Sol_gel法制备硅铁红陶瓷颜料

文章编号:100328337(2003)0520012204So l 2gel 法制备硅铁红陶瓷颜料黄剑锋,曹丽云,沈　清,杨军顺(陕西科技大学材料科学与工程学院,陕西咸阳　712081)摘　要:笔者采用溶胶2凝胶法制备了Si O 2包裹Fe 2O 3的硅铁红陶瓷颜料,采用X 射线衍射、颜色测量、光学显微镜观察等分析手段对颜料进行了表征。

研究了包裹次数、热处理温度对颜料包裹率以及颜色的影响规律。

结果表明:颜料的包裹率和明度值随热处理温度以及包裹次数的提高而增加,颜料的红度值随热处理温度以及包裹次数的提高而降低。

关键词:溶胶2凝胶法;硅铁红;陶瓷颜料中图分类号:TQ 1741425 文献标识码:ASyn theses of Fe 2O 3 sil ica Red Ceram ic P igm en t Usi ng Sol -gel Techn iqueHUANG J i an -feng ,CAO L i -yun ,SHEN Qi ng ,YANG Jun -shun(Co llege of M aterial Science and Engineering ShaanX i U n iversity of Science and T echno logy ,X ianyang 712081,Ch ina )Abstract :T he Fe 2O 3 silica red ceram ic p igm en t w as p rep ared u sing so l 2gel m ethod .T he as 2p rep ared sam p les w ere characterized by XRD ,OM ,co lo r m easu ring .T he m ass p ercen tage ofFe 2O 3p acked by Si O 2w ere m easu red by soak ing the p igm en t in to the hydroch lo ric acid .T he re 2su lts reveals that the L value of the p igm en t co lo r and p ack ing rati o of the sam p les increase w h ile the a value of the p igm en t co lo r decrease w ith the increase of p ack ing ti m e and sin tering tem p era 2tu re .Key words :so l 2gel techn ique ;Fe 2O 3 silica red ;ceram ic p igm en t1　前言硅铁红色料原本是一种产自法国的天然陶瓷坯用色料,它在陶瓷行业中主要用于玻化砖坯体的着色,其在坯体中加入量一般为4%～9%,而且在1200℃以下烧成时能够呈现稳定的鲜艳桃红色。

目前,国内使用的硅铁红色料主要依赖于进口。

这种色料由于利用天然矿物,所以成本较低,而且进一步的研究表明,这种色料是以Si O 2作为包裹相,利用Si O 2微晶相和Si O 2玻璃相对着色剂Fe 2O 3进行包裹从而起到高温稳定作用[1,2]。

但是,由于天然原料的含铁量的局限性,这种颜料往往只能在陶瓷坯料中使用。

目前,利用Si O 2包裹Fe 2O 3的原理,研究者希望能人工合成低成本的含铁量更高的硅铁红陶瓷颜料,以期能够拓展其应用领域,如在各种釉料中使用,所以在国内开发Si O 2包裹Fe 2O 3型色料具有广阔的应用前景。

在电瓷行业中,棕色或棕红色是绝缘子产品的国际流行色,其主要着色方式是采用Fe 2O 3、C r 2O 3、M nO 以及T i O 2等氧化物在釉料中进行离子混合着色,由于离子的价态及配位数受烧成工艺的影响较大,因此,产品的颜色受烧成气氛和烧成温度的影响较大,容易出现色差,其颜色极不稳定。

另外Fe 2O 3在烧成中往往受到气氛和高温分解等的影响而呈现不同的颜色,同时Fe 2O 3在釉玻璃中的分相也很难避免,这也会使得釉料中出现“油滴”等缺收稿日期:2003208218作者简介:黄剑锋(19702),男,重庆人,讲师,主要研究方向:无机非金属材料。

・21・　2003年第5期(总第195期) 电瓷避雷器I N SULA TORS AND SU RGE A RRESTERS2003N um ber5(Ser 1№195)陷。

因此,研究者试图研究新的颜料来取代氧化物的着色方式[3],笔者也曾经利用掺杂少量稀土的方式研究了棕红色颜料[4,5],但是由于稀土的价格昂贵,不利于降低产品成本。

如果将Fe2O3用Si O2包裹,则一方面可以提高其高温稳定性,避免缺陷的形成;同时还可以减少或避免使用其它着色氧化物;另外还由于使用的原料价格便宜,有利于大生产的推广。

因此,制备Si O2包裹Fe2O3的硅铁红陶瓷颜料将有可能在电瓷釉料中得到应用。

近年来,so l2gel 方法被广泛用来制备陶瓷涂层[6],是一种简单而经济的包裹方法。

笔者则采用so l2gel工艺,将Si O2包裹在Fe2O3的表面,研究了包裹次数以及热处理温度对颜料的影响。

2　实验211　实验用药品及原料硅酸钠、氧化铁、盐酸等均为化学纯化工原料。

212　实验方法及测试(1)制备硅溶胶:以N aSi O3 9H2O为单体加热溶解,滴加盐酸调节溶液PH值至3,在此过程中不断搅拌,使溶胶充分混合,静置2h后得到均匀的具有一定粘度的溶胶。

(2)将氧化铁粉体浸入所制备的硅溶胶中,在电动搅拌器作用下搅拌15m in后过滤、于80℃下烘干,然后分别在不同温度下(500℃、700℃、800℃)进行热处理,重复以上操作数次,得到硅铁红颜料。

