锆基色料的研究与发展Zr-based pigment research and development全小军学号：20080052西南科技大学材料科学与工程学院材料0805班【摘要】本文对锆基色料的发展和生产做了一个简单介绍，并对锆基色料的特性、合成工艺、形成机理等进行了综述。

由于锆基色料呈色稳定性好、呈色力强、混溶性好、色泽纯正，因而锆基色料在陶瓷色釉料中的用量增加。

今后，锆的应用领域将不断拓宽，因此需求量也会迅速增长，应用前景十分看好。

Abstract In this paper, Zr-based development and production of pigment made a brief introduction, and zirconium-based pigment properties, synthesis, formation mechanism, etc are reviewed. As the stability of Zr-based pigment coloring, coloring and strong, good miscibility, pure color, which zirconium-based ceramic glaze pigment compound in the amount of increase. In the future, zirconium applications will continue to expand, so will the demand for rapid growth, the application is very promising.【关键词】锆基色料制备现状Keywords Zr-based pigment Preparation status quo前言陶瓷的研究发展历史源远流长，作为陶瓷坯、釉重要装饰材料，陶瓷色料的研究应用与发展过程也同样有着悠久的历史。

远在古代，我国劳动人民就己成功地运用含有着色离子的天然矿物作为着色剂制作彩色陶瓷制品。

而后，随着更多种类的传统色料的运用，涌现了大量的名贵彩陶及彩瓷品种，如“唐三彩”、“钧红”、“朗窑红”、“天青”等名贵色釉品种，极大地丰富了陶瓷制品的装饰。

陶瓷制品离不开装饰，好的装饰使制品身价百倍，装饰材料是装饰的物质基础，陶瓷色料是最重要的陶瓷装饰材料[1]，由此可见陶瓷色料在陶瓷装饰中的地位。

自20世纪以来，陶瓷釉用色料总体研究进展不大，但有一个例外，即锆基色料的研究、开发及应用，几乎席卷了除黑色色料以外的所有颜色领域，其影响之深是过去的传统色料所远远不及的。

由于锆英石基色料的优异性能，自它诞生之时，就备受关注，其研究开发和应用对陶瓷色料领域的影响极为深远。

在我国，锆基色料的大规模生产应用开始于70年代初期，至今己取得了丰硕的成果。

但锆基色料的整体研究、应用水平较困外仍存在“定差距，无论实验研究手段、生产工艺装善以及原料的专业化供应等方面，帮较国际先进水平滞后，从而导至锆基色料的档次、质量及稳定性方面与国外高档色料相比均有一定差距[2]。

为此对锆基色料的研究、生产，从理论分析与生产工艺控制上加以系统研究，进而提高我国锆基色料的年产水平是十分必要的。

1、锆基色料的特性及分类1.1主要特性锆基色料(锆钒兰、锆镨黄、锆铁红等)自诞生以来就受青睐，其生产应用得到飞速发展，主要原因在于其所具有的优良性能。

无论是固溶体型还是包裹型锆基色料都是以锆英石为最终基体，而锆英石晶体具有耐化学腐蚀性强、热稳定性好的优异性能，由此也赋予了锆基色料以下的优良性能。

①呈色稳定性好，即在高温条件下不易反应、不放出气体、抗腐蚀，在熔融釉中溶解度小，色彩稳定；②呈色力强，在釉料中加入较少量，就可达到所需的色度；③混溶性好，不同颜色的锆基色料之间可按任意比例在釉料中混合使用，制备出各种丰富多彩的调和色，应用范围广；④色泽纯正，色料受烧成气氛、基釉成分影响较小，对釉料适应性强，色料颜色饱和度大，呈色鲜艳[3]。

