组成和工艺条件对锆熔块釉析晶的影响

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近年来以微晶玻璃的研究成果为基础而发展而来的“微晶釉”成为研究的热点,这类研究主要是使不同体系釉析晶而形成特定的显微结构,进而改善釉面性能。锆熔块釉因其具有遮色、增白、耐磨、坯釉适应性好等特点,在建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷等传统陶瓷产业都得到广泛应用。为了获得更好的釉面性能,有必要对其析晶特点进行研究。本文研究了基础釉的组成、氟化物成核剂和工艺条件对锆熔块釉中晶相种类、ZrSiO4的析出率、晶体大小和晶体形态的影响,研究结果对以后的研究或生产有一定的指导意义。本文首先探讨了SiO2∕ZrO2摩尔比对锆熔块釉析晶的影响。结果表明随着摩尔比的增加,釉中ZrSiO4的析出率逐渐增大,其形态由粗大的方柱状变为细小的针状。当SiO2∕ZrO2=8时,釉中不析出ZrSiO4,而含有大量球状的t-ZrO2和m-ZrO2;当SiO2∕ZrO2=9时,釉中析出了少量方柱状ZrSiO4,其析出率约为16%;当14≤SiO2∕ZrO2≤18时,釉中ZrSiO4的析出率都达到100%,其形态都为针状。在SiO2∕ZrO2=18的情况下,进一步探讨了Al2O3∕R2O摩尔比、Li2O和氟化物成核剂对锆熔块釉析晶的影响。结果表明Al2O3∕R2O对釉中ZrSiO4的形态有着显著的影响。当Al2O3∕R2O为0.86和1时,针状ZrSiO4的长径比变大;当Al2O3∕R2O为0.51时,ZrSiO4形态变为片状;当Al2O3∕R2O为1.59和2.01时,针状ZrSiO4的长径比变小,甚至有少部分变为球状。随着Li2O含量的增加,釉中ZrSiO4的析出率不断减少,釉面白度值也逐渐降低。加入Na2SiF6后,釉的析晶特点与降低Al2O3∕R2O相同,说明引入氟化物成核剂不能使该釉析出细小的晶体。作者在二价金属氧化物间采用等摩尔量相互取代的方式,探讨了其对锆熔块釉析晶的影响。结果表明釉中ZrSiO4的析晶包括两个过程,首先是在低温段由釉熔体析出t-ZrO2,然后在高温段由t-ZrO2与熔体中SiO2成分反应生成ZrSiO4。然而二价金属离子能影响釉熔体的析晶过程,使得不同二价金属氧化物组成的釉的析晶特点有较大差异。其中Ca2+能促进釉熔体析出其它含锆化合物,使得CaO含量较高的釉中析出Ca2Zr(Si4O12)晶相。Ba2+会抑制釉熔体中t-ZrO2的析晶,从而导致BaO含量较高的釉中几乎不析出ZrSiO4,甚至釉层透明。Sr2+使釉熔体在1050℃之前析出少量的t-ZrO2,从而不利于SrO含量较高的釉中ZrSiO4的析晶,其析出率较低,一般低于25%。Zn2+不仅能促进釉熔体在1050℃之前析出大量的t-ZrO2,还能促进在1150℃之后生成ZrSiO4的化学反应,从而ZnO含量较高的釉中ZrSiO4的析出率较高,一般高于90%。Mg2+虽然能促进釉熔体在1050℃之前析出大量的t-ZrO2,但不利于生成ZrSiO4的化学反应,从而MgO含量较高的釉中ZrSiO4的析出率不高,一般低于60%。含有两种二价金属氧化物的釉的析晶特点与只含有一种二价金属氧化物的釉相比,变化较大,特别是釉面显微结构变化很大,使得部分釉面产生了无光效果。本文最后探讨了工艺条件对SZ18和MO配方锆熔块釉析晶的影响。结果表明工艺条件对SZ18配方釉的析晶特点无明显影响,而能显著影响MO配方釉的析晶。当熔块颗粒中位径D50由8.75μm减少到2.20μm时,会促进MO配方釉熔体在1000℃之前t-ZrO2的表面析晶而形成了更多晶体结构完整的t-ZrO2,这反而不利于釉中ZrSiO4的析晶;当D50由8.75μm增大到15.80μm时,会使MO配方釉的熔融温度范围向高温方向偏移,也不利于釉中ZrSiO4的析晶。降低升温速率和延长保温时间都有利于MO配方釉中ZrSiO4的生成,在卫浴烧成制度和重烧制度下烧成的釉中ZrSiO4的析出率明显高于快烧制度下的。锆源引入方式对锆釉中ZrSiO4的析晶机制、析出率和晶体形态有明显影响。在MO配方的基础上:当磨加不同晶型的ZrO2原料来引入锆源时,ZrSiO4需由化学反应生成,使得釉中析出极少量ZrSiO4;当磨加硅酸锆原料来引入锆源时,ZrSiO4是未熔解的原料残留下来的,使得釉中ZrSiO4的析出率较高,ZrSiO4形态为球状。
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