第6讲 陶瓷颜料性能及应用

1、第第4章章1. 光学性能光学性能 2. 颗粒性能颗粒性能3. 稳定性稳定性4. 使用性能使用性能4.1陶瓷颜料的光学性能陶瓷颜料的光学性能 色彩世界的本质是一种色彩世界的本质是一种光波运动光波运动，缤纷的色彩，缤纷的色彩是光线辐射的结果，而是光线辐射的结果，而不同物体不同物体对吸收和反射对吸收和反射光波的情况是有差异的。光波的情况是有差异的。白色，是反射了所有的白色，是反射了所有的光线，而黑色则把光线光线，而黑色则把光线全部吸收了。全部吸收了。 l绝大部分物体在入射光投射到其表面时，将大部分光线反射出来，绝大部分物体在入射光投射到其表面时，将大部分光线反射出来，小部分吸收小部分吸收部分吸收部分

2、吸收。相对而言，如果对色光几乎全部反射，。相对而言，如果对色光几乎全部反射，而没有吸收而没有吸收完全反射完全反射。对色光按。对色光按一定方向一定方向、有规则地反射，这、有规则地反射，这种情况称为种情况称为正反射正反射。而对色光的反射没有一定方向，是。而对色光的反射没有一定方向，是不规则不规则的，的，朝着各个方向，则称为朝着各个方向，则称为漫反射漫反射。 4.1.1光的吸收、反射和漫反射光的吸收、反射和漫反射 粗糙面粗糙面 漫射光漫射光 入射光入射光 入射光入射光 镜面镜面 反射光反射光 - -绿色绿色绿色物体在白光下是绿色，在红光下则成了黑色，各种舞台上的效果分光反射曲线可以精确地描述物体的颜

3、色，对色彩的定量描述有重要意义分光反射曲线可以精确地描述物体的颜色，对色彩的定量描述有重要意义红色红色 绿绿 蓝蓝 红红白光白光红光红光 分光反射率分光反射率 当光投射到玻璃时，产生反射、透过和吸当光投射到玻璃时，产生反射、透过和吸收，这三种基本性质与折射率有关。此外还依收，这三种基本性质与折射率有关。此外还依赖于入射角度，赖于入射角度， R反射率反射率 n 折射率折射率 C光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度V光在玻璃中的传播速度光在玻璃中的传播速度两种介质：两种介质：N n1 /n22)11(nnRl对陶瓷色釉来说。颜料是以细分散态分布在对陶瓷色釉来说。颜料是以细分散态分布在釉玻璃中的

4、。当光线入射釉面时，其釉玻璃中的。当光线入射釉面时，其出射光出射光由由反射反射和和漫射漫射组成。一般陶瓷颜料的折射率组成。一般陶瓷颜料的折射率较基础釉的折射率高。在一定条件下，较基础釉的折射率高。在一定条件下，减小减小颜料与基釉间的颜料与基釉间的折射率差折射率差，降低，降低N值，可适值，可适当当降低漫射降低漫射，增加反射光量，使色釉的色彩，增加反射光量，使色釉的色彩更加明快。更加明快。 4.1.2陶瓷颜料的呈色机理陶瓷颜料的呈色机理l颜料之呈现颜色颜料之呈现颜色 颜料选择性的吸收颜料选择性的吸收 颜料中分子、原子对入射光的共振现象。颜料本身颜料中分子、原子对入射光的共振现象。颜料本身有一系列的

5、本征共振频率，如果本征频率在可见光有一系列的本征共振频率，如果本征频率在可见光的范围内，就带颜色；在可见光的范围内，但吸收的范围内，就带颜色；在可见光的范围内，但吸收带极窄，或只有几个极窄的吸收峰，是无色（不会带极窄，或只有几个极窄的吸收峰，是无色（不会影响透射光或反射光的颜色）。影响透射光或反射光的颜色）。不在可见光范围不在可见光范围无色无色分子内部的微观运动可分为价电子运动、分子内原子在其平衡位置附近的振动、分子本身绕其重心的转动。因此分子的总能量E是这三种运动能量的总和。 价内层电子跃迁分子分子由此看出，由此看出，电子振动频率电子振动频率决定颜料的吸收位决定颜料的吸收位置，振动频率所占的

