CN102050627A - 结构色陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构色陶瓷的制备方法，生产工艺简单、成本低廉，可供大规模制备。其技术方案为：方法包括：(1)混合陶瓷原料，置于刚玉坩埚中；(2)在高温炉中加热升温；(3)保持加热后的温度，使原料熔融并充分混合；(4)取出熔融并充分混合后的原料，快速冷却使之脆裂成粉末；(5)将脆裂后的粉末置于球磨机中进行球磨处理；(6)将球磨后的粉末混合，置于马弗炉中恒温退火；(7)取出恒温退火后的粉末，在空气中缓慢冷却至室温。

Description

结构色陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及结构色陶瓷的制备方法。
背景技术
光子非晶材料所产生的结构色具有明亮而柔和的特点。如同颜料和色素成色一样，光子非晶结构成色不具备虹彩效应，在不同观察角度所展现的颜色是完全一样的。这种各向同性的色泽给人带来一种柔和的感受。同时，光子非晶结构色保留了结构色的高亮度和高饱和度的优点。通常来说，结构色的亮度可在色素色亮度的三到四倍。因此，光子非晶材料提供了一种更适合我们视觉感受的结构色。
在民用领域，我们生活中使用的陶瓷的釉色完全来自于化学离子，通常这些化学离子都具有毒性。这些离子附着在釉面的表层内，很容易跟随食物进入人体，对人的健康产生伤害。利用物理成色机制得到结构色的陶瓷可以很好的解决这个问题，其特性为生产和使用环节非常环保，完全没有毒性。但目前的主要困难是，结构色材料的制备成本非常高，而且工艺十分复杂，远未能达到大规模制备的要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种结构色陶瓷的制备方法，生产工艺简单、成本低廉，可供大规模制备。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种结构色陶瓷的制备方法，包括：
(1)混合陶瓷原料，置于刚玉坩埚中；
(2)在高温炉中加热升温；
(3)保持加热后的温度，使原料熔融并充分混合；
(4)取出熔融并充分混合后的原料，快速冷却使之脆裂成粉末；
(5)将脆裂后的粉末置于球磨机中进行球磨处理；
(6)将球磨后的粉末混合，置于马弗炉中恒温退火；
(7)取出恒温退火后的粉末，在空气中缓慢冷却至室温。
根据本发明的结构色陶瓷的制备方法的一实施例，步骤(1)中的该陶瓷原料包括SiO2和Al2O3粉末，混合两者的质量配比范围为10∶1到12∶1。
根据本发明的结构色陶瓷的制备方法的一实施例，步骤(2)中在高温炉中以每分钟10摄氏度的加热速率升温到1300摄氏度。
根据本发明的结构色陶瓷的制备方法的一实施例，步骤(3)中保持的熔融温度是1300摄氏度。
根据本发明的结构色陶瓷的制备方法的一实施例，步骤(5)中的球磨处理需要2小时。
根据本发明的结构色陶瓷的制备方法的一实施例，步骤(6)中是在800摄氏度的马弗炉中恒温退火8小时。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的技术方案提出了一种结构色陶瓷的制备方法，相较于离子成色的陶瓷，本发明制备出来的颜色属于结构色，无毒无害。而且这种制备方法工艺简单、成本低廉，可供大规模制备。本发明制备出来的颜色表现为非虹彩，即从不同角度观察，获得的颜色均相同。
附图说明
图1是本发明的结构色陶瓷的制备方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的结构色陶瓷的成色机理是：通过分相原理使陶瓷中的富钙相和富铝相分离，形成两种具有不同光学折射率的介质相间排列，由该两种介质构成的结构具有近程相关性而不具有长程相关性且光学相关长度在200纳米左右。这种结构色陶瓷的性质有：颜色来自于对空间入射光的反射；在没有吸收物质的情况下，反射和透射颜色互补；不具有虹彩现象，从不同方向观察颜色统一。
因此，本发明的结构色陶瓷的制备方法是通过分相原理使陶瓷中的富钙相和富铝相分离，形成两种具有不同光学折射率的介质相间排列，由该两种介质构成的结构具有近程相关性而不具有长程相关性且光学相关长度在200纳米左右。
