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(guò)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(guó)少有的具有專門(mén)知識(shí)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(wú)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(jià)值和產(chǎn)品的高端性及名貴性能。

自1998年至今，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多微晶陶瓷復(fù)合板，無(wú)論從花式品種都有了很大的變化，不過(guò)咖啡色微晶玻璃在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)色不夠穩(wěn)定，易受窯爐氣氛影響，會(huì)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(duì)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(wèn)題進(jìn)行逐一介紹。

1 實(shí)驗(yàn)

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 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

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(guò)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(wú)結(jié)石，無(wú)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(jí)處理。實(shí)驗(yàn)證明，8～16目較為理想，顆粒過(guò)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(guò)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(duì)于采用150 m長(zhǎng)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(duì)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(jiàn)表4)

由表4試樣對(duì)比可知，5號(hào)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(duì)比

2.4 配方中各種著色氧化物對(duì)微晶玻璃呈色的討論

氧化鐵在玻璃相中由二價(jià)，三價(jià)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(jiàn)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(jià)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(jià)形式，二價(jià)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(guò)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。

3 結(jié)論

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(duì)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(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2014

2 中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)陶瓷分會(huì)建筑衛(wèi)生陶瓷專業(yè)委員會(huì)，中國(guó)建材咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院.現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)手冊(cè).北京：中國(guó)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(zhǎng)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(shī)兵.新編玻璃工藝學(xué).北京：中國(guó)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