6、范围决定吸收带的宽度，置，振动频率所占的范围决定吸收带的宽度，范围越大，色彩越强范围越大，色彩越强l过渡金属元素如铁、铜、铬、钒等，由于过渡金属元素如铁、铜、铬、钒等，由于存在存在4s123dx型的电子结构，它们最外层型的电子结构，它们最外层的的s层、次外层的层、次外层的d层、甚至自外数第三层层、甚至自外数第三层的的f层上均层上均未充满电子未充满电子（除（除，副族），这副族），这些未成对的电子不稳定，容易在次亚层之些未成对的电子不稳定，容易在次亚层之间发生跃迁，跃迁所需的能量刚好是间发生跃迁，跃迁所需的能量刚好是可见可见光光区域内光子所具有的能量，故能区域内光子所具有的能量，故能选择性选择性地

7、吸收各种可见光。地吸收各种可见光。l对于不同的元素，各次亚层之间的能级对于不同的元素，各次亚层之间的能级差差E不相等，可吸收不同能量的可见光不相等，可吸收不同能量的可见光光子，使反射光具有光子，使反射光具有不同的能量和波长不同的能量和波长，从而呈现出从而呈现出多彩多彩的颜色。的颜色。l 陶瓷颜料的着色多半选用过渡金属及其化陶瓷颜料的着色多半选用过渡金属及其化合物。稀土金属元素的合物。稀土金属元素的4f轨道电子是部分充轨道电子是部分充满，极易产生满，极易产生f一一f跃迁，引起光的吸收和反射，跃迁，引起光的吸收和反射，而呈现一定的颜色。稀土元素及其化合物是而呈现一定的颜色。稀土元素及其化合物是陶瓷

8、颜料的优良着色剂。陶瓷颜料的优良着色剂。着色剂的呈色原理着色剂的呈色原理l陶瓷颜料的呈色在很大程度上取决于其中的陶瓷颜料的呈色在很大程度上取决于其中的过渡金属氧化物过渡金属氧化物、稀土稀土金属氧化物及其化合金属氧化物及其化合物在陶瓷颜料中的呈色，其呈色机理十分复物在陶瓷颜料中的呈色，其呈色机理十分复杂，至今未有完全而统一的认识。杂，至今未有完全而统一的认识。l一般认为有以下几种原理一般认为有以下几种原理l离子呈色有两种情况，一种是极化率较离子呈色有两种情况，一种是极化率较大的离子扩散在有负电层的硅酸盐晶格大的离子扩散在有负电层的硅酸盐晶格中而呈色。如镨黄颜料，着色离子中而呈色。如镨黄颜料，着色

9、离子Pr固固溶在锆英石晶体中，钒锆黄也是如此。溶在锆英石晶体中，钒锆黄也是如此。l另外一种情况是离子取代型。即一种另外一种情况是离子取代型。即一种着色离子取代了硅酸盐晶格结点上的着色离子取代了硅酸盐晶格结点上的离子，从而固溶进去，形成陶瓷颜料。离子，从而固溶进去，形成陶瓷颜料。b.晶体呈色晶体呈色l一种是在矿化剂作用下，与一种是在矿化剂作用下，与SiO2等发生高温等发生高温固相反应固相反应，生成硅酸盐晶体而呈色。，生成硅酸盐晶体而呈色。l另一种是由于金属氧化物的熔点较高且相当另一种是由于金属氧化物的熔点较高且相当稳定稳定(如稀土氧化物如稀土氧化物)，高温下，氧化物，高温下，氧化物晶粒晶粒来来不

