JP2574556B2 - 釉薬組成物及び施釉方法 - Google Patents

釉薬組成物及び施釉方法

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JP2574556B2
JP2574556B2 JP3152185A JP15218591A JP2574556B2 JP 2574556 B2 JP2574556 B2 JP 2574556B2 JP 3152185 A JP3152185 A JP 3152185A JP 15218591 A JP15218591 A JP 15218591A JP 2574556 B2 JP2574556 B2 JP 2574556B2
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ジヨン・フランシス・クリフオード
アイヴアン・ウオツニーク
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は毒性が最小限であり、か
つ鉛、カドミウム、砒素、バリウム及びアンチモンを実
質的に含有していない釉薬(glaze)に関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】幾つかの理由で、被覆され
るべきセラミック製品の性質に合った適当な性質を有す
る、鉛を含有していない釉薬の開発が非常に望ましい商
業的目標となっている。先ず第一に、不適当に配合され
かつ焼成された鉛含有釉薬をセラミック製品で使用する
ことにより鉛中毒が時折発生している。安全でかつ釉薬
が接触する食品に対して許容される鉛の放出量について
の最近の条件に適合する鉛含有釉薬も調製することがで
きるが、上記の鉛中毒の問題は鉛を使用しないことで回
避することができる。更に鉛を使用することに関連して
生じる種々の汚染の制御及び排水中の鉛の濃度に対する
制限は、鉛を含有しない釉薬を使用することによって回
避することができる。
【0003】セラミックの分野においては、釉薬は典型
的にはセラミック物品上に焼付された透明又は不透明な
ガラス状被膜又は該被膜を形成する成分の混合物である
と定義されている。釉薬には主として2種のタイプ即
ち”生(raw)”と”フリット化(fritted) ”とがある。
【0004】”生”釉薬は典型的には微粉砕された、不
溶性の選鉱(beneficiated)天然材料−陶土や霞石閃長岩
の如き鉱石及び岩石の混合物からなっている。生釉薬は
典型的には磁器の如き基体上で高い焼成温度(1150
℃以上)で使用されている(磁器の場合、1300
℃)。
【0005】”フリット化”釉薬は、成分の全部又は一
部が予め溶融及び冷却されて1種又はそれ以上のフリッ
トにされた場合のものである。このフリットを粉砕し、
そして他の構成成分(陶土の如き天然材料)と混合して
最終の釉薬組成物を調合する。
【0006】フリット化は通常は、他の理由から、均一
性を改善し、水溶性又は毒性のある成分を不溶性にする
為に行われる。フリット化釉薬は通常は1150℃以下
で焼成されるセラミック製品に使用される。
【0007】本明細書に記載される組成は、釉薬被膜の
最終組成物に適用され、一部は入手、経済性及び選択の
問題である、それらを形成する構成成分に使用される。
本発明の釉薬組成物はフリット化釉薬として利用される
であろうが、これに限定されるものではない。釉薬の組
成は、基体に対する接着性、基体の熱膨張性に適合する
熱膨張性、透明性又は不透明性、表面仕上り及びキメ(t
exture)及び耐薬品性の如きある種の十分に明確な性質
を確保するために選択される。
【0008】セラミック製品は種々のカテゴリーのもの
に分類され、一般的にはセラミック製品の最も美しいタ
イプの1つが、殆ど英国だけで製造されている骨灰磁器
(bone china)であると考えられている。骨灰磁器は一般
的用語であって、次の概略の組成(%);仮焼骨灰40
−50:陶土25−30;陶石(china stone)25−3
0の組成の基体から作成されたガラス状で半透明な陶磁
器を記載するのに使用されている。骨灰磁器は、特徴的
