鈷藍結晶釉顯色機理的研究*

張譯文 邵明梁 宋來振 孔祥明 張迎君 何易龍

(濟南大學材料科學與工程學院 濟南 250022)

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鈷藍結晶釉顯色機理的研究*

張譯文 邵明梁 宋來振 孔祥明 張迎君 何易龍

(濟南大學材料科學與工程學院 濟南 250022)

本次實驗通過采用正交試驗法研究基釉和色料配方，得到一個最佳配方。同時得出TiO2、MgO、ZnO等氧化物對鈷藍顯色的影響。鈷藍結晶釉呈色機理是離子著色。

鈷藍 結晶釉 氧化物

前言

釉是一層極薄的玻璃體，施于陶瓷坯體表面，可以改善坯體表面性能，并能提高其力學性能。結晶釉作為一種藝術釉，人們對其呈色也更加關注。

鈷是稀有元素，僅占地殼中含量的0.003%。鈷藍的主要礦物組成為尖晶石，有鮮明的色澤，著色強度高，適用于作為陶瓷和玻璃的色料。鈷藍在《染料索引》名稱為顏料28, 化學式可寫成CoO·Al2O3[1]。鈷藍是一種高性能的環保無毒無機顏料，在很早以前人們便已經開始將鈷作為色料中的元素，用于陶瓷坯體和釉的著色。

筆者通過采用正交試驗法，得到一個呈現鈷藍色的最佳基釉及色基配方。并研究了一些氧化物對鈷藍顯色的影響。

1 實驗

正交試驗設計是分式析因設計的主要方法。是一種高效、快速又經濟的實驗設計方法。本實驗采用正交實驗法，以便更加科學高效地得出實驗結論。

1.1 試樣制備

1.1.1 基釉制備

在前期大量的實驗基礎上，在基釉的化學成分中將TiO2、MgO、ZnO確定為5個不同的水平，以便于采用正交試驗研究3種氧化物含量對釉料顏色的影響。其它組成成分不變，每種成分以克(g)為單位。基釉的配方組成如表1所示。

表1 基釉配方的正交水平設計(g)

1.1.2 色基制備

尖晶石型鈷藍色料著色離子是Co2+,電子構型為3d7,色調和著色強度取決于Co2+的含量和在不同配位場中的d軌道的電子狀態。其在不同的配位場中呈現不同的顏色,四配位Co2+呈藍色,而六配位Co2+呈紅紫色[2]。因此Co2+對鈷藍的顯色有決定性影響。

本實驗的色基設計采用尖晶石型的CoO-Al2O3系統。將Al2O3和CoO含量分為5個水平，以克(g)作單位(見表2)。

表2 色基配方的正交水平設計(g)

1.2 實驗燒成工藝

1.2.1 工藝流程圖

基礎結晶釉+色基→混合→球磨→施釉→干燥→燒成

1.2.2 工藝參數

料∶球∶水=1∶2∶0.6；

球磨時間：30 min；

球磨細度：萬孔篩篩余在0.05%以下；

釉層厚度：比普通釉略厚，為0.3～0.5 mm。

1.2.3 燒成制度

燒成溫度由室溫25～500 ℃，所用時間為1 h；在500～950 ℃,升溫速率為300 ℃/h;950～1 150 ℃升溫速率為150 ℃/h；1 150 ℃保溫10 min,快速降溫至980 ℃,再保溫1.5 h后自然冷卻。燒成制度曲線如圖1所示。

圖1 燒成曲線圖

1.3 正交試驗設計

本實驗采用L25(56)的正交表，共做了25組實驗，實驗過程中TiO2、MgO、ZnO、Al2O3和CoO的用量的選取如表3所示。

表3 正交實驗設計表(g)

