發(fā)布時(shí)間：2017-08-06 19:15

  本文關(guān)鍵詞：陶瓷墨水用鋯鐠黃陶瓷色料的制備及其發(fā)色機(jī)理的研究

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【摘要】：陶瓷裝飾技術(shù)經(jīng)歷了絲網(wǎng)印刷和滾筒印花時(shí)代,現(xiàn)已步入了噴墨打印的時(shí)代。作為陶瓷裝飾技術(shù)的第三次革命,陶瓷噴墨打印與之前的印花技術(shù)相比有著不可比擬的優(yōu)勢(shì),對(duì)陶瓷裝飾產(chǎn)生了巨大的影響。陶瓷噴墨打印所需的陶瓷墨水一直備受人們的關(guān)注,高校和企業(yè)都陸續(xù)發(fā)表了不少研究論文和專(zhuān)利,近幾年國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)擁有了自己品牌的陶瓷墨水。目前陶瓷墨水的工業(yè)化生產(chǎn)大多采用分散法,即將無(wú)機(jī)陶瓷色料與溶劑、分散劑等組分混合后,采用砂磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)研磨和分散,最終獲得穩(wěn)定的懸浮液。分散法制備陶瓷墨水雖然工藝簡(jiǎn)單,但為保證陶瓷墨水的分散穩(wěn)定性,需要將無(wú)機(jī)陶瓷色料超細(xì)粉碎至亞微米級(jí)別,一般要求色料的最大粒徑D_(100)小于1μm,中位徑D50在200~500nm之間。目前制備黃色陶瓷墨水的色料主要由鋯鐠黃色料提供,傳統(tǒng)的鋯鐠黃色料主要用于釉面及坯體,不用經(jīng)過(guò)超細(xì)粉碎,發(fā)色能力較好,當(dāng)經(jīng)過(guò)砂磨機(jī)超細(xì)粉碎后,發(fā)色能力大大下降,不能滿足人們對(duì)色調(diào)的要求,急需研制出發(fā)色能力更強(qiáng)的鋯鐠黃色料,以適用于陶瓷墨水中小粒徑及高強(qiáng)度破碎的制備。為提高鋯鐠黃色料在陶瓷墨水中的發(fā)色,本論文從鋯鐠黃色料的發(fā)色機(jī)理入手,分析影響其發(fā)色的主要因素是稀土元素Pr在ZrSiO_4晶體中的固溶量,然后考慮影響Pr元素固溶量的生產(chǎn)因素,主要從Pr_6O_(11)的摻雜量、燒成制度、礦化劑的用量以及原材料ZrO_2的活性等方面著手,調(diào)節(jié)配方體系及生產(chǎn)工藝,提高Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶量,從而提高鋯鐠黃色料的發(fā)色能力。本文的創(chuàng)新之處在于分析了各因素對(duì)Pr離子固溶量的影響及其與鋯鐠黃色調(diào)的關(guān)聯(lián)性,同時(shí)分析了Pr元素在色料中的分布均勻性,此外,礦化劑的用量以及原材料ZrO_2的預(yù)處理是首次提出并探討的因素。本論文采用固相法合成鋯鐠黃色料,固相法合成工藝簡(jiǎn)單易于操作且周期短效率高,是目前工業(yè)生產(chǎn)的主要方法。本文對(duì)氧化鐠(Pr_6O_(11))的用量進(jìn)行了研究,探索Pr_6O_(11)加入量對(duì)鋯鐠黃色調(diào)和晶體結(jié)構(gòu)的影響,實(shí)驗(yàn)表明:隨著Pr_6O_(11)摻雜量的增加,Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶量也逐漸增加,從而導(dǎo)致鋯鐠黃色料超細(xì)粉碎后的黃度值也逐漸增加;當(dāng)Pr_6O_(11)摻雜量達(dá)到一定值時(shí)(Pr/Zr=0.06),鋯鐠黃色料在超細(xì)粉碎后的色調(diào)基本保持不變,Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶量也趨于飽和;當(dāng)Pr_6O_(11)摻雜過(guò)量時(shí),會(huì)造成Pr元素在鋯鐠黃色料中分布不均勻。對(duì)燒成溫度和保溫時(shí)間分別進(jìn)行研究,探索燒成制度對(duì)鋯鐠黃色調(diào)及其晶體結(jié)構(gòu)的影響并優(yōu)化燒成制度,實(shí)驗(yàn)表明:隨著燒成溫度的提高,Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶量逐漸下降,從而導(dǎo)致超細(xì)粉碎后鋯鐠黃色料的黃度值也逐漸減小,其黃度值在880℃最佳,說(shuō)明在低溫合成的鋯鐠黃色料超細(xì)粉碎后的發(fā)色能力更好;鋯鐠黃色料在超細(xì)粉碎后的黃度值隨保溫時(shí)間的變化會(huì)在保溫6小時(shí)達(dá)到峰值,過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間均會(huì)導(dǎo)致Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶量下降,從而導(dǎo)致鋯鐠黃墨水色調(diào)變差,說(shuō)明保溫6小時(shí)是最佳保溫時(shí)間;過(guò)高的燒成溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間均會(huì)導(dǎo)致Pr元素的分布不均勻,出現(xiàn)部分區(qū)域富集的現(xiàn)象。