な非常に高い光沢の透明な釉薬層を有する故に高く評価
されているが、この釉薬層は以前は比較的多量の鉛を釉
薬中に包含させることによってしか得ることができなか
った。従って、骨灰磁器及び細粒(fine)磁器に使用する
のに適した、鉛を含有しない釉薬が強く要望されてい
る。
【0009】各種の鉛を含有しない釉薬は公知文献に記
載されており、その特定の例は次の公知文献に記載され
ている。米国特許第4285731号明細書には実質的
に鉛とカドミウムとを含有しないフリット組成物が記載
されており、このフリットは、酸化物を基準として下記
の成分から実質的に構成されている。 SiO : 35−47 B : 5.5−9 BaO : 24−42 TiO : 1.5−4 ZrO : 6−10 LiO : 1−5 SrO : 0−8 MgO : 0−5 CaO : 0−5 ZnO : 1−10 Bi : 0−8 SrO+MgO+CaO+ZnO+Bi : 0−10 上記のフリットは約65−75×10−7/℃の熱膨張
係数、約700℃−950℃で焼成するのに適した粘度
及び酸及び塩基に対しての優れた耐久性を示す。
【0010】米国特許第4282035号明細書にもま
た鉛及びカドミウムを含有しないフリットが記載されて
おり、これらのフリットは約52−65×10−7/℃
の熱膨張係数、約850℃−1100℃の焼付温度(mat
uring temperature)、酸及び塩基に対して優れた耐久性
を示し、酸化物の重量基準で下記の成分から本質的に構
成されている。 SiO : 51−60 B : 4.5−8 BaO : 0−13 SrO : 0−18 BaO+SrO : 6−30 ZrO : 4−8 Al : 5−8 LiO : 0−4 NaO : 0−5 KO : 0−5 LiO+NaO+KO : 1−5 MgO : 0−6 CaO : 0−12 Bi : 0−10 MgO+CaO+Bi : 0−20
【0011】米国特許第4554258号明細書には、
Bi、B、SiOからなり、ROが2
−8%でありROが0−9重量%である鉛、カドミウム
及び砒素を含有しないガラスフリット組成物が記載され
ている。米国特許第4590171号明細書にもまた酸
化物基準の重量%で下記成分からなる鉛及びカドミウム
を含有しないフリットが記載されている。 LiO : 3−4 NaO : 0.75−3 BaO : 3.5−9.5 B : 14−17.5 Al :6.75−8.75 SiO : 48−55 ZrO :6.75−10.5 F : 3−4
【0012】最後に米国特許第4892847号明細書
には、適当な濃度のSiO、Bi、B
アルカリ金属酸化物及びZrO/TiOから本質的
になる鉛を含有しないガラスフリットが記載されてい
る。釉薬には釉薬として有すべき4つの本質的な条件が
あり、又、本発明における様に高光沢の釉薬が要求され
る場合に必要な5番目の条件が存在する。第一は、釉薬
の焼成又は施釉温度が被覆されるべきセラミック基体が
熱的に変形する温度を越えてはならないことである。第
二は、ひび割れ及び/又は割れを排除するために、釉薬
の熱膨張係数が被覆されるべきセラミック基体の熱膨張
係数と両立し得るものでなければならないことである;
この釉薬は、セラミック基体が冷却されたときに焼成さ
れた被膜が表面圧縮層を形成するように基体の熱膨張係
数よりも幾分低い熱膨張係数を有することが好ましい。
【0013】第三は、被膜が腐食されると光沢が無くな
り、曇り及び/又は亀裂が生じ、孔が形成され、或は被
膜の外観上又は物理的特性を劣化させる他の欠陥が発生
するので、酸及びアルカリに対して優れた耐久性を有し
ていなければならないことである。第四は、透明釉薬の
場合には、釉薬は良好なガラス安定性を有しかつ焼成中
に実質的に失透してはならないことである。第五は、光
沢のある外観が要求される場合には、釉薬の屈折率が高
くなければならないことである。従来公知の鉛を含有し
ないフリットのある種のものは上記の条件の少なくとも
幾つかを満足させているが、現在まで、施釉されたセラ
ミック基体に特徴的な高い光沢仕上りを与えることが出
来る様な、非常に高い屈折率とともに非常に高品質な釉
