無鉛無硼金屬釉的研制及其生產實踐總結

摘要 本文通過對鉛基金屬釉成分和晶型結構的分析，指出了其釉面性能不佳的根本原因，并找出既可行又方便生產的解決辦法，就是采用無鉛無硼基礎釉。該金屬釉的研制，為瓷磚提高檔次和品位、增加花色品種作出了貢獻。

關鍵詞 無鉛無硼金屬釉，耐酸性能，析晶劑，催化劑，穩定性

1前 言

隨著社會的不斷進步，居民生活水平不斷提高，人們對裝飾用的建筑陶瓷產品內在和外在質量的要求也越來越高。提高瓷磚的檔次和品位，不斷推出新花色和新品種來滿足社會的需求，對于建筑陶瓷企業來說，不是永恒的課題，也是當務之急。金屬光澤釉由于具有高雅、豪華、莊重的藝術效果，加上其釉面化學穩定性好、不易氧化、耐酸堿腐蝕性能佳，具有優良的實用功能，近年來越來越受到建筑陶瓷行業的重視。因此，用質優價廉、方便生產的金屬光澤釉來裝飾陶瓷產品已提上了議事日程。

2金屬光澤釉的應用現狀概述

在陶瓷制品表面呈現具有類似金屬光澤的釉稱為金屬光澤釉。最早的時候是采用金水涂敷陶瓷制品表面，以產生金屬光澤，但由于其價格昂貴，不可能在建筑衛生瓷、日用瓷上大面積使用，僅在少量裝飾瓷表面上作點綴增輝之用。經過長期試驗和生產實踐，目前在陶瓷表面裝飾金屬光澤釉的方法歸納起來可分為四種：第一種，用金水等涂敷表面，經熱處理后使表面呈現金屬光澤；第二種，在熾熱的陶瓷釉表面直接噴涂有機或無機金屬熱熔液；第三種，在陶瓷釉表面直接濺射電鍍涂層；第四種，在一定組成的釉料中，加入適當的金屬氧化物，經過一定的熱處理后，產生金屬光澤的效果。這四種方法的優缺點如表1和表2所示。

由于燒結法制備金屬光澤釉具有以上優點，值得大力推廣，下面就其研制和生產實踐予以總結。

3 燒結法無鉛無硼金屬光澤釉的由來及其機理

燒結法制備金屬光澤釉的生產工藝流程與一般釉基本一樣：

原料→配料→球磨→施釉→印花或不印花→干燥→燒成

燒結法制備金屬光澤釉與一般釉的制備方法相同，只是在釉料成分中引入一種或多種著色金屬氧化物，并使它在高溫熔體中飽和，然后在冷卻時就會析出具有金屬光澤的析出物。此外，根據不同類型釉中析出的金屬微粒或礦物不同，會產生不同的色彩。

要想在不增加生產設備，不追加投資的情況下，按現有瓷磚企業的輥道窯正常的燒成曲線，獲得質量穩定的金屬光澤釉，除了其釉料成分有特殊要求外，還有一個很關鍵的地方，就是要選擇在燒成過程中整個釉層能夠產生穩定晶型結構的原料，也就是說，關鍵是選擇好的促發金屬光澤的析晶劑及其配套的催化劑。

到目前為止，幾乎所有的大專院校教科書、各地陶瓷科學技術期刊及有關陶瓷專家的論著，提供的相關資料大都是用鉛硼基礎釉來制取金屬光澤釉。可令人遺憾的是，實踐證明，它有以下弊端：一是鉛丹劇毒，危害工人身體健康；二是這類釉燒成時大都需要保溫，要求調整輥道窯正常生產的燒成曲線，這顯然給企業連續生產帶來不便；三是陶瓷工廠現在采用的都是輥道窯明焰燒成，這類釉對火焰氣氛與氣壓敏感，燒成出來的成品釉面不穩定，或色差嚴重，或光澤與金屬光澤相去甚遠，或抗氧化能力弱、耐酸腐蝕性能差，導致在日曬雨淋的環境下使用逐漸會失去金屬光澤。

