硅酸锆包裹炭黑陶瓷色料的制备与表征

来源 :景德镇陶瓷大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jiayunyangls
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随着人们低碳健康环保意识的提高,对陶瓷制品的重金属离子溶出问题愈发地关注,这迫使陶瓷企业寻求一种新型环保的黑色陶瓷色料替代传统尖晶石型钴黑陶瓷色料。炭黑是一种良好的黑色着色剂,价格低廉且发色纯正。但是因炭黑易高温氧化,故炭黑无法直接用作陶瓷色料。本论文提出制备一种新型黑色陶瓷色料——具有枣糕结构的硅酸锆包裹炭黑色料。相比于其他包裹色料,包裹炭黑色料必须要达到近乎完全致密包裹,才能避免因炭黑的高温氧化而导致的色料变白。如此高的包裹率要求,需要解决(1)炭黑颗粒被硅酸锆前驱体颗粒包裹的问题,由于炭黑不被水润湿,难以分散,溶胶状态的硅酸锆前驱体颗粒不易在炭黑表面形成生成包裹层,影响包裹效率。(2)硅酸锆包裹层的致密化问题,硅酸锆前驱体转变为硅酸锆氧化物的分解、晶化、固相反应等过程会存在体积变化,对包裹层致密化有着不同的影响。为此本论文研究了溶胶-凝胶-喷雾裂解法和介孔塌陷法制备硅酸锆包裹炭黑色料的工艺条件,考察了制备工艺条件对硅酸锆包裹层的影响。溶胶-凝胶-喷雾裂解法制备硅酸锆包裹炭黑色料,是将氧化锆、氧化硅混合溶胶与碳素墨水混合,通过雾化喷枪将混合溶胶喷入高温管式炉,通过溶剂迅速挥发,促使前驱体溶液中溶胶快速转变成凝胶,在炭黑表面形成致密包裹层。经过高温还原煅烧,包裹层进一步致密化,从而获得高包裹率的硅酸锆包裹炭黑色料,所得色料的色度值为:L*=21.40,a*=-0.21,b*=-3.31,外观呈纯正的黑色。硅酸锆包裹层的显微结构显示硅酸锆包裹炭黑层的实际是四方相ZrO2弥散分布在无定形二氧化硅中。这种结构有助于可见光透过硅酸锆致密包裹层,并为炭黑所吸收,从而显示黑色。介孔塌陷法制备硅酸锆包裹炭黑色料是利用溶胶颗粒与有机模板剂之间良好的物理化学作用,容易形成均一体的特点,通过高温煅烧使模板剂炭化形成原位炭,塌陷的氧化锆介孔结构,将原位炭致密包裹,从而获得包裹炭黑色料。在制备过程中,为促使SiO2与ZrO2反应形成硅酸锆,先制备ZrO2介孔材料,后加入硅溶胶,氧化硅颗粒扩散进入介孔结构中,经高温煅烧,介孔结构塌陷,将炭化的模板剂致密包裹。氧化锆与氧化硅反应生成硅酸锆,得到呈色良好的黑色色料,该色料经900℃,氧化气氛煅烧2小时,其色度值为:L*=24.14,a*=0.06,b*=-1.76。因该色料L*值的降低,只能来源于被包裹的炭黑颗粒,较低的L*值显示该色料具有良好的包裹率。所获得硅酸锆包裹炭黑陶瓷色料耐高温性能良好。在透明釉中使用也能呈现出较好的黑色,显示出良好的应用前景。
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