薬層が要求される骨灰磁器及び細粒磁器に使用するのに
適する様にせしめる適当な特性の組合せを有する、鉛を
含有しない釉薬は提案されていなかった。骨灰磁器及び
細粒磁器用の鉛を含有しない釉薬を調製する試みを回避
していたのは、釉薬に要求される標準的な機械的及び化
学的耐久性とも関連している後者の問題によるものであ
る。更に骨灰磁器及び細粒磁器は1060℃−1140
℃という比較的高温で焼成され、従って、骨灰磁器及び
細粒磁器の焼成温度に適合する施釉温度を有する釉薬が
要求されている。
【0014】
【問題点を解決するための手段】本発明者は骨灰磁器及
び細粒磁器に使用することができ、優れた結果を与える
鉛及びカドミウムを含有していない釉薬組成物を開発し
た。 従って本発明によれば、次の成分: SiO2 35−60 % Bi2O3 5−45 % Al2O3 5−20 % B2O3 1−15 % CaO、MgO、SrO又はBaOの少なくとも1種 2−20 % Li2O、Na2O又はK2Oの少なくとも1種 1−10 % TiO2 0−10 % ZrO2 0−2.5 % SnO 0−10 % Nb2O5 0−5 % Ta2O5 0−5 % Sb2O3 0−5 % 希土類元素の酸化物 0−10 % ZnO 0−10 % P2O5 0−10 % MnO3及び/又はWO3 0−5 % 弗化物イオン 0−5 % (上記の%は、全て、組成物の全重量に基づく重量%で
ある)からなり(但し、BaOは2重量%以上の量で含有
されていないものとする)かつ鉛及びカドミウムを実質
的に含有していない釉薬組成物であって、かつ、1100±
40℃の焼成温度と50−90 x 10-7-1の熱膨脹係数を有
することを特徴とする骨灰磁器及び細粒磁器上で使用す
るための釉薬組成物が提供される。
【0015】
【好ましい実施態様】本発明の釉薬組成物は10−25
重量%のBi、45−60重量%のSiO、7
−15重量%のAl及び4−10重量%のB
からなることが好ましい。骨灰磁器又は細粒磁器を施
釉するのに適当なものにする為には、本発明の釉薬は1
060℃−1140℃の範囲の温度で焼成すべきであ
り、又、好ましくは少なくとも1.45の屈折率を有す
るべきである。本発明の釉薬の形成に使用する釉薬フリ
ットは、酸化物を生成する材料を混合し、この材料混合
物を溶融ガラスを生じるのに十分に高い温度でガラス溶
融炉に装入し、次いで該ガラスを水中に注入するか或は
水冷ロール間に通してフリット化することによって製造
することが出来る。フリット化工程は酸化性雰囲気或は
溶融及び融解する混合物中に酸素に富んだ成分を含ませ
て行うことが好ましい。このフリットは慣用の粉砕技術
で粉砕いて粉末にすることが出来る。乾燥又は溶融形態
で釉薬を使用する方法も存在するが、骨灰磁器用に使用
する慣用の方法は、水をベースとした微粒子のスラリ
ー、即ち化粧土(slip)の形態であり、基体は浸漬法或は
噴霧法で被覆される。この釉薬化粧土はキャリヤーであ
る媒体の水に加えて、単一の粉砕フリットのみからなっ
ていてもよいし、或はフリット、鉱物、不溶性の製造薬
品並びに少量の流動調整剤から構成され得る。これらの
後者の構成成分としては、凝集剤、凝集防止剤、バイン
ダー、湿潤剤、消泡剤を含み得、又、識別の目的で有機
の染料も含み得る。本発明の釉薬は場合によっては1種
又はそれ以上の顔料も含有し得る。
【0016】セラミック物品に釉薬を被覆する方法は本
発明の中心課題ではなく、いずれの実施可能な方法も許
容することができる。最終の釉薬を形成する成分の実際
の混合及び構成成分の形態は、本明細書に記載の本発明
から外れることなく変更することができる。本明細書の
説明は本発明の要旨の実施態様の単なる説明であり、本
発明はそれらの説明に限定されるものではない。本発明
の釉薬は1060℃−1140℃の範囲の施釉温度を有
しており、骨灰磁器に適当に使用することができる。本
発明で使用する”施釉温度”(grazing temperature)と
いう用語は、その釉薬が溶融して釉薬で被覆されるべき
セラミック基体に平滑で均一な被膜を生じるのに十分に
流動する温度を意味している。この施釉温度は時には焼
