鐵系金屬釉的制備與研究

摘要 本文采用廉價的鐵系氧化物，研究了過渡金屬氧化物的組成、氣氛、晶核劑等因素對釉面金屬光澤的影響。通過鐵系金屬釉的配方設計和工藝控制的優化，得到了有金屬光澤藝術效果的制品。

關鍵詞 鐵系金屬釉，正交，金屬光澤

1前言

金屬釉是指在基礎釉中加入Ti、Co、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、Cu等過渡金屬的氧化物中的一種或多種，并在高溫下達到飽和，產生金屬光澤藝術效果的釉料。具有金屬光澤的釉面磚因其高雅、厚重的氣質備受建筑陶瓷行業和消費者的青睞。鐵系金屬釉中由于具有較高含量的鐵，因此可以降低對原料中含鐵量的要求，拓寬了釉用原料的范圍，降低了釉料成本，同時還能降低釉料的燒成溫度，節約能耗。本文采用正交設計的組合金屬氧化物添加劑，制備了一系列具有金屬光澤的鐵系金屬釉，豐富了金屬釉體系。

2實 驗

2.1 金屬釉用原料及其化學組成

金屬釉用礦物原料及其化學組成見表1（由佛山正大制釉有限公司提供） 。

金屬釉用化工原料有三氧化二鐵（Fe2O3）、氧化錳（MnO₂）、氧化銅（CuO）、氧化鎳（NiO）、二氧化鈦（TiO₂）等，化工原料均為化學純。

2.2 基礎釉料組成

本實驗采用佛山正大制釉有限公司的基礎釉料，其配方見表2。

采用MBNL07型快速球磨機將釉漿球磨45 min，粒度萬孔篩篩余<0.25%，含水率45%～50%，比重為1.65g/cm³。

在基礎釉料中添加不同含量、不同種類的過渡金屬氧化物和晶核劑，優化工藝，制備出具有不同金屬光澤的釉料。

2.3 鐵系金屬釉的制備

依據相關資料，本實驗按照正交法設計各氧化物比較合理的組成范圍。設計的過渡金屬氧化物含量見表3。

按照設計的配方進行稱量、混合、球磨制備金屬釉料。具體工藝參數為：料：球：水(wt%)=1:1.8:0.8，快速球磨時間17min，釉漿比重1.65～1.75g/cm³，球磨細度：250目篩篩余0.1%～0.2%，添加劑STPP0.2g，CMC0.1g。

2.4 施 釉

本實驗在電爐燒成時采用刮釉器施釉，在陶瓷工廠的輥道窯中燒成時采用鐘罩淋釉。施釉厚度為0.3～0.4mm。釉層太薄，則形成的釉面質感和光澤度差；釉層過厚，高溫下其流動性增加，易造成產品釉層厚度不均，釉面色差大，影響裝飾效果。

2.5 燒 成

燒成曲線見圖1。

實驗室電爐與工業輥道窯的燒成溫度和制度有所不同，在實驗室電爐中可適當降低溫度而延長保溫時間，燒成溫度為1160℃，保溫時間30min，見圖1（a）；在工業輥道窯中可適當提高溫度而縮短保溫時間，燒成溫度為1200℃，保溫時間15min，見圖1（b）。兩者都呈強烈的金屬光澤，釉面有許多微小的晶亮顆粒，整個釉面有強烈的反射效果。

3實驗結果與分析

3.1 光澤度和透光度

釉面光澤度的測定用光電光澤度計進行，結果見表4。

金屬釉面的光澤度與釉中物相折射率、含量及燒成制度有關。物相的折射率愈大，釉面的光澤度相對愈高。其中TiO₂的影響最大，成釉過程中，部分TiO₂形成金紅石。金紅石折射率大，同時二氧化鈦周圍發生鈦酸鹽的重結晶，這些晶體在釉層表面形成富集，且整齊規則地定向排列，對光線產生鏡面反射而產生金屬光澤。燒成制度對光澤度的影響主要是保證釉面能充分熔融。同時需選擇適當的冷卻制度以得到所需要的物相，并避免釉面出現失透或過度析晶。

