一种无铅无镉透明釉及其制备方法

摘要

一种无铅无镉透明釉及其制备方法，涉及陶瓷釉料技术领域，由硅胶粉体30~50%、硼酸14~18%、硼砂10~17%、石灰石10~14%、高岭土10~14%和石英粉0~15%的原料制备而成，其中，按照原料：磨球：水=1：1.2：0.8的比例，将原料、磨球和水置于球磨机中球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉。本发明所用原料无铅无镉，简单易得，所用溶剂为去离子水，安全、无毒、无污染，价格便宜，成本低廉，便于批量生产；本发明制备的釉料，可以直接烧成，且熔融温度低，光泽度好，烧制温度范围宽，表面光滑透亮；熔融性能好，制备条件易控、生产成本低，生产效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷釉料技术领域，具体涉及一种无铅无镉透明釉及其制备方法。

背景技术

透明釉是指釉料的外表特征，釉料经过高温熔融后所生成的无定性玻璃体，坯体本身的色泽能够通过釉层反映出来。长期以来，瓷釉都是使用含有铅的熔块釉，这是由于含铅釉料具有易熔解、流动性好，热膨胀系数小，热震稳定性好，机械强度大等特点，铅等重金属元素经过一定的工艺烧制，可使陶瓷表面鲜艳明快、线条清晰、光泽度高，弹性大，和烧成范围宽而得到广泛应用。但由于铅釉有毒，对生产环境、操作人员及产品使用者的健康具有一定的损害作用，国标GB 12651-2003规定，与食物接触的陶瓷制品铅的溶出量允许极限是5ppm以下，是国家强制性标准。

因此，人们对无铅釉的研究日渐重视。近年来，已有大批无铅釉研制成功，并投入使用，但就目前无铅釉的研究现状看，这种研究仍处在无铅熔块釉的研究上，这种无铅釉的熔融温度为1435~1500℃，熔融温度较高，且烧制温度范围窄；同时，由于氧化物对无铅熔块釉温度的影响比较复杂，致使无铅釉陶瓷制品在外观和性能上无法得到保障，釉料透明度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有熔块釉熔融温度高，难以保证其外观和性能的缺陷，提供一种无铅无镉透明釉及其制备方法。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：一种无铅无镉透明釉，由以下重量百分比的原料制备而成：硅胶粉体30~50%、硼酸14~18%、硼砂10~17%、石灰石10~14%、高岭土10~14%和石英粉0~15%。

本发明制备而成的透明釉的主要化学成分以及各化学成分的质量百分比为：SiO₂ 35~55%，B₂O₃ 15~20%，Na₂O 2~5%，CaO 5~8%，Al₂O₃ 4~9%，余量为不可避免的杂质。

本发明的无铅无镉透明釉的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称取硅酸钠粉体，将其溶于一定量去离子水中充分搅拌，制得饱和硅酸钠溶液，备用；

步骤二、量取一定量酸或强酸弱碱盐，加入去离子水，将其配置成5mol/L的溶液，并在该溶液中滴加1~2滴酚酞溶液，然后逐滴加入步骤一制备的硅酸钠溶液，搅拌至红色出现时，停止滴加，并持续搅拌3~5min，制得均匀透明胶体溶液，继续滴加步骤一制得的硅酸钠溶液，直至完全形成透明胶状凝胶，停止滴加，并将该透明胶状凝胶进行抽滤，然后用去离子水洗涤3~4次，在50~70℃下烘干，制得硅酸干凝胶，备用；

步骤三、利用球磨机将步骤二制得的硅酸干凝胶磨成粉，制得硅胶粉体，备用；

步骤四、、按照硼酸14~18%、硼砂10~17%、石灰石10~14%、高岭土10~14%、石英粉0~15%和硅胶粉体30~50%的百分比，依次称取原料硼酸、硼砂、石灰石、高岭土、石英粉和步骤四制得的硅胶粉体，按照原料：磨球：水=1：1.2：0.8的比例，将原料、磨球和水置于球磨机中球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉。在实际使用中，所制得的釉料施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。

其中，步骤二中的酸为盐酸、硝酸、硫酸或醋酸；强酸弱碱盐为氯化铵、硝酸铵或硫酸铵。

有益效果：（1）、本发明步骤二采用溶胶-凝胶法制备硅凝胶，并将硅胶粉体作为釉料的主原料运用到釉料制备中，使硅凝胶和其它配料一起构成陶瓷釉料的凝聚结合相，从而使釉料具有沸石类矿物的基本特征，失水温度范围宽，失水不仅不会破坏结合强度，还会使釉面的三维结构更加稳定，提升了釉面强度。

（2）、本发明所用原料无铅无镉，简单易得，所用溶剂为去离子水，安全、无毒、无污染，价格便宜，成本低廉，便于批量生产；本发明制备的釉料，可以直接烧成，且熔融温度低，光泽度好，烧制温度范围宽，表面光滑透亮；熔融性能好，制备条件易控、生产成本低，生产效率高。