10、及熔融、分散和反应就以颗粒状态不及熔融、分散和反应就以颗粒状态固溶固溶在在硅酸盐熔体中而呈色。硅酸盐熔体中而呈色。l固溶后，金属氧化物会因覆盖的硅酸盐固溶后，金属氧化物会因覆盖的硅酸盐熔体的厚度不同，对光产生不同的熔体的厚度不同，对光产生不同的吸收吸收、折射折射和和散射散射，使色调随之发生变化。，使色调随之发生变化。c.胶体着色胶体着色l着色元素经过热处理后成为胶体状态，着色元素经过热处理后成为胶体状态，这些微细颗粒对可见光产生选择性吸这些微细颗粒对可见光产生选择性吸收和反射，而呈现一定颜色。收和反射，而呈现一定颜色。l胶体金属胶体金属金金和和银银的着色能力很强，是由的着色能力很强，是由于经过

11、热处理后，其结晶核的形成和金于经过热处理后，其结晶核的形成和金和银的晶体发育的结果。每颗晶体颗粒和银的晶体发育的结果。每颗晶体颗粒包含包含1001000个原子的胶态微晶金粒。个原子的胶态微晶金粒。l陶瓷颜料的呈色是陶瓷颜料的呈色是胶体着色胶体着色，离子呈色离子呈色还是还是晶体呈色晶体呈色（或离子呈色晶体呈色），主要取决于：或离子呈色晶体呈色），主要取决于：着色化合物着色化合物的的种类种类、数量数量和和性状性状反应物反应物颗粒的大小颗粒的大小反应条件反应条件同时，还应考虑反应的同时，还应考虑反应的动力学动力学（速率）和（速率）和热力学热力学的问题。的问题。矿化剂矿化剂的种类和数量的种类和数量硅氧

12、阴离子团的硅氧阴离子团的桥氧结构桥氧结构和和OSi比比l实践经验和理论研究表明：实践经验和理论研究表明：只有透过波带较宽只有透过波带较宽的颜料，才能调配出多种颜色的颜料，才能调配出多种颜色。锆基锆基颜料均具颜料均具有较宽的反射波区域，是进行颜色调配的良好有较宽的反射波区域，是进行颜色调配的良好基料，这也是基料，这也是锆基颜料锆基颜料在当今陶瓷颜料中占有在当今陶瓷颜料中占有极其重要的位置。极其重要的位置。 4.2陶瓷颜料的颗粒性能陶瓷颜料的颗粒性能l陶瓷颜料的颜色与其在釉料中的呈色与陶瓷颜料的颜色与其在釉料中的呈色与其颗粒大小有一定的联系，一般来说，其颗粒大小有一定的联系，一般来说，颗粒越小颗粒

13、越小，颜料的，颜料的呈色能力呈色能力越强越强，在釉，在釉料中的料中的呈色呈色越鲜艳越鲜艳，覆盖力覆盖力越强。越强。l颗粒尺寸颗粒尺寸主要包括颗粒的主要包括颗粒的大小和级配大小和级配，通常用，通常用多少多少目目或多少号或多少号筛筛的的筛余量筛余量来表示，只能来表示，只能用来衡量颗粒的用来衡量颗粒的极限尺寸极限尺寸而不能反映颗粒的而不能反映颗粒的真真实情况实情况，而且筛分析也费时间。，而且筛分析也费时间。激光衍射的颗粒分析仪激光衍射的颗粒分析仪要求要求色料色料在在物理和化学性质物理和化学性质上有足够的保障上有足够的保障要求色料呈色更加均匀和稳定要求色料呈色更加均匀和稳定准确地测量陶瓷颜料的准确地测

14、量陶瓷颜料的颗粒大小颗粒大小和和分布分布 激光粒度分析结果激光粒度分析结果分析周期：几分钟分析周期：几分钟颗粒大小和分布颗粒大小和分布4.3陶瓷颜料的稳定性陶瓷颜料的稳定性l 在坯料或釉料中呈色在坯料或釉料中呈色稳定稳定，不消不消色、不变色色、不变色等。等。l取决于颜料的取决于颜料的种类种类、颜料本身的、颜料本身的呈色呈色机理机理、颜料的使用、颜料的使用温度范围温度范围、颜料使、颜料使用的用的环境环境（如烧成气氛）等（如烧成气氛）等 l色料五种主要用途：色料五种主要用途：l（1）色坯；）色坯；l（2）化妆土）化妆土(底釉底釉)；l（3）颜色釉；）颜色釉；l（4）釉下彩料；）釉下彩料； l（5）

