CN113801496B - 一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于陶瓷工业、精细化工技术领域，具体公开了一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法和应用，具体是将20～40质量份氧化钴、20～40质量份氧化镍、1～20质量份三氧化二铬、1～15质量份三氧化二铁和1～5质量份炭黑，混合均匀，并在1200～1300℃条件下烧结1～3h，制得陶瓷黑色颜料。本发明具有成本低廉、工艺简便的优点，相对于原工艺，降低了黑色颜料的烧结温度50℃左右，起到节能降耗的作用。同时，本发明还具有无残留、环保、不影响黑色颜料性能的优点。

Description

一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于陶瓷工业、精细化工技术领域，具体涉及一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法与应用。
背景技术
黑色陶瓷颜料性能优良，广泛用于建筑陶瓷装饰，用量巨大。如具有天然花岗岩外观效果的黑色玻化砖及其抛光制品，广受追捧。但黑色颜料烧的结温度高，造成较大的能源浪费。
武汉科技大学的马国军等公开了专利CN 111662570 A，其中无钴黑色颜料为Fe-Cr-Mn-Ni体系，烧结温度虽然可以低至1100～1200℃，但这一体系应用于含ZnO的熔块釉烧制釉面泛红；混入MgO等杂质组分会导致黑色颜料呈色不纯正；制备工艺要求较严格，成本也较高，目前还没有产业化。
Fe-Cr-Co系黑色色料中Co2+、Cr3+的吸光度大，着色能力强，离子浓度配比合适时对可见光全部吸收而呈黑色，具有较好的稳定性，其同样存在烧结温度高等问题。无钴体系和含钴体系的优缺点对比详见下表1。
表1
Figure BDA0003279431170000011
常规降低烧结温度的方法有：添加助熔剂、掺杂、颗粒纳米化等。福州大学于岩等(CN200810071066.4)公布了添加磷酸钙和滑石粉来降低陶瓷烧结温度。但烧结成块，不利于颜料的后序制备。吴江华诚复合材料科技有限公司的王强(CN201010584479.X)公布了加入了铅硼玻璃及Bi2O3/Li2O熔块降低烧结温度；镇江蓝宝石电子实业有限公司的黄新友(CN200610088371.5)通过加入铅硼玻璃和BiO熔块降低烧结(Zr0.8Sn0.2)TiO4陶瓷的烧结温度。但加入玻璃后容易结块变硬，不利于颜料的生产与使用。武汉科技大学的张翔等极大化利用过渡元素，采用微波加热的方式，降低烧结的温度和时间。但特殊加热的方式成本高、产量低，难以适应大规模化的生产。添加助熔玻璃，虽有利于烧结温度降低，但容易导致结块变硬，使得使用困难；纳米化能有效降低烧结温度，但纳米粉体的成本高。作为原料的黑色颜料，具有性能优良且成本低廉的优点，较难应用纳米化的粉体。因此，开发低成本的降低黑色颜料烧结温度的方法，降低成本、节能减排，具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种含钴陶瓷黑色颜料及其制备方法和应用。通过掺杂技术，有效降低陶瓷黑色颜料的烧结温度，实现节能降耗的目的，并应用于陶瓷工业。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种含钴陶瓷黑色颜料的制备方法，将20～40质量份氧化钴、20～40质量份氧化镍、1～20质量份三氧化二铬、1～15质量份三氧化二铁和1～5质量份炭黑，混合均匀，并在1200～1300℃条件下烧结烧结1～3h，制得陶瓷黑色颜料。
优选地，所述炭黑为橡胶补强用炭黑，能在800℃左右烧失完全。所述的炭黑，购自山西林泽化工有限公司，具备无残留、来源广泛、成本低的优点，能有效地降低陶瓷黑色颜料的烧结温度。
优选地，所述的炭黑掺杂量为3～5％，降低了陶瓷黑色颜料的烧结温度50℃，能节省能源消耗。
优选地，所述烧结的温度为1230～1280℃，烧结时间为2h。烧结的黑色颜料具有良好的着色性能。
优选地，所述氧化钴、氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁均为工业级，纯度在70～99％范围内，成本较低。
上述方法制得的陶瓷黑色颜料经过球磨着色，应用于陶瓷工业，具备良好的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明具有无残留、环保、不影响黑色颜料性能的优点。
(2)本发明利用掺碳提高黑色颜料烧结活性，降低黑色颜料的烧结温度。相对于原工艺，降低了黑色颜料的烧结温度50℃左右，起到节能降耗的作用。
(3)本发明具有成本低廉、工艺简便的优点。
附图说明
图1(a)～(e)分别为实施例1～5实际测试结果图。
图2为实施例5(a)和对比例2(b)的产品效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000031
按照上述配方比例，首先将30g氧化钴、39g氧化镍、20g三氧化二铬、10g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计1g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1300℃烧结，烧结2h，制得陶瓷黑色颜料，其收缩率为12.4％，呈蓬松状。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为35.2，a为0.7，b为2.1，黑度较好。
实施例2
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000032
