骨质瓷无铅生料哑光釉的研究

16│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2011(47)第 7 期16

│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2011(47)第 7 期【摘 要】成功研制了一种适合于骨质瓷用的生料哑光

釉，其原料组成中不含有铅、镉等有害重金属元素。对无铅生料哑光釉形成及其耐蚀机理进行了研究,从辅助原料、脊性原料以及形成哑光釉构成成分出发，采用“经验计算调整法”确定瓷釉的化学组成，研制出适合于骨质瓷用的生料哑光釉。

【关键词】骨质瓷，哑光，生料釉

中图分类号:TQ174.4+3 文献标识码:A

0 引 言

高品质骨质瓷目前基本是采用两次烧成，即高温素烧和低温釉烧。骨质瓷用的哑光釉料也都是利用哑光熔块釉来再加工生产，即将高温熔化经淬冷制得的哑光熔块进行再粉碎制成釉浆。这不仅工艺复杂，劳动力消耗大，而且造成能源的极大的浪费和环境污染。

哑光釉有许多种类,常见有锌哑光、镁哑光、钙哑光、钡哑光等多种类型。有多种工艺制作方法,目前多数是采用部分生料配合部分熔块磨成釉浆，生料与熔块的比例大约在5∶5 或4∶6左右[1]。目前对骨质瓷用生料哑光釉的研究还鲜有报告，尤其是高品质日骨质瓷

用生料哑光釉的研究则更少。加强无铅生料哑光釉的研制，对提高制品的附加值、减少环境负荷以及节约能耗有重要的现实意义。

1 实 验

本研究选用锌作为哑光基质且实施生料研制哑光釉，同时辅以镁、钙、钡、锆、钛等成分设计配方组成。目的在于提高哑光釉面质感的同时，降低成本，节约能源，减少环境负荷。

1.1 拟定配方依据

本实验选用以动物骨粉为主要原料的骨质瓷作为坯体。

1.1.1坯体化学组成

坯体化学组成如表1。1.1.2坯体热膨胀系数

坯体热膨胀系数见图1。1.1.3坯体烧成温度：1220～1260℃。

1.2 釉料的研制

1.2.1釉用原料及其化学组成

本实验采用的原料及化学成分见表2。

骨质瓷无铅生料哑光釉的研究

张 垠1，孔德双2，谷昌军2，孔双华2，杨玉泉1

（1南京工业大学 材料学院， 南京 210009；2江苏高淳陶瓷股份有限公司， 高淳 211300）

收稿日期：2011-5-9

修改日期：2011-5-16作者简介：张垠，男，工学博士。目前主要从事高技术陶瓷、玻璃；陶瓷、搪瓷及其色釉料的研究。

E-mail: zhang.512@ 表1 坯体的化学组成

表2 原料的化学成分(wt%)

1.2.2配方的组成

本研究采用“经验计算调整法”确定瓷釉的化学组成[2]。在考虑生产成本的同时，充分考虑影响人类健康和环境因素，本研究的哑光釉实施生料无铅化研制。

釉的热膨胀系数，根据理论计算，比较容易实现与坯体热膨胀系数的匹配。本研究使用坯体的热膨胀系数在400℃时为8.06×10-6。因此釉的热膨胀系数范围要求400℃时在5.8～7.0×10-6左右。

在配方设计时，适量引用有利于降低烧成温度的碱金属氧化物如K 2O，Na 2O 的外，又系统地分析了Al 2O 3、CaO、MgO、ZnO、BaO、ZrO 2和TiO 2对釉面光泽度和弹性的作用,同时考察了不同的Si/Al 对釉面质量及坯釉适应性的影响。根据坯体的性能，通过对釉用原料组

研究与开发

文章编号：1001-9642（2011）7-0016-03

2011年 第 7 期

中 国 陶 瓷

中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2011(47)第 7期│17

成的分析研究和釉的淘汰性试验，确定釉料的试验配比在以下范围内效果较好，其釉式如下：

表3 釉的综合性能测试结果

图1 坯体的热膨胀系数

图2 釉的热膨胀系数

0.0954～0.0969 Na 2O 0.1606～0.1631 K 2O 0.0417～0.0515 MgO 0.3974～0.4217 CaO 0.2475～0.3737 ZnO 0.0062～0.0193 BaO

｝

0.4300～0.4441 Al 2O 30.0039 Fe 2O 3

｝

0.0154～0.0316 TiO 20.0201～0.0209 ZrO 21.8947～1.9296 SiO 2

1.2.3工艺流程及相关工艺参数的确定

生产工艺过程如下：

按配合料∶球石∶水 = 1∶3∶1 的比例分别将配合料，球石和水加入球磨机，再加入一定量的分散剂CMC 研磨粉碎制成釉浆。因所使用的原料多为矿物原料，粉体粒径较大，所以球石用量为粉料的3倍。釉浆粒度控制在10μm 以下粒径的颗粒占78～83%，釉浆料的比重控制在1.55g/cm 3以上。另外，矿物原料因含铁等杂质较多，生产过程中必须认真过筛、除铁和陈腐。1.2.4釉的综合性能测试

釉的热膨胀系数测试结果如图2所示。釉面的综合性能测试结果见表3。

2 分析讨论

2.1 坯釉适应性及热震稳定性

本研究选用坯体的热膨胀系数为8.06×10-6

℃-1

，釉的膨胀系数为6.30×10-6

℃-1

。坯体的膨胀系数大于釉

的膨胀系数，釉层在冷却过程中始终承受着压应力，使釉层不易产生龟裂，且可以提高釉面的机械强度。瓷釉的弹性模量与其内部组成质点间化学键强度有关，键力

愈弱变形愈大，在瓷釉中引入碱金属氧化物可以降低釉的弹性模量，提高釉的弹性[3]。在本哑光釉的研制中，引入适量碱金属氧化物的同时，引入了一定量的Al 2O 3、BaO 和ZrO 2。BaO 能增加抗张强度，减少弹性切变系数，从而提高釉的弹性，可以提高坯釉的适应性。ZrO 2 和Al 2O 3将形成玻璃网络中间体，使结构连接紧密，能有

效地提高化学稳定性和硬度，降低釉的热膨胀系数，有效地防止龟裂等[4]。本研究的哑光釉以锌作为哑光基质的微晶釉。微晶釉的弹性一般较大，当然还与析出的主晶相有直接的关系。本研究设计的组成中，ZnO 含量为7～12wt%, Al 2O 3的含量为8～13wt%, ZrO 2含量为0.5～1.5wt%,TiO 2的含量为0.3～0.5wt%,SiO 2含量45～55wt%,形成的主晶相可能是偏硅酸钾、硅钛酸钠、硅锌矿、纤锌矿以及霞石等，使釉层具有较高的弹性，使坯釉的耐热震稳定性增强[2]。

2.2 SiO 2、Al 2O 3的含量及Si/Al 比对哑光的影响

哑光釉是一种微晶釉,其析出的晶体极其细小,且分布于整个釉面而成哑光。SiO 2、Al 2O 3是釉的最基本组成成分。随着Si/Al 比值的不同,可形成透明釉、光泽釉、

半光泽釉及哑光釉等。可形成哑光釉的结晶物质有:钙长石(CaO·Al 2O 3·2SiO 2)、硅锌矿、钡长石、铅长石及和辉石(CaO·MgO·2SiO 2)类等,这些物质的形成都与SiO 2、Al 2O 3的含量及Si/Al 比值有很大的关系。在哑光釉中，Si/Al 的比值范围可以很宽,但要得到质感好品