咖啡色微晶玻璃著色劑的研究*

許行強 王美蘭 徐和良

(江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221)

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咖啡色微晶玻璃著色劑的研究*

許行強 王美蘭 徐和良

(江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221)

為了解決咖啡色微晶玻璃生產過程中發色不穩定，色相不純正，以鐵礦為輔助原料配制玻璃著色劑制作咖啡色微晶玻璃，采用綜合熱分析儀ZCT—B進行差熱分析。結果表明，陶都宜興的一種鐵礦土骨中含有較高的鐵、微量鉻、鈷、鈦、錳等元素，加入量在1%～20%，能使微晶玻璃呈黃綠—黃—棕紅—咖啡色。

鐵礦 微晶玻璃 著色劑 咖啡色

微晶玻璃陶瓷復合板是我國少有的具有專門知識產權的創新型專利產品，也是科技含量較高的高科技產品。在研制微晶玻璃陶瓷復合板的各類產品中，咖啡色微晶玻璃陶瓷復合板的研制無疑成為研制的亮點，這是由于咖啡色微晶玻璃的藝術價值和產品的高端性及名貴性能。

自1998年至今，市場上出現了很多微晶陶瓷復合板，無論從花式品種都有了很大的變化，不過咖啡色微晶玻璃在生產過程中發色不夠穩定，易受窯爐氣氛影響，會使玻璃呈黑色，更重要的是導致微晶玻璃復合板出現熔洞。

下面將對咖啡色微晶玻璃的原料選擇，組成特點，生產工藝參數，影響發色及熔洞問題進行逐一介紹。

1 實驗

圖1 土骨的熱重-差熱分析圖譜

1)實驗采用太湖湖底的一種含鐵量很高的礦石，著色氧化物以此原料為主，其中還含有微量的鉻、鈷、鈦、錳等。似土非土，似石非石，一根一根如同骨頭，由此得名土骨。質地堅硬的土骨屬礦巖結構組成，是一種含鐵量較高的天然著色礦物，外觀呈黃褐色，燒成后呈青黑色。紫褐色土骨與紫砂礦按一定比例配比，就成為品相極好的天星泥，因此土骨像陶都宜興紫砂泥一樣深受當地陶瓷專業人士的青睞。土骨在以窯變花釉的藝術性最高的鈞釉配方中同樣也發揮了重要作用，其化學成分如表1所示，熱重-差熱分析如圖1所示。

表1 土骨的化學成分(質量%)

2)采用硅灰石型微晶玻璃成分為基礎配方，用石英砂，工業氧化鋁，方解石，純堿，工業氧化鋅，工業碳酸鋇，硼砂引入SiO2、Al2O3、CaO、BaO、Na2O、ZnO、B2O3，其化學成分如表2所示。采用化工原料氧化亞鎳，氧化鈷作為著色調節劑。

表2 硅灰石型微晶玻璃化學成分(質量%)

3)將粒狀與塊狀土骨烘干，球磨成粒度小于0.2 mm，且充分均化，后按表3所示在基礎配方中引入土骨，配制配合料，經熔制、水淬、烘干、造粒、入窯晶化燒成，拋光，即得到微晶石磚制品。

表3 土骨在基礎配方中的比例(質量%)

2 實驗結果與討論

2.1 玻璃的熔融狀態

圖2 微晶玻璃的XRD圖譜

按配方稱量2 kg配料，過篩且均化，后置于熔塊爐中熔融2 h，熔融溫度為1 500～1 550 ℃，玻璃液試樣顏色均勻，無結石，無氣泡，X射線衍射圖譜(如圖2所示)表明配合料全部熔融成為玻璃。

2.2 熔塊晶化(復合板的燒成)

完全熔融的玻璃液經水淬成粗粒狀，用分樣篩進行分級處理。實驗證明，8～16目較為理想，顆粒過粗導致耐火度升高，釉面嚴重不平，拋光后易出現漏拋現象。顆粒過細易產生熔洞。熔塊顆粒平鋪于陶瓷坯體，布料量為10 kg/m2。對于采用150 m長的輥道窯，燒成溫度為1 150～1 170 ℃，燒成周期3 h左右。拋光厚度的控制對咖啡色微晶玻璃的呈色，熔洞的產生極其重要，其工序如下：