成又は施釉温度とも称される。本発明の釉薬は全体で2
−20重量%の量のCaO、MgO、SrO又はBaO
の少なくとも1種を含有する。これらの酸化物の混合物
は有利に使用することができる。しかしながら、その毒
性の点から本発明の釉薬中のBaO含有量は2重量%以
下に保持されかつ0にするのが好ましい。又、本発明の
釉薬は全体で1−10重量%の量でLiO、Na
又はKOの少なくとも1種を含有することができる。
【0017】本発明の釉薬は酸化アンチモンや、同様の
酸化バリウムを含有し得るが、その使用は望ましいとは
考えられず、従ってその添加量は5%以下に維持すべき
であり、0%であることが好ましい。本発明の釉薬はま
た前記の如き種々の任意成分(添加剤)を含有し得る。
適当な量のZrO及び/又はTiOを添加すること
は、ZrOが釉薬の耐アルカリ・耐洗剤性を改善する
ので有利であり、一方、TiOの添加はガラスの耐酸
性を向上させるであろう。高い原子価の元素(例えばZ
+4、Ti+4、Nb+5)を添加すると結晶化が促
進される。従ってこれらの元素を有意の量で添加するこ
とによりある種の用途では望ましい不透明或は部分的に
不透明な釉薬を生じる。本発明の釉薬中にZnOを使用
する場合には、その量は2重量%以下の量で使用するこ
とが好ましい。本発明の釉薬中にWOを使用する場合
には、3重量%以下の量で使用することが好ましい。本
発明の釉薬中にMoOを使用する場合には2重量%以
下の量で使用することが好ましく、1重量%未満が更に
好ましい。2重量%以上の量では釉薬を不透明にする傾
向があるであろう。
【0018】本発明の釉薬に包含させる好ましい稀土類
元素酸化物は酸化ランタンである。又、本発明はその範
囲内にセラミック基体を施釉する方法も含み、該方法は
前記の釉薬組成物でセラミック基体を被覆しかつ被覆し
たセラミック基体を1100℃±40℃の焼成温度で焼
成することからなる。本発明の方法によって被覆される
セラミック基体は骨灰磁器であることが好ましい。
【実施例】次に本発明を以下の実施例を参照して更に詳
しく説明する。実施例1 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 39.92 Al 7.37 CaO 5.07 MgO 0.13 KO 0.52 NaO 3.89 B 6.28 LiO 0.50 Bi 36.32 このフリットを冷却し粉砕して微粉末とした。
【0019】釉薬化粧土は、上記フリットを水中でボー
ルミルを使用して、第二の鉛を含有しないフリット、陶
土、ナトリウム長石、ボールクレイ及びベントナイトを
適当な比率で混合して次の最終組成を有する釉薬を調製
した。 成 分 重 量 % SiO 43.76 Al 9.62 CaO 6.69 MgO 0.08 KO 1.02 NaO 5.48 B 9.62 LiO 0.32 Bi 23.78 骨灰磁器基体上に被覆しついで1060℃の温度で焼成
したところ、非常に光沢の高い平滑な釉薬層が得られ
た。上記の釉薬は78.9×10−7−1の熱膨張係
数と625℃の軟化温度を有していた。又、この釉薬
は、n=1.575±0.005の屈折率を有してい
た。
【0020】実施例2 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 47.37 Al 6.51 CaO 9.79 KO 1.43 NaO 1.27 B 9.34 Bi 24.29 このフリットを冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬化粧
土は、86部の上記フリットと14部の陶土とを水中で
ボールミルを使用して分散させ、次の最終組成(重量基
準)を有する釉薬を調製した。 SiO 48.17 Al 10.44 CaO 8.74 KO 1.49 NaO 1.13 B 8.34 Bi 21.69 骨灰磁器及び細粒磁器基体上に被覆しついで1080℃
の温度で焼成したところ、いずれの場合にも非常に光沢
の高い平滑な釉薬層が得られた。上記の釉薬層は63.
7×10−7℃−1の熱膨張係数と628℃の軟化温度
を有していた。又、この釉薬は、n=1.570±0.
