硅酸锌结晶釉的制备与结晶动力学研究

发布时间：2017-04-18 12:14

  本文关键词：硅酸锌结晶釉的制备与结晶动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅酸锌材料具有较强的环境适应性、较稳定的化学性质、较强的抗湿性等良好的物理化学性能,用途十分广泛,在釉料、涂料、涂层、油漆以及发光基体材料研究中备受人们的关注。硅酸锌结晶釉料广泛用于陶瓷装饰中,掺入不同着色剂的硅酸锌结晶釉的艺术价值更加突出,使其具有更好的艺术欣赏性与装饰美感。采用石英、钠长石、高岭土、石灰石和煅烧后的氧化锌为主要原料通过控制烧结温度制备硅酸锌结晶釉。随着加入釉料中氧化锌含量的增加,烧制得到的釉中硅酸锌晶体先增大后减小,在添加氧化锌含量约为24 wt%时,其结晶程度最大。随着釉料中硅铝摩尔比的减小,釉面出现乳浊效果;硅铝摩尔比过大,会抑制结晶。随着硅钙摩尔比的减小,釉面会形成无光釉。以硅酸锌结晶釉为基础,用40~60目筛余所得的氧化锌煅烧后作为晶种,在1140℃下保温120 min的条件下,样品中结晶程度最大。随着釉料球磨时间的增加,烧制出的结晶釉晶花数逐渐增多,但单个晶体逐渐变小。保温结晶过程中,随着保温时间的延长,结晶程度增大。从烧成温度降温至保温温度过程中,随着降温速率的降低,结晶程度越来越高。利用不同升温速率下的差热分析(DTA)曲线中出现的硅酸锌的主要结晶峰的峰值温度,通过Kissinger方程拟合,得出晶体的活化能E。在硅酸锌结晶釉中分别加入MnO_2、Fe_2O_3、CuO三种着色剂,采用色度分析,过量的着色剂含量会抑制釉中晶花的生长,发现随着着色剂含量的增加,釉面趋于深、暗,明亮程度也均有下降。有结晶区域的釉面与无结晶区域的釉面的色度基本一致。根据微观形貌及EDS含量分析发现,掺入着色剂后硅酸锌结晶釉的微观形貌呈连续纤维状规律排布,且Fe、Cu离子更易进入玻璃相中。随着球磨时间的增加,掺入着色剂后硅酸锌结晶釉的颜色均匀性略有提升。降温速率过快,由于阻碍了液相的析晶、晶体长大,也会导致析晶不均匀,因此适当的降温速率有利于晶体的充分生长。以掺入MnO_2的硅酸锌结晶釉为基础,着重研究了烧成制度对结晶过程的影响。发现随着保温时间的延长,掺入MnO_2的硅酸锌结晶釉中Zn_2SiO_4晶体不断生长,在1140℃下保温170min的条件下结晶程度最大。经模拟动力学分析,掺MnO_2硅酸锌结晶釉中Zn_2SiO_4晶体在不同保温温度下的Avrami指数分别为n1110℃=0.92,n1140℃=1.38,n1170℃=1.27,表明Zn_2SiO_4晶体的形成由扩散机制向成核机制转变。模拟热力学分析,利用不同升温速率下的DTA曲线中出现的硅酸锌的主要结晶峰的峰值温度,拟合Kissinger方程,计算掺入MnO_2的硅酸锌结晶釉中Zn_2SiO_4晶体的活化能E=210.7 kJ/mol。
【关键词】：硅酸锌结晶釉 着色剂 色度 生长机理
【学位授予单位】：景德镇陶瓷大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.43
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 引言9-10
• 2 文献综述10-22
• 2.1 陶瓷釉料的概述10-12
• 2.1.1 釉的简介10
• 2.1.2 结晶釉的定义与分类10-11
• 2.1.3 结晶釉的结晶特点11
• 2.1.4 结晶釉发展的历史概况11-12
• 2.2 硅酸锌结晶釉的结晶机理12-14
• 2.2.1 硅酸锌结晶釉的起源12
• 2.2.2 Zn_2SiO_4晶体结构12-13
• 2.2.3 硅酸锌结晶釉釉熔体的析晶原理13-14
• 2.3 影响釉面性能的因素14-17
• 2.4 结晶动力学理论17-19
• 2.4.1 等温结晶动力学理论17-18
• 2.4.2 非等温结晶动力学理论18-19
• 2.5 本文研究目的、意义及主要内容19-22
• 2.5.1 研究目的、意义19-20
• 2.5.2 研究内容20-22
