第2讲陶瓷颜料概论课件.ppt

1、 2.1 陶瓷颜料的几个相关概念陶瓷颜料的几个相关概念 (1)色料色料：是在陶瓷制品上所使用的着色材料的：是在陶瓷制品上所使用的着色材料的通称，包括釉上、釉中、釉下以及使釉料、化通称，包括釉上、釉中、釉下以及使釉料、化妆土和坯体整体着色的材料。妆土和坯体整体着色的材料。 (2)颜料颜料：是引入所有陶瓷着色材料中最基本的：是引入所有陶瓷着色材料中最基本的发色发色物质。通常是各种物质。通常是各种人工着色人工着色无机化合物，无机化合物，少数情况下是少数情况下是天然着色天然着色矿物或矿物或金属氧化物金属氧化物。（3）彩料彩料：是指能在坯体或釉面上直接进行：是指能在坯体或釉面上直接进行彩饰所用的着色颜料

2、。如釉上彩料、丝印彩彩饰所用的着色颜料。如釉上彩料、丝印彩料、渗花彩料等等。料、渗花彩料等等。（4）色剂色剂或或着色剂着色剂：给物体着色的物质统称：给物体着色的物质统称为为色剂或着色剂色剂或着色剂，能使陶瓷色料、颜料和彩，能使陶瓷色料、颜料和彩料呈现颜色的物质称为陶瓷色剂或着色剂。料呈现颜色的物质称为陶瓷色剂或着色剂。是制造是制造陶瓷色料陶瓷色料、颜料颜料和和彩料彩料的的基础原料基础原料。（5）色基色基：以着色剂和其它原料配制，经过：以着色剂和其它原料配制，经过煅烧后制得的无机着色材料。煅烧后制得的无机着色材料。（6）熔剂熔剂：是熔点较低的高温玻璃态物质，：是熔点较低的高温玻璃态物质，和色基配

3、合可以制备成陶瓷颜料。和色基配合可以制备成陶瓷颜料。 颜料颜料、色料色料与与彩料彩料，包括，包括色剂色剂或或着色剂着色剂以及以及色基色基这几个术语在陶瓷工业中实际使用这几个术语在陶瓷工业中实际使用时并没有一个严格的区分（行业术语）时并没有一个严格的区分（行业术语） ： 黑色、灰色、黄色、棕色、绿色、红色等（如：黑色、灰色、黄色、棕色、绿色、红色等（如：钒锡黄、钒锆黄、镨钒锡黄、钒锆黄、镨 黄黄 ；铬锡红、珊瑚红、；铬锡红、珊瑚红、火焰红等）火焰红等） 高温、低温、坯用、釉用（釉上、釉下、釉高温、低温、坯用、釉用（釉上、釉下、釉中）等中）等 (1)铬的化合物铬的化合物：2.4 颜料常用的化工原料

4、与辅助材料颜料常用的化工原料与辅助材料金棕金棕 Cr-Fe-Zn Cr-Al 棕红棕红 Cr-Fe-Zn-Al Al-Cr(2)(2)钴的化合物钴的化合物 ， ） （矿物原料）（矿物原料） 宝兰宝兰 Co-Si 孔雀兰孔雀兰 Co-Cr-Al 海碧兰海碧兰 Co-Al-Zn 青花 耿宝昌 海兰海兰 Co-Al-Zn 青花瓷的着色原料是什么青花瓷的着色原料是什么孔雀蓝孔雀蓝孔雀绿孔雀绿 ：橙红色、血红色、橙红色、血红色、深红色、紫红色、褐红色、深红色、紫红色、褐红色、黑色黑色 ；(3)铁的化合物铁的化合物Si-Fe Al-Fe 红红 棕：棕：Cr-Fe-Zn-Al (4)锰的化合物锰的化合物 ：

