无锆乳浊釉的研制

摘 要: 本文以粘土、钾长石、石英、硅灰石、氧化锌、滑石、硼钙石等为原料,形成K2O-CaO-MgO-ZnO-B2O3 -Al2O3-SiO2系统釉料,运用四角配料的方法进行配制,获得釉面平整、白度和光泽度高的无锆乳浊釉。采用XRD、SEM等测试手段,研究了该釉的微观结构和乳浊机理。

关键词:乳浊釉;无锆;四角配料

1 前言

目前陶瓷行业中,普遍使用锆英石作为乳浊剂来获得高白度、高光泽度的墙地砖釉面。但是我国锆资源相对匮乏,目前大量依赖进口,价格不断上涨,增加了企业的生产成本。而且一般锆英石和一些放射性元素伴生,在后期加工中难以分离,长期在有放射性环境下生活,会对健康造成危害,因此研究成本低廉的无锆乳浊釉有很大的意义[1-4]。本研究用传统制釉原料长石、石英等作为原料,形成K2O-CaO-MgO-ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2系统釉料,采用单因素法对生产工艺和体系配方进行探索性试验,用四角配料法[5]优化基础釉配方,得到白度和光泽度较好的乳浊釉。

2 实验

2.1实验仪器及设备

SX2-4-10箱式节能电阻炉;JY3002型电子天平;压片机;HYB-Ⅱ型快速球磨机;101-0干燥箱;KSW型温度控制器;HY-BDY数显白度仪。

2.2实验原料及组成

实验所用原料为钾长石、氧化锌、硅灰石、滑石、粘土、碳酸钡等,其化学组成如表1所示。

2.3坯料

本实验所采用的坯料为广东某厂的坯料,采用压制成形工艺。

2.4 釉料配方组成

通过大量配方的实验对比,在实验配方中调节长石、硅灰石、氧化锌、硼钙石原料的用量(图1)。采用四角配料法得到A、B、C、D四个顶点配方,四角配方以及其化学组成见表2和表3,然后再按照图1中的比例依次配出其余38组釉料配方。

2.5釉料的制备流程及主要参数

(1) 料:球:水=1:2:0.7;

(2)球磨时间:用HYB-Ⅱ型快速球磨机球磨10~15min;

(3) 釉浆细度:250目筛余0.03%~0.06%;

(4)施釉方式:采用淋釉的方法,釉层厚度在0.3~0.5mm;

(5) 烧成温度:1180~1220℃,保温10~15min。 2.6釉面组成及性能表征

采用日本产D/max-ⅢA 型转靶X 射线衍射仪对釉层物相进行分析;采用日本产JSM-5610LV型扫描电镜观察样品的显微结构,分析其中的物相成分;用HY-BDY型白度仪测试实验制得的不同釉烧样品的白度。

3 结果与讨论

3.1配料实验结果

通过观察,A点釉面白度较好,但釉面质量不佳;B点白度高,但光泽度较低;C点表面质量好,有光泽度,但白度较低;D点釉面无光。观察试验所获得的试样,基本可以分成四种情况:无光釉、乳浊釉、半乳浊釉和透明釉。趋于图中心的样品,釉面白度和光泽度较好,表4列出了几组有代表性的配方的釉面质量情况。

3.2矿物组成与釉面质量的关系

通过表4和其余样品釉面的观察,随着钾长石量的增加,釉面的表面平整度提高,白度先升高后下降,这是因为K2O对降低釉的表面张力和提高乳浊度有重要的影响,但K2O提高了釉在低温下的熔融温度,要限制其在一次烧成墙面砖中的过度使用。氧化锌的加入能增加釉面的质感,能提高釉的光泽度和白度,但氧化锌过量则会造成光泽降低甚至无光。通过用硅灰石取代石灰石引入CaO,减少了石英用量,降低了烧成温度,并且能提高釉面平整度、增加光泽度,但加入量过多会析出钙长石,造成光泽度下降。通过加入硼钙石在生料釉中引入B2O3,B2O3能降低釉熔体的表面能,减小釉面的表面张力,提高釉面的平整度,光泽度随之增加,并且B2O3在釉中还有促进分相的作用,能够增加乳浊度;但B2O3引入量过高,会使表面张力过小,使釉面气泡破裂时所形成的针孔难以弥合。综合上述分析,选釉面质量好、白度最高的21#配方进行XRD、SEM分析。

3.3 XRD相组成分析

从图2可以看出,21#配方釉面的主晶相是透辉石,还有一定的非晶相存在,说明21#配方是分相和析晶共存的乳浊釉。

3.4釉面显微结构研究

图3为21#配方釉的显微结构照片。从图3中可以看出,釉中存在大量晶相,XRD分析可以得知,晶相主要是透辉石晶体;此外,在晶相周围还有均匀分布的分相小液滴,液相的尺寸在0.2~0.6μm,与可见光波长相近。

3.5乳浊机理

当入射光照射到含有悬浮粒子的非均质釉层时,由于粒子与玻璃(釉)两者折射率不同,入射光的反射减弱,光向四面散射,造成釉的乳浊。悬浮粒子的数量越多,它与玻璃相的折射率差值越大,乳浊度越高。乳浊性除取决于熔化相(玻璃釉)的折射率以外,还受分散相粒子的大小和形态的影响。

在析晶和分相共存的乳浊釉中, 釉中有晶相的小颗粒,还存在因分相形成的小液滴。虽然与玻璃相的折射率相差不大,但由于数量很多,均匀分布且尺寸(0.2~0.6μm)与可见光波长接近,对可见光有较好的散射作用,并且析出的透辉石进一步提高了光的散射,增加了乳浊效果。

4 结 论

(1) 利用四角配料法,制备了K2O-CaO-MgO-ZnO-B2O3 -Al2O3-SiO2系生料乳浊釉,采用适当的烧成制度,能够获得白度和光泽较高的无锆乳浊釉。

(2) 本实验研制的无锆乳浊釉,烧成温度为1180~1220℃,釉面白度76°~80°,为分相和析晶共存的乳浊釉,析出的晶体以透辉石为主。

参考文献

[1]K. Pekkan,B. Karasu. Zircon-free frits suitable for single fastfiringopaque wall tile glazes and their industrial productions[J]. Journalof the European Ceramic Society,2009,29:1571-1578.

[2]杨金萍,王静. 新型无锆乳浊剂的研制[J].中国陶瓷工业.2007.14(4):1-3.

[3] 朱振峰,陈平,曹升福. 高温乳浊白釉的研制[J].陶瓷,2002(2):33-36.

[4] 李易进.生料乳浊釉在日用陶瓷生产中的应用[J].佛山陶瓷,2003(3):27-29.

[5] 聂曼云,刘桐荣,高力明.简便高效的四角配料法[J].中国陶瓷,1994(3):38-39.