第6講 陶瓷顏料的性能及應(yīng)用

1、第第4章章 1. 光學(xué)性能光學(xué)性能 2. 顆粒性能顆粒性能 3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 4. 使用性能使用性能 4.1陶瓷顏料的光學(xué)性能陶瓷顏料的光學(xué)性能 色彩世界的本質(zhì)是一種色彩世界的本質(zhì)是一種 光波運動光波運動，繽紛的色彩，繽紛的色彩 是光線輻射的結(jié)果，而是光線輻射的結(jié)果，而 不同物體不同物體對吸收和反射對吸收和反射 光波的情況是有差異的。光波的情況是有差異的。 白色，是反射了所有的白色，是反射了所有的 光線，而黑色則把光線光線，而黑色則把光線 全部吸收了。全部吸收了。 l絕大部分物體在入射光投射到其表面時，將大部分光線反射出來，絕大部分物體在入射光投射到其表面時，將大部分光線反射出來， 小部分吸

2、收小部分吸收部分吸收部分吸收。相對而言，如果對色光幾乎全部反射，。相對而言，如果對色光幾乎全部反射， 而沒有吸收而沒有吸收完全反射完全反射。對色光按。對色光按一定方向一定方向、有規(guī)則地反射，這、有規(guī)則地反射，這 種情況稱為種情況稱為正反射正反射。而對色光的反射沒有一定方向，是。而對色光的反射沒有一定方向，是不規(guī)則不規(guī)則的，的， 朝著各個方向，則稱為朝著各個方向，則稱為漫反射漫反射。 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 鏡面鏡面 反射光反射光 - - 綠色綠色 綠色物體在白光下是綠色，在紅光下 則成了黑色，各種舞臺上的效

3、果 分光反射曲線可以精確地描述物體的顏色，對色彩的定量描述有重要意義分光反射曲線可以精確地描述物體的顏色，對色彩的定量描述有重要意義 紅色紅色 綠綠 藍藍 紅紅 白光白光 紅光紅光 分光反射率分光反射率 當(dāng)光投射到玻璃時，產(chǎn)生反射、透過和吸當(dāng)光投射到玻璃時，產(chǎn)生反射、透過和吸 收，這三種基本性質(zhì)與折射率有關(guān)。此外還依收，這三種基本性質(zhì)與折射率有關(guān)。此外還依 賴于入射角度，賴于入射角度， R反射率反射率 n 折射率折射率 C光在真空中的傳播速度光在真空中的傳播速度 V光在玻璃中的傳播速度光在玻璃中的傳播速度 兩種介質(zhì)：兩種介質(zhì)：N n1 /n2 2 ) 1 1 ( n n R l對陶瓷色釉來說。

4、顏料是以細分散態(tài)分布在對陶瓷色釉來說。顏料是以細分散態(tài)分布在 釉玻璃中的。當(dāng)光線入射釉面時，其釉玻璃中的。當(dāng)光線入射釉面時，其出射光出射光 由由反射反射和和漫射漫射組成。一般陶瓷顏料的折射率組成。一般陶瓷顏料的折射率 較基礎(chǔ)釉的折射率高。在一定條件下，較基礎(chǔ)釉的折射率高。在一定條件下，減小減小 顏料與基釉間的顏料與基釉間的折射率差折射率差，降低，降低N值，可適值，可適 當(dāng)當(dāng)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陶瓷顏料的呈色機理陶瓷顏料的呈色機理 l顏料之呈現(xiàn)顏色顏料之呈現(xiàn)顏色 顏料選擇性的吸收顏料選擇性的吸收 顏料中分子、原