5、碳酸锰，碳酸锰，紫色或褐色的着色剂紫色或褐色的着色剂 无无 钴黑钴黑Fe-Cr-Ni-Mn 红棕红棕 Fe-Mn (5)铜的化合物铜的化合物、Fe+Cu金金 黄黄纯纯 黄黄 Ti-Sb-Cr 桔桔 黄黄 ： 天然产黄金有两种：一种存于岩石中山金；一天然产黄金有两种：一种存于岩石中山金；一种混于川砂中砂金。砂金原存在于石英云母岩种混于川砂中砂金。砂金原存在于石英云母岩中，因水和空气的作用分解，与砂砾一并流入河中，因水和空气的作用分解，与砂砾一并流入河川。天然金矿常含有银，砂金用淘汰法制得，山川。天然金矿常含有银，砂金用淘汰法制得，山金则须用冶金法提炼。自然金含有多量的银及铜，金则须用冶金法提炼。

6、自然金含有多量的银及铜，用硝酸处理即可分解（黄金则不溶），故由其残用硝酸处理即可分解（黄金则不溶），故由其残渣中可制得纯金渣中可制得纯金 纯金为制造纯金为制造及及的主要原料。的主要原料。普通购进的金条或饰金多不纯，应经化学普通购进的金条或饰金多不纯，应经化学分析检定进行提纯，否则影响产品的质量。分析检定进行提纯，否则影响产品的质量。 制造陶瓷颜料多用三氯化金（制造陶瓷颜料多用三氯化金（AuCl3） 锌的化合物很多，制备陶瓷颜料时多用氧锌的化合物很多，制备陶瓷颜料时多用氧化锌化锌 2.4.2.1常用的矿物原料常用的矿物原料 长石，石英，高岭土，石灰石，长石，石英，高岭土，石灰石，萤石萤石 苦土苦

7、土 ，即氧化镁，由碳酸镁（菱苦土，即氧化镁，由碳酸镁（菱苦土 ）煅煅烧而成。烧而成。 第一类矿化剂：主要为碱金属、碱土金属的第一类矿化剂：主要为碱金属、碱土金属的卤化物或其他含氧酸盐（卤化物或其他含氧酸盐（仅作熔剂仅作熔剂）。）。 第二类矿化剂：主要为碱土金属的氟化物和第二类矿化剂：主要为碱土金属的氟化物和部分碱土金属的卤化物，以及含氧化硼的硼部分碱土金属的卤化物，以及含氧化硼的硼酸盐等（一方面发挥矿化作用，同时其阳离酸盐等（一方面发挥矿化作用，同时其阳离子或阴离子参与构成载色矿物的物质，也就子或阴离子参与构成载色矿物的物质，也就是说其物质还是说其物质还构成颜料母体构成颜料母体的组分的组分 ）

8、 三种类型号矿化剂三种类型号矿化剂 第三类：为过渡金属的氯化物或氧化物第三类：为过渡金属的氯化物或氧化物一方面发挥矿化作用，同时其阳离子或一方面发挥矿化作用，同时其阳离子或阴离子构成阴离子构成着色离子着色离子的物质的物质 （各类常用矿化剂见课本（各类常用矿化剂见课本P22-24） 不需要矿化剂的颜料不需要矿化剂的颜料 不是直接采用稳定的氧化物而是采用不是直接采用稳定的氧化物而是采用可以分可以分解的盐类来合成解的盐类来合成，因为一般分解的产物活性，因为一般分解的产物活性比直接采用的氧化物活性高。此种情况下，比直接采用的氧化物活性高。此种情况下，颜料的矿化剂是呈色原料本身颜料的矿化剂是呈色原料本身

9、 矿化剂的使用矿化剂的使用 结构类型为结构类型为刚玉型刚玉型的颜料；的颜料； 结构类型为结构类型为斜锆石和锆英石斜锆石和锆英石的颜料；的颜料； 结构类型为结构类型为锡榍石锡榍石的颜料。其他如烧绿石、石榴石、钙的颜料。其他如烧绿石、石榴石、钙钛矿型颜料，以及钛矿型颜料，以及Co-Al-Zn-Cr系尖晶石颜料，也可不加系尖晶石颜料，也可不加矿化剂，但合成温度较高；加入少量有助熔剂作用的矿化矿化剂，但合成温度较高；加入少量有助熔剂作用的矿化剂，则可以在相对较低的温度下合成颜料剂，则可以在相对较低的温度下合成颜料 3.1 传统固相烧结法合成陶瓷颜料传统固相烧结法合成陶瓷颜料：色基色基、载色母体载色母体

