Fe-Cr-Ni-Mn系黑色陶瓷顏料的制備及呈色性能分析

李治橋,張 翔,馬國軍,劉孟珂,王 強

(1.武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室，武漢 430081;2.武漢科技大學鋼鐵冶金新工藝湖北省重點實驗室，武漢 430081)

0 引 言

黑色陶瓷顏料具有優異的耐候性、化學穩定性和熱穩定性[1-2]，已成為應用較為廣泛的顏料之一，被大量應用于瓷磚、潔具、車漆和釉組合物等的起始原料中[3-5]。為了得到純正的黑色陶瓷顏料，傳統制備過程中通常需要加入氧化鈷，而氧化鈷的價格較高，嚴重制約了黑色陶瓷制品的發展[6-9]。因此，制備無鈷黑色陶瓷顏料已成為研究熱點。

Fe-Cr-Ni-Mn系無鈷黑色陶瓷顏料的主要物相為尖晶石，結構式為AB2O4，其中A、B均可為+2、+3價金屬元素，分別形成[AO4]四面體和[BO6]八面體。由于Fe、Cr、Ni和Mn均存在變價，因而均可能占據A和B位，形成混合尖晶石。Fe-Cr-Ni-Mn系黑色陶瓷顏料的燒結溫度為1 000～1 300 ℃，保溫時間為15～60 min[10-13]。李春文等[14]采用純化工原料以固定配比在1 250 ℃下燒制合成該系顏料，分析結果表明該系顏料優先生成Ni[Cr2-yMny]O4和[Ni1-xFex]Fe2O4尖晶石，其次生成NiMn2O4和[Fe1-xCrx]Fe2O4尖晶石(0≤x≤1,0≤y≤2)。孫忱等[15]則認為該系顏料中，尖晶石B位由八面體的擇位能而定，優先占據B位的順序為Cr3+>Mn3+>Ni2+>Fe2+>Fe3+>Mn2+，對于占據A位的順序并未進一步明確，因此該系顏料制備過程中尖晶石的形成機理有待進一步研究。此外，由于原料組分較復雜，任何化學計量偏差都可能導致雜質物相的形成，從而影響顏料的著色性[16-20]，且現有研究均未考慮冷卻方式對尖晶石形成過程中晶型構成產生的重要影響[14-17,21]。

本文以純化學試劑為原料，在Fe-Cr-Ni-Mn系黑色陶瓷顏料的制備過程中，研究了該系顏料中著色尖晶石物相的晶型結構、組成、含量及顏料呈色性能隨燒結溫度、保溫時間、冷卻方式等條件變化時的演變規律，為制備該系無鈷黑色陶瓷顏料提供指導。