分相釉及其结构呈色的研究

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釉的分相呈色及结构呈色作为一种重要的物理装饰技术,既能丰富陶瓷釉的品种,增强呈色的稳定性,获得美观多样的色彩,还可以充分利用矿渣等废弃资源,实现节能减耗、绿色环保。本论文以研究制备新型分相色釉为目标,合理设计出磷系乳浊釉和硼磷双助剂乳浊釉,并以其作为分相基础釉,再以氧化铁、铜粉、氧化铜和铁矿渣作为着色物质,分别添加到基础釉中,制备出呈色丰富、效果各异的釉面。通过各种测试技术分析了釉料组成、烧成制度、显微结构变化等对釉面性能和呈色效果的影响规律,并结合物理学、光学等理论对分相呈色及结构呈色的机理进行了研究。分相结构呈色具有低成本、低能耗、无污染等优势,对于提升陶瓷产品附加值具有较强的理论指导意义和较高的实用价值。(1)在烧成温度为1180-1230℃、850℃以上冷却速度为25-35℃/min的工艺条件下,可以制备出白度较高的R2O-RO-Al2O3-SiO2-P2O5体系乳浊釉,在磷含量高的区域釉面白度较高,产生乳浊的原因是分相和熔析晶体。在硼磷双助剂乳浊釉中,釉组成中的B2O3/P2O5质量比对乳浊效果影响较大,在合适的B2O3/P2O5质量比条件下,磷酸钙含量在2.5-15%的范围,釉面白度高、光泽度好且无裂纹;烧成温度对孤立液滴的大小、含量、分布有较大影响,进而影响釉的乳浊程度;釉面产生乳浊的主要原因是多次不混溶分相。因此,合理的配方组成、分相促进剂的配比与烧成制度是制备高质量分相乳浊釉的重要因素。(2)以少量铁的氧化物为着色剂,分别添加到磷系基础釉及硼磷双助剂基础釉中,在不同烧成温度下,得到具有多种分相呈色效果的釉面。通过分析氧化铁分相色釉中釉组成、烧成温度对分相微珠及呈色效果的影响,结合物理学、色彩学对釉色变化的机理作出解释,即分相色釉的呈色机理符合瑞利散射及米散射规律:当分相微珠尺寸小于100 nm时,以瑞利散射为主,釉面呈淡蓝色;而分相微珠较大时,以米散射为主,釉面呈乳白色。因此,通过调整基础釉的组成、烧成温度,进而控制分相微珠尺寸及分布就可以获得呈色丰富的氧化铁分相色釉。(3)以单质铜粉和氧化铜为着色剂,添加到磷系基础釉中,在微氧化和氧化条件下,制备出不同呈色效果的铜系色釉。固定Ca3(PO4)2含量,随着釉组成中SiO2/Al2O3与SiO2/CaO的变化,分相液滴的大小和分布发生变化,釉面可呈现月白、天青、天蓝、铜绿等多种釉色。当Cu粉含量增加时,釉面由乳白色、天青色、天蓝色向海蓝色转变,乳浊度逐渐提高。当Ca3(PO4)2含量增加时,釉面由浅黄绿色、天青色向月白色转变,光泽度由半透明-半乳浊-乳浊渐变。在不同的烧成温度和气氛下,釉层中Cu+和Cu2+的比例不同,分相液滴的大小和分布对釉面呈色产生重要影响。(4)以铁矿渣代替传统陶瓷色料,添加到磷系基础釉中,通过着色离子产生的化学色与分相结构产生的结构色耦合,制备出不同呈色效果的铁分相花釉。结合釉层组成、显微结构及烧成温度等因素的分析,得出铁矿渣加入量为25 wt%,烧成温度在1190-1250℃范围时,釉面平整、光泽度好,而且釉色及釉面花纹都较丰富。烧成温度在1160℃和1220℃时,未熔解的磷酸钙晶体是釉面出现花纹的原因;烧成温度为1280℃时,釉中的磷酸钙晶体完全熔融,发生微相功能转化,产生釉面花纹。随着铁矿渣加入量的增多,熔解在釉中的Fe203含量增多,釉面颜色加深;当铁矿渣加入量过多时,剩余的Fe203以赤铁矿的形式析出,使釉面带有金属闪光。(5)分相釉中的结构色机制包括光子晶体结构色、瑞利散射色和分相结构呈色等,但因分相釉中两玻璃相折射率比值较低,釉面呈色效果不明显。引入Fe、Cu元素于分相釉中,分相对着色元素的聚集作用与其自身多种化学呈色相耦合、各种结构色机制也因折射率之比提高得到强化,产生了丰富多彩的呈色效果。进一步丰富了陶瓷色釉的呈色机理,改变了“只有气氛才能变换色彩”的观念。
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