技术要点|金黄色金属光泽釉在琉璃瓦制品上的应用研究

7月 13, 2020 | 技术园地

1.前言

    金属光泽釉是指陶瓷制品的釉面产生色调和光泽等外观类似某种金属的陶瓷光泽釉。比较常见的金属光泽釉有金黄色、银白色、铜红色、古铜色等,国内对于金属光泽釉的研究已比较多, 且都已有生产。但是,带有均匀网纹效果的金黄色金属光泽釉目前在国内还少见报道,在琉璃瓦产品上目前还未见应用。

    因此,本文对该釉在琉璃瓦制品做了实验研究,取得了良好的结果另外,通过试验考察了不同工艺、烧成条件及外加物对该金属光泽釉外观效果的影响。

2.试验

2.1试验仪器及设备

    QM-1SP型行星式快速磨(带玛瑙罐及玛瑙球),电子天平, 激光粒度分析仪,进口色度计,实验室用高温箱式电炉,100ml 量筒,标准筛,喷釉设施,烘箱。

 2.2试验用金属光泽釉

    本试验所用金属光泽釉为FERRO公司的43522TF,该釉外观为黑灰色粉末,比重较大。粒度分布为:97%的颗粒粒径<63μm, 粒径为40μm的颗粒占90%。该金属釉的热膨胀系数约为71×10-7/K,推荐烧成温度范围是1 020℃~1 080℃。

    该金属光泽釉的组成系统为:Na2O-CaO-PbO-Al2O3-MnO2-NiO-CuO-SiO2-B2O3。因为该釉中含有一定量的氧化铅,对人体健康有害,所以只适合装饰与食物无接触的产品,本试验就是用来装饰琉璃瓦制品。

2.3试验用坯体

    试验用琉璃瓦坯体为山东某琉璃瓦厂生产所用瓦片,该坯体采用压制成型,已在隧道窑中烧成,素烧温度在1 200℃~1 260℃ 左右。素烧后瓦片坯体外观颜色为土黄色,表面较光滑,略有坑点,吸水率约为4.6%。

2.4试验方案及工艺流程

    首先探索了不同工艺条件和烧成制度对该金属光泽釉的影响,然后研究了添加不同金属氧化物对该金属光泽釉外观颜色的影响,最后简单考察了釉料组成变化对其外观颜色的影响。

     试验的全部工艺流程如下:

    坯体素烧—清洁—原料称量—球磨—过筛—喷釉—干燥—烧成—试片—测量

2.5 试验过程

    称量好釉粉后,加入球磨罐中用快速球磨机球磨。由于釉粉已加工到所需细度,球磨的目的只是为了获得均匀的釉浆,因此球磨时间可大大缩短,控制在15min〜20min即可(球磨参数控制 料:球:水=1:2:0.55〜0.6,同时因为所用釉粉的比重比较大,在釉中加入0.5wt% CMC (型号为司马化工的OPPTAX 50G)以悬浮釉浆和改善流动性。球磨好的釉浆过60目筛,备用。

    本实验采用人工手动喷釉法施釉。在施釉前将瓦片吹干净,去除表面灰尘。喷色釉时要注意厚度均匀,以免产生色差。另外由于所用琉璃瓦坯体颜色较差,且坯体表面不规则分布一些零星小坑,为获得光滑的釉面,喷釉厚度要厚一些,控制生釉层厚度为1.2mm〜1.5mm。

    施釉后的坯体要充分干燥后方可入窑烧成。试验中将施釉后的坯体置于烘箱中在40℃〜60℃抽风烘干90min。将干燥后的试片放入实验室用高温硅碳棒电炉中。设置升温时间为150min,烧成温度为1 050℃,保温时间为30min,然后关闭电炉自然冷却。

    为便于描述试片颜色,釉烧后的试片采用色度计测量CIEL、a、b 值 。

3.结果与讨论

    釉烧后的试片为金黄色,釉面亮度非常好,表面均匀分布网状纹路。该网纹密布在釉层表面,完全不同于釉裂产生的裂纹,具有艺术特色和装饰效果!下面就实验中的一些问题做如下探讨。

3.1性能及色度测试

    釉烧后的试样,经测试其光泽度、耐急冷急热性能、抗冻性能、吸水率等理化性能,结果均符合GB9197-88的要求。

   用进口色度仪测定各色釉试样的色度(CIELab),测试条件:C光源2/°,各数值取3次测试结果的平均值。

3.2工艺过程的影响

3.2.1球磨时间的影响

    试验中分别考察了不同球磨时间对金属光泽釉呈色的影响。采用快速磨分别球磨15min、30min和60min,在同等条件下对比试验表明:球磨时间对该金属光泽釉外观呈色有一定影响。球磨时间为60min的试片亮度和黄度都比球磨时间为15min的好,球磨时间为60min的裂纹图案也比球磨时间为30min的图案清晰、裂纹大。从测量值L、a、b来看,不同的球磨时间差别较小,主要表现在球磨时间长时,b值大一些。