2 實驗結果與分析

2.1 色度的測定

按照次序進行實驗，使用SZ-∑8O型綜合色差儀測定每組實驗樣品的色度，并觀察樣品呈現的顏色，記錄每組實驗樣品接近鈷藍色程度至實驗結果一列，如表4所示。

表4 實驗結果分析

2.2 結果分析

2.2.1 正交表直觀分析

根據表4的分析結果，對每個配方進行直觀分析，得直觀分析表，見表5。由表5可知，在基釉中，TiO2取3水平，即0.01 g；MgO取1水平，即5.41 g；ZnO取3水平，即3.89 g。在色基中，Al2O3取2水平，即1.24 g ；CoO取3水平，即0.67 g 。此時結晶釉能夠較完美地呈現鈷藍色。計算各成分在釉料中的質量百分比，可求得最佳基釉配方，見表6。同理求算最佳色基配方，見表7。

2.2.2 基釉配方對結果的影響

基釉中的ZnO可以促進鈷藍色料的發色，使色料更鮮艷。它在鈷藍結晶釉中可以使顏色傾向青綠色。加入一定量的ZnO可以使結晶釉呈孔雀綠。另外，在1 200 ℃以下燒成的釉中，ZnO可以提高釉的熔融性，降低釉的熔融溫度，基釉配方是不可缺少的部分。

由實驗可知，Mg可以使色料顏色變紅，破壞鈷藍呈色。因此在基礎結晶釉中應減少氧化鎂的含量。

TiO2可以使鈷藍結晶釉色調變綠。此外，它不僅是著色劑，還是良好的乳濁劑[3]。

表5 直觀分析表(質量%)

表6 基釉配方

表7 色基配方

2.2.3 色基對結果的影響

隨著氧化鈷含量的不斷增加，Co2+的著色情況加強，顏色由淺藍慢慢變深；當Co2+濃度繼續增大時，顏色會出現暗紫色。所以在鈷藍結晶釉中，氧化鈷的含量對色料的影響至關重要。氧化鈷含量越高，藍色越深，但是超出一定比例則會影響色料顯色。

由表5的極差分析可知，氧化鋁對鈷藍色料的影響也很大，僅次于氧化鈷。

3 結論

1)本次實驗通過正交試驗法得出一個能夠呈現鈷藍色的最佳基釉配方和最佳色基配方。

2)氧化物和色料在釉料中的配合性多種多樣，不同的氧化物在不同釉料中也會有不同的發色。如ZnO可以使鈷藍結晶釉呈青綠色，Mg能使釉料變紅，TiO2可以使鈷藍結晶釉色調變綠。

3)鈷藍結晶釉主要由Co2+著色。離子濃度越強，顏色越深，但超出一定比例則會影響色料顯色。氧化鋁的性能對色料的影響也很大。

4)色料的細度，燒成制度等對鈷藍的顯色也存在不同的影響(此次實驗不做研究)。

1 朱驥良,吳申年.顏料工藝學(第2版).北京:化學工業出版社,2004

2 Ekambaram S.Combustion synthesis and characterization of new class of ZnO-based ceramic pigments.Journal of Alloys & Compounds,2005,390(1～2):4～6

3 張忠銘.陶瓷色釉料.景德鎮陶瓷,1995(3):13～18

Research on Mechanism of Cobalt Blue Crystalline Glaze Color

Zhang Yiwen,Shao Mingliang,Song Laizhen,Kong Xiangming,Zhang Yingjun,He Yilong

(School of Material Science and Engineering,University of Jinan,Jinan,250022)

This research puts stress on the orthogonal test that can obtainan optimal formula through glaze and chromogenic agent formulation. At the same time this experimentally derived the affect of TiO2, MgO, ZnO and other oxides on a cobalt blue coloration. The coloring mechanism of cobalt blue crystalline glaze is ion colouring.

Cobalt blue; Crystalline glaze; Oxides

張譯文(1996-)，本科在讀；主要研究方向為陶瓷結晶釉。

簡介：邵明梁(1963-)，研究生，副教授；主要研究方向為陶瓷釉、金屬釉和醫用烤瓷粉。*

TQ174.4+5

A

1002-2872(2016)10-0025-05