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        氧化硼在高檔陶瓷釉料中應(yīng)用的研究

        2021-05-17 03:03:39張永財(cái)朱守丹
        佛山陶瓷 2021年3期

        張永財(cái) 朱守丹

        摘 要:本文介紹了氧化硼在高檔陶瓷釉料中應(yīng)用的意義,研究其在陶瓷制品中的主要技術(shù)指標(biāo)和預(yù)期成果等。

        關(guān)鍵詞:氧化硼;陶瓷釉料;無鉛釉

        1 引 言

        研究氧化硼在高檔陶瓷釉料中的應(yīng)用,制備性能優(yōu)良的高檔陶瓷釉。研制的氧化硼高檔陶瓷釉料將主要用于高檔日用陶瓷的生產(chǎn),以取代現(xiàn)有含氧化鉛的陶瓷釉面材料,避免陶瓷制品因鉛溶出對人體及環(huán)境造成危害。提高陶瓷制品的質(zhì)量,提升高檔陶瓷制品在國內(nèi)、國際市場的份額。

        2 ?研究的科學(xué)依據(jù)及意義

        2.1提出的背景和依據(jù)

        長期以來,高檔日用陶瓷生產(chǎn)多采用“高溫素?zé)?,低溫釉燒”的二次燒成工藝。由于燒成溫度低,生產(chǎn)廠家多使用含鉛釉進(jìn)行裝飾。因?yàn)楹U釉具有良好的高溫流動(dòng)性、高的光澤度、良好的坯釉適應(yīng)性、色彩豐富艷麗等優(yōu)點(diǎn)。但是,含鉛釉料的采用給日用陶瓷制品帶來了鉛溶出這個(gè)嚴(yán)重問題。眾所周知,鉛對人體有極其嚴(yán)重的危害。鉛在人體累積達(dá)到一定數(shù)量時(shí),會(huì)影響人的造血、神經(jīng)、腎臟、血管等器官的正常功能。鉛中毒對兒童行為和智力發(fā)育會(huì)產(chǎn)生不良的影響。鉛溶出不但不利于人們的身體健康,而且對環(huán)境也會(huì)造成危害。

        目前。隨著法律法規(guī)的完善和人們健康環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),對日用陶瓷制品鉛溶出量的指標(biāo)要求越來越嚴(yán)格。日用陶瓷制品使用含鉛釉進(jìn)行裝飾已不適應(yīng)時(shí)代需求。要降低日用陶瓷制品的鉛溶出量、提高產(chǎn)品安全性能,最有效的措施之一就是使用無鉛釉代替含鉛釉。B2O3既是網(wǎng)絡(luò)體化合物、又是良好的助熔劑、而且價(jià)格便宜,因此可以選用氧化硼代替氧化鉛研制高檔陶瓷釉料。高檔陶瓷的釉燒溫度普遍高于1170℃,而預(yù)研制的氧化硼釉料的燒結(jié)溫度將控制在1150℃以下,能夠緩解近年來由于石油、天然氣等燃料價(jià)格的不斷走高給陶瓷企業(yè)帶來的成本壓力。

        2.2實(shí)施的必要性

        2. 2. 1對研究領(lǐng)域和行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的意義

        20世紀(jì)70年代鉛溶出問題引起了一些國家的重視,先后有30多個(gè)國家將鉛溶出定為法定檢測項(xiàng)目。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)對鉛溶出量的限制, 遠(yuǎn)不如國際通用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。在對外陶瓷制品出口上曾經(jīng)造成不小的經(jīng)濟(jì)損失,其中大部分都是因鉛溶出量超標(biāo)造成的。因此出于安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益和出口份額等諸多方面的考慮,研究氧化硼在高檔陶瓷釉料中的應(yīng)用,制備性能優(yōu)良的高檔陶瓷釉具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        2. 2. 2創(chuàng)新點(diǎn)

        ①目前高檔陶瓷坯、釉匹配不佳,采用氧化硼調(diào)整高檔陶瓷釉膨脹系數(shù)。

        ② 采用氧化硼提高高檔陶瓷釉面化學(xué)穩(wěn)定性。

        3 ?國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

        西方發(fā)達(dá)國家,尤其是歐洲國家對于高檔陶瓷釉(無鉛釉)的研究和應(yīng)用最為成熟,現(xiàn)已有大規(guī)模的生產(chǎn)與銷售,市場份額較大。例如FERRO公司的VTR215產(chǎn)品,具有白度好、亮度高、釉面質(zhì)量優(yōu)、釉燒溫度低、鉛溶出極低、釉面缺陷少等特點(diǎn),非常適合骨質(zhì)瓷裝飾。DVI3068A具有亮度高、釉面質(zhì)量好、坯釉結(jié)合性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn),該產(chǎn)品采用Si-A1-B-Na-Ca系,非常適合?;傻难b飾,制品中鉛含量符合最新的美國加州標(biāo)準(zhǔn)要求。

        含鉛釉料帶來的鉛溶出問題已成為我國陶瓷制品走向國際市場的“瓶頸”。從20世紀(jì)90年代起,國內(nèi)一些科研院所和陶瓷產(chǎn)區(qū)投人大量人力物力研究高檔陶瓷釉(無鉛釉), 雖然在氧化硼陶瓷釉的研究上取得了一些成果,但仍存在膨脹系數(shù)大、光澤度差、化學(xué)穩(wěn)定性差等問題,還有待于進(jìn)一步的研究。

