氧化鋯在陶瓷釉料中的應(yīng)用
自然界的氧化鋯礦物原料,主要有斜鋯石和鋯英石。鋯英石系火成巖深層礦物,顏色有淡黃、棕黃、黃綠等,比重為4.6~4.7,硬度7.5具有強烈的金屬光澤,可作為陶瓷釉用原料。純凈的氧化鋯是白色固體,含有雜質(zhì)時會顯現(xiàn)灰色或淡黃色,添加顯色劑還可顯示各種其它顏色。純的氧化鋯是一種高級耐火原料,其熔融溫度約為2900℃,分子量為123.22,理論密度是 5.89g/cm3。氧化鋯中通常含有少量的氧化鉿,難以分離,但是對氧化鋯的性能沒有明顯的影響。
在建筑陶瓷釉料中多使用硅酸鋯,一般用量為8%~12%。氧化鋯可提高釉的高溫粘度、擴(kuò)大粘度變化的溫度范圍,其用量為 2%~3%時,能提高釉的抗龜裂性能。它的化學(xué)惰性大,故能提高釉的化學(xué)穩(wěn)定性和耐酸堿能力,還能起到乳濁劑的作用。氧化鋯為“釉下白”的主要原料,也是黃綠色顏料良好的助色劑,若想獲得較好的釩鋯黃顏料必須選用質(zhì)純的化學(xué)法生產(chǎn)的氧化鋯。氧化鋯有三種晶體形態(tài):單斜、四方、立方晶相。常溫下氧化鋯只以單斜相出現(xiàn), 加熱到1100℃左右轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较啵訜岬礁邷囟葧D(zhuǎn)化為立方相。由于在單斜相向四方相轉(zhuǎn)變的時候會產(chǎn)生較大的體積變化,冷卻的時候又會向相反的方向發(fā)生較大的體積變化,容易造成產(chǎn)品的開裂,限制了純氧化鋯在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。 但是添加穩(wěn)定劑以后,四方相可以在常溫下穩(wěn)定,因此在加熱以后不會發(fā)生體積的突變,大大拓展了氧化鋯的應(yīng)用范圍。
陶瓷工業(yè),衛(wèi)生陶瓷、餐具、墻地磚生產(chǎn)都需要用色釉料來裝飾,這些釉料可耐高溫煅燒加工,而氧化鋯主要用于制備鐠黃、 釩藍(lán)以及鋯鐵紅等顏料。自 20世紀(jì)以來,陶瓷釉用色料總體進(jìn)展不大,但鋯基色料的研究、開發(fā)及應(yīng)用幾乎席卷了除黑色以外的所有顏色領(lǐng)域,其影響之深是過去傳統(tǒng)色料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及的。釩鋯蘭最早被發(fā)現(xiàn) ,1949 年由美國的克雷倫斯·斯布萊特首先合成出來 ,鐠黃則是由日本學(xué)者在 1952 年首先合成出來。
在陶瓷色料中,鋯基色料具有以下特點:
(1)鋯基色料在高溫條件下不易與釉料反應(yīng) ,不放出氣體,抗腐蝕,高溫條件下在釉中溶解小,色彩穩(wěn)定 ;
(2)混容性好,不同顏色之間可以按照任意比例在釉料中混合使用,可以調(diào)試出很多豐富色彩的調(diào)和色,應(yīng)用范圍廣泛;
(3)色澤純正,鋯系色料受燒成氣氛、基礎(chǔ)釉料成分影響較小,對釉料適應(yīng)性強,色料飽和度好,發(fā)色鮮艷。
鋯基陶瓷色料的種類和用途
色料 |
組成 |
構(gòu)成礦物 |
用途 |
鋯黃 |
Co-Cr-Zr |
鋯英石 |
色釉 |
Co-Mn-Zr |
鋯英石ZrSiO4(Co,Ni) |
釉下彩 |
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Co-Ni-Zr |
-- |
-- |
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Co-Ni-Zr-Si |
-- |
-- |
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釩鋯黃 |
Zr-V |
斜鋯石ZrO2(V) |
色釉、釉下彩 |
Zr-Ti-V |
斜鋯石ZrO2(V ,Ti) |
色釉、釉下彩 |
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鐠黃 |
Zr-Si-Pr |
鋯英石ZrSiO4(Pr) |
色釉、色坯、釉上 |
鎘黃 |
Zr-Si-Cd-S |
CdS被ZrSiO4包裹 |
色釉、釉下彩 |
釩鋯黃 |
Zr-Si-V |
鋯英石ZrSiO4(V) |
色釉、色坯 |
鋯鐵紅 |
Zr-Si-Fe |
鋯英石ZrSiO4(Fe) |
色釉、色坯、釉下彩 |
在建筑陶瓷的釉料配方中,主要通過鋯英砂或者硅酸鋯來代替加入氧化鋯。氧化鋯在釉料中主要以乳濁劑的形式出現(xiàn),雖然氧化錫具有良好的乳濁作用,但出于成本考慮,目前一般都是加入鋯英砂或者硅酸鋯。如在鋯白熔塊的生產(chǎn)中,氧化鋯的含量通常在 10%左右浮動。在高白拋光磚的生產(chǎn)中,也經(jīng)常會通過加入硅酸鋯來提高坯體的白度。
氧化鋯不僅有乳濁的效果,還能增大抗釉面龜裂性及釉面硬度,特別是在瓷器釉料中加入氧化鋯或者鋯英砂,可顯著提高白度和抗磨性。加入量以鋯英砂8%~12%、氧化鋯或硅酸鋯 6%以上為佳 。
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