尖晶石色料的合成及对电瓷棕釉呈色稳定性和均匀性的研究

摘要

电瓷釉由基础釉和功能性组分组成，如在基础釉中加入呈色剂可配成颜色釉，加入半导体物质可配成半导体釉等。电瓷棕釉作为颜色釉，其呈色性能尤为重要，其配釉常采用生料釉，即直接引入着色氧化物。着色氧化物可通过直接添加化工原料、或其含量较高的天然矿物等方式引入。这种配釉方法，虽然制备工艺简单，成本低廉，但由于天然原料成分的波动，工艺条件的变化，呈色氧化物在釉浆中的偏析，容易造成颜色不均，产生色差，甚至出现黑斑等外观缺陷。本文计划通过预先合成棕色尖晶石型色料添加到基础釉中配成棕釉，改善其呈色稳定性和均匀性，减少釉面色差和釉面缺陷，对提高电瓷产品的釉面质量具有现实意义。
　　 本文以Fe2O3、Cr2O3、MnO2等化工原料为主要原料，采用固相法合成色料。通过三角配料法确定了Fe2O3-Cr2O3-MnO2系统色料呈现棕色的配料范围。再进一步调整原料配比，通过分析色料和釉面的色度值、以及釉面质量确定了Fe2O3-Cr2O3-MnO2系统色料配方：摩尔比为。Fe2O3：Cr2O3：MnO2=1:1:3。在此配方基础上，通过引入MgO来进一步改善色料的呈色性能，研究得出：添加少量的MgO(0.05 mol)有利于色料和釉面呈色，添加量过多对釉面呈色有不利影响。
　　 分别采用电热法和微波法制备了色料，研究了色料的合成工艺，以及不同合成方法对色料显微结构和呈色性能的影响。结果表明：采用电热法在1300℃下保温2 h可以合成棕色尖晶石型色料；而采用微波法只需1100℃，保温10 min即可合成色料，与电热法相比，微波法使合成温度降低了200℃，保温时间缩短至电热法的1/12；其合成的色料具有尺寸细小、分布均匀、分散性好、形貌规整等特点，提高了色料及其在釉中的呈色性能。合成色料的原料球磨2 h后D50为0.84μm，可以提高所合成色料的明度值L*和红度值a*，合成色料球磨3 h后，D50为2.95μm可以提高其在釉料中的呈色性能，改善釉面质量。
　　 对坯釉适应性以及棕釉呈色均匀性进行了研究，结果表明：添加尖晶石型棕色料的棕釉与工厂生产棕釉相比，其坯釉适应性较好，对瓷件的抗弯强度在无釉的基础上提高了27.84％、比工厂棕釉提高了9.86％；且添加色料的釉面的色度值波动较小，釉面缺陷较少，其呈色稳定性和均匀性均优于传统生釉料所配制的电瓷棕釉。