高温大红陶瓷颜料的研制及呈色机理分析

陈明

（广东皓明陶瓷科技有限公司，潮州 515642）

1 前言

近年来，新型红色陶瓷颜料出现在人们视线范围内，因其受热稳定温度低、光泽度不强、高温抵抗性弱等特征，给红色陶瓷颜料应用带来不同程度的影响。特别在专业人员提出包裹技术后，对色料高温性能具有重要作用，能将红色陶瓷颜料温度提高到一千摄氏度以上。从目前使用效果来看，其很容易受到包裹材料、包裹率因素影响，导致色料显色效果无法达到预期要求。部分未包裹的颜料会影响到釉面的光泽度，且无机红色料中含有各种重金属元素，如铅、汞等元素，给人们身体健康带来严重影响。颜料制造商急需找到一种无毒性的无机红制作工艺，来满足人们对产品性能和生态环境的要求[1]。

2 钙钛矿型铬钇铝红色料制备过程和工艺

2.1 铬钇铝红色料制备

铬钇铝红色料的主要矿物是以一钇铝氧、着色离子在形成铬钇铝氧过程中，会自动传输到铬钇铝氧晶格中，从而产生大量的红色调。本试验是利用铬钇铝红色料的基础配方进行实验，选择Y2O3-Al2O3二元系统为基础体系，使用固相法合成色料，将氧化铝和稀土氧化物作为基础反应物，咯离子是着色剂，在矿化剂作用下实现化学反应，从而形成钙钛矿型铬钇铝红色料。同时，通过分析Y2O3-Al2O3二元相图，发现Y2O3和Al2O3占比例不同，所产生的晶体结构存在严重差异性，当其比例为3:5 时呈现出石榴石结构类型的晶体；比例2:1 时产生单斜对称型晶体；比例是1:1 时出现钙钛矿结构类型晶体。本实验处于Y2O3和Al2O3为1:1 比例中进行，有少量Cr2O3利用不同形式进入到钙钛矿结构晶体中，将其转换为置换型固溶体，Y2O3和Al2O3为钙钛矿类型晶体。目前，针对陶瓷色剂合成方法趋于多样化，但在工业生产中最常用干法和湿法，干法是常见的固相法，将各组成份根据一定比例进行相互混合，在标准温度下进行煅烧；湿法是通过盐类来控制试验环境，掺和适量的陈化剂和分散剂，让其沉积起来[2]。

2.2 钙钛矿型铬钇铝红色料参数确定

2.2.1 选择矿化剂

想要Y2O3-Al2O3进行固相反应自动生成YA1O3，工作人员需要将实验温度控制在一千八摄氏度以上。因此，为保证YA1O3能合成成功，要在配方中添加适量矿化剂，且将铬钇铝红色料合成反应工作在降低温度下进行，合理控制反应时间，所以矿化剂数量和铬钇铝红色料合成效果有直接联系[3]。

基于此，本文对Y2O3-Al2O3进行各种实验，先研究矿化剂种类和含量对色料合成的影响，合理选择色料制作中的矿化剂。在整个研究过程中，工作人员将稀土氧化物作为Y2O3单种氧化物中最科学的矿化剂，根据图来对比参考数据，发现X 为1.004，y 为0.026（如表1 所示）。

表1 根据经验选择色料配方组成

将上述转变为质量百分比，并在数据比例不变的情况下，添加各种矿化剂，如碱氧化物、氟化合物、硼化合物等。本试验在上述矿化物的基础上，选择呈色效果较好的稀土氧化物Nd2O3进行试验（如表2 所示）。

表2 用稀土元素Nd2O3 作反应物的实验结果

经过上述研究发现，在利用Nd2O3稀土氧化物来合成色料时，将CaF2为矿化剂时，其颜色为深红色；用硼酸作矿化剂时，颜色呈现为亮深红色；但具有严重的颗粒粘度，无法用常规手段进行破碎；用NaF 为矿化剂时，其颜色呈暗红色，可见不同矿化剂呈色效果不同。当矿化剂类型相同时，随着矿化剂数量不断增加，其颜色出现先深后浅趋势，且以CaF2作为矿化剂时，其通常变成大红色[4]。

2.2.2 着色剂选择和确定

铬钇铝红色料能显现出红色，主要原因是在将A13+转换为Cr3+物质时，出现正负电荷中心未重合、晶格畸变等现象，形成特殊的电场，能有效吸收大量绿色区域和蓝色区域的可见光谱，导致其在红色的散射中产生较弱的紫色散射，从而形成大红色[5]。因此，相关企业在着色剂选择方面，要注重选择易取得含珞的氧化物，将所有让色料呈色的氧化物都称作着色剂。在本实验研究中，工作人员主要选择重铬酸钾和三氧化二铬为主要着色剂，在RxA1（2-x-y）CryO3 基础公式中X 基本不变，矿化剂采用氟化钙，质量含量控制在5%，工作人员可通过调整Y 值来分析着色剂最佳加入量（如表3 所示）。

表3 铬钇铝红色料试样的色度测定

通过上述表格可见，工作人员将重铬酸钾和三氧化二铬作为着色剂时，两者均具有较强的着色剂作用，颜色均为红色，随着着色剂数量不断增加，颜色从浅红、大红、深红色，亮度也从明亮到暗。经过研究发现，当三氧化二铬作为着色剂试样时，其色度为24，明度42；而用重铬酸钾作着色剂时，其明度37，色度18。将两种不同着色剂数据进行对比，发现利用三氧化二铬作着色剂的颜色更加纯正和鲜艳，其作用明显高于重铬酸钾。因此，工作人员要合理控制着色剂掺和量，一旦用量低于标准值，不能得到理想呈色要求；用量过多，很容易出现材料浪费，无形中增加试验成本[6]。

2.3 制作复合稀土型红色料制备

从各种实验数据证明，当工作人员将CaF2作为矿化剂时，质量百分比含量为百分之五，矿化剂是三氧化二铬时颜色较为纯正[7]。因此，再进一步确定基础配方上，要将稀土元素优化为复合型，所有矿化剂质量百分比基本不变情况下，利用复合型稀土氧化物来制作钙钛矿型铬钇铝红色料，由上述两种不同配比的稀土氧化物来制作铬钇铝红色料（如表4 所示）[8]。

表4 用复合稀土元素合成色料的实验结果

3 结论

综上所述，本文利用大量实验研究证明，利用固相法来合成铬钇铝红色料时，要将络离子为着色剂，氧化铝和稀土氧化物当做基础反应物，添加各种外加矿化剂，将其放在1300℃温度下进行煅烧，保温三个小时，从而形成颜色纯正、光泽绚丽的钙钛矿型铬钇铝红色料。