15、釉上彩料）釉上彩料l不同用途对陶瓷色料的要求是有所不同的不同用途对陶瓷色料的要求是有所不同的l色坯色坯，是指将颜料加入到坯体配方中；，是指将颜料加入到坯体配方中；l化妆土化妆土是在生坯或素坯表面上一层含色剂是在生坯或素坯表面上一层含色剂和熔剂的装饰土层；和熔剂的装饰土层；l颜色釉颜色釉是在生坯或素坯上施釉后烧成的；是在生坯或素坯上施釉后烧成的；l釉下彩釉下彩是在生坯或素坯上装饰，再上一层是在生坯或素坯上装饰，再上一层釉后烧成；釉后烧成；l釉上彩釉上彩是已玻化的釉层上再通过彩烤装饰是已玻化的釉层上再通过彩烤装饰的。的。 如果施了化妆土和坯体着色剂，它们必如果施了化妆土和坯体着色剂，它们必须在烧成

16、中保持稳定，并且和坯、釉相适应。须在烧成中保持稳定，并且和坯、釉相适应。 l当颜料无论使用于釉下彩或花釉或颜色当颜料无论使用于釉下彩或花釉或颜色釉，在釉烧过程中必须保持稳定，而且釉，在釉烧过程中必须保持稳定，而且大多数情况下，釉烧温度应该在大多数情况下，釉烧温度应该在SK04a (1020) 至至SK8(1250)之间。陶瓷颜料之间。陶瓷颜料在熔融釉的腐蚀下也能够保持稳定。在熔融釉的腐蚀下也能够保持稳定。l釉上彩，只需要颜料在烤花时保持稳定。因釉上彩，只需要颜料在烤花时保持稳定。因此，烤花温度一般在此，烤花温度一般在SK020(670)至至SK015(790)之间，最高也不会超过之间，最高也不

17、会超过850。这时要求所使用的颜料熔剂在熔融时保持稳这时要求所使用的颜料熔剂在熔融时保持稳定，目前，釉上彩装饰中普遍使用高含量、定，目前，釉上彩装饰中普遍使用高含量、有毒的有毒的PbO熔剂（出口困难）。熔剂（出口困难）。 色料体系色料体系SK015(790)SK06(980)SK4(1160)SK7(1230)SKll(1320)I斜锆石型斜锆石型 锆锆矾黄、斜锆石矾黄、斜锆石+刚玉刚玉赤铁矿型赤铁矿型 铬铝红、刚玉铬铝红、刚玉 锰铝红、刚玉锰铝红、刚玉 铬绿铬绿黑、赤铁矿黑、赤铁矿 铁棕、赤铁矿铁棕、赤铁矿+IV柘榴石型柘榴石型 维多利亚绿、柘榴石维多利亚绿、柘榴石+ 金红石金红石锡石型锡石

18、型 镍镍锑锑钛黄、金红石钛黄、金红石 锡锡钒黄、锡石钒黄、锡石+ 榍石型榍石型 铬铬锡红、榍石锡红、榍石+尖晶石型尖晶石型 钴钴铝蓝、尖晶石铝蓝、尖晶石 钴钴锡蓝锡蓝灰、尖晶石灰、尖晶石 钴钴锌锌铝蓝、尖晶石铝蓝、尖晶石 钴钴铬蓝铬蓝绿、尖晶石绿、尖晶石+表表4-6 色料的种类与其稳定呈色的温度范围色料的种类与其稳定呈色的温度范围4-7 尖晶石化合物稳定存在的温度气氛及颜色尖晶石化合物稳定存在的温度气氛及颜色尖尖 晶晶 石石烧成温度烧成温度()气气 氛氛呈呈 色色铬尖晶石铬尖晶石MgOCr2O3ZnOCr2O3MnOCr2O3NiOCr2O3CoOCr2O3CuOCr2O3FeOCr2O3Cd