下面结合图1来详细描述本发明的结构色陶瓷的制备方法的一个实施例。
步骤S1：混合陶瓷原料，置于刚玉坩埚中。
其中陶瓷原料可包括SiO2和Al2O3粉末，混合两者的质量配比范围通常为10∶1到12∶1。
步骤S2：在高温炉中以每分钟10摄氏度的加热率升温到1300摄氏度。
步骤S3：保持1300摄氏度的高温大约2小时，使原料熔融并充分混合。
步骤S4：取出熔融并充分混合后的原料，快速冷却使之脆裂成粉末。
步骤S5：将脆裂后的粉末置于球磨机中，进行2小时的球磨操作。
步骤S6：将球磨后的粉末混合后，置于800摄氏度的马弗炉中恒温退火8小时。
步骤S7：取出恒温退火后的粉末，在空气中缓慢冷却至室温。
室温通常是约20摄氏度。此时的结构色陶瓷是由两种具有不同光学折射率的介质相间而成，且这两种介质构成的结构具有近程相关性而不具有长程相关性，且光学相关长度在200纳米之间。这种结构具有无虹彩现象的物理的颜色，通过不同的组分配比和控制退火温度可以改变生成结构的光学相关长度，从而调节颜色。光谱分析可以表明颜色来源于光的反射而不是吸收。
陶瓷体系属于无机物复合体系，根据成分的不同，部分种类能够实现两相或多相不混溶分相，具有正常相分离曲线。其主要分相机理包括：1，成核-生长机理，其中一相以球形颗粒形式分布在母体相中，这些球形颗粒的位置分布具有与可见光波长尺度相当的短程周期性，形成光子非晶结构。2，Spinodal分解机理，分离的两相形成双联通海绵状网络结构，这种海绵体网络也具有与可见光波长尺度相当的短程周期性。
相比于其他光子晶体或光子非晶的制备方法，陶瓷分相釉的烧制成本非常低廉，适合于大规模生产。在民用领域，我们生活中使用的陶瓷的釉色完全来自于化学离子，我们可称这种釉为离子成色低温釉。而具有光子非晶结构的分相釉可称为物理成色分相釉。本发明制备的物理成色分相釉具有如下几个优点：首先，物理成色分相釉的色彩更加明亮，饱和度也更高。其次，物理成色分相釉的颜色是物理颜色，完全没有毒性。而传统的离子成色低温釉的色彩依靠化学离子，通常这些化学离子都具有毒性。这些离子附着在釉面的表层内，很容易跟随食物进入人体，对人的健康产生伤害。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种结构色陶瓷的制备方法，包括：
(1)混合陶瓷原料，置于刚玉坩埚中；
(2)在高温炉中加热升温；
(3)保持加热后的温度，使原料熔融并充分混合；
(4)取出熔融并充分混合后的原料，快速冷却使之脆裂成粉末；
(5)将脆裂后的粉末置于球磨机中进行球磨处理；
(6)将球磨后的粉末混合，置于马弗炉中恒温退火；
(7)取出恒温退火后的粉末，在空气中缓慢冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的结构色陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的该陶瓷原料包括SiO2和Al2O3粉末，混合两者的质量配比范围为10∶1到12∶1。
3.根据权利要求1所述的结构色陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在高温炉中以每分钟10摄氏度的加热速率升温到1300摄氏度。
4.根据权利要求3所述的结构色陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中保持的熔融温度是1300摄氏度。
5.根据权利要求4所述的结构色陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的球磨处理需要2小时。
6.根据权利要求5所述的结构色陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(6)中是在800摄氏度的马弗炉中恒温退火8小时。
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