5、子對入射光的共振現(xiàn)象。顏料本身顏料中分子、原子對入射光的共振現(xiàn)象。顏料本身 有一系列的本征共振頻率，如果本征頻率在可見光有一系列的本征共振頻率，如果本征頻率在可見光 的范圍內(nèi)，就帶顏色；在可見光的范圍內(nèi)，但吸收的范圍內(nèi)，就帶顏色；在可見光的范圍內(nèi)，但吸收 帶極窄，或只有幾個極窄的吸收峰，是無色（不會帶極窄，或只有幾個極窄的吸收峰，是無色（不會 影響透射光或反射光的顏色）。影響透射光或反射光的顏色）。不在可見光范圍不在可見光范圍 無色無色 分子內(nèi)部的微觀運動可 分為價電子運動、分子 內(nèi)原子在其平衡位置附 近的振動、分子本身繞 其重心的轉(zhuǎn)動。因此分 子的總能量E是這三種 運動能量的總和。 價 內(nèi)層

6、電子躍遷 分 子 分子 由此看出，由此看出，電子振動頻率電子振動頻率決定顏料的吸收位決定顏料的吸收位 置，振動頻率所占的范圍決定吸收帶的寬度，置，振動頻率所占的范圍決定吸收帶的寬度， 范圍越大，色彩越強范圍越大，色彩越強 l過渡金屬元素如鐵、銅、鉻、釩等，由于過渡金屬元素如鐵、銅、鉻、釩等，由于 存在存在4s1 23dx型的電子結(jié)構(gòu)，它們最外層 型的電子結(jié)構(gòu)，它們最外層 的的s層、次外層的層、次外層的d層、甚至自外數(shù)第三層層、甚至自外數(shù)第三層 的的f層上均層上均未充滿電子未充滿電子（除（除，副族），這副族），這 些未成對的電子不穩(wěn)定，容易在次亞層之些未成對的電子不穩(wěn)定，容易在次亞層之 間發(fā)生躍

7、遷，躍遷所需的能量剛好是間發(fā)生躍遷，躍遷所需的能量剛好是可見可見 光光區(qū)域內(nèi)光子所具有的能量，故能區(qū)域內(nèi)光子所具有的能量，故能選擇性選擇性 地吸收各種可見光。地吸收各種可見光。 l對于不同的元素，各次亞層之間的能級對于不同的元素，各次亞層之間的能級 差差E不相等，可吸收不同能量的可見光不相等，可吸收不同能量的可見光 光子，使反射光具有光子，使反射光具有不同的能量和波長不同的能量和波長， 從而呈現(xiàn)出從而呈現(xiàn)出多彩多彩的顏色。的顏色。 l 陶瓷顏料的著色多半選用過渡金屬及其化陶瓷顏料的著色多半選用過渡金屬及其化 合物。稀土金屬元素的合物。稀土金屬元素的4f軌道電子是部分充軌道電子是部分充 滿，極易

8、產(chǎn)生滿，極易產(chǎn)生f一一f躍遷，引起光的吸收和反射，躍遷，引起光的吸收和反射， 而呈現(xiàn)一定的顏色。稀土元素及其化合物是而呈現(xiàn)一定的顏色。稀土元素及其化合物是 陶瓷顏料的優(yōu)良著色劑。陶瓷顏料的優(yōu)良著色劑。 著色劑的呈色原理著色劑的呈色原理 l陶瓷顏料的呈色在很大程度上取決于其中的陶瓷顏料的呈色在很大程度上取決于其中的 過渡金屬氧化物過渡金屬氧化物、稀土稀土金屬氧化物及其化合金屬氧化物及其化合 物在陶瓷顏料中的呈色，其呈色機理十分復(fù)物在陶瓷顏料中的呈色，其呈色機理十分復(fù) 雜，至今未有完全而統(tǒng)一的認識。雜，至今未有完全而統(tǒng)一的認識。 l一般認為有以下幾種原理一般認為有以下幾種原理 l離子呈色有兩種情況

9、，一種是極化率較離子呈色有兩種情況，一種是極化率較 大的離子擴散在有負電層的硅酸鹽晶格大的離子擴散在有負電層的硅酸鹽晶格 中而呈色。如鐠黃顏料，著色離子中而呈色。如鐠黃顏料，著色離子Pr固固 溶在鋯英石晶體中，釩鋯黃也是如此。溶在鋯英石晶體中，釩鋯黃也是如此。 l另外一種情況是離子取代型。即一種另外一種情況是離子取代型。即一種 著色離子取代了硅酸鹽晶格結(jié)點上的著色離子取代了硅酸鹽晶格結(jié)點上的 離子，從而固溶進去，形成陶瓷顏料。離子，從而固溶進去，形成陶瓷顏料。 b.晶體呈色晶體呈色 l一種是在礦化劑作用下，與一種是在礦化劑作用下，與SiO2等發(fā)生高溫等發(fā)生高溫 固相反應(yīng)固相反應(yīng)，生成硅酸鹽晶體