透光度跟釉的物相有關，各物相折射率差值愈大，光的散射愈大，透光度越差；同時，晶相或氣相的大小愈接近入射光的波長，散射也愈大，透光度也越差。釉中物相和釉的燒成制度有密切的關系，余筱勤等對此作了詳細研究。由于本實驗中金屬釉的燒成溫度較低，同時為了適應工業窯爐生產的要求，故采用了較快的冷卻方式。因此，表4中的透光度值比較接近。

3.2 添加物對釉面金屬光澤的影響

本試驗采用的主要添加物有：氣氛調節劑：碳粉；著色金屬氧化物：Fe2O3、MnO₂、CuO、NiO；晶核劑：TiO₂、ZrO₂。

在釉料球磨過程中添加一定比例的碳粉一起球磨。實驗過程中，按照碳粉與氧化銅的摩爾比為0.5:1，1:1，1.5:1，2:1和2.5:1進行實驗，以便在金屬釉中提供還原氣氛，考察還原氣氛對金屬釉的影響。實驗中發現，添加碳粉后能夠改變不同價態銅的比例從而得到不同金屬光澤的釉面。隨著碳粉含量的增加，金屬光澤逐漸增強，當比例為5:1時，失去金屬光澤，合適的比例為1.5:1。

添加不同的過渡金屬氧化物在釉料中會形成不同色調的金屬光澤，翟新崗、余筱勤等做了比較詳盡的研究。由于本實驗采用的是組合金屬氧化物添加劑，實驗現象有所不同：2，7，9，16樣品有強烈的金屬光澤，顏色逐漸由黃色向粉紅色再向深綠色轉變，這可能是由于MnO₂和Fe2O3的含量增加而導致的。隨著TiO₂含量的增加，釉的光澤度提高（2，7，9，16）。但當TiO₂達到一定含量后光澤度不再提高，反呈下降趨勢（4，5，11，14），較合適的含量為4%。

實驗發現，在釉料中引入TiO₂、ZrO₂晶核劑，能夠有效地促進晶體的成核和生長，縮短燒成時間。但晶核劑的引入量不能過高，否則釉中得不到所需要的晶相或者是晶體尺寸過大，不能產生良好的金屬光澤。本實驗選用了TiO₂、ZrO₂進行對比，在鐵系金屬釉中引入TiO₂的效果比引入ZrO₂的效果好。TiO₂適宜加入量為4%，ZrO₂適宜加入量為6%。

4 結論

(1) 鐵系金屬釉突破了以前的金屬釉的燒成制度，將溫度降低至目前墻地磚的燒成溫度，能夠與墻地磚坯體相適應，并能呈現良好的金屬光澤。

(2) 鐵系金屬釉的最佳燒成溫度為：實驗室電爐中 1150～1180℃，高溫保溫時間30min；輥道窯中1180℃～1220℃，高溫保溫時間15min。

(3) 不同組合的金屬氧化物添加量可得到不同金屬光澤的鐵系金屬釉，其中Fe2O3對形成金屬光澤影響甚微，只對金屬光澤的色澤有較大影響。鐵系金屬釉中TiO₂作晶核劑時，適宜加入量為4%。

參考文獻

1 李曉池，樊子民，王曉剛.金光釉產生金黃色金屬光澤的機理研究[J].西安科技學院學報，2004（2）:193～195

2 王秀文.MnO-PbO-ZnO系統虹彩釉工藝過程探討[J].中國陶瓷，2001（2）:33～36

3 程文琴.陶瓷金屬化釉面發黑原因探討[J].陶瓷科學與藝術，2005（4）:18～19

4 俞康泰.建筑陶瓷裝飾技術的現狀和展望[J].陶瓷，2005（6）:7～9

5 余筱勤.金屬光澤釉工藝研究[J].中國陶瓷，2002(1):36～38

6 施建球.隧道窯燒成鐵系結晶釉的研制[J].江蘇陶瓷，2003（4）:34～35

7 陳 平，朱建峰.墻地磚無光釉的研究[J].陶瓷工程，2001（8）:12～15