10、和和矿化剂矿化剂 色基：色基：是各种着色氧化物或相应的氢氧化物、碳酸是各种着色氧化物或相应的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐和氯化物等。盐、硝酸盐和氯化物等。 载色母体：载色母体：通常用无色氧化物、盐类、较纯的天然通常用无色氧化物、盐类、较纯的天然矿物或固溶体等矿物或固溶体等 矿化剂：矿化剂：通常用碱金属氧化物、碳酸盐、硝酸盐、通常用碱金属氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、硼酸、硼酸盐、氟化物和熔块等，氢氧化物、硼酸、硼酸盐、氟化物和熔块等， 细度：细度：200400目目干法、湿法干法、湿法残留有可溶性盐类残留有可溶性盐类 (冷水、热水或稀盐酸冷水、热水或稀盐酸 )干燥、打粉、干燥、打粉、过筛、配色过

11、筛、配色 Co3O4 17.1 ZnO 12.5 Cr2O3 46.4 Al (OH)3 24.0 1300 煅烧，煅烧， 呈代表性孔雀蓝。呈代表性孔雀蓝。 早期传统颜料基本早期传统颜料基本均采用固相烧结均采用固相烧结法法制备：如孔雀蓝、海蓝、铬铝红、铁制备：如孔雀蓝、海蓝、铬铝红、铁红、锰红等。红、锰红等。 合成温度较高，低于其温度使用，呈色合成温度较高，低于其温度使用，呈色稳定（釉料中不能含有分解色料物质）稳定（釉料中不能含有分解色料物质）3.2自蔓延燃烧法合成陶瓷颜料自蔓延燃烧法合成陶瓷颜料 自蔓延高温合成自蔓延高温合成(self-propagation high-temperature

12、 synthesis，简称，简称) 反应物之间高的化学反应热自加热和自传导作反应物之间高的化学反应热自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃自动向尚未反应的区域传播至反应完全。自动向尚未反应的区域传播至反应完全。 早在早在2000多年前，我国发明了黑色炸药多年前，我国发明了黑色炸药(KNO3+SC)，这是，这是 SHS方法的最早应用，但方法的最早应用，但不是材料制备。不是材料制备。 1900年法国化学家年法国化学家Fonzes-Diacon发现金属发现金属与硫、磷等元素之间的自蔓延反应，从而制备了与硫、磷等元素之间的自蔓延反应，从而制

13、备了磷化物等各种化合物。磷化物等各种化合物。 在在1908年德国年德国Goldsehmidt首次提出首次提出“铝热法铝热法” 1967年，前苏联科学院物理化学研究所年，前苏联科学院物理化学研究所Borovinskaya等开始了过渡金属与硼、碳、氮气等开始了过渡金属与硼、碳、氮气反应的实验，在钛与硼的体系中，观察到所谓固反应的实验，在钛与硼的体系中，观察到所谓固体火焰的剧烈反应，此外他们的注意力集中在其体火焰的剧烈反应，此外他们的注意力集中在其产物具有耐高温的性质，提出了用缩写词产物具有耐高温的性质，提出了用缩写词来来表示自蔓延高温合成表示自蔓延高温合成 。我国从我国从1986年开始研究。年开始

14、研究。 （1）化学反应原理化学反应原理 燃烧反应某种燃烧反应某种元素元素与与氧氧高速反应放出大量的高速反应放出大量的热能热能（燃烧）（燃烧） 反应物反应物（ 固态、气态、液态、混合态固态、气态、液态、混合态燃燃烧烧产物产物（冷却固态）（冷却固态）有有氮化物氮化物、硼化物硼化物、碳化物碳化物和和硅化物硅化物等等难熔难熔化合物化合物键能高键能高（形（形成时释放出大量热，具有高的热稳定性。成时释放出大量热，具有高的热稳定性。 a.元素合成法元素合成法： 以合成以合成TiB2、TaC、BN为例，为例， 直接合成需要特制的反应器，设备复杂，多用于直接合成需要特制的反应器，设备复杂，多用于粉末冶金粉末冶金

