高溫大紅陶瓷顏料的研制及呈色機理分析

陳明

（廣東皓明陶瓷科技有限公司，潮州 515642）

1 前言

近年來，新型紅色陶瓷顏料出現在人們視線范圍內，因其受熱穩定溫度低、光澤度不強、高溫抵抗性弱等特征，給紅色陶瓷顏料應用帶來不同程度的影響。特別在專業人員提出包裹技術后，對色料高溫性能具有重要作用，能將紅色陶瓷顏料溫度提高到一千攝氏度以上。從目前使用效果來看，其很容易受到包裹材料、包裹率因素影響，導致色料顯色效果無法達到預期要求。部分未包裹的顏料會影響到釉面的光澤度，且無機紅色料中含有各種重金屬元素，如鉛、汞等元素，給人們身體健康帶來嚴重影響。顏料制造商急需找到一種無毒性的無機紅制作工藝，來滿足人們對產品性能和生態環境的要求[1]。

2 鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料制備過程和工藝

2.1 鉻釔鋁紅色料制備

鉻釔鋁紅色料的主要礦物是以一釔鋁氧、著色離子在形成鉻釔鋁氧過程中，會自動傳輸到鉻釔鋁氧晶格中，從而產生大量的紅色調。本試驗是利用鉻釔鋁紅色料的基礎配方進行實驗，選擇Y2O3-Al2O3二元系統為基礎體系，使用固相法合成色料，將氧化鋁和稀土氧化物作為基礎反應物，咯離子是著色劑，在礦化劑作用下實現化學反應，從而形成鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料。同時，通過分析Y2O3-Al2O3二元相圖，發現Y2O3和Al2O3占比例不同，所產生的晶體結構存在嚴重差異性，當其比例為3:5 時呈現出石榴石結構類型的晶體；比例2:1 時產生單斜對稱型晶體；比例是1:1 時出現鈣鈦礦結構類型晶體。本實驗處于Y2O3和Al2O3為1:1 比例中進行，有少量Cr2O3利用不同形式進入到鈣鈦礦結構晶體中，將其轉換為置換型固溶體，Y2O3和Al2O3為鈣鈦礦類型晶體。目前，針對陶瓷色劑合成方法趨于多樣化，但在工業生產中最常用干法和濕法，干法是常見的固相法，將各組成份根據一定比例進行相互混合，在標準溫度下進行煅燒；濕法是通過鹽類來控制試驗環境，摻和適量的陳化劑和分散劑，讓其沉積起來[2]。

2.2 鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料參數確定

2.2.1 選擇礦化劑

想要Y2O3-Al2O3進行固相反應自動生成YA1O3，工作人員需要將實驗溫度控制在一千八攝氏度以上。因此，為保證YA1O3能合成成功，要在配方中添加適量礦化劑，且將鉻釔鋁紅色料合成反應工作在降低溫度下進行，合理控制反應時間，所以礦化劑數量和鉻釔鋁紅色料合成效果有直接聯系[3]。

基于此，本文對Y2O3-Al2O3進行各種實驗，先研究礦化劑種類和含量對色料合成的影響，合理選擇色料制作中的礦化劑。在整個研究過程中，工作人員將稀土氧化物作為Y2O3單種氧化物中最科學的礦化劑，根據圖來對比參考數據，發現X 為1.004，y 為0.026（如表1 所示）。

表1 根據經驗選擇色料配方組成

將上述轉變為質量百分比，并在數據比例不變的情況下，添加各種礦化劑，如堿氧化物、氟化合物、硼化合物等。本試驗在上述礦化物的基礎上，選擇呈色效果較好的稀土氧化物Nd2O3進行試驗（如表2 所示）。

表2 用稀土元素Nd2O3 作反應物的實驗結果

經過上述研究發現，在利用Nd2O3稀土氧化物來合成色料時，將CaF2為礦化劑時，其顏色為深紅色；用硼酸作礦化劑時，顏色呈現為亮深紅色；但具有嚴重的顆粒粘度，無法用常規手段進行破碎；用NaF 為礦化劑時，其顏色呈暗紅色，可見不同礦化劑呈色效果不同。當礦化劑類型相同時，隨著礦化劑數量不斷增加，其顏色出現先深后淺趨勢，且以CaF2作為礦化劑時，其通常變成大紅色[4]。

2.2.2 著色劑選擇和確定

鉻釔鋁紅色料能顯現出紅色，主要原因是在將A13+轉換為Cr3+物質時，出現正負電荷中心未重合、晶格畸變等現象，形成特殊的電場，能有效吸收大量綠色區域和藍色區域的可見光譜，導致其在紅色的散射中產生較弱的紫色散射，從而形成大紅色[5]。因此，相關企業在著色劑選擇方面，要注重選擇易取得含珞的氧化物，將所有讓色料呈色的氧化物都稱作著色劑。在本實驗研究中，工作人員主要選擇重鉻酸鉀和三氧化二鉻為主要著色劑，在RxA1（2-x-y）CryO3 基礎公式中X 基本不變，礦化劑采用氟化鈣，質量含量控制在5%，工作人員可通過調整Y 值來分析著色劑最佳加入量（如表3 所示）。

表3 鉻釔鋁紅色料試樣的色度測定

通過上述表格可見，工作人員將重鉻酸鉀和三氧化二鉻作為著色劑時，兩者均具有較強的著色劑作用，顏色均為紅色，隨著著色劑數量不斷增加，顏色從淺紅、大紅、深紅色，亮度也從明亮到暗。經過研究發現，當三氧化二鉻作為著色劑試樣時，其色度為24，明度42；而用重鉻酸鉀作著色劑時，其明度37，色度18。將兩種不同著色劑數據進行對比，發現利用三氧化二鉻作著色劑的顏色更加純正和鮮艷，其作用明顯高于重鉻酸鉀。因此，工作人員要合理控制著色劑摻和量，一旦用量低于標準值，不能得到理想呈色要求；用量過多，很容易出現材料浪費，無形中增加試驗成本[6]。

2.3 制作復合稀土型紅色料制備

從各種實驗數據證明，當工作人員將CaF2作為礦化劑時，質量百分比含量為百分之五，礦化劑是三氧化二鉻時顏色較為純正[7]。因此，再進一步確定基礎配方上，要將稀土元素優化為復合型，所有礦化劑質量百分比基本不變情況下，利用復合型稀土氧化物來制作鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料，由上述兩種不同配比的稀土氧化物來制作鉻釔鋁紅色料（如表4 所示）[8]。

表4 用復合稀土元素合成色料的實驗結果

3 結論

綜上所述，本文利用大量實驗研究證明，利用固相法來合成鉻釔鋁紅色料時，要將絡離子為著色劑，氧化鋁和稀土氧化物當做基礎反應物，添加各種外加礦化劑，將其放在1300℃溫度下進行煅燒，保溫三個小時，從而形成顏色純正、光澤絢麗的鈣鈦礦型鉻釔鋁紅色料。