（材料学专业论文）超平滑陶瓷釉的研究.pdf

硕士学位论文 摘要 我国是世界上最大的建筑与卫生陶瓷生产国，也是世界上最大的建卫陶瓷消费 市场，但总体经济效益不高。与国外产品的主要差距是釉面存在微小的针孔和凹凸 等缺陷。在使用过程中，污垢、细菌等易沉积在缺陷处，对人们的身体健康构成危 害，并且影响美观、难于清洗。降低釉面粗糙度，是解决这一问题的根本方法，也 是目前陶瓷洁具生产企业和科研工作者研究的热点之一。 本文以钾长石、石英、高岭土、方解石、白云石等为原料，采用常规烧成方法 制备了超平滑釉，探讨了釉浆性质、釉料高温性质、釉层的显微结构等对釉面粗糙 度的影响。 釉浆性质如釉料组成、粒度、浓度、流动性等不仅是影响施釉过程的关键因素， 同时也对烧后釉面质量有较大的影响。随釉料中熔块含量的增加，烧后釉面粗糙度 逐渐降低，光泽度逐渐增加。当熔块含量达6 0 w t 以上时，釉面粗糙度( r a ) 小于 1 0 n m ；含量增加至8 0 w t 以上时，釉面光泽度大于1 1 0 。随釉浆粒度的减小，釉 面粗糙度逐渐降低，d 9 0 介于4 o 7 5 “m 之间时，釉面粗糙度小于1 0 n m 。生坯施 釉时釉浆浓度以15 1 6 9 c m 4 为宜，素坯施釉时釉浆浓度应控制在1 6 1 7 9 - c m 一， 可以获得釉面质量较好的试样。釉浆的流动度在8 1 0 ( p a s ) “左右时，有利于施 釉工艺，而且釉层厚度适当。随釉浆中羧甲基纤维素( c m c ) 含量增加，釉浆的粘 度先减小后增大，c m c 含量在o 3 w t 左右时，釉浆具有良好的悬浮稳定性。 釉料高温性质如粘度、表面张力和润湿性等对釉的熔体能否在坯体表面铺展成 光滑、平整的釉面起着重要的作用。粘度和表面张力过大或润湿性差的釉难以在坯 体上均匀铺展，且阻碍坯体内气体的逸散，使釉面不平整；粘度和表面张力过小时， 容易导致釉层厚薄不均，也不能形成平整的釉面。实验表明：当l g r l ( 粘度的对数) 在2 6 5 3 1 5 之间、表面张力介于3 5 0 3 8 0 m ( n m ) 、釉熔体对坯体的润湿角在 3 0 1 5 。之问时，可以形成粗糙度较小、质量良好的釉面。 釉层中的气泡主要来源于坯体致密化和釉料高温分解产生的气体。越接近釉层 表面，一般气泡直径越大。釉层中气泡尺寸较大( $ 2 0 p m ) 时，釉面上出现明显的 凹凸不平，釉层中气泡尺寸较小( m 1 5 0 。) 、遴明的聚乙烯和聚对苯二酸酯涂层。w u 等 3 3 1 聚用化学方法在 s i 0 2 薄膜上到餐t 叁缀装摹屡氯烧基硅烧，搬大建提裹了涂层的撵窳性，疑嚣傻污 染物不易沉积在涂层表面，提高了抗污性。 在陶瓷上涂覆一层憎水涂层，增加了产晶的生产成本，而且产晶的耐久性不好， 撼德国菜公司对同类产菇捡溅结豢最示，纳涨涂屡产晶饺羯最裹寿愈在3 5 年。 渐卫生陶瓷产品的使用不可能3 5 年就去更换，为保持抗菌特性，就需买纳米涂 料由用户自己涂抹，遮给此类产品的推广应用带来一定的难度。 毛3 。4 撬蘩釉接寒 抗菌釉技术是在陶瓷釉中加入抗菌荆后缀中温或高瀑烧成后澎成陶瓷釉，硪者 在釉层表露覆盖一层奄祷光催化半导体化合物的涂层，在低于9 0 0 下进行热处理， 褥到抗蔼融，飙焉发挥箕杀灭或静铡细菌生长作焉靛鼓拳。 目前，圆内采用的抗菌剂主要有三种：一种是金属离子抗菌剂，如a g + 、c u ”、 z n ”等，这些金属离子容易进入菌体内部，破坏其呼吸系统和电子传输系统，并通 过损毁氨基黢等蛋自麓豹蠹部结构，使活性酶失去活往，扶蔼达妥杀落翡蟊豹1 3 4 - 3 9 1 ； 第二种是t i 0 2 系光催化杀菌剂，如t i 0 2 、z n o 等，在网光灯的照射下，这些杀菌 剂能使氧原子变成活性辍，使水产生活性氧自由基而实现杀菌的作用1 4 ”2 j ；第三种 为其有远红秘辐射功键麓杀蓥耪籽溯“j ，鲡z he o 、n i 、m n 及箕氧纯魏等，隹这 类杀菌剂的杀菌功能和萁所放出的远红外射线有关，其承菌效果是有限的。 吴建锋姆逯过在陶瓷釉中引入银系抗菌剂，获得了典有良好抗藏功能的釉蕊砖 酗】。