过渡金属氧化物对R2O-CaO-SiO2-F系统微晶玻璃的着色机理的研究

论文摘要

硅碱钙石玻璃采用压延成型工艺,由于其在生产过程连续熔制及成型温度低、粘度小,故易于加工成型且能耗低。本课题主要是通过实验模拟料道着色工艺制备适合料道着色的色料,且研究色料在硅碱钙石白玻璃液中的扩散速度,采用搅拌工艺制备出着色均匀的彩色微晶玻璃。该色料有望用于硅碱钙石微晶玻璃的料道着色。在模拟料道着色的实验中,制备的彩色微晶玻璃表面无条纹,色泽柔和均一,具有成为高档装饰面板材料的潜力。在硅碱钙石系统玻璃的配合料中分别加入K2Cr2O7和Co203两种着色剂,采用DTA、UV-3600、XRD、SEM等测试手段探讨它们对该系统微晶玻璃的着色,析晶的情况和合适的加入量。结果表明：着色剂K2Cr2O7导致玻璃显黄绿色,Co203使玻璃显蓝色。着色剂K2Cr2O7促进非均匀成核的A-硅碱钙石析出；氧化铬的合适引入量为0.2wt%左右。过量的氧化钴不利于硅碱钙石晶相的析出；氧化钴的合适引入量为0.08wt%左右,Co203着色剂含量不能超过0.1wt%。本章通过将色料直接加入到玻璃液中来确定色料的组成；对色料和白玻璃密度进行比较,观察其色料在白玻璃液中的扩散的深度对色料组成进行调节。结果表明：较佳色料组成的质量百分比如下；铬色料组成为SiO2 40wt%,Li2O 0.5 wt%, Na2O 14.5 wt%, K2O 6.4wt%, CaO 2wt%, CaF2 4wt%, Na2SiF6 4 wt%, B2O315 wt%,Cr2O310 wt%。钴色料为SiO242.1wt%, Li2O 0.57 wt%, Na2O 15.22 wt%, K2O 6.73 wt%, CaO 2.1 wt%,CaF24.21 wt%, Na2SiF6 4.21 wt%,B2O3 15.79 wt%, Co2O3 5.27 wt%。色料与白玻璃的比值如下；铬色料：白玻璃为1：50。钴色料：白玻璃为1：66。本章通过模拟料道着色,将色料在不同的温度加入到玻璃液中保温不同的时间,探讨离子扩散速度。最后通过搅拌技术,制备着色均匀的彩色微晶玻璃。通过X射线衍射测试分析,UV-3600紫外-可见分析技术和顺磁共振测试分析探讨了微晶玻璃的着色机理。结果表明：铬色料在1100℃到1250℃玻璃的扩散深度随温度的提高几乎成直线关系,但是在1200℃出现增幅偏大的情况。在1200℃的铬色料R1扩散速度为0.283mm/min。在1200℃时,钻色料01在纵向方向上扩散速度为0.3415mm/min。在1200℃横向上扩散的速度为0.273mm/min。钻色料在白玻璃中的扩散深度随着温度的升高而增大,当温度从1150℃升到1200℃时,增大更明显。在彩色硅碱钙石微晶玻璃中,钴着色促进硅碱钙石晶相的析出；铬着色也可促进非均匀成核A-硅碱钙石析出,氧化铬在其中成为晶核剂。热处理使微晶玻璃中的一部分Cr3+转化为Cr6+。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微晶玻璃的分类
• 1.3 玻璃的着色理论
• 1.3.1 离子着色玻璃
• 1.3.2 离子着色的影响因素
• 1.3.3 配位场理论
• 1.3.4 铬在玻璃中的着色
• 1.3.5 钴在玻璃中的着色
• 1.4 着色工艺和料道着色剂
• 1.4.1 着色工艺的分类
• 1.4.2 料道着色过程
• 1.4.3 料道着色剂
• 1.5 微晶玻璃成核及析晶理论
• 1.5.1 均匀成核
• 1.5.2 非均匀成核
• 1.5.3 晶体生长
• 2O-CaO-SiO₂-F系统微晶玻璃'>1.6 R₂O-CaO-SiO₂-F系统微晶玻璃
• 1.6.1 硅碱钙石类晶相的晶体结构
• 2O-CaO-SiO₂-F系统微晶玻璃的制备方法'>1.6.2 彩色R₂O-CaO-SiO₂-F系统微晶玻璃的制备方法
