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钙钛矿型高温红色颜料的研制

摘要:采用稀土氧化钇为主要原料,在矿化剂的作用下,通过与氧化铝、氧化铬高温固溶合成,研制出了高温稳定的钙钛矿结构类型高温红色颜料。

关键词:氧化钇,红色颜料,矿化剂,研制

1引言

  红色陶瓷颜料无论是用于陶瓷制品的彩饰、还是作为陶瓷釉用或者坯用色剂,都是陶瓷装饰艺术不可缺少的重要着色剂。然而,红色颜料的发色及发色强度对温度十分敏感。如福硒红颜料能在700-800℃时稳定发色并呈现出鲜艳的红色。但当温度超过800℃时,由于发色物质易被熔融分解或与其它物质发生反应而使发色不稳定,其颜色变黑n1。常用的铭锡红、铬铝红和锰红颜料,虽能在高温下稳定发色,但因发色强度低,而呈浅色调的粉红色。为了使低温发色强度高的颜料提高使用温度,包裹技术应运而生。包裹技术是将使用温度较低的发色物质包裹在耐高温的晶体或固溶体中,使发色物质在高温下能够稳定存在,而达到高温稳定发色的目的。用2rsi04包裹铬硒红制成的陶瓷颜料,使用温度可提高到1200℃以上。虽然包裹型颜料能够达到高温稳定发色的目的,但其包裹率一般都低于10/o。而且在高温条件下,一旦包裹不完全,就会导致发色效果差或无色。同时未被包裹的住的发色物质如果洗涤不净,则会影响釉面的呈色和光泽。因此,开发研制非包裹高温稳定发色的大红陶瓷颜料具有十分重要的价值。

  稀土元素以其特殊的电子构型,能发射或吸收从紫外、可见光到红外光区等不同波长的光,而且每种光的波长范围很窄。所以,使用稀土原料制成的陶瓷颜料比其它陶瓷颜料的颜色更柔和、纯正、色饱和度及明度更好。可见,对稀土元素的研究必将推动和加速新型陶瓷颜料的开发和应用。本研究是以稀土氧化钇为主要原料,开发研制出了非包裹高温红色颜料。

2试过程

2.1主要原料

    采用稀土氧化钇、工业氧化铝、氧化铬、氟化钙、氟化钠、硼酸、硼砂

2.2合成实验

    通过组成设计、优化,将氧化钇、氧化铝、氧化铬等晶体形成组分和矿化剂氟化钙、氟化钠等混合研磨,经过高温锻烧(合成反应),再经细磨、洗涤、烘干、制成稳定的颜料。

2.3检测

  采用3DX-3200型X-射线衍射仪作XRD分析:

  采用KYKY-2800B型扫描电镜对晶体进行SEM测试:

  采用WCSC-I型色度色差仪对试样进行色度测

定。

3结果与讨论

3.1基础配方

    本研究以Y。0。:和A1:0。:作为基本组分,通过C,一离子掺杂,形成高温稳定的新型大红颜料。依据Y:0。Al:O。。相图,当Y,03Ai203为l:I时可形成高温稳定的钙钛矿结构类型晶体。掺杂引入Cr:0。后,Cr-3+离子进入晶格取代部分A13-离子,进而引起晶体场的变化,使Cr-3+的反射和吸收发生相应变化,导致钙钛矿晶体的发色。因此,基础配方组成*****的化学方程式

   离子在晶体中的固溶(1800℃以下)属固相反应,其反应速度受菲克定律的约束。要加快反应必须引入高效矿化剂。本研究对选定的氟化钙、氟化钠、硼酸、确砂不同的矿化剂进行了

    图2不同保通时间试样的SEM照片

Fig.2 the sampel SEM photograph in different

  Heat preservation time

用色度色差仪对试样进行检测,结果见表2。

    特征参数:L-呈色的深浅(明度),(+)深、亮,

(一)浅、暗:

    从红到绿的色彩(红度),(+)较红,(一)较绿:

    从黄到蓝的色彩(黄度),(+)较黄,(一)较蓝。

    检测结果表明,随着Cr20:加入量的增加,色

料的呈色加深、亮度增大,色彩从微红*红、大红一棕红,色调渐深。

3.2不同矿化剂对颜料呈色的影响

    以表1中A3作为基础配方,分别加入不同种类的矿化剂,见表3。

   将引入不同矿化剂的各个试样在同一温度(13000c)下缎烧。其结果列于表4。

    试验结果表明,不同种类的矿化剂对颜料的呈色作用是不同的。其中,氟化钙效果最好,可形成鲜艳的大红色调,引入量为4-6%为最佳:氟化钠次之,可形成肉红色,引入量在4-6%;硼砂和硼酸可形成粉红色,引入量均为8-lO%。对加入不同矿化剂的试样进行X-射线衍射分析结果也证实了这一点,主晶相的衍射峰值强度依次为CaF2>NaF2>砂>硼酸(图谱略)。

3.3合成温度和保温时间对晶形的影响

    图1合成为试样1 200℃和1300℃及不同保温时间X-射线衍射图谱。

   由图1可知,合成温度较高的1300℃试样比1200℃时衍射强度高,表明晶体的生成要好。在同一温度下保温时间长有利于晶体进一步生成,合成效果更好。

    将1300℃下保温3小时和保温0.5小时的试样进一步做扫描电镜测试,晶形变化更为明显,见图2 0

    由图2可知,1300℃下保温3小时的钇铝(铬)晶粒呈发育良好、分散均匀的四方晶型,粒径在2~5um。而保温0.5小时的钇铝(铬)晶粒发育不完整,晶粒表面为圆滑状四方晶型。

4结论

    (1)采用稀土氧化忆为主要原料研制出了陶瓷新型高温红色颜料。

    (2)所研制的高温大红颜料属钙钛矿结构类型,结构稳定、耐高温、发色强度高。

    (3)矿化剂在颜料合成中具有重要的作用,以CaF。为佳,NaF次之。

   试验中最佳的合成温度为1300℃,保温时间3小时。

珠光粉,珠光颜料

 

 

 

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