10、而呈色。，生成硅酸鹽晶體而呈色。 l另一種是由于金屬氧化物的熔點較高且相當(dāng)另一種是由于金屬氧化物的熔點較高且相當(dāng) 穩(wěn)定穩(wěn)定(如稀土氧化物如稀土氧化物)，高溫下，氧化物，高溫下，氧化物晶粒晶粒來來 不及熔融、分散和反應(yīng)就以顆粒狀態(tài)不及熔融、分散和反應(yīng)就以顆粒狀態(tài)固溶固溶在在 硅酸鹽熔體中而呈色。硅酸鹽熔體中而呈色。 l固溶后，金屬氧化物會因覆蓋的硅酸鹽固溶后，金屬氧化物會因覆蓋的硅酸鹽 熔體的厚度不同，對光產(chǎn)生不同的熔體的厚度不同，對光產(chǎn)生不同的吸收吸收、 折射折射和和散射散射，使色調(diào)隨之發(fā)生變化。，使色調(diào)隨之發(fā)生變化。 c.膠體著色膠體著色 l著色元素經(jīng)過熱處理后成為膠體狀態(tài)，著色元素經(jīng)過熱處

11、理后成為膠體狀態(tài)， 這些微細顆粒對可見光產(chǎn)生選擇性吸這些微細顆粒對可見光產(chǎn)生選擇性吸 收和反射，而呈現(xiàn)一定顏色。收和反射，而呈現(xiàn)一定顏色。 l膠體金屬膠體金屬金金和和銀銀的著色能力很強，是由的著色能力很強，是由 于經(jīng)過熱處理后，其結(jié)晶核的形成和金于經(jīng)過熱處理后，其結(jié)晶核的形成和金 和銀的晶體發(fā)育的結(jié)果。每顆晶體顆粒和銀的晶體發(fā)育的結(jié)果。每顆晶體顆粒 包含包含1001000個原子的膠態(tài)微晶金粒。個原子的膠態(tài)微晶金粒。 l陶瓷顏料的呈色是陶瓷顏料的呈色是膠體著色膠體著色，離子呈色離子呈色還是還是晶體呈色晶體呈色 （或離子呈色晶體呈色），主要取決于：或離子呈色晶體呈色），主要取決于： 著色化合物著色

12、化合物的的種類種類、數(shù)量數(shù)量和和性狀性狀反應(yīng)物反應(yīng)物顆粒的大小顆粒的大小 反應(yīng)條件反應(yīng)條件 同時，還應(yīng)考慮反應(yīng)的同時，還應(yīng)考慮反應(yīng)的動力學(xué)動力學(xué)（速率）和（速率）和熱力學(xué)熱力學(xué)的問題。的問題。 礦化劑礦化劑的種類和數(shù)量的種類和數(shù)量 硅氧陰離子團的硅氧陰離子團的橋氧結(jié)構(gòu)橋氧結(jié)構(gòu)和和OSi比比 l實踐經(jīng)驗和理論研究表明：實踐經(jīng)驗和理論研究表明：只有透過波帶較寬只有透過波帶較寬 的顏料，才能調(diào)配出多種顏色的顏料，才能調(diào)配出多種顏色。鋯基鋯基顏料均具顏料均具 有較寬的反射波區(qū)域，是進行顏色調(diào)配的良好有較寬的反射波區(qū)域，是進行顏色調(diào)配的良好 基料，這也是基料，這也是鋯基顏料鋯基顏料在當(dāng)今陶瓷顏料中占有在

