高温陶瓷色料发色缺陷的研究

高温陶瓷色料发色缺陷的研究

在日用陶瓷和艺术陶瓷的生产中，大多数使用颜色来制作陶瓷的颜色。目前市场上出售的陶瓷色料多是釉用色料,很少有专门供高温瓷泥使用的坯用色料。于是就出现了一个问题:普通色料能否用来制作高温色坯?其发色情况如何?对于陶瓷色料在高温瓷泥中的发色问题,目前在国内各陶瓷专业刊物上未见相关报道和研究。因此,笔者试对色料在瓷泥中的发色问题进行探索实验,希望实验结果能对业内同行有所借鉴。1实验1.1实验设备和设备电子天平(精度0.001g)、四罐式行星球磨机、量筒、烘箱、石膏模具、高温箱式硅钼棒电炉、色度仪。1.2瓷泥的原料与色料实验所用瓷泥为福建德化白瓷泥,该瓷泥来自专业生产厂家,已除铁、磨细、加工好,以方便实验使用。该瓷泥烧成温度为1280～1320℃,烧后瓷化程度高(吸水率小于0.1%),烧后白度较好,外色油润有玉感,是非常好的瓷泥原料。实验所用色料为山东淄博福禄公司的釉用系列色料。该系列色料的细度为325目筛余小于0.5%,而且稳定性好,在国内使用广泛,代表了国产色料的较高水平。1.3色料的推荐使用最高使用温度是色料的一个重要技术指标,一般来说,普通色料的使用温度都可达到1250℃;而镨黄、黑色、铁棕色、铁红色、铬锡红、包裹红、紫色这些色料则一般推荐在1300℃使用。在日用陶瓷生产中,瓷器的成瓷温度一般都在1280～1330℃。为使实验结果有代表性,最终方案确定为:瓷泥烧成温度为1310℃,色料在瓷泥中的加入量为6%(发色弱的色料加入量为8%),坯体采用注浆成形,干燥后用实验电炉烧成。1.4实验材料的制备按配比准确称量色料和瓷泥并倒入玛瑙罐中,然后加入合适比例的水和解凝剂开始球磨。由于瓷泥为生产厂家的成品泥,已加工好,故球磨20min后即可倒出泥浆,备用。将石膏模具清洁干净、烘干,然后注入泥浆,水平放置,6d后自然脱模。所得坯体形状为薄圆饼状(厚度0.4～0.5cm),用刀片将坯体正面刮平,以方便测量色度值,然后把坯体置于烘箱中干燥。将干燥好的坯体置于自动控制实验电炉中,设置烧成温度为1310℃,升温时间为160min,保温时间为25min,氧化气氛烧成,烧成后关闭电炉自然冷却。烧后的试片采用进口色度仪测量其L、a、b值,C/2°光源,结果取3次测量的平均值。2结果与分析2.1坯体与发色件的关系在1310℃高温烧成后,大部分色料在瓷泥中都发色正常,但以下色料出现了烧成缺陷。镨黄发色能力减弱,为奶黄色,坯体表面凹凸不平,但未起泡;钴黑明显过烧,坯体起泡,色调为黑中略偏绿;栗棕明显过烧,坯体起泡,色调发生改变,为暗褐色;黄棕坯体正常,但色调发生改变,为较浅黄褐色;黑棕色调正常,但坯体过烧;银灰坯体正常,但色调发生改变,为浅蓝灰色;锆铁红明显过烧,坯体起泡,发色减弱,为浅肉红色;桃红全部褪色,坯体正常,色调接近坯体本色;玛瑙红也完全褪色,但坯体颜色略偏灰,坯体正常;紫色坯体正常,但发色深度明显减弱。需要指出的是,在釉中使用不耐高温、易起泡的包裹红和包裹橘黄色料,在此坯体中均发色正常,坯体未出现缺陷。在瓷泥中1310℃烧成后,各色料的色度测量值及外观描述见表1。2.2色料结构被破坏无论是在瓷泥中还是釉料中,镨黄使用温度超过1250℃后,晶体发色结构就会被破坏,从而分解并放出气体。在1310℃烧成时,瓷泥已经瓷化烧结,镨黄色料分解放出的气体不易被排出,所以导致瓷坯表面不平整。在此温度下,镨黄色料已部分分解,所以发色能力减弱。