按照上述配方比例，首先将25g氧化钴、39g氧化镍、18g三氧化二铬、15g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计3g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1250℃烧结，烧结2h，其收缩率为14.1％，呈蓬松状。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为35.9，a为0.9，b为2.4，黑度较好。
实施例3
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000041
按照上述配方比例，首先将30g氧化钴、40g氧化镍、18g三氧化二铬、8g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计3g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1230℃烧结，烧结2h，其收缩率为16.2％，呈蓬松状。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为35.4，a为0.8，b为2.3，黑度较好。
实施例4
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000042
按照上述配方比例，首先将35g氧化钴、30g氧化镍、15g三氧化二铬、15g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计5g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1230℃烧结，烧结2h，其收缩率为18.5％，呈蓬松状。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为35.8，a为0.8，b为2.3，黑度较好。
实施例5
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000051
按照上述配方比例，首先将40g氧化钴、20g氧化镍、20g三氧化二铬、15g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计5g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1200℃烧结，烧结2h，其收缩率为20.4％，呈蓬松状，烧结温度约降低50℃左右。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为35.4，a为0.8，b为2.3，黑度较好。
实施例1～5的CIE参数汇总如下表2：
表2
L a b ΔE
实施例1 35.2 0.9 2.1 2.25
实施例2 35.9 0.8 2.4 1.69
实施例3 35.4 0.8 2.3 1.98
实施例4 35.8 0.8 2.3 1.81
实施例5 35.4 0.8 2.4 1.90
市售产品 36.4 1.0 4.0 ——
所述市售产品为黑色色料P96，来自于广东精英无机材料有限公司。
对比例1
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000052
按照上述配方比例，首先将40g氧化钴、20g氧化镍、20g三氧化二铬、15g三氧化二铁混合均匀；然后加入氧化铝坩埚中在1280℃烧结，烧结2h，其收缩率为10.1％，呈蓬松状。使用三恩时科技NR110型便携式色差仪测定黑色陶瓷颜料的CIE参数，L值为36.5，a为1.0，b为2.7。与实施例5相比，对比例1的烧结温度更高，但颜料的收缩率更低，说明对比例1配方的烧结活性较差。同时，对比例1的色差
Figure BDA0003279431170000061
黑色较弱(L值越高，黑色越弱；△E约大，色差越明显)。由此可见，添加炭黑不仅能提高颜料烧结活性，显著降低烧结温度，还能提高颜料的黑度。
对比例2
配方(以质量份数计)：
Figure BDA0003279431170000062
按照上述配方比例，首先将38g氧化钴、20g氧化镍、20g三氧化二铬、15g三氧化二铁混合均匀；然后分3次加入累计7g炭黑，并搅拌均匀；最后加入氧化铝坩埚中在1230℃烧结，烧结2h，其收缩率为24.3％，结块严重，明显变硬，不利于后续使用，可能是炭黑添加量过高。相对于实施例5，添加7％的炭黑后，虽然烧结活性明显提高，但存在易结块硬度大的问题，难以保证颜料良好的成粉性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含钴陶瓷黑色颜料的制备方法，其特征在于，将20～40质量份氧化钴、20～40质量份氧化镍、1～20质量份三氧化二铬、1～15质量份三氧化二铁和1～5质量份炭黑，混合均匀，并在1200～1300℃条件下烧结1～3h，制得陶瓷黑色颜料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述炭黑为橡胶补强用炭黑。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1230～1280℃，烧结时间为2h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的炭黑掺杂量为3～5％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化钴、氧化镍、三氧化二铬、三氧化二铁均为工业级，纯度在70～99％范围内。
6.权利要求1～5任意一项所述方法制得的陶瓷黑色颜料。
7.权利要求6所述陶瓷黑色颜料的应用，其特征在于，所述陶瓷黑色颜料应用于制备陶瓷。
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