卫生瓷釉是指覆盖在卫生瓷坯体上的一薄层玻璃态物质,具厚度一般在0.2—0.8mm。釉层可以降低坯体的吸水率,使制品表面光滑,提高其机械强度和抗腐蚀能力。各种颜色釉对美化制品的外观,增加产品的花色品种,提高产品的档次发挥着重要作用。在设计卫生瓷釉的配方时,应考虑满足瓷釉性质的需要。 瓷釉的性质大致可分为与生产过程(特别是与烧成过程)有关的性质,以及与使用有关的性质两类。前者是保证产品质量的基础;后者是满足制品美化装饰功能,保证其质量和使用寿命的基础。 1卫生瓷釉的熔融性质 釉的熔融性能属于与生产过程有较密切关系的性质。种类似于玻璃,它没有固定的熔点。生产上更为关心的是它的始熔温度、熔融温度范围、釉熔体的高温粘度和表面张力。 1)始熔温度加热时开始出现液相时的温度。其测定方法:将釉粉制成中3X3mm的圆柱体试样,置于高温显微镜的高温炉中加热到圆柱体棱角变圆时的温度,即对应于始熔温度。达到始熔温度时釉层开始封闭。而在此之前坯体内还有贯通的气孔,允许坯体内排出的气体逸出。因此,在始熔点到达之前,坯、釉中的氧化分解反应均应结束:在烧还原焰时,强还原阶段也应结束。 2)釉的熔融温度范围,是指釉的全熔温度(试样变成半球状的温度)与釉的流动温度(试样开始流散,高度相当于原有高度1/3时的温度即扁平二格温度)之间的范围。卫生陶瓷的烧成温度相应于釉的熔融温度范围内的前半段。釉的熔融温度范围窄,则烧成过程难于控制。因此总是希望调整釉的配方,扩大釉的烧成范围。 3)釉熔体的高温粘度这是一个与烧成质量有密切关系的性质。釉的高温粘度决定了坯休内产生的气体能含顺利地排出。若高温粘度过大,气体难于排出,容易产生气泡、针孔等缺陷,且釉面不平滑。因此在烧成温度下釉熔体应有适当的高温粘度。釉熔休的高温粘度决定于釉的化学组成、细度和烧成温度。 碱金属氧化物按一定顺序降低釉的粘度 A.当釉中O/Si比值很高时,粘度按Li2O一Na2O一K2O的顺序递减,即Li2O>Na2O>K2O;因为这时R2O含量较高,硅氧四面体连接较少,四面体之间主要靠R—O键力相连,而Li—O键力最大。 B.当釉中O/Si比值很小时,粘度按Li2O一Na2O一K2O的顺序递增,即Li2O<Na2O<K2O;因为这时SiO2含量较多,硅氧四面体的键力起主要作用,Li+的极化能力最大,削弱Si—O—Si键的作用最大。 通常,釉均属于第二种情况,显然加入Li2O后的粘度小于加入Na2O 的粘度,更小于加入K2O后的粘度。 碱上金属氧化物对釉粘度的影响较复杂 在无硼或无铅釉中,一方面由于RO极化能力强,使氧离子变形,他们导致大型四面体集团解聚,从而降低体系的粘度,在高温下这个效果是主要的:另一方面,由于碱十金属离子为+2价离子半径不大,故键力较碱金属离子大,有可能将小型四面体群的阳离子吸引到自己周围,从而使粘度增大,这一效果主要在低温下呈现。在不同温度下,极化能力与离子半径对粘度的影响是不同的。通常认为,CaO、MgO、ZnO、PbO、BeO在高温下会减小釉的粘度,且减小粘度的力度以CaO<MgO<ZnO<PbO<BeO的顺序排列,即BeO在高温下降低釉粘度的作用最强。相反,他们在低温下却往往增大釉的粘度,只是ZnO、BeO、PbO对釉料冷却时粘度增加的速度影响较小。 +3价及高价氧化物如A12O3、SiO2、ZrO22、ThO2等都会提高釉的粘度。 釉的表面张力 釉的表面张力低,有利于釉画均化和释放出烧成过程产生的气体;釉的表面张力大,在冷却时会回收气泡,并导致缩釉。一般正常值约为340exp(-3)N/m。迪泽尔(Dietzel)曾经建议加入添加剂用以改变釉的表面张力。表3-1l为釉的表面张力组成因子。可以通过该表,采用加和法则计算出一定温度下,具有一定化学组成的釉的表面张力。 2卫生瓷釉的机械强度和硬度 1)釉的机械强度 釉面的机械强度与坯、釉之间的应力分布有很大关系,这是因为釉的抗压弧度远远高于其抗拉弧度。若釉面处于受压状态,则制品的机械强度就会增大。从釉的化学组成上看,碱金属和CaO对釉面的机械弛度影响足比较消极的。 2)釉面的硬度 它是指釉面抵抗另一种材料压入、划痕或磨损的能力,对于以玻璃相为主要成分的釉层来说,网络生成体离子能增加共强度,而网络外离子会减小共弧度。