将相同的试样在1280℃烧成后,镨黄发色正常,发色深度也比1310℃时有了明显提高;虽然从外表面看坯体正常,但从断面看坯体也已轻微起泡。其它实验证实:镨黄色料在透明釉中使用温度不能超过1250℃,否则起泡;在锆乳浊釉中最高温度也不能超过1280℃。锆铁红色料通常使用温度不超过1250℃。在1310℃烧成时,色料的发色结构已被破坏,原被硅酸锆包裹的氧化铁裸露出来,从而和泥料发生反应。氧化铁属于低熔点原料,使瓷泥的烧成温度降低,但由于色料中氧化铁含量少,所以坯体只是轻微出现过烧,表面略显不平整,没有起泡。将同样的试样在1280℃烧成后,坯体表面明显不平整,从坯体断面看已过烧,色调反不如1310℃烧成时红。棕色色料的使用温度一般可以到1300℃,其化学组成中含有大量的铁和锌。铁和锌这两种物质在高温下都是强助熔剂,易和瓷泥成分发生反应,降低坯体成熟温度,所以导致栗棕和黄棕色料不能正常发色,且坯体出现过烧起泡缺陷。将烧成温度降低到1280℃,栗棕和黄棕色料仍不能正常发色,从坯体断面看坯体均起泡,栗棕起泡尤为严重。黑棕虽然色调没有大的改变,但坯体也过烧起泡。对于铬锡红色料(如桃红、玛瑙红、紫色)来说,其结构稳定性差,不耐高温,通常使用温度不超过1250℃。所以无论是在1310℃还是在1280℃烧成,桃红和玛瑙红色料均出现完全褪色。由于桃红和玛瑙红色料的组成不同,所以褪色后,加入桃红的坯体基本上是瓷泥自身白色,而加入玛瑙红的坯体则明显偏灰。紫色色料属部分褪色,所以坯体呈淡紫色,坯体正常。在1280℃烧成的坯体,紫色深度已有了明显提高。通常来说,钴黑色料的稳定性较好,钴黑色料在釉中使用时,1300℃时能正常发色。1310℃烧成时,加入钴黑的坯体发色基本正常,但坯体表面已有光泽,出现明显起泡现象;在1280℃烧成时,钴黑发色正常,但坯体表面仍轻微过烧,从断面看过烧更明显。加入钴黑的坯体出现过烧起泡,应该和钴黑色料中含有大量的铁有关。在釉中使用时,包裹红和包裹橘黄色料一般不能超过1250℃,否则会釉面起泡,因为高温熔融的液体环境会侵蚀、破坏其发色结构。而在瓷泥中,一般不会出现熔融的液体环境,所以其发色结构能保持稳定,可以正常发色。2.3色料使用的温度每种色料都有其使用温度范围,超过最高使用温度时,色料易出现褪色、起泡、变色等缺陷。色料生产厂家的产品说明书中一般都会注明最高使用温度,最好是按照其推荐温度来使用。通常釉用色料的最高使用温度都可达1250℃,绿色和蓝色的使用温度还可以更高。不管是在瓷泥中使用还是在釉中使用,所有的绿色、蓝色、钒黄、灰色色料都可使用到1350～1400℃。而镨黄、钴黑、锆铁红、桃红、玛瑙红等色料在坯中使用时,烧成温度最好低于1250℃。对于高温坯体来说,最好不使用棕色色料来着色,因为棕色中的铁和锌易和坯体发生反应。在瓷泥中使用时,包裹色料的使用温度可超过1250℃,最高可达到1350℃仍正常发色。2.4还原气氛下的转色烧成气氛对色料发色有重要影响,所有的色料都适合在氧化气氛下烧成;适合在还原气氛下烧成的只有绿色、蓝色等少数色料,其余色料在还原气氛下烧成时,或者褪色、或者变色,均得不到理想颜色效果。上述实验都是在氧化气氛下烧成的,受自身实验条件限制,无法在还原气氛下考察色料的发色情况。将所有颜色试片委托某瓷厂在1300℃还原气氛下烧成后,结果只有含铬的绿色、蓝色(除钴蓝外)、钒黄、银灰等色料正常发色,其余均褪色。3色料为硬的患者,一般在瓷泥中出现变形1)