15、领域中制取难熔的领域中制取难熔的金属间化合物金属间化合物和和金属金属基陶瓷基陶瓷等。等。b.化合物合成法化合物合成法采用采用A1、Mg等为还原剂等为还原剂 (还原化合法还原化合法) 例如：例如： 3MgCr2O3+B2O 2CrB3MgOG AlFe2O3B2O3 FeBFe3AlAl2O3G CrB、FeB、Fe3Al-金属间化合物金属间化合物.铝热法铝热法的反应温度高的反应温度高于所有产物的熔点，可达于所有产物的熔点，可达32004000K （如何判断放热或吸热反应？） 粉末混合物被粉末混合物被点燃点燃后，依靠强烈的后，依靠强烈的放热反应放热反应的的感应和传播，感应和传播，燃烧波燃烧波推移

16、前进，反应物便转化推移前进，反应物便转化为生成物。通过控制燃烧波面的传播速度和燃为生成物。通过控制燃烧波面的传播速度和燃烧波后部所形成的高温领域，达到高纯化合物烧波后部所形成的高温领域，达到高纯化合物的形成。的形成。 根据不同的反应，根据不同的反应， 反应温度一般为反应温度一般为20004000K， 反应速度约反应速度约0.115cms。SHS法两个条件：法两个条件：绝热燃烧温度绝热燃烧温度1800K，燃烧反应能，燃烧反应能；当；当Tab接接近或高于产物的熔点近或高于产物的熔点时，反应很容易进行时，反应很容易进行(有液相，能促进原子有液相，能促进原子的扩散的扩散)。 SHS反应通常分为反应通常

17、分为 固态固态固态，固态， 气态气态固态，固态， 金属间化合物和复合物等四种类型金属间化合物和复合物等四种类型 原料原料：Ti 粉（粉（99.0%, 4874m）（燃烧剂，（燃烧剂，600以上燃烧）以上燃烧） TiO2 （98.0%) , （稀释剂并提供（稀释剂并提供Ti） NiO (98.0%) , Sb2O3 （99.0%), （添加剂，平衡电荷）（添加剂，平衡电荷） （ 氧化锑与氧化铅可合成黄色锑酸铅色料，亦即尼泊尔黄氧化锑与氧化铅可合成黄色锑酸铅色料，亦即尼泊尔黄 ）制备过程：制备过程： 配料球磨混合装入坩埚预热电炉配料球磨混合装入坩埚预热电炉至至点火温度点火温度放入反应原料放入反应原

18、料SHS反应反应保温保温钛钛镍黄颜料镍黄颜料NiO是是NaCl晶型，晶型，TiO2是金红石型，是金红石型，不等价离子化合物，有限置换型固不等价离子化合物，有限置换型固溶体。溶体。当当T1000，Ti+4离开平衡位置，离开平衡位置，Ni+2以热扩散方式进入以热扩散方式进入TiO2晶格晶格Ni20 .0605nm0.069nmNi+2取代取代Ti+4后金红石晶后金红石晶格变大，晶面间距格变大，晶面间距d增大，增大， TiO2 的光吸收和光反射特的光吸收和光反射特性改变，由原来的白色转性改变，由原来的白色转变为黄色变为黄色TiO2Ti（Ni)O2影响因素影响因素 点火温度：影响点火温度：影响TiO2

19、晶型晶型 保温：反应充分，保温：反应充分，Ni2更多进入晶更多进入晶格，提高颜料纯度（减少发绿）格，提高颜料纯度（减少发绿）自蔓延高温合成自蔓延高温合成的优缺点的优缺点 (1) SHS 反应的合成过程发生在数反应的合成过程发生在数分钟之内分钟之内,环境提供温度环境提供温度不超过不超过900 ,最后燃烧温度可达最后燃烧温度可达2000 ,能够能够充分利用充分利用内部释放内部释放的的热量热量。 (2) 烧成时间很短烧成时间很短,节能，节能，生产成本低。生产成本低。 (3) 生产生产面积要求小面积要求小，劳动投入少劳动投入少 (4) 对通常窑炉略加改造对通常窑炉略加改造,就能将就能将SHS 方法应用

20、方法应用于传统生产中。于传统生产中。 (5) 只释放出少量污染环境的有害物质只释放出少量污染环境的有害物质, 避免了使避免了使用气体及液体燃料。生产的用气体及液体燃料。生产的SHS 色料色料无毒无害无毒无害。 1. SHS方法的缺点及改进措施方法的缺点及改进措施 2. SHS色料的应用范围色料的应用范围人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。