究其原因，就是由這類釉選擇的原料和其產生金屬光澤的機理所決定的。在鉛基礎釉中形成金屬光澤，其機理目前一般認為與其特殊結構有關。金屬氧化物在鉛基礎釉中燒成時，由于兩相（固-固、固-液、固-氣、液-氣）之間的界面作用，在界面上成核析晶。兩相析晶則首先在熔體表面（液-氣）析晶，所以金屬釉熔融時析出的尖晶石晶體主要分布在釉表面。又由于在燒成期間遠離熱力學平衡態，并伴有不小的漲落即溫度梯度，產生宏觀有序結構，使尖晶石晶體在釉層中定向生長，其{111}晶格與釉層表面平行。由于尖晶石晶體結構中{111}晶核原子密度大、反射能力強，從而產生金屬光澤效果。釉表面層的結構是一種微觀有序的平衡結構（析出尖晶石晶體）和宏觀有序的耗散結構（尖晶石的晶體列）組成的混合結構。可是，由于基礎釉中含鉛，加之過量堿性金屬氧化物的存在，燒成時大量生成了-Pb-O-Si-鏈節，雖然這種鏈節形成了網絡，但它的穩定性顯然和尖晶石晶體結構不能相比，同時還決定了它耐堿腐蝕雖然沒問題，但耐酸腐蝕性能就相對較差，成了它的軟肋。

顯然，要使燒成的金屬釉面穩定，就要改變這種混合結構而使其盡最大可能成為單一的尖晶石晶體結構，并使僅在釉表面發生的析晶行為改變為在整個釉層上下同時進行，即在整個釉層同時進行。這樣，才能夠保證產品質量穩定，提高金屬釉面的抗氧化、耐酸腐蝕性能。為了達到這個目的，我們從改變釉成分著手，選擇無鉛無硼基礎釉同時降低其它金屬氧化物的含量，以求避免釉中產生-Pb-O-Si-網絡結構，使其盡量多地形成比網絡結構穩定得多的尖晶石晶體結構。

經過多方案無數次的試驗比較，我們最終確定了無鉛無硼無鋯基礎釉，并選擇佛山輝煌釉料公司經高溫合成后精制加工的晶體礦物原料HF7#、HG8#和HG9#分別作為析金劑，試驗三組基礎釉配方，全部試驗工作都在快速燒成的輥道窯進行，經過不懈努力，終于解決了鉛硼金屬釉帶來的弊端，燒成獲得成功，達到了整個釉層同時析出尖晶石晶體的目的，釉中斷面和釉面的金屬光澤同樣強烈，效果理想。應用到工業化生產，既沒有改變輥道窯原來的燒成曲線，也沒有特別加以保溫；既沒有提高燒成溫度，也沒有延長燒成周期，優等品率高達90%以上，釉面各項性能指標均達標，在正常操作的情況下，不會產生色差，令人滿意。表3為無鉛無硼金屬光澤釉與鉛硼金屬光澤釉的比較。

4無鉛無硼金屬光澤釉的配方及其生產工藝技術參數

分別將三個不同配方的無鉛無硼金屬光澤釉投入三條不同燒成曲線的輥道窯進行工業化生產，其主要化學成分及其配方見表4和表５所示。

這三個無鉛無硼金屬光澤釉生產時的有關工藝技術參數如下：

球磨細度：萬孔篩篩余0.3%以下

施釉比重：視裝飾效果在1.3～1.7g/cm3之間調節

施釉重量：視裝飾效果，在每平方磚坯上施釉漿在350～450g之間調節

5無鉛無硼金屬光澤釉的特點

綜上所述，并根據實際檢測及使用觀察，該無鉛無硼金屬光澤釉具有以下幾大特點：

（1） 耐酸堿及抗氧化能力強，釉面穩定，歷久如新，可有效提高瓷磚的物理化學性能；

（2） 釉面耐磨，可在人流量大的公共場所使用而不易磨損；

（3） 燒成溫度和燒成周期的適應范圍寬，分別可在1150～1220℃之間和幾十分鐘到幾個小時之間進行調控；

（4） 適應性強，適合各種類型窯爐快速或慢速氧化焰燒成；

（5） 穩定性好，可以確保產品減少色差。

6結論

（1） 該無鉛無硼金屬光澤釉可以一次燒成，也可以二次燒成。

（2） 作為單一釉面裝飾或作為承載印花畫面的底釉時，視坯體白度，可以先施化妝釉，也可以不施化妝釉。坯體顏色深時如不施化妝釉，則金屬釉面光澤和效果差。

（3） 對其作相應調整，也可以用作印刷花釉。

參考文獻

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2 周 耀，周正付.建筑衛生陶瓷金屬釉淺述[J].佛山陶瓷，1996，2