13、當(dāng)今陶瓷顏料中占有 極其重要的位置。極其重要的位置。 4.2陶瓷顏料的顆粒性能陶瓷顏料的顆粒性能 l陶瓷顏料的顏色與其在釉料中的呈色與陶瓷顏料的顏色與其在釉料中的呈色與 其顆粒大小有一定的聯(lián)系，一般來說，其顆粒大小有一定的聯(lián)系，一般來說， 顆粒越小顆粒越小，顏料的，顏料的呈色能力呈色能力越強越強，在釉，在釉 料中的料中的呈色呈色越鮮艷越鮮艷，覆蓋力覆蓋力越強。越強。 l顆粒尺寸顆粒尺寸主要包括顆粒的主要包括顆粒的大小和級配大小和級配，通常用，通常用 多少多少目目或多少號或多少號篩篩的的篩余量篩余量來表示，只能來表示，只能 用來衡量顆粒的用來衡量顆粒的極限尺寸極限尺寸而不能反映顆粒的而不能反映顆

14、粒的真真 實情況實情況，而且篩分析也費時間。，而且篩分析也費時間。 激光衍射的顆粒分析儀激光衍射的顆粒分析儀 要求要求色料色料在在物理和化學(xué)性質(zhì)物理和化學(xué)性質(zhì)上有足夠的保障上有足夠的保障 要求色料呈色更加均勻和穩(wěn)定要求色料呈色更加均勻和穩(wěn)定 準(zhǔn)確地測量陶瓷顏料的準(zhǔn)確地測量陶瓷顏料的顆粒大小顆粒大小和和分布分布 激光粒度分析結(jié)果激光粒度分析結(jié)果 分析周期：幾分鐘分析周期：幾分鐘 顆粒大小和分布顆粒大小和分布 4.3陶瓷顏料的穩(wěn)定性陶瓷顏料的穩(wěn)定性 l 在坯料或釉料中呈色在坯料或釉料中呈色穩(wěn)定穩(wěn)定，不消不消 色、不變色色、不變色等。等。 l取決于顏料的取決于顏料的種類種類、顏料本身的、顏料本身的呈

15、色呈色 機理機理、顏料的使用、顏料的使用溫度范圍溫度范圍、顏料使、顏料使 用的用的環(huán)境環(huán)境（如燒成氣氛）等（如燒成氣氛）等 l色料五種主要用途：色料五種主要用途： l（1）色坯；）色坯； l（2）化妝土）化妝土(底釉底釉)； l（3）顏色釉；）顏色釉； l（4）釉下彩料；）釉下彩料； l（5）釉上彩料）釉上彩料 l不同用途對陶瓷色料的要求是有所不同的不同用途對陶瓷色料的要求是有所不同的 l色坯色坯，是指將顏料加入到坯體配方中；，是指將顏料加入到坯體配方中； l化妝土化妝土是在生坯或素坯表面上一層含色劑是在生坯或素坯表面上一層含色劑 和熔劑的裝飾土層；和熔劑的裝飾土層； l顏色釉顏色釉是在生坯或

16、素坯上施釉后燒成的；是在生坯或素坯上施釉后燒成的； l釉下彩釉下彩是在生坯或素坯上裝飾，再上一層是在生坯或素坯上裝飾，再上一層 釉后燒成；釉后燒成； l釉上彩釉上彩是已?；挠詫由显偻ㄟ^彩烤裝飾是已?；挠詫由显偻ㄟ^彩烤裝飾 的。的。 如果施了化妝土和坯體著色劑，它們必如果施了化妝土和坯體著色劑，它們必 須在燒成中保持穩(wěn)定，并且和坯、釉相適應(yīng)。須在燒成中保持穩(wěn)定，并且和坯、釉相適應(yīng)。 l當(dāng)顏料無論使用于釉下彩或花釉或顏色當(dāng)顏料無論使用于釉下彩或花釉或顏色 釉，在釉燒過程中必須保持穩(wěn)定，而且釉，在釉燒過程中必須保持穩(wěn)定，而且 大多數(shù)情況下，釉燒溫度應(yīng)該在大多數(shù)情況下，釉燒溫度應(yīng)該在SK04a (

