• 行业资讯
  • 公司要闻
  • INDUSTRY INFORMATION

    行业资讯
  • 陶瓷色料合成机理的深度剖析
  • 本站编辑:桐乡市恒瑞化工有限公司发布日期:2018-12-15 21:30 浏览次数:
  •   之前很多陶瓷色釉料相关的国内外书籍和学术论文中,都有提及色料的制备过程、影响因素,却没有深入分析色料合成的机理。直到去年在安东尼·韦斯(Anthony. R. Wes)编写的《固体化学及其应用》一书中,看到了镁铝尖晶石合成机理的研究,给笔者带来非常大的震撼。因为从方法论的角度来分析,了解物理化学反应的机理有助于分析该反应的各种条件,进而可控制该反应的加速或减慢。本文通过分析尖晶石的合成机理,换一个有趣的角度来探讨陶瓷色料的制备工艺。

      一、尖晶石的合成机理

      佩蒂特(Pettit)等人通过以氧化镁(MgO)与氧化铝(Al2O3)为原料合成镁铝尖晶石(MgAl2O4),研究了高温固相反应法合成尖晶石的机理。(1)紧密接触。氧化镁和氧化铝反应时,需要相互紧密接触,共享一个公用面。(2)形成晶核。加热后,在接触面上局部反应生成一层镁铝尖晶石晶核。(3)离子继续扩散。形成晶核后,镁离子、铝离子要不断通过已形成的氧化镁—镁铝尖晶石和镁铝尖晶石—氧化铝的两个界面而扩散到新的反应界面时,反应才能持续进行。

      二、影响反应速率的因素

      该反应非常困难,这是因为:①在形成晶核阶段,镁离子、铝离子被束缚在它们晶体的格点位置上,要生成镁铝尖晶石晶核非常困难。要成核,氧化镁、氧化铝的晶体结构需要重新排列,化学键必须断裂和重新组合。仅在极高温度时,镁离子、铝离子才具有足够的热,使之能从正常位置上跳出并通过晶体扩散来成核。②在离子继续扩散阶段,离子扩散要比形成晶核更困难,即使在高温下,扩散速度也很慢,需要经过较长的时间才能充分反应。

      从反应机理归纳出影响反应速度的因素有:1、反应物间的接触面积及其表面积;2、产物的成核速度;3、离子通过物质,特别是通过产物的扩散速度。

      三、对尖晶石色料制备工艺的探讨

      (1)原料的选择

      ①选择粒径小的原料,可以提高固体间的接触面积及其表面积;②原料的活性非常重要。硝酸盐、氢氧化物能分解得到表面积大、反应活性高的细颗粒氧化物。制备蓝色喷墨色料用的氧化铝,其供源可用氢氧化铝【Al(OH)3】、硝酸铝【Al(NO3)3】。③选择有晶格缺陷、不稳定、在晶型转变阶段容易产生微裂纹的晶相有助于发色离子的扩散。晶体中存在的缺陷,空位、间隙离子,特别是位错通道,这些因素均能促进离子扩散。

      (2)合适的混料工艺

      在通常的固态反应中,原料先用机械方法混合均匀,原料的颗粒大小、混合的均匀性、颗粒间密切接触等条件对反应的速率有重要影响。选择合适的原料混料工艺,能使原料充分混合与紧密接触。湿法研磨相对于干法研磨,能减少团聚的发生。共沉淀法等液相法制备尖晶石,可以类似地理解为正离子已在原子尺度上进行混合。由于均匀地混合,后续烧结的温度可以降低很多。

      (3)合适的烧成制度

      ①在允许限度内,提高反应温度;②如果样品组分有各种氧化态,而所要求的产物相是某一确定的氧化价态时,也需要注意控制反应的温度和气氛。在合成含二价钴(Co2+)物相时,就要使样品与一种还原性气氛保持接触,以防止反应过程中氧化生成三价钴(Co3+);③可将烧结反应不充分的色料,再次研磨进行复烧。

      (4)加入合适的矿化剂

      矿化剂是为了促进色料合成的效果而加入的外加剂,是许多色料配方中不可缺少的组成部分。矿化剂的矿化效果主要表现在:通过增加缺陷、固溶等方式,降低色料的合成温度,加深反应的完全程度和提高色料的呈色性能。