(3)将所制备的颜料用日本理学D m ax2 3CXX2衍射仪进行XRD衍射分析、用SZ280型色度色差仪进行颜色分析,采用透射式光学显微镜对颜料进行表面形貌观察。

颜料包裹率的测定采用36% (质量分数)的浓盐酸浸泡颜料12h,包裹率计算如公式(1)所示。

p=W1W0×100%(1)p2包裹率(质量分数) %;W02盐酸浸泡前颜料的质量 kg;W12盐酸浸泡后颜料的质量 kg。

3　结果与讨论311　包裹次数对硅铁红颜料的影响图1为热处理温度为500℃时不同的包裹次数与颜料包裹率的关系,从图中可以看出,随包裹次数的增加,颜料的包裹率呈线性增加,包裹6次后颜料的包裹率高达58%。

与之相适应,颜料的红度值随包裹率的增加而下降(图2),包裹4次以后红度值变化不再明显;而颜料的明度值却随包裹次数的增加而增加。

这说明用硅溶胶包裹Fe2O3以后,在热处理后Fe2O3表面形成了一层无定形Si O2玻璃,其降低了Fe2O3颜料的红度,而玻璃相的高反射率使其明度得到提高。

图3为原料Fe2O3以及表面包裹Si O2以后颜料的显微结构图,图中可以清楚地看出在透射式光学显微镜下原料氧化铁为黑色颗粒,经过6次硅溶胶包裹后在氧化铁颗粒表面以及周围有一层较厚的氧化硅包裹层,Si O2玻璃的存在,降低了颜料的红度值和增加了其明度。

图1　包裹次数与包裹率的关系图2　包裹次数与颜料颜色的关系312　热处理温度对硅铁红颜料的影响图4为包裹两次的相同条件下热处理温度对颜料包裹率的影响,从图中可以看出,颜料的包裹率随热处理温度的提高而线性增加,说明热处理温度对颜料的包裹率有非常重要的影响。

热处理温度的提高,有助于Si O2的熔融及在氧化铁颗粒表面的铺・31・　2003年第5期 电　瓷　避　雷　器 (总第5期)　展,因此提高了颜料的包裹率。

与此相对应,包裹率的提高使得颜料的红度值降低和明度值提高(如图5),这和前述的结果相似。

图6为不同煅烧温度下获得颜料的显微结构照片,从图中可以看出,700℃(图6a )获得的颜料表面覆盖了一层明亮的玻璃体,随温度的提高(图6b ),玻璃体的含量增加,颜料大部分被玻璃相包裹,而且部分颜料颗粒通过熔融的玻璃相连接。

(a )(b )图3　氧化铁(a )及包裹颜料(b )(500℃包裹6次)的表面形貌(OM ×630)图7为不同包裹温度下制备的颜料XRD 衍射分析图。

从图中可以看出,700℃下制备的颜料的主晶相为氧化铁,为原料氧化铁。

此外,2Η角在20°～25°之间出现了Si O 2玻璃的非晶峰,这说明在700℃下制备的颜料是Si O 2玻璃包裹Fe 2O3,也进一步说明图3和图6中所观察到的明亮的玻璃体为Si O 2玻璃。

此外,从图7中还可以看出,900℃下制备的颜料中,Si O 2玻璃的非晶峰强度增加,出现了比较尖锐的衍射峰,这说明在900℃的热处理后,部分Si O 2玻璃还在冷却过程中析出了微量的Si O 2晶体,而且和700℃相比,Fe 2O 3的衍射峰有所减弱,说明其Si O 2的含量有所增加,图4中颜料的包裹率随温度的增加而增加也说明了这一点。

图4　热处理温度与包裹率的关系图5　热处理温度与颜料颜色的关系(a )700℃(b )900℃图6　不同煅烧温度下颜料的显微形貌(包裹2次)・41・　2003年5期 So l 2gel 法制备硅铁红陶瓷颜料 (总第195期)　图7　不同热处理温度下制备颜料的XRD分析图4　结论通过简单的溶胶凝胶工艺,可以将Si O2玻璃包裹于Fe2O3颗粒表面而制备出硅铁红包裹颜料,颜料的包裹率和明度值随包裹次数的增加以及热处理温度的提高而提高,与之相反,颜料的红度值随包裹次数的增加以及热处理温度的提高而降低。

颜料的显微观察和X2射线衍射分析表明,颜料表面包裹了一层Si O2玻璃,随热处理温度的提高,部分Si O2玻璃有析出Si O2晶体的趋势。

参考文献:[1]　余康泰,彭长其,张勇,等1硅铁红色料包裹机理的研究[J]1陶瓷,2000(3):23～261[2]　杨少明,余康泰,张勇,等1硅铁红色料的研究[J]1陶瓷学报,1999,12(4):181～1851[3]　宁青菊,曹升福1高温棕红色颜料的合成[J]1现代技术陶瓷,2001(3):17～191[4]　黄剑锋,曹丽云,熊信柏,等1稀土棕色陶瓷颜料的制备[J]1电瓷避雷器,2003(1):20～221[5]　黄剑锋,曹丽云,熊信柏,等1镨锰铬紫红色陶瓷颜料的合成研究[J]1新型建筑材料,2003(4):57～591[6]　方平安,吴召平1溶胶2凝胶制备二氧化硅薄膜的开裂问题研究[J]1玻璃与搪瓷,2000(3):14～161 (上接第11页)仍有较高的质量指数,护套与芯棒界面结合状况均较好。