摻加二氧化鈦的鋯乳濁釉實驗研究

陳瑞軍

(唐山學院環境與化學工程系,河北唐山 063000)

摻加二氧化鈦的鋯乳濁釉實驗研究

陳瑞軍

(唐山學院環境與化學工程系,河北唐山 063000)

在衛生陶瓷大生產鋯乳濁釉的基礎上,選擇加入適量的二氧化鈦作為乳濁劑進行乳濁釉配方實驗。實驗結果表明:在1 170℃氧化氣氛條件下,乳濁劑總量為11%,且二氧化鈦和鋯英砂的加入量分別為6%和5%時,乳濁釉的乳濁效果最好。

乳濁釉;二氧化鈦;鋯英砂

美國最先用鋯英石作為釉料乳濁劑[1]。鋯乳濁釉的釉料因其組成范圍廣、燒成范圍寬、不受氣氛影響而被廣泛采用,但我國為鋯英砂貧瘠國家,鋯英砂多依靠進口,為了減少鋯英砂的用量,以及適應北方氧化氣氛窯爐,人們嘗試著在衛生潔具乳濁釉中加入適量的二氧化鈦。在我國,二氧化鈦作為乳濁劑很早就在搪瓷釉的生產中得以應用,含銳鈦礦的乳白釉燒成溫度較低,而燒成溫度超過900℃的含金紅石的鈦釉,因顏色發黃而未能應用于陶瓷生產[2]。但含鈦乳濁釉由于光澤好和成熟溫度低較鋯釉應用廣泛,不僅可用于建筑衛生陶瓷,而且還可用于高檔日用瓷[3]。本實驗就是在鋯乳濁釉中加入適量的二氧化鈦進行鋯鈦復合乳濁釉的配方實驗研究。

1 實驗用原料與主要儀器設備

1.1 原料化學組成(見表1)

表1 原料化學組成w t%

1.2 主要儀器設備

高速磨;120目篩;350目篩;粘度計。

2 實驗過程

2.1 工藝過程

原料水分測定→秤量配料→入高速磨研磨→出磨過篩→淋釉→干燥→燒成。

2.2 參數控制

料、球、水比:2∶3.43∶1;球磨時間:50 min;釉漿出磨細度:350目萬孔篩余0.088%;釉層厚度:0.4 mm;釉漿比重:1.5～2.0(控制在1.735左右);釉漿吸干速度:20 min;釉后干燥:24 h;施釉坯體燒成溫度:1 170℃。

2.3 實驗方案

2.3.1 研究方案一

先以生產用釉為基礎設計理論配方,保證除乳濁劑外的其他原料配料量不變,且乳濁劑的總量維持為11%不變,分別調整鋯英砂和二氧化鈦兩種乳濁劑的用量(乳濁劑在配方中用量見表2)進行乳濁效果實驗,對得到的乳濁釉面結果進行比較。

表2 配方中乳濁劑加入量 %

2.3.2 研究方案二

在方案一實驗結果的基礎上,設計CaO與 TiO2的質量比約為1.5,改變石灰石、鋯英砂和二氧化鈦的量,進行三因素三水平的L9(33)正交實驗(因素水平見表3)。調整三者的用量,考察CaO,TiO2和ZrO2對釉面乳濁效果的影響。

表3 正交實驗L 9(34)因素水平表

3 實驗結果與討論

3.1 實驗結果

按照方案一配方設計得到的各乳濁釉面表觀物性見表4,按照方案二配方設計得到的各乳濁釉面表觀物性見表5。

通過表4可以看出,在原大生產配方的基礎上用二氧化鈦逐漸代替鋯英砂的釉面效果。配方123的釉面比原大生產配方121的釉面顏色略有些黃;配方127比原大生產配方121的釉面表觀和手感效果要好,不同的是配方127白里略透黃,配方121白里略泛青,這與加入二氧化鈦后析出的少量金紅石有關。配方127比配方123白度和釉面質量要好,所以在此組實驗中,配方127是釉面綜合效果比較好的配方。

表4 釉面表觀物性(1)

表5 釉面表觀物性(2)

