xiàn)不同的顏色,如與MnO2組合呈褐色,與Cr2O3組合可強(qiáng)化綠色,與TiO2組合可呈暗棕色等。
氧化鎳在硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)中,只有二價形式。它的呈色也取決于基礎(chǔ)玻璃相的成分,隨著成分含量的變化,可以呈現(xiàn)出紫色,褐色,黃色,綠色。將氧化鎳在不同成分玻璃相中的呈色變化可歸納為玻璃相結(jié)構(gòu)中鍵的3種類型:
1)呈現(xiàn)綠色的(NiO6/2)4-八面體類型;
3)呈現(xiàn)紫色的(NiO4/2)2-四面體類型。
通常在硅酸鹽成分的釉料和微晶玻璃中,氧化鎳的呈色以褐色為主,其呈色能力是氧化鐵的5倍。
氧化鈷在玻璃相中多為二價形式,二價鈷在玻璃結(jié)構(gòu)中存在兩種配位數(shù)。在硅酸鹽玻璃相中,四次配位的Co2+呈藍(lán)色。通常鉀硅酸鹽玻璃比鈉硅酸鹽玻璃呈色更藍(lán),含鋅硅酸鹽玻璃比含鋁硅酸鹽玻璃更藍(lán)。不過在硼硅酸鹽玻璃中四次配位數(shù)的Co2+呈現(xiàn)紅調(diào)的藍(lán)色;在硅酸鹽玻璃中,六次配位的Co2+呈桃紅色。
1)用土骨配制微晶玻璃著色劑,能使微晶玻璃呈黃綠-褐色。
2)用土骨配合工業(yè)著色氧化物混合著色,隨著比例的變化能使微晶玻璃呈純正的咖啡顏色。
3)土骨中的鐵替代工業(yè)鐵紅粉,可以有效控制氧化鐵紅提高微晶玻璃表面張力的缺陷,使微晶玻璃不容易出現(xiàn)熔洞。
4)能夠降低生產(chǎn)成本。土骨中含有微量的著色氧化物(除鐵之外),著色能力對于咖啡顏色高于工業(yè)氧化鐵紅。
1 王承邑,陶瑛.玻璃的性質(zhì)與工藝手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014
2 中國硅酸鹽學(xué)會陶瓷分會建筑衛(wèi)生陶瓷專業(yè)委員會,中國建材咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院.現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)手冊.北京:中國建材工業(yè)出版社,2010
3 方久華,左明楊,楊峰,等.以廢渣配制玻璃著色劑的研究.硅酸鹽通報(bào).2015,34(9):2 731~2 734
4 戴長祿,楊勇,楊明.化學(xué)元素在建筑陶瓷坯體、釉料以及微晶玻璃中的作用與影響.佛山陶瓷,2010(6):32~34
5 田英良,孫詩兵.新編玻璃工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社,2013
許行強(qiáng)(1974-),大專,助理工程師;主要從事陶瓷磚釉料的研究工作。
TQ174.4
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1002-2872(2016)12-0034-03