贺飞等娃铁酸正丁黥为嚣辩，采矮港菝一凝腔法和浸渍提拉法在离瓷稚袭嚣翻 得粒径大小为4 0 l o o n m 的t i 0 2 晶粒，使陶瓷表面具商较好的光催化活性和持久 性【4 7 l 。美标公司推出的禽有“m i c r o b a n ”抗稿技术可以巍效抑制便器、面盆和浴缸 上大瑟秆蔼、蘩莓球蘩的繁殖，羹其撺葚效豢霹持续稳定。麓海寒等遘建在翻瓣孛 引入复合型抗菌剂，获得了抗菌性能良好的抗菌陶瓷，这种抗菌陶瓷在黑暗祭件下 2 4 h 的杀菌率仍可达到1 0 0 p ”。 1 4 本文酌研究内容及意义 降低陶瓷鼬面的粮糙度是提离陶瓷抗污性的根本措施，也是匿前研究的热点之 一。2 0 整筑9 0 年代开殆，欧、羹、蘑等发l 表国家开始对提离陶瓷翻的平淆凌进行 研究，并申请了一系列专利 2 0 , 2 8 , 2 9 , 4 。国内必于超平滑釉的研究起步较晚，一些陶 瓷生产企业虽推出了蝴应的超平滑釉产品，忸釉面糨糙度相对国外的产品遥是较 麓。 本研究以常用的工业原料，如钾长石、石英、方解石、白云石婷为原料，采用 常规烧成方法制各超平滑釉，使嘞瓷釉面的糨糙度降低，在不提高生产成本的前提 下，姨搬本上防止污染物酌沉积，镬萁在长时闯肉保持光亮蟊薪，减少清洗次数， 9 堡篓塑墼耋壁墼矍耋 减轻人们的体力劳动，阏时也不会绘环境造成污染。 本文的研究内容包括：超平滑赫的制备；釉浆性质蜘釉浆浓度、釉浆滚动性等 弱索对施藕过程的影响；釉料高溢憔旗如离温糯度、表面张力、i 犄对坯钵的润澄性 等嘲素对釉藤糨糙度的影响，影响张料高瀑嚣性质的因素；釉层摄微结构如釉屡中 气泡、析晶对釉面粗糙度和光泽度的影响；羧即基纤终索对釉浆性能的影晌规律； 班及上述过程的福关糨。理。 第2 章实验 2 1 原料组成 实验中釉用原料及其化学组成见表2 1 。氧化锌经1 2 5 0 。c 预烧。 表2 1 原料及其化学组成 t a b l e2 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fr a wm a t e r i a l s 2 2 试验用设备 本论文试验所用设备见表2 2 。 2 3 基础配方设计 2 3 1 坯体的化学组成 实验所采用坯体的化学组成如表2 3 所不。 2 3 2 釉科的化学组成 为了系统研究釉料中不同氧化物对其高温性质的影响，确定釉料的化学组成见 为了系统研究釉料中不同氧化物对其高温性质的影响，确定釉料的化学组成见 表2 4 。 表2 2 试验用设备 t a b l e2 2l a b s i z ee q u i p m e n t sf o re x p e r i m e n t s 表2 3 坯体的化学组成 t a b l e 2 3c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fc e r a m i cb o d y a 14 49 91 6 4 41 28 522 5 0 5 459 41 5 657 29 7 3 a 2 4 99 81 4 9 7t 1 6 72 0 40 5 15 3 914 25 2 08 8 3 a 35 5 0 01 3 5 01 0 4 81 8 304 84 8 412 74 6 779 3 a 46 0 0 21 2 0 292 91 6 2 0 4 54 3 01 1 34 1 470 3 a 56 5 0 01 0 5 68 1 114 20 4 237 509 836 16 1 4 a 67 0 0 l9 1 06 9 31 2 l0 3 832 00 8 430 95 2 5 a 77 50 07 6 357 5l0 003 526 60 7 02 5 643 5 a 88 0 0 06 1 64 5 60 8 00 3 22 1 105 520 33 4 6 b 16 1 3 650 01 23 520 40 1 931 708 95 5 59 4 4 1 0 0 0 2 - 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 9 99 9 - 