分別對(duì)礦化劑BaF_2和KCl的用量進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)表明:適量的礦化劑有助于ZrSiO_4晶體的合成,有利于合成品質(zhì)良好的鋯鐠黃色料;當(dāng)?shù)V化劑的用量增加時(shí),會(huì)抑制Pr元素在ZrSiO_4晶體中的固溶,從而導(dǎo)致鋯鐠黃色料在超細(xì)粉碎后的黃度值下降,且礦化劑BaF_2和KCl的用量對(duì)Pr元素固溶的抑制程度相當(dāng);在保證鋯鐠黃色料反應(yīng)基本完全的情況下,應(yīng)盡可能減少礦化劑的用量。對(duì)原材料Zr O_2粉進(jìn)行球磨預(yù)處理,實(shí)驗(yàn)探討了ZrO_2粉的球磨處理對(duì)Zr O_2粉活性及其合成鋯鐠黃色調(diào)的影響,實(shí)驗(yàn)表明:隨ZrO_2粉的球磨處理時(shí)間的增加,Zr O_2粉活性也會(huì)增加,且有助于提高鋯鐠黃色料在超細(xì)粉碎后的黃度值;ZrO_2粉活性的增加會(huì)提高對(duì)Pr元素的容納能力,而當(dāng)ZrO_2粉的球磨處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng),ZrSiO_4晶體會(huì)出現(xiàn)晶胞的異常生長(zhǎng),導(dǎo)致ZrSiO_4晶體對(duì)Pr元素的容納能力下降。綜合上述因素的探討可知:固相法合成鋯鐠黃色料時(shí),當(dāng)Pr/Zr的摩爾比值為0.06時(shí),Pr_6O_(11)的摻入量為最佳,過(guò)量的Pr_6O_(11)對(duì)超細(xì)粉碎后的鋯鐠黃色調(diào)的提高無(wú)益;在保證鋯鐠黃基本反應(yīng)完全的情況下,低溫合成鋯鐠黃更有利于呈色,880℃可作為鋯鐠黃色料合成的最佳燒成溫度;適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間可促進(jìn)ZrSiO_4晶體發(fā)育,并使Pr元素固溶在ZrSiO_4晶體中而不富集在其表面,最佳保溫時(shí)間為6小時(shí);適當(dāng)?shù)V化劑的用量是合成高品質(zhì)鋯鐠黃色料的保證,在保證鋯鐠黃色料燒熟的前提下,礦化劑用量應(yīng)盡量少;原材料ZrO_2活性的增加可提高Pr離子固溶量,有利于鋯鐠黃色料的發(fā)色,原料ZrO_2的優(yōu)選與預(yù)處理是高檔鋯鐠黃色料合成的有效途徑。
【關(guān)鍵詞】：陶瓷噴墨打印 陶瓷墨水 鋯鐠黃色料 固相法 固溶量
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.43
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-36
• 1.1 引言13-14
• 1.2 無(wú)機(jī)陶瓷色料14-19
• 1.2.1 無(wú)機(jī)陶瓷色料的分類(lèi)14-18
• 1.2.1.1 色料的用途14-15
• 1.2.1.2 應(yīng)用溫度15
• 1.2.1.3 色料顏色15-16
• 1.2.1.4 著色類(lèi)型16-17
• 1.2.1.5 礦相類(lèi)型17-18
• 1.2.2 無(wú)機(jī)陶瓷色料的呈色機(jī)理18-19
• 1.3 陶瓷噴墨打印與陶瓷墨水19-23
• 1.3.1 陶瓷噴墨打印技術(shù)19-20
• 1.3.2 陶瓷墨水20-23
• 1.4 黃色陶瓷色料23-25
• 1.4.1 黃色陶瓷色料的種類(lèi)23-24
• 1.4.2 常用黃色陶瓷色料24-25
• 1.5 鋯鐠黃陶瓷色料25-27
• 1.5.1 鋯基色料25-26
• 1.5.2 鋯鐠黃的基本屬性26-27
• 1.6 鋯鐠黃的制備方法27-28
• 1.6.1 固相法27
• 1.6.2 溶膠-凝膠法27
• 1.6.3 水熱法27
• 1.6.4 沉淀法27-28
• 1.7 鋯鐠黃的研究現(xiàn)狀28-32
• 1.7.1 國(guó)內(nèi)鋯鐠黃的研究概況28-29