• 1.7 本课题相关内容的研究现状
• 1.7.1 料道着色的研究现状分析
• 1.7.2 着色微晶玻璃的国内外研究现状
• 1.7.3 硅碱钙石微晶玻璃的国内外研究现状
• 1.8 研究目的意义
• 1.8.1 研究目的
• 1.8.2 主要研究内容
• 第2章 实验过程
• 2.1 实验设计方案
• 2.2 微晶玻璃样品的制备
• 2.2.1 色料组成的确定
• 2.2.2 玻璃色料的制备和玻璃的制备
• 2.2.3 热分析（TG-DSC）
• 2.2.4 微晶玻璃的制备
• 2.3 微晶玻璃结构及性能的测试
• 2.3.1 紫外可见测试
• 2.3.2 色料及玻璃密度测试
• 2.3.3 X射线衍射测试分析
• 2.3.4 扫描电镜（SEM）显微结构测试分析
• 2.3.5 顺磁共振
• 第3章 着色剂对RCSF系统微晶玻璃着色和析晶的 影响
• 3.1 实验
• 3.1.1 微晶玻璃的制备
• 3.1.2 结构与性能测试图
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 DTA分析
• 3.2.2 紫外-可见光谱分析
• 3.2.3 X射线衍射分析
• 3.2.4 扫描电镜分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 色料组成与着色过程的研究
• 4.1 B2O3对色料的密度及扩散深度的影响
• 4.1.1 色料的组成设计
• 4.1.2 实验过程
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.4 本节小结
• 4.2 F对色料的密度及扩散深度的影响
• 4.2.1 色料的组成设计
• 4.2.2 实验
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.4 本节小结
• 4.3 CaO对色料的密度及扩散深度的影响
• 4.3.1 色料的组成设计
• 4.3.2 实验
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.4 本节小结
• 2O对色料的密度及扩散深度的影响'>4.4 Li₂O对色料的密度及扩散深度的影响
• 4.4.1 色料的组成设计
• 4.4.2 实验
• 4.4.3 结果与讨论
• 4.4.4 本节小结
• 2O₃和Co₂O₃对色料密度和扩散深度的影响'>4.5 着色剂Cr₂O₃和Co₂O₃对色料密度和扩散深度的影响
• 4.5.1 实验
• 4.5.2 实验结果分析
• 4.5.3 本节小结
• 第5章 色料对微晶玻璃着色机理的研究
• 5.1 不同的保温温度对钴色料扩散速度的影响
• 5.1.1 实验过程
• 5.1.2 实验结果
• 5.1.3 结果分析
• 5.2. 不同保温时间对钴色料扩散的影响
• 5.2.1 实验过程
• 5.2.2 实验结果
• 5.2.3 不同保温时间对钴色料的扩散分析
• 5.3 不同的保温温度对铬色料扩散速度的影响
• 5.3.1 实验过程
• 5.3.2 不同保温温度对铬色料的扩散速度
• 5.4 不同保温时间对铬色料扩散速度的影响
• 5.4.1 实验过程
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.4.3 铬色料和钴色料的对比理论分析
• 5.5 搅拌制备微晶玻璃
• 5.5.1 实验过程
• 5.5.2 彩色微晶玻璃的结构分析
• 5.5.3 X射线衍射分析
• 5.5.4 顺磁共振谱分析
• 5.6 本章结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