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 - 9 99 9 9 9 9 9 硕士学链论文 _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 一h _ _ _ _ _ _ _ _ m _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ * _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 b 26 0 0 67 0 1 1 2 0 92 0 00 1 93 ，1 1o _ 8 7 5 4 39 2 4 1 0 00 0 b 35 8 7 79 0 i1 1 8 3 l ，粥0 1 83 + 0 4，8 65 3 29 0 4 1 0 0 b 45 7 4 91 0 9 91 1 5 71 9 1 0 1 82 9 7o 8 452 0 8 8 4 9 9 9 9 b 5 5 6 。1 91 30 11 1 3 11 8 70 1 72 9 10 _ 8 2 5 0 88 6 4 1 0 0 0 0 b 6 5 4 + 9 i1 4 + 鳟1 1 豁l 。8 30 ，1 72 8 4 0 豹4 钾s 舔 1 0 0 0 b 7 5 3 6 11 7 0 01 0 7 9 1 7 80 1 72 7 70 7 84 8 58 2 5 1 0 00 0 b 85 2 3 31 8 9 8 1 0 5 4 1 7 4 0 1 62 7 t0 7 64 7 48 0 5 。 1 0 00 1 b 95 1 0 22 l 。o l o 】。钧8 1 62 j 醛0 7 44 6 27 + 8 5 ， l 0 c t 6 3 8 51 2 2 25 0 01 6 10 4 54 3 71 1 s 4 2 1 7 1 5 1 0 0 0 l c 26 1 1 31 1 7 19 0 01 5 80 4 44 1 811 0 4 0 26 8 4 1 0 0 0 0 c 35 8 ，4 ll l ，2 01 3 0 0l ，5 50 。4 33 9 9 0 53 8 4 6 5 3 1 0 0 c 4 5 5 。7 01 0 6 81 7 0 11 5 20 4 2 3 8 01 0 03 6 66 2 2 1 0 0 0 1 c 55 2 9 71 0 1 7 2 1 0 2 14 904 0 3 。6 l0 9 53 4 85 9 1 1 0 0 0 0 d l6 2 。0 6 1 1 8 嚣8 2 41 。o e0 。4 44 2 4l 。l e 4 0 9 6 9 5t 0 0 0 0 d 2 6 0 ，8 0n 6 4g0 73 0 0o 4 34 i 51 0 84 0 06 8 1 9 9 9 8 d 35 9 5 61 1 4 07 9 14 9 80 4 34 0 71 0 63 9 2 6 6 7 1 0 0 0 0 d 45 8 3 01 1 1 6 7 7 47 0 00 。4 23 + 9 8l 。0 43 8 46 5 3 一 1 0 0 0 d 55 7 0 41 09 2 7 5 89 0 00 4 13 9 01 0 13 7 66 3 9 1 0 0 0 1 e 16 0 1 51 0 8 1 1 0 4 317 90 4 72 ，9 807 64 6 779 s 1 0 0 0 l 醢 5 9 2 01 0 6 1 0 。2 6l ，筠0 。4 64 5 00 。7 54 6 0 7 8 2 9 9 9 9 e 35 8 ，2 81 0 4 8l o 1 l1 7 30 4 5 5 9 8 0 7 44 5 377 0 1 0 0 0 0 e 45 7 3 51 0 - 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0 ，3 r a m ，自然滚予藤置于艇撂瞧阻炉中烧成，嶷戏滠度1 2 0 0 1 2 5 0 ( 2 ，绦瀑 2 0 r a i n ，然露随炉冷却。 