    由此可见,适当延长球磨时间有利于该金属光泽釉的呈色。采用快速磨球磨釉料时,比较适宜的球磨时间为50min〜60min。 

3.2.2釉层厚度的影响

    试验中分别考察了0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm 的釉厚(指生釉厚度),试验结果显示:不同的釉层厚度对该金属光泽釉的呈色有一定的影响。釉层不能太薄,否则得不到金属光泽效果和裂纹效果,因为釉层太薄单位体积内没有足够的金属离子和充分的空间供离子迁移、析出。但是,同样釉层也不能太厚, 太厚时,釉面光泽度不好,且颜色偏银灰色,非金黄色。

    试验结果显示,对于该金属光泽釉适宜的釉层厚度为0.8mm~ 1.2mm。

3.3烧成制度的影响

    受窑炉条件限制,本文所有试验都是在氧化气氛下烧成的。对于该金属光泽釉是否适合还原气氛烧成,本文没有试验。

3.3.1 烧成温度的影响

    在同等条件下,在1 080℃时烧成的外观效果明显好于在 1 030℃。主要表现在:1 030℃时亮度和黄度一般,裂纹图案较小;1 080℃时亮度高、黄度好,裂纹图案变大且清晰。但从测量 值L、a、b看,在此两温度下并没有差别。因此,该金属光泽釉适宜的烧成温度范围是1 050℃~ 1 080℃。

3.3.2 烧成时间和保温时间的影响

    烧成时间分别为60 min、120 min、180 min时,烧后的效果有一定的差别:快速烧成时釉面黄度和光泽度不如慢速烧成时好。如对外观效果没有严格要求,此金属光泽釉可以采用快速烧成。

    保温时间对该金属光泽釉的外观效果影响不大。保温时间为10 min、30min和60min的试片,外观差别并不大。因此,综合考虑,适合的保温时间为10min~20 min。

3.3.3冷却方式的影响

    试验结果表明:该金属光泽釉不适合快速冷却,尤其在高温段不适合快速冷却。快速冷却时将得不到金属效果,也没有网纹图案。其机理是快速冷却时釉料中的金属组分没有足够的析晶和成膜时间,不能形成金属光泽层。

3.4外加金属氧化物的影响

    在该金属光泽釉中分别添加以下金属氧化物(化工纯原料),所得试片外观效果及测量值如下:

  (1)加入2wt%CuO时:L=22.80 a=-0.21 b=-0.52;为亚光的黑灰色金属光泽效果,没有裂纹,釉面有大量的深色点析出。

  (2)加入2wt%MnO2时:L=17.48 a=0.95 b=2.17;为偏红调的金色效果(类似古铜效果),光泽度一般,釉面有明显的大裂纹,裂纹处有黑色物质析出。

  (3)加入2wt%NiO时:L=18.78 a=0.68 b=-0.56;黑色底上有金色斑块分布,亚光效果,没有裂纹效果。

  (4)加入2wt%Fe2O3时:L=15.47 a=0.51 b= -1.07;深黑棕色底上有暗铜红色斑块析出,光泽度一般,没有裂纹效果。

  (5)加入2wt%V2O5时:L=12.65 a=0.58 b =1.87 ;效果非常好,为金黄色效果,亮度很好,但裂纹图案偏大一些。

  (6)加入2wt%TiO2时:L=20.42 a=0.83 b=2.49;为铜红色效果,亮度可以,裂纹图案较大、清晰。

  (7)加入1wt%Co3O4时:L=13.49 a=0.45 b=1.87;为金黄色金属光泽效果,有裂纹。与未加钴前相比,加入后b值略有降低。

  (8) 加入1wt%Cl2O3时:为紫铜色效果,亮度一般,但釉面不平,且有起泡。

3.5外加釉料成分的影响

    试验中,分别添加了以下釉料组成化合物,以考察其对该金属光泽釉外观效果的影响:

  (1)加入10wt%CaCO3:所得效果非常特殊,为黑色金属光泽层和黑灰色无光层均匀交错分布,有点类似“阴阳金”效果。

  (2)加入5wt%硼砂:L=16.43 a=0.86 b=3.08;所得效果为暗金色金属光泽效果,釉面有少量小的黑色斑块析出,整个釉面效果有点类似浮动的云层。

  (3)加入6wt%Na2CO3 时:L=16.28 a=0.53 b=2.84;为暗金色效果,光泽度一般,略有裂纹,釉面有黑色无光物质析出。

 4.结论

   ①使用FERRO公司的金属光泽釉43522TF,在1 050℃~ 1 080℃氧化气氛下烧成,可获得一种带网纹效果的金色金属光泽釉,别具艺术特色;②该釉可以适合装饰琉璃瓦制品,产品稳定性良好;③通过添加适宜的金属氧化物,可对该金属光泽釉进行色调改变。同时,该金属光泽釉生产控制简单、操作方便。

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