根据锆基色料的上述特点，电熔氧化锆被越来越广泛的应用在陶瓷色釉料的生产中。

1.2分类按晶体结构和物相组成，可将锆基色料分为两种类型。

(1)固溶体型锆英石色料：在锆英石基体晶格(ZrSiO4 )中固溶一定数量的着色离子而显色。

代表产品为锆钒兰、锆镨黄色料。

(2)包裹型锆英石色料此类色料为混晶色料，有两个相组成。

其中发色的化合物或胶态金属被ZrSi04晶体所包裹。

2、锆基色料的合成原理锆基色料的工业制备方法主要是用固相烧结反应原理完成的，即将一定化学配比的原料均匀混合，在一定的高温和气氛条件下，在给定的烧成时间内，通过各组分间的扩散反应而得到块状色料体，这些块状色料体经过粉碎、洗涤、干燥、细磨，就得到可供陶瓷工业使用的各种色料；有时，为了提高色料的稳定性及呈色强度等性能，还要进行二次烧成、三次烧成，甚至更多次的再烧结过程，但这样的色料价格昂贵。

一般用于高附加值的陶瓷制品装饰上。

用固--固高温化学反应合成陶瓷色料的工艺方法至今没有大的变化。

尽管人们在探索其他工艺方法，如液相法，沉淀法，溶胶--凝胶法等，以降低色料合成成本，提高合成效率，但这些方法相对固--固烧结法都存在生产成本高、工艺复杂等问题，从而未能在工业生产中推广应用。

也许在这些新工艺中还有许多值得认真研究和改进的地方，然后才能提出具有高效率、低成本、高质量的新型生产工艺。

3、锆基色料的制备现已形成了锆基色料三大系列：即V-ZrSiO4蓝、Pr-ZrSiO4黄、Fe-SiO4红，同时成为陶瓷色料的一个重要体系，并构成了锆系色料三原色。

现在以锆镨黄色料为例，讲讲锆镨黄色料的制备[4]。

Pr-ZrSiO4黄属于稀土类色料，该色料呈色鲜亮，性能稳定，可与其他色料混合着色。

制备Pr-ZrSiO4黄所用原料见下表[5]。

制备Pr-ZrSiO4黄所用原料的化学组成（质量％）注：Pr2(C2O4)3加热的最终分解产物是高活性的Pr2 O3.在制备Pr-ZrSiO4黄色料时，若Pr2 O3的加入量超过5％，也不会获得更深的色调，即对黄色的增强没有什么作用；若Pr2O3的加入量不及5％，则呈色效果就会减弱，这是因为Pr离子在晶格中的固溶量减少了。

所以，人们将5％作为Pr2O3加入量的上限。

此外Pr2 O3对ZrO2和SiO2的用量比不敏感，而在V-ZrSiO4蓝中，ZrO2和SiO2用量比对色调会产生不同的影响[6]。

这是因为在锆基镨黄制备中，除了生成Pr-Zr-SiO4黄固溶体外，Pr2O3不会与ZrO2和SiO2发生生成别的稳定型的呈色化合物。

Pr-ZrSiO4黄色料在使用中，对含有一定量PbO的釉料系统，其呈色效果要较无铅的釉好，若釉料中PbO由1％增加到4％，则镨黄的呈色强度也会增加。

在镨黄制备中，矿化剂也是不可缺少的，否则Zr-SiO4晶体不易形成，相应Pr着色离子固溶到ZrSiO4晶格中的量就会减少，不能获得理想色料。

在镨黄制备中，含镨的化合物在高温阶段也存在气化作用，这与钒—锆蓝很相似。

矿化剂的作用主要是形成含Si的挥发性物质，以增加Si4+与ZrO2的反应机率，加快ZrSiO4的形成，Pr4+就是在这一过程中固溶到ZrSiO4晶格中的[7]。

Pr-ZrSiO4黄中，Pr4+是取代晶格中的Zr4+，引起晶格畸变而呈色的。

故镨黄色料的晶体结构也属锆英石型。

Pr-ZrSiO4黄在釉中的用量一般在0.5％-0.8％。

若不足0.5％，则呈色很淡；若大于0.8％，色调增加不明显。

在坯体中，若加入1％-4％，Pr-ZrSiO4黄一般会产生象牙黄的效果。

这也是象牙瓷生产的一种方法。

4、国内锆基色料的研究现状国内陶瓷色料的系统研究、规模生产始于60年代。

70年代初，锆基色料的大规模生产应用获得成功。

至今我国色料研究，尤其是锆基色料的研究己做了大量工作，取得了丰硕的成果。

相对国外建陶发达国家，我们的色料从系统的理论研究手段、到生产工艺装备及生产的专业化方面均存在一些差距，由此导致目前国内色料（锆基色料）的质量档次、生产稳定性等方面较国外先进水平低[8]。