二次刮平定厚→粗磨→精磨→精拋→切邊倒角→水洗→烘干→檢選。

2.3 實驗樣顏色及拋光面熔洞的比較(見表4)

由表4試樣對比可知，5號顏色咖啡色比較純正，拋光面熔洞也在可以接受范圍，完全不影響產品品質。

表4 實驗樣品對比

2.4 配方中各種著色氧化物對微晶玻璃呈色的討論

氧化鐵在玻璃相中由二價，三價形成。Fe3+有兩種配位數，分別為4和6，其中以四次配位數為主。Fe2+在硅酸鹽玻璃相中只有六次配位，四次配位的Fe3+在可見光區吸收紫色和紅色，故呈黃綠色。六次配位的Fe2+在玻璃相中呈藍色，而且它的呈色能力強于四次配位的Fe3+。在玻璃相中，通常存在Fe3+和Fe2+兩種離子，但在高氧壓條件下熔化，只存在Fe3+。隨著玻璃相中的Fe2+與Fe3+的平衡比值的不同，其綜合呈色可以從藍色到黃綠色。一般氧化鐵與其它著色劑混合使用呈現不同的顏色，如與MnO2組合呈褐色，與Cr2O3組合可強化綠色，與TiO2組合可呈暗棕色等。

氧化鎳在硅酸鹽玻璃結構中，只有二價形式。它的呈色也取決于基礎玻璃相的成分，隨著成分含量的變化，可以呈現出紫色，褐色，黃色，綠色。將氧化鎳在不同成分玻璃相中的呈色變化可歸納為玻璃相結構中鍵的3種類型：

1)呈現綠色的(NiO6/2)4-八面體類型；

3)呈現紫色的(NiO4/2)2-四面體類型。

通常在硅酸鹽成分的釉料和微晶玻璃中，氧化鎳的呈色以褐色為主，其呈色能力是氧化鐵的5倍。

氧化鈷在玻璃相中多為二價形式，二價鈷在玻璃結構中存在兩種配位數。在硅酸鹽玻璃相中，四次配位的Co2+呈藍色。通常鉀硅酸鹽玻璃比鈉硅酸鹽玻璃呈色更藍，含鋅硅酸鹽玻璃比含鋁硅酸鹽玻璃更藍。不過在硼硅酸鹽玻璃中四次配位數的Co2+呈現紅調的藍色；在硅酸鹽玻璃中，六次配位的Co2+呈桃紅色。

3 結論

1)用土骨配制微晶玻璃著色劑，能使微晶玻璃呈黃綠-褐色。

2)用土骨配合工業著色氧化物混合著色，隨著比例的變化能使微晶玻璃呈純正的咖啡顏色。

3)土骨中的鐵替代工業鐵紅粉，可以有效控制氧化鐵紅提高微晶玻璃表面張力的缺陷，使微晶玻璃不容易出現熔洞。

4)能夠降低生產成本。土骨中含有微量的著色氧化物(除鐵之外)，著色能力對于咖啡顏色高于工業氧化鐵紅。

1 王承邑，陶瑛.玻璃的性質與工藝手冊.北京：化學工業出版社,2014

2 中國硅酸鹽學會陶瓷分會建筑衛生陶瓷專業委員會，中國建材咸陽陶瓷研究設計院.現代建筑衛生陶瓷技術手冊.北京：中國建材工業出版社,2010

3 方久華，左明楊，楊峰，等.以廢渣配制玻璃著色劑的研究.硅酸鹽通報.2015，34(9):2 731～2 734

4 戴長祿，楊勇，楊明.化學元素在建筑陶瓷坯體、釉料以及微晶玻璃中的作用與影響.佛山陶瓷,2010(6):32～34

5 田英良，孫詩兵.新編玻璃工藝學.北京：中國輕工業出版社,2013

許行強(1974-)，大專，助理工程師；主要從事陶瓷磚釉料的研究工作。

TQ174.4

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1002-2872(2016)12-0034-03