17、1020) 至至SK8(1250)之間。陶瓷顏料之間。陶瓷顏料 在熔融釉的腐蝕下也能夠保持穩(wěn)定。在熔融釉的腐蝕下也能夠保持穩(wěn)定。 l釉上彩，只需要顏料在烤花時保持穩(wěn)定。因釉上彩，只需要顏料在烤花時保持穩(wěn)定。因 此，烤花溫度一般在此，烤花溫度一般在SK020(670)至至 SK015(790)之間，最高也不會超過之間，最高也不會超過850。 這時要求所使用的顏料熔劑在熔融時保持穩(wěn)這時要求所使用的顏料熔劑在熔融時保持穩(wěn) 定，目前，釉上彩裝飾中普遍使用高含量、定，目前，釉上彩裝飾中普遍使用高含量、 有毒的有毒的PbO熔劑（出口困難）。熔劑（出口困難）。 色料體系色料體系SK015 (790) SK0

18、6 (980) SK4 (1160) SK7 (1230) SKll (1320) I斜鋯石型斜鋯石型 鋯鋯礬黃、斜鋯石礬黃、斜鋯石+ 剛玉剛玉赤鐵礦型赤鐵礦型 鉻鋁紅、剛玉鉻鋁紅、剛玉 錳鋁紅、剛玉錳鋁紅、剛玉 鉻綠鉻綠黑、赤鐵礦黑、赤鐵礦 鐵棕、赤鐵礦鐵棕、赤鐵礦 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + IV柘榴石型柘榴石型 維多利亞綠、柘榴石維多利亞綠、柘榴石+ 金紅石金紅石錫石型錫石型 鎳鎳銻銻鈦黃、金紅石鈦黃、金紅石 錫錫釩黃、錫石釩黃、錫石 + + + + + + 榍石型榍石型 鉻鉻錫紅、榍石錫紅、榍石+ 尖晶石型尖晶石型 鈷鈷鋁藍、尖晶石鋁

19、藍、尖晶石 鈷鈷錫藍錫藍灰、尖晶石灰、尖晶石 鈷鈷鋅鋅鋁藍、尖晶石鋁藍、尖晶石 鈷鈷鉻藍鉻藍綠、尖晶石綠、尖晶石 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 表表4-6 色料的種類與其穩(wěn)定呈色的溫度范圍色料的種類與其穩(wěn)定呈色的溫度范圍 4-7 尖晶石化合物穩(wěn)定存在的溫度氣氛及顏色尖晶石化合物穩(wěn)定存在的溫度氣氛及顏色 尖尖 晶晶 石石燒成溫度燒成溫度 () 氣氣 氛氛呈呈 色色 鉻尖晶石鉻尖晶石 MgOCr2O3 ZnOCr2O3 MnOCr2O3 NiOCr2O3 CoOCr2O3 CuOCr2O3 FeOCr2O3 CdOCr2O3 l000 l000 l

20、100 l000 1000 l100 760 l100 氧氧 化化 氧氧 化化 還還 原原 氧氧 化化 還還 原原 還還 原原 還還 原原 還還 原原 淡淡 綠綠 褐中帶綠褐中帶綠 綠灰色綠灰色 苔綠色苔綠色 青綠色青綠色 黑黑 色色 褐黑色褐黑色 淡綠色淡綠色 鐵尖晶石鐵尖晶石 MgOFe2O3 MnOFe2O3 NiOFe2O3 CoOFe2O3 CuOFe2O3 CdOFe2O3 FeOFe2O3 L100 1100 l000 1000 l100 l000 800 氧氧 化化 氧氧 化化 氧氧 化化 氧氧 化化 氧氧 化化 氧氧 化化 還還 原原 印度紅印度紅 青灰色青灰色 黑中泛紅黑中