19、OCr2O3l000l000l100l0001000l100760l100氧氧 化化氧氧 化化还还 原原氧氧 化化还还 原原还还 原原还还 原原还还 原原淡淡 绿绿褐中带绿褐中带绿绿灰色绿灰色苔绿色苔绿色青绿色青绿色黑黑 色色褐黑色褐黑色淡绿色淡绿色铁尖晶石铁尖晶石MgOFe2O3MnOFe2O3NiOFe2O3CoOFe2O3CuOFe2O3CdOFe2O3FeOFe2O3L1001100l0001000l100l000800氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化氧氧 化化还还 原原印度红印度红青灰色青灰色黑中泛红黑中泛红青黑色青黑色青灰色青灰色褐中泛红褐中泛红黑黑 色色4.4陶

20、瓷颜料的使用性能陶瓷颜料的使用性能4.4.1陶瓷颜料在釉料中的使用性能陶瓷颜料在釉料中的使用性能l 在烧成中，釉与色料之间的相互作用会使呈色发生很在烧成中，釉与色料之间的相互作用会使呈色发生很大变化，有些呈色就稳定，有些则活泼，和颜料的相大变化，有些呈色就稳定，有些则活泼，和颜料的相互作用强烈。如有许多色料在互作用强烈。如有许多色料在釉中有釉中有ZnO时呈色不稳定时呈色不稳定如刚玉型的锰铝红、赤铁如刚玉型的锰铝红、赤铁矿型的铬绿以及榍石型的矿型的铬绿以及榍石型的铬锡红。所以其对基釉要铬锡红。所以其对基釉要求无锌或低锌。求无锌或低锌。要求要求ZnO的含量高，的含量高，以保证色料的稳定性。以保证色

21、料的稳定性。有些色料之间有不相容有些色料之间有不相容4.4.1.1基础釉对着色剂的溶解基础釉对着色剂的溶解 高温作用下，釉熔体对颜料中着色剂的溶高温作用下，釉熔体对颜料中着色剂的溶解是难免的解是难免的。因此，在一般情况下，若。因此，在一般情况下，若釉釉中含中含有与有与颜料颜料组成组成相同相同的一些的一些组分组分时，颜料晶体在时，颜料晶体在釉中的溶解度会相对减小，颜料的呈色会釉中的溶解度会相对减小，颜料的呈色会更加更加鲜艳鲜艳，即配置基础釉时，多加入与颜料组分相，即配置基础釉时，多加入与颜料组分相同的熔剂成分，会降低颜料的溶解，提高色饱同的熔剂成分，会降低颜料的溶解，提高色饱和度，对发色呈色均有

22、利和度，对发色呈色均有利4.4.1.2基础釉组成对色调的影响基础釉组成对色调的影响 l将颜料加入基础釉中，当一部分颜料被基将颜料加入基础釉中，当一部分颜料被基础釉溶解后，着色离子以离子态分散在釉础釉溶解后，着色离子以离子态分散在釉熔体中，这时基础釉的熔体中，这时基础釉的组成和结构组成和结构将决定将决定被溶解的着色离子的被溶解的着色离子的配位环境配位环境，对它的吸，对它的吸收特性产生重要影响。收特性产生重要影响。在酸性氧化物含量较高的釉玻璃中，着色在酸性氧化物含量较高的釉玻璃中，着色离子有利于向低价态转变；在碱性氧化物含量离子有利于向低价态转变；在碱性氧化物含量较高的釉玻璃中，着色离子则有利于向高价态较高的釉玻璃中，着色离子则有利于向高价态转变。着色离子价态的变化必然导致其吸收特转变。着色离子价态的变化必然导致其吸收特性的变化。性的变化。离离 子子4配位配位6配位配位离离 子子4配位配位6配位配位Cr3Cr6Cu 2CuCo2Ni2Mn2黄黄黄茶黄茶青青赤紫赤紫五色五色绿绿青青无色无色赤赤黄黄淡橘红淡橘红Mn3Fe 2Fe3U6V3V4V5赤紫赤紫浓褐浓褐黄黄无色、无色、黄色黄色青绿青绿淡黄、淡黄、赤赤淡黄淡黄绿绿青青4.4