        4 ?研究的主要技術(shù)指標(biāo)及預(yù)期成果

        研究了氧化硼的加入量對高檔陶瓷釉料膨脹系數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性的影響。擬采用高硼高鈉鈣體系作為釉料基料,主要是利用氧化硼能提高釉的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性,也可促進(jìn)坯釉結(jié)合,改善玻璃釉光澤,提高制品性能。加入氧化硼能夠促進(jìn)石英充分熔化,從而降低釉的膨脹系數(shù),氧化硼呈四配位形式成為網(wǎng)絡(luò)形成體進(jìn)入玻璃結(jié)構(gòu)中,可使釉料的化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)。但氧化硼增至一定數(shù)量時(shí),由于硼反?,F(xiàn)象,會(huì)成為三配位而易溶于酸中,故氧化硼的含量應(yīng)適當(dāng)控制。通過實(shí)驗(yàn)將研制一種膨脹系數(shù)小、能夠與高檔陶瓷坯體相匹配、光澤度高、化學(xué)穩(wěn)定性好的氧化硼釉面材料。

        4.1預(yù)期成果

        ①研究篩選出適合的釉料體系,研究出氧化硼添加量對高檔陶瓷釉膨脹系數(shù)與化學(xué)穩(wěn)定性的影響;

        ②通過研究使氧化硼釉料的性能指標(biāo)達(dá)到高檔陶瓷制品的要求;

        ③研究解決釉料的低溫?zé)Y(jié)問題。

        4.2達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

        膨脹系數(shù) ? ?6.3-8.0;

        光澤度 ? ? ?>85%;

        軟化溫度 ? ?<705℃ ;

        燒成溫度 ? ?1040-1150℃ 。

        4.3擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

        釉料組分的確定,由于各種氧化物在釉料中所起的作用各不相同,作為一種多元釉料體系,原料中的所有成分必須合理配比。

        5 ?研究開發(fā)方案

        采用高硼高鈉鈣體系研究氧化硼在高檔無鉛釉料的應(yīng)用。釉料主要化學(xué)組成為見表1。

        熔塊制備:

        取原料經(jīng)干燥后,準(zhǔn)確配料混合均勻再經(jīng)1250-1300℃熔制,淬冷、球磨加工過300目篩,經(jīng)水力分級合理控制粒度級配。

        釉漿制備:

        采用1L氧化鋁球磨罐, 以氧化鋁球?yàn)榍蚰ソ橘|(zhì),加CMC更稠料:球:水:=l: 2: 0. 5.如釉漿流動(dòng)性差,可加入0. 3%的添加劑以增加流動(dòng)性。因?yàn)橛粤媳旧眍w粒已比較細(xì),球磨的目的為了獲得分散均勻的釉漿。采用快速磨研磨30min, 采用普通球磨研磨2-3h.球磨后放出釉漿,過230目篩,除鐵,備用。

        施釉:

        試驗(yàn)坯體采用骨質(zhì)瓷坯體,坯體經(jīng)1250-1300℃素?zé)?。坯體的化學(xué)組成,見表2。

        施釉前將坯體打磨干凈。施釉采用手工噴釉,釉厚控制在0. 2mm- 0. 3mm.具體的厚度要根據(jù)坯體表面光滑度和氣孔率而定。光滑的坯體釉層薄一些,而粗糙的坯體則釉層應(yīng)厚一些。由于釉層干燥速度較慢,采用烘箱干燥。施釉后的坯體置于烘箱中,于40-60℃烘干60min。

        燒成:

        采用1300℃智能硅碳棒高溫電爐。燒成制度為:按預(yù)先設(shè)置的升溫曲線自動(dòng)升溫至燒成溫度并保溫一段時(shí)間,自然降溫。

        工藝流程如下:

        ①原料→干燥→配料→混勻→熔制→淬冷→球磨過 230 目篩→水力分級干燥→備用

        ②熔塊+蘇州土+水→釉漿→施釉→燒成

        6 ?結(jié) 語

        隨著消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和法律法規(guī)的日趨完善,綠色、環(huán)保、健康的生活理念已深入人心,高檔日用陶瓷使用無鉛釉裝飾已是大勢所趨。氧化硼無鉛釉在高檔日用陶瓷上的成功應(yīng)用, 徹底解決我國陶瓷制品鉛溶出超標(biāo)的問題,消除了出口貿(mào)易壁壘,提高我國高檔陶瓷制品在國際市場的占有率。同時(shí),氧化硼無鉛釉的成功使用,從材料和工藝上徹底解決了高檔陶瓷生產(chǎn)中的鉛污染問題,對于保護(hù)工人健康,延長窯爐壽命等都非常有利;而且為無鉛無鎘畫面裝飾的推廣創(chuàng)造了先決條件。氧化硼無鉛釉的研制成功,從根本上消除了高檔日用陶瓷產(chǎn)品中的鉛對人類的危害,為人們增添了一道綠色屏障,從這個(gè)意義上來看,氧化硼高檔陶瓷無鉛釉制品有著良好的發(fā)展前景。

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