21、泛紅 青黑色青黑色 青灰色青灰色 褐中泛紅褐中泛紅 黑黑 色色 4.4陶瓷顏料的使用性能陶瓷顏料的使用性能 4.4.1陶瓷顏料在釉料中的使用性能陶瓷顏料在釉料中的使用性能 l 在燒成中，釉與色料之間的相互作用會使呈色發(fā)生很在燒成中，釉與色料之間的相互作用會使呈色發(fā)生很 大變化，有些呈色就穩(wěn)定，有些則活潑，和顏料的相大變化，有些呈色就穩(wěn)定，有些則活潑，和顏料的相 互作用強烈。如有許多色料在互作用強烈。如有許多色料在 釉中有釉中有ZnO時呈色不穩(wěn)定時呈色不穩(wěn)定 如剛玉型的錳鋁紅、赤鐵如剛玉型的錳鋁紅、赤鐵 礦型的鉻綠以及榍石型的礦型的鉻綠以及榍石型的 鉻錫紅。所以其對基釉要鉻錫紅。所以其對基釉要

22、求無鋅或低鋅。求無鋅或低鋅。 要求要求ZnO的含量高，的含量高， 以保證色料的穩(wěn)定性。以保證色料的穩(wěn)定性。 有些色料之間有不相容有些色料之間有不相容 4.4.1.1基礎(chǔ)釉對著色劑的溶解基礎(chǔ)釉對著色劑的溶解 高溫作用下，釉熔體對顏料中著色劑的溶高溫作用下，釉熔體對顏料中著色劑的溶 解是難免的解是難免的。因此，在一般情況下，若。因此，在一般情況下，若釉釉中含中含 有與有與顏料顏料組成組成相同相同的一些的一些組分組分時，顏料晶體在時，顏料晶體在 釉中的溶解度會相對減小，顏料的呈色會釉中的溶解度會相對減小，顏料的呈色會更加更加 鮮艷鮮艷，即配置基礎(chǔ)釉時，多加入與顏料組分相，即配置基礎(chǔ)釉時，多加入與顏料

23、組分相 同的熔劑成分，會降低顏料的溶解，提高色飽同的熔劑成分，會降低顏料的溶解，提高色飽 和度，對發(fā)色呈色均有利和度，對發(fā)色呈色均有利 4.4.1.2基礎(chǔ)釉組成對色調(diào)的影響基礎(chǔ)釉組成對色調(diào)的影響 l將顏料加入基礎(chǔ)釉中，當(dāng)一部分顏料被基將顏料加入基礎(chǔ)釉中，當(dāng)一部分顏料被基 礎(chǔ)釉溶解后，著色離子以離子態(tài)分散在釉礎(chǔ)釉溶解后，著色離子以離子態(tài)分散在釉 熔體中，這時基礎(chǔ)釉的熔體中，這時基礎(chǔ)釉的組成和結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)將決定將決定 被溶解的著色離子的被溶解的著色離子的配位環(huán)境配位環(huán)境，對它的吸，對它的吸 收特性產(chǎn)生重要影響。收特性產(chǎn)生重要影響。 在酸性氧化物含量較高的釉玻璃中，著色在酸性氧化物含量較高的釉玻璃

24、中，著色 離子有利于向低價態(tài)轉(zhuǎn)變；在堿性氧化物含量離子有利于向低價態(tài)轉(zhuǎn)變；在堿性氧化物含量 較高的釉玻璃中，著色離子則有利于向高價態(tài)較高的釉玻璃中，著色離子則有利于向高價態(tài) 轉(zhuǎn)變。著色離子價態(tài)的變化必然導(dǎo)致其吸收特轉(zhuǎn)變。著色離子價態(tài)的變化必然導(dǎo)致其吸收特 性的變化。性的變化。 離離 子子4配位配位6配位配位離離 子子4配位配位6配位配位 Cr3 Cr6 Cu 2 Cu Co2 Ni2 Mn2 黃黃 黃茶黃茶 青青 赤紫赤紫 五色五色 綠綠 青青 無色無色 赤赤 黃黃 淡橘紅淡橘紅 Mn3 Fe 2 Fe3 U6 V3 V4 V5 赤紫赤紫 濃褐濃褐 黃黃 無色、無色、 黃色黃色 青綠青綠 淡黃、淡黃、 赤赤 淡黃淡黃 綠綠