对于组成类型相同的釉,其硬度随网络外离子半径的减小、电荷价态的升高及配位数的增加而提高。因为这时釉层中四面体群之间的结合能力大,故抵抗外力压入、划痕与摩擦的能力也强。釉面的硬度主要取决于釉的化学组成、矿物组成及显微结构。从加釉玻璃中的微晶相如锆英石等可以明显地提高釉面硬度。 3 釉的热膨胀系数和弹性 釉的热膨胀系数为釉的温度每升高1℃时釉画单位长度的增量,即:α=dl/ldt 式中一釉的热膨胀系数,它通常是温度的函数。如果知道釉在某一温度范围的平均热膨胀系数,就可以利用上式容易的求得热膨胀量。表3-12为质量百分比1%的氧化物在20~600℃的平均热膨胀系数。各种釉料可根据具氧化物的百分含最,依加和性法则计算出在该温度范围的平均热膨胀系数。 釉的热膨胀系数在实际生产中有重要意义。坯、釉的热膨胀系数必须能相互适应。若坯、釉的热膨胀系数相同,在冷却时,坯、釉的收缩将是一致的、同步的。若坯的热膨胀系数大于釉的热膨胀系数,在冷却时,坯的收缩就会比釉层大,在坯、釉之间就会产生一个应力,使釉面受到一个压应力作用,当这个压应力超过限度后,就会导致釉面剥落。相反,若坯的热膨胀系数小于釉的热膨胀系数,在冷却时釉层的收缩大于坯的收缩,使釉层受到拉应力,一旦超过极限,就会导致釉层开裂。引起釉层开裂的应力将导致制品机械强度的降低。坯、釉的热膨胀系数相差愈大,坯、釉之间的应力也愈大。 此外釉的弹性对坯、釉之间的应力有一个缓冲作用。若釉的弹性低,即使坯、釉的热膨胀系数相同,釉层也容易发生龟裂。反之,增加釉的弹性,即使坯、釉的热膨胀系数有不大的差别,也不致造成釉层开裂或剥落。 实际上为了提高制品的机械强度,总是希望制品的釉层受到一个适当的压应力。正因为如此,在设计 釉的配方时,应使釉的热膨胀系数稍小于坯的。坯体的热膨胀系数范围较宽通常在3.5×10-6℃-1—10×10-6℃-1;陶釉为6.5×10-6℃-1—8.5×10-6℃-1:瓷釉为:410-6℃-1左右。 4 釉层的光学性能 釉层的光学性能包括釉面乳浊度、光泽度和光滑程度。这些都是与制品使用性能有着密切关系的性质。乳浊度、光泽度是通过测定反射光的强度来确定的。反射指标已有标准规定,通常用钠光灯的黄色光来标定,还可用所提供的釉料化学组成来计算釉层的反射系数。表列出了各种氧化物的反射率指标。 在釉料成熟、所有成分都完全熔融的正常情况下,形成的釉层就具有与上表对应的反射率指标。乳浊现象是由于釉层内存在着固相或气泡,它们和基釉有不同的折射率。通过测定相应的玻璃相和一定颗粒尺寸的分散相的折射率,就可求出釉的乳浊度。通常情况下乳浊釉中的分散相是由于釉在熔融时形成不溶性的晶体或玻璃分相造成的。在烧成温度下釉料还没有完全熔融或粘度仍然很大时,会导致釉面呈粗糙状态,光泽度不好。又因釉面粗糙和光泽度不好,使釉面不透明。在釉料中增加SiO2、Al 2 O3,CaO、ZnO的含量,将会提高釉面乳浊度。 釉层光泽度与其折射率有直接关系。折射率越大,光泽度就越强。而折射率又与釉层的密度成正比。因此在其他条件相同时,含有密度大的元素如Pb、Ba、Sr、Sn等的精陶釉和彩陶釉,就比瓷釉的折射率大,光泽也强。TiO2能明显提高光泽度。 凡能降低釉熔体表面张力,增加其高温流散性的成分,均有助于形成平滑的釉面,从而提高其光泽度; 表面活性较大且具有变价阳离子的晶体,也能改善釉面的平滑度与光泽度。 烧成后的急冷也会使釉面光泽度增大。但这并不是由于折射率的影响,急冷后的玻璃其折射率并没有 增加,实际上反而比慢冷玻璃的折射率小,通常低2.2%。造成急冷使釉面光泽度增加的原因在于急冷不易造成釉层失透和析晶。 5 釉层抗化学腐蚀性能 这也是一项与制品使用有关的性能。釉层抗化学腐蚀性能主要取决于釉的化学组成。通常,釉层耐酸能力比耐碱能力强。碱和氢氟酸能使硅的网络结构破坏,形成可溶性组分。碱金属氧化物会降低釉层抗酸腐蚀的能力。K2O的作用比Na2O更甚。ZnO、MgO、CaO、BaO则改善釉层抗酸腐蚀能力。TiO2,ZrO2、SnO2,增加釉的抗酸腐蚀能力,但却降低了釉的抗碱腐蚀能力。A12O3可提高釉层的抗碱腐蚀能力。信息来源:HC360慧聪网建筑陶瓷行业频道
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