• 3 实验部分22-27
• 3.1 实验原料22-24
• 3.2 实验设备和仪器24
• 3.3 实验工艺流程24-25
• 3.4 测试与表征25-27
• 3.4.1 X射线衍射(XRD)分析25
• 3.4.2 扫描电子显微镜(SEM)分析及能谱(EDS)分析25
• 3.4.3 激光粒度分析25-26
• 3.4.4 CIE-L*a*b*色度分析26
• 3.4.5 差热(DTA)分析26-27
• 4 硅酸锌结晶釉的配方探索27-35
• 4.1 前言27
• 4.2 样品制备27
• 4.3 结晶釉配方设计27-32
• 4.3.1 基础配方的确定27-28
• 4.3.2 正交实验优化硅酸锌结晶釉配方28-31
• 4.3.3 硅酸锌结晶釉釉式31-32
• 4.4 结果与分析32-34
• 4.4.1 氧化锌含量对硅酸锌结晶釉的影响32-33
• 4.4.2 硅铝摩尔比对硅酸锌结晶釉的影响33-34
• 4.4.3 硅钙摩尔比对硅酸锌结晶釉的影响34
• 4.5 本章小结34-35
• 5 硅酸锌结晶釉制备的工艺研究35-43
• 5.1 前言35
• 5.2 样品制备35
• 5.3 表征仪器和方法35-36
• 5.4 结果分析与讨论36-42
• 5.4.1 浆料粒度对硅酸锌结晶釉形貌的影响36-37
• 5.4.2 晶种尺寸对硅酸锌结晶釉结晶的影响37-39
• 5.4.3 釉层厚度对硅酸锌结晶釉的影响39
• 5.4.4 保温时间对硅酸锌结晶釉的影响39-40
• 5.4.5 降温速率对硅酸锌结晶釉的影响40
• 5.4.6 热力学分析40-42
• 5.5 本章小结42-43
• 6 着色剂对硅酸锌结晶釉晶花形态及颜色的研究43-59
• 6.1 前言43
• 6.2 样品制备43
• 6.3 表征仪器和方法43
• 6.4 结果与分析43-58
• 6.4.1 掺入MnO_2对硅酸锌结晶釉的影响43-48
• 6.4.1.1 掺入MnO_2含量对硅酸锌结晶釉的色度及结晶的影响43-45
• 6.4.1.2 掺入MnO_2的硅酸锌结晶釉的釉层微观分析45-47
• 6.4.1.3 球磨时间对硅酸锌结晶釉颜色均匀性的影响47-48
• 6.4.1.4 降温速率对掺入MnO_2的硅酸锌结晶釉的影响48
• 6.4.2 掺入Fe_2O_3含量对硅酸锌结晶釉的影响48-53
• 6.4.2.1 掺入Fe_2O_3含量对硅酸锌结晶釉的色度及结晶的影响48-50
• 6.4.2.2 掺入Fe_2O_3的硅酸锌结晶釉的釉层微观分析50-51
• 6.4.2.3 球磨时间对硅酸锌结晶釉颜色均匀性的影响51-53
• 6.4.2.4 降温速率对掺入Fe_2O_3的硅酸锌结晶釉的影响53
• 6.4.3 掺入CuO含量对硅酸锌结晶釉的影响53-58
• 6.4.3.1 掺入CuO含量对硅酸锌结晶釉的色度及结晶的影响53-55
• 6.4.3.2 掺入CuO的硅酸锌结晶釉的釉层微观分析55-57
• 6.4.3.3 球磨时间对硅酸锌结晶釉颜色均匀性的影响57-58
• 6.4.3.4 降温速率对掺入CuO的硅酸锌结晶釉的影响58
• 6.5 本章小结58-59
• 7 掺入MnO_2对硅酸锌结晶釉生长机理的影响59-66
• 7.1 前言59
• 7.2 样品制备59
• 7.3 表征仪器和方法59
• 7.4 结果与分析59-65
• 7.4.1 样品XRD物相分析59-60
• 7.4.2 不同保温制度对掺MnO_2硅酸锌结晶釉的影响60-61
• 7.4.3 掺入MnO_2硅酸锌结晶釉的动力学分析61-63
• 7.4.4 掺入MnO_2硅酸锌结晶釉的热力学分析63-65
• 7.5 本章小结65-66
• 8 结论66-67
• 9 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 附录74
• 攻读硕士学位期间所公开发表的学术论文情况74
• 攻读硕士学位期间获奖情况74

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本文编号：314864