这还有待于我们建陶工作者的努力。

5、锆基色料发展趋势综上所述，锆基色料的研究及应用在国外已达到相当高的水平，而我国锆基色料研究、应用较世界先进水平仍有一定差距。

今后应向求质量、上档次、创新提高方向发展。

笔者认为要达到上述目的，应从以下几方面着手：(1)理论研究系统化从锆基色料呈色机理入手，加强理论研究，对着色元素的价态，反应过程控制，矿化剂作用过程，基釉对呈色影响，粒度(色料、原料)对呈色影响，新的合成工艺等几方面进行系统研究，以科学系统的、符合实际的研究成果来指导色料的主产应用。

(2)原料供应专业化生产高档色料的关键因素之一，就是各种原科的标准化、专业化供应。

目前国外各大色釉料公司的原料供应均已实现专业化，无论矿物原料、化工原料均有详细的标准要求，大部分实现商品化。

我国目前需强化此方面的工作，进行跨学科、跨行业合作，制定出符合我国陶瓷生产实际而又能保证色釉料高档、稳定的切实可行的标准，以推动我国原料专业化、标准化供应的进程。

(3)生产品种系列化如同时装流行色的主色调及装饰技法随时间变化一样，陶瓷装饰色釉料、装饰手法也随时间而变化。

为适应市场对各种色调、各种性能釉料的需求，色釉料的生产、供应必须实现系列化。

此外，应加强矿物色料、稀土元素色料、多功能环保色釉料等的研究开发，以丰富锆基色料系列，适应市场对色料从颜色到性能的各种新的、综合性的要求。

(4)工艺控制数据化生产工艺各环节的严格稳定控制是生产高档色釉料的又一关键因素。

为此，应充分利用微机控制、数据库系统管理等新技木，对各种工艺参数(原料要求、混料参数、烧成曲线、细度控制、色差控制、均化处理等等)实现数据库管理，进行数据化监控，保证生产各环节的稳定[]。

6、结语同其它陶瓷色料一样，锆基色料的研究与应用水平是伴随着理论学科的发展，测试手段的完善，生产工艺装备的改进而发展起来的。

今后锆基色料应在结构、机理、工艺的系统研究及生产工艺的精细控制方面做进一步的工作。

此外，应特别注意原料供应的专业化及标准化，从而真正实现色料的专业化生产。

最后，应在售后技术服务及生产应用等方面投入很大的力量，以保证高档色料生产出高档陶瓷产品。

总之，锆基色料的开发、生产应追随市场变化，不断创新，采用新工艺，提高色料性能、丰富颜色系列：跨学科、跨行业，通力合作，实现高档锆基色料的专业化、标准化、个性化。

参考文献：[1]黄勇，何锦涛，马天．氧化锆陶瓷的制备及应用．稀有金属快报，2004，23(6)：1l～17[2]俞康泰，陶瓷色釉料与装饰导论.武汉工业大学出版社，1998[3]康蓉，郭东升.电熔氧化锆的应用及前景.稀有金属快报，2007,26（1）:48-50[4]陆小荣，锆系色釉料的调色试验 [期刊论文] 中国陶瓷 2008（10）[5] V.I.Matkovich,P.MCorbett.Formation of Zircon Zirconnium Dioxxide and Silicondioxide in the Presence of Vanadium Pentoxide.J.Am.Ceram.Soc,2009,44(3)[6]余鑫萌．电熔氧化锆的发展及前景[J]．稀有金属快报，2004，73(6)：1～5[7]张强，周学东 .锆基陶瓷色料的制备及其性能.硅酸盐通报.2001，3:41-43[8]R.A.Eppler Zircon-based colors for Ceramic glazes.Am,Ceram.Soc.Bull.Vol.56(2)[9] 朱志斌，锆基色料的研究与发展.佛山陶瓷.2000,1(39):5-9。