蠖主学健垃义 2 5 性筑测试 2 。s 1 羧痰静耩 用珠海漱筵克科技旃耀公司l s 6 0 t 型激光粒艘分橱嫂分攒鹫黪蜷釉装豹辍瘦， 努教舟震为承，超声癸靛2 m i n ，每令斌释测三敬褒平稼蕊。 2 $ 2 釉浆浓度测试 瀑蜀期鬻褥靼浮 仪装厂装荧跳重嚣灏堂精装懿渡蒸寝，然嚣耀f 式逡簿羧 冀： 1 4 4 1 5 尹8 嚣蕊 ( 2 1 ) 式中， p 鞭装浓艘，g c m - 3 _ ： o b e 波美度。 蟪充磐糖转瑟稳装铡入i o o 择建蕊簿串，蒋擦拭手净懿愆差诗攘程教 爨浆串， 懑接读取凌数，每个试样翔三次取平通氆。 2 s 。3 釉浆粘度测试 用上海耱蛰投器筏袭霄鼹凳蔼n d j - - 7 9 藤转糖度圣中潮甓糕浆翁秧爱，转子转遮 3 0 r m i n ，旋转时间控制程3 0 s 左右，每个试样分割溺三次墩平均值。 2 。s 。4 熔融溅瘫溅试 将干釉糟压潮成母8 8 r a m 躲黼柱诲，置于s c n 8 0 2 辩火槛能测试饺中，鞋瓣 1 0 c r a i n 的邀率加热，渤试样加热剐t l 温度时。试样的棱角变圆，t l 为釉的始熔瀑 瘴 缝续臻热到鼍瀵囊辩，试群变梵学臻，半羟翁鸯擐试样毒庭懿2 3 ，t 2 为鞠辩 端融温度；热热戮弘溆感，试掸滚散开采，离攫兹为蒹试样衰庭辩i ，b 滠纛搀 釉的成熟温度。从t l 到b 的温度械围称为釉的熔融温艘范闰，如图1 所示 4 9 1 。 霞勉威竺一 r t 固2 1 釉柱高温下呐状态盎化 爨9 0 ，1d i f f e r e n t g h a t e s o f g l a z e 翻r 赫垂t e m p e r a t m 。e 2 5 5 润瀣性溯试 将糖辩粉寒n 藏8 8 r a m 瓣瓣犍体，嚣予2 0 n w a x 2 0 r a m 鞠生述试撵上，予电 炉孛浇蔽。然蕊灏童釉较在垤棒土镳震基辩越蕊h 耩镶鼹豁薤誊d ，辘澍鬟褡的满 趟平摒陶奁糙斡科究 漫角为： 0 = 2 a r e t a n ( 2 h d ) 穆2 ) 式中：h 络俸商度； d 一一熔体铺展的距磷。 2 ：5 6 线膨胀系数测试 将釉粉厩制成3 5 r a m 8 m m 8 m m 的祭状试样，斌于电炉中在对应釉的成熟温 发下烧藏，然后翔_ i 畿2 5 m m 6 r a m 6 r a m 的试象。羽德国n e t z s c h d i l 4 0 2 p c 煞黪张杖攫定糖在不臻瀑度下的线膨胀系数。 2 。5 。7x ，射线衍射( x r d ) 物搠分析 采用s i e m e n sd 5 0 0 0 型x 射线衍线仪对不同温度烧成屡的釉粉寒样品谶行镑相 分析。衍射条件为铜靶射线，工作电疆3 0 k v ，电流为4 0 m a ，捆描范围：l o 8 0 。，扫描速度巍4 0 r a i n ，以镰为滤色片。 2 s ，8 缎羚始谱( 1 r ) 分耩 采用k b r 压片法，将烧成后的釉料粉米( 2 0 0 日) 与k b r 梭3 4 ：1 0 0 的比例 滤台均匀螽逛片，羽t h e r m on i c o l e ta v a t a r3 7 0 智能麓傅立时红矫光谱仅对样品 遴行照辨光谱分辑，饕爨范爨为2 0 0 0 4 0 0 e m 。 2 。5 9 鼹微结梅分析 用e l 本j s m 6 7 0 0 f 扫摇电子最徽镜璃察釉及坯融终食处的鼹微缝梅；姆搿铡蔷 样品浸入1 h f 溶液( 溶液温发3 5 ) 中腐蚀3 0 s ，对釉面进幸亍喷焱处理艏观察其 鼹徽结梅。 采用疆本h i r o x 公司k h - - 3 0 0 0 褫颧显微镜观察濑鼷表露的形貌。 2 5 1 0 耐碱性测试 籍试祥浸入5 瀚n a o h 永溶液中，捕熬弱7 0 。c ，僚温2 4 h 精鞭出，霸永冲洗 予净螽溶予，然爱遴行糨糙凌释竞泽度测试。 2 。s 。l l 液戳粗糙虔分凝 表颟糨糙度是撮试榉表露土舆膏的鞍小瓣距和峰谷掰形成的徽理死秘形状误 麓。评定表面粗糙淀的参数主嚣有轮廓算术平均偏差r a 、轮廓均方根偏煮r q 、轮 瓣最大懿度r y 、镞鼹不平痉卡点懿鏖r z 等1 1 个参数。