• 1.7.2 國(guó)外鋯鐠黃的研究概況29-32
• 1.8 研究目的與意義32-33
• 1.9 研究?jī)?nèi)容、層次架構(gòu)與創(chuàng)新點(diǎn)33-36
• 1.9.1 研究?jī)?nèi)容33-34
• 1.9.2 層次架構(gòu)34-35
• 1.9.3 創(chuàng)新點(diǎn)35-36
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原料、儀器設(shè)備與測(cè)試方法36-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料36
• 2.2 儀器設(shè)備36-37
• 2.3 測(cè)試方法37-39
• 2.3.1 X射線衍射分析37
• 2.3.2 掃描電子顯微/元素分析37-38
• 2.3.3 傅里葉紅外光譜分析38
• 2.3.4 激光粒度分析38
• 2.3.5 色度表征38-39
• 第三章 Pr_6O_(11)摻雜量對(duì)鋯鐠黃色調(diào)影響的研究39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)流程39-40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析40-48
• 3.3.1 色度值分析40-41
• 3.3.2 XRD物相分析與結(jié)構(gòu)精修41-45
• 3.3.3 SEM/EDS分析45-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第四章 燒成溫度對(duì)鋯鐠黃色調(diào)影響的研究49-59
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)流程50
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析50-58
• 4.3.1 色度值分析50-51
• 4.3.2 XRD物相分析與結(jié)構(gòu)精修51-55
• 4.3.3 SEM/EDS分析55-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 保溫時(shí)間對(duì)鋯鐠黃色調(diào)影響的研究59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 實(shí)驗(yàn)流程59-60
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-68
• 5.3.1 色度值分析60-61
• 5.3.2 XRD物相分析與結(jié)構(gòu)精修61-64
• 5.3.3 SEM/EDS分析64-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第六章 礦化劑用量對(duì)鋯鐠黃色調(diào)影響的研究70-83
• 6.1 引言70-71
• 6.2 實(shí)驗(yàn)流程71
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析71-82
• 6.3.1 色度值分析71-73
• 6.3.2 XRD物相分析與結(jié)構(gòu)精修73-78
• 6.3.3 SEM/EDS分析78-82
• 6.4 本章小結(jié)82-83
• 第七章 ZrO_2粉球磨處理對(duì)鋯鐠黃色調(diào)影響的研究83-97
• 7.1 引言83
• 7.2 實(shí)驗(yàn)流程83-84
• 7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析84-95
• 7.3.1 ZrO_2粉球磨處理84-87
• 7.3.2 色度值分析87-88
• 7.3.3 XRD物相分析與結(jié)構(gòu)精修88-92
• 7.3.4 SEM/EDS分析92-95
• 7.4 本章小結(jié)95-97
• 第八章 工藝改進(jìn)97-98
• 結(jié)論98-100
• 展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-107
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果107-108
• 致謝108-109
• Ⅳ-2答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)109

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本文編號(hào)：631105