（3）、本发明中，Al₂O₃由高岭土（Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O）引入，Al₂O₃形成釉的网络体，既能与SiO₂结合，也能与碱性氧化物结合；由石英粉引入的SiO₂，SiO₂可以提高釉的粘度、透明度和化学稳定性，并能降低釉的膨胀系数；CaO可以降低高硅釉的粘度，本发明制备的釉料中含有35~55%SiO₂和5~8%CaO，二者的比例能够提高釉的流动性，增强釉的着色能力。

（4）、本发明制备的釉料中含有15~20%的B₂O₃，B₂O₃与硅胶粉体能够形成低熔点混合物，降低釉的熔融温度，釉溶体粘度降低，流动性增大，易于铺展成平整的釉面，B₂O₃的加入能增大釉的折射率，提高光泽度。本发明中，应尽量减少石英粉的用量，使其最大限度地转化为玻璃相，从而减少了成品中残余石英和方石英的量，有效地降低了坯体的热膨胀系数；在釉料中，因石英基本上被熔融为玻璃态，所以降低釉料中石英的用量，减少了Si-O结构键力的作用，提高釉热膨胀系数。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的无铅无镉透明釉及其制备方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种无铅无镉透明釉，由以下重量百分比的原料制备而成：硅胶粉体30~50%、硼酸14~18%、硼砂10~17%、石灰石10~14%、高岭土10~14%和石英粉0~15%。制备而成的透明釉的主要化学成分以及各化学成分的质量百分比为：SiO₂ 35~55%，B₂O₃ 15~20%，Na₂O 2~5%，CaO 5~8%，Al₂O₃ 4~9%，余量为不可避免的杂质。

实施例1

一种无铅无镉透明釉的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称取硅酸钠粉体，将其溶于一定量去离子水中充分搅拌，制得饱和硅酸钠溶液，备用；

步骤二、量取一定量酸或强酸弱碱盐，加入去离子水，将其配置成5mol/L的溶液，并在该溶液中滴加1~2滴酚酞溶液，然后逐滴加入步骤一制备的硅酸钠溶液，搅拌至红色出现时，停止滴加，继续搅拌，制得均匀透明胶体溶液，备用；

步骤三、在步骤二制备的胶体溶液中逐滴加入步骤一制得的硅酸钠溶液，直至完全形成透明胶状凝胶，停止滴加，并将该透明胶状凝胶进行抽滤，然后用去离子水洗涤3~4次，在50~70℃下烘干，制得硅酸干凝胶，备用；

步骤四、利用球磨机将步骤三制得的硅酸干凝胶磨成粉，制得硅胶粉体，备用；

步骤五、依次称取原料硼酸14.00g、硼砂10.00g、石灰石10.00g和高岭土10.00g、石英粉6.00g和步骤四制得的硅胶粉体50.00g，置于氧化锆球磨罐中；称取120g氧化锆球磨用球放入该球磨灌中，并量取80mL去离子水倒入球磨罐，匀速球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉，筛上留存0.5~2.5%。所制得的釉料施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。

实施例2

按照实施例1中步骤一至步骤四制备硅胶粉体，并称取该硅胶粉体39.40g、硼酸15.15g、硼砂15.15g、石灰石12.12g和高岭土18.18g，置于氧化锆球磨罐中；称取120g氧化锆球磨用球放入该球磨灌中，并量取80mL去离子水倒入球磨罐，匀速球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉，筛上留存0.5~2.5%。所制得的釉料施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。

实施例3

按照实施例1中步骤一至步骤四制备硅胶粉体，并称取该硅胶粉体40.00g、硼酸16.00g、硼砂13.00g、石灰石12.00g、高岭土12.00g和石英粉7.00g，置于氧化锆球磨罐中；称取120g氧化锆球磨用球放入该球磨灌中，并量取80mL去离子水倒入球磨罐，匀速球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉，筛上留存0.5~2.5%。所制得的釉料施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。本发明釉料的制备无需制成熔体，且制备过程的烘干温度较低，使用时的烧成温度低于1000℃，避免了B₂O₃的挥发。

实施例4

按照实施例1中步骤一至步骤四制备硅胶粉体，并称取该硅胶粉体30.00g、硼酸18.00g、硼砂17.00g、石灰石14.00g、高岭土14.00g和石英粉7.00g，置于氧化锆球磨罐中；称取120g氧化锆球磨用球放入该球磨灌中，并量取80mL去离子水倒入球磨罐，匀速球磨24h，然后将球磨后的物料过325目筛，制得透明釉，筛上留存0.5~2.5%。所制得的釉料施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。所制得的釉料中保留有高岭土，能够提高釉浆的悬浮性和结合强度。施釉厚度为0.8~1.0mm，烧成温度为800~1000℃。

将实施例1~实施例4的制得的釉料，采用浸釉法对四份试样坯体施釉，施釉厚度为0.8~1.0mm，自然晾干，然后置于马弗炉中，以10℃的升温梯度，升温至750~850℃，然后在900~1000℃下保温30min；开启炉门，使试样自然降温至60℃，取出各试样空冷至室温。观察釉面状况，对釉面进行评价：实施例1~4试样的釉面平整光滑，釉面光泽度好，透明度高，坯釉结合良好；吸水率＜0.5%，抗折强度＞50MPa，将产品通过20~150℃温度无裂痕。