由表5中的釉面質量綜合結果進行比較,釉面質量評價效果好的為配方226,但配方127與其比較,不僅乳濁效果好,且釉面質量也好,所以在以上兩組實驗方案中確定配方127為最優配方,其釉式為:

3.2 物性測定

將配方127與原大生產配方121的常規工藝技術參數進行測定并比較(見表6)。由表6可知兩個配方的物性比較接近,但127配方與121配方相比含水量較多些,200 mL重量小,而篩余量大,吸干速度慢。

表6 釉漿物性

3.3 影響釉面質量的影響因素

通常,在生產中對釉漿細度是以萬孔篩篩余量進行控制。一般研磨細度越高,釉漿的懸浮性、燒成過程中釉的熔融性也越好,釉的高溫粘度下降,釉面針孔減少,光澤度提高。但也不能太細,太細不僅增加電耗,而且容易造成釉層過厚、堆釉等缺陷,只要符合工藝要求即可。127和121釉漿配方基本相近,但127釉漿配方的流動性更復合生產工藝的要求。隨著二氧化鈦加入量的增加,釉的乳濁效果增強。當二氧化鈦的加入量達到析出金紅石型二氧化鈦時,釉的色調會發黃,而當二氧化鈦加入量達到形成鈦榍石時,釉面乳白效果最好[3],因此二氧化鈦要有一個合適的加入量。

含二氧化鈦的乳濁釉要在氧化氣氛下燒成。鈦釉應避免燒還原焰,否則二氧化鈦易變為藍至紫色的三氧化二鈦,有的還會形成黑色鐵鈦尖晶石和一系列鐵鈦混合晶體,從而加深鐵的呈色。鋯英砂本身是很好的晶核形成劑,且鋯釉中鋯具有穩定價態,受氣氛影響不明顯。隨著鋯英砂加入量的增加,釉的燒成溫度范圍也會增大,因此也應該控制其加入量。

此外,其他因素也會對釉面的乳濁效果有影響,如施釉和燒成。施釉要均,釉層厚薄適度,一般釉層厚度為0.3 mm左右;燒成溫度的高低直接影響晶粒尺寸和數量,對擴散或液相重結晶來說提高燒成溫度是有益的,然而過高的溫度對釉面又是不利的,可能會造成棕眼等情況,過低的溫度則會使釉面無光;合適的保溫時間會使物理化學變化更趨完全,從而具有足夠液相量和適當的晶粒尺寸,但保溫時間過長則晶粒溶解,不利于形成堅強骨架,從而降低機械性能,為了滿足生產實際,實驗中控制最高燒成溫度為1 170℃。

4 結論

摻加一定量的二氧化鈦于鋯乳濁釉中,能制得釉漿流動性好和釉面質量較好的乳濁釉。實驗表明,當控制乳濁劑總量為11%,二氧化鈦和鋯英砂的加入量分別為6%和5%時,乳濁釉的乳濁效果最好。而且釉漿的物理性能、施釉厚度、燒成氣氛以及乳濁劑的加入量等對乳濁釉的乳濁效果均有影響。

[1] 徐曉虹,陳緒娟,吳建鋒,等.國內外乳濁釉的研究現狀及我國釉料發展方向[J].佛山陶瓷,2007,17(10):17-20.

[2] 劉康時.陶瓷工藝原理[M].廣州:華南理工大學出版社,1989:215.

[3] 楊萍,楊中喜,周廣軍.鈦釉乳濁機理的研究[J].佛山陶瓷,2000,10(2):7-9.

(責任編校:李秀榮)

Research on the Experiment of Adding Titanium Dioxide in to Zircon-opacified Glaze

CHEN Rui-jun
(Department of Environmental&Chemical Engineering Tangshan College,Tangshan 063000,China)

This paper introduces the experiment methods that add titanium dioxide into the zircon-opacified glaze.The results show that,in 1170℃and under oxidizing atmosphere,the total and the ratio of titanium dioxide and zircon are respectively 11%,6%and 5%,under which condition the apparent property and opacifyig power of the opaque glaze are the best.

opaque glaze;titanium dioxide;zircon

TQ174.4+3

A

1672-349X(2010)06-0062-02

2010-01-19

陳瑞軍(1964-),女,教授,主要從事無機非金屬材料、資源與環境保護等方面的教學與研究。