005の屈折率を有していた。
【0021】実施例3 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % Bi 75.14 SiO 19.38 Al 5.48 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、32.27部の上記フリットと57.16部
の2種の他のリチウム、ナトリウム、カリウム及びカル
シウムアルミナ硼硅酸塩+10.63部の陶土と一緒の
水中でボールミル処理して調製した。焼成したところ、
この釉薬化粧土は表1に示す釉薬層を生じた。この釉薬
化粧土を骨灰磁器上に1080℃で焼成して得られた特
性と性質も表1に示した。
【0022】実施例4 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % Bi 75.14 SiO 19.38 Al 5.48 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、上記フリットと更に2種のアルカリ性アルミ
ナ硼硅酸塩フリット、ソーダ長石、陶土、ボールクレ
イ、ベントナイト、石灰石、アルミナ、シリカ、酸化亜
鉛、バライト及び石膏を適当な量でボールミルによって
水中で一緒に混合して調製した。このものを焼成したと
ころ、表1に示した釉薬層が得られた。この釉薬化粧土
を骨灰磁器上に1080℃で焼成して得られた特性と性
質も表1に示した。
【0023】実施例5 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 43.37 Al 6.51 CaO 9.79 KO 1.43 NaO 1.27 B 9.34 Bi 24.29 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、 81.90部のフリット 13.33部の陶土 4.76部のNd を水中で一緒にボールミル処理して調製した。骨灰磁器
上で1080℃で焼成したところ、表1に示した組成と
特性を有する釉薬層が得られた。
【0024】実施例6 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 43.37 Al 6.51 CaO 9.79 KO 1.43 NaO 1.27 B 9.34 Bi 24.29 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、 68.26部のフリット 11.11部の陶土 20.63部のシリカ を水中で一緒にボールミル処理して調製した。骨灰磁器
上で1120℃で焼成したところ、表1に示した組成と
特性を有する釉薬層が得られた。
【0025】実施例7 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 43.37 Al 6.51 CaO 9.79 KO 1.43 NaO 1.27 B 9.34 Bi 24.29 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、 71.68部のフリット 11.67部の陶土 16.65部のSrCO を水中で一緒にボールミル処理して調製した。骨灰磁器
上で1080℃で焼成したところ、表1に示した組成と
特性を有する釉薬層が得られた。
【0026】 実施例8(参考例) 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO2 37.07 Al2O3 19.54 Na2O 2.48 Li2O 2.48 K2O 7.44 MgO 2.48 CaO 3.71 SrO 9.92 BaO 2.48 Bi2O3 12.39 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、 73.56部のフリット 10.73部の陶土 8.91部の石灰(CaCO3) 5.00部のZrO2 を水中で一緒にボールミル処理して調製した。骨灰磁器
上で1080℃で焼成したところ、表1に示した組成と
特性を有する釉薬層が得られた。
【0027】実施例9 下記の組成を有するガラスフリットを調製した。 成 分 重 量 % SiO 43.37 Al 6.51 CaO 9.79 KO 1.43 NaO 1.27 B 9.34 Bi 24.29 上記材料をフリット冷却し粉砕して微粉末とした。釉薬
化粧土は、 81.91部のフリット 13.33部の陶土 4.76部のCa(PO)(骨灰) を水中で一緒にボールミル処理して調製した。骨灰磁器
上で1080℃で焼成したところ、表1に示した組成と
特性を有する釉薬層が得られた。
【表1】 表1
【表2】 表1の続き
【表3】 表1の続き
【表4】 表1の続き
【0028】実施例10−21 特定の要求に応える為に変性しかつ着色釉薬調合物にす
る任意成分を使用した例を実施例10−21で説明す
る。任意成分の役割は実施例2の釉薬に単独に添加した
ときのそれらの効果によって示した。実際には任意成分
は最適の効果を達成するために他の濃度でも、組み合わ
せでも使用でき、かつ多くの場合に使用されるであろ
う。これらの任意成分はここでは本発明の範囲を例示す
るものであって本発明がそれらに限定されるものではな
い。実施例10−21の釉薬は実施例2に記載した方法
で製造した。最初に適当な組成のガラスを約1300℃
で溶融し、フリット冷却し、粉砕して粉末にし、次いで
14重量%の陶土と水中でボールミルで混合して釉薬化
粧土を調製し、焼成して表2に記載した釉薬組成物とし
た。全ての実験は同一の操作に従って行った。骨灰磁器
のテスト片(板)を釉薬化粧土で被覆し乾燥し、これら
を5.9℃/min.で1100℃に45分間保持して
加熱し、5.9℃/min.で室温に冷却した。施釉し
た骨灰磁器基体の外観も表2に示した。
【表5】 表2
【表6】 表2の続き
【表7】 表2の続き
【表8】 表2の続き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アイヴアン・ウオツニーク イギリス国.エステイ3・5テイイー. ストーク−オン−トレント.ロントン. アダーレー・グリーン.チエツクレー・ グローブ.7 (56)参考文献 特開 昭56−129634(JP,A)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の成分: SiO2 35−60 % Bi2O3 5−45 % Al2O3 5−20 % B2O3 1−15 % CaO、MgO、SrO又はBaOの少なくとも1種 2−20 % Li2O、Na2O又はK2Oの少なくとも1種 1−10 % TiO2 0−10 % ZrO2 0−2.5 % SnO 0−10 % Nb2O5 0−5 % Ta2O5 0−5 % Sb2O3 0−5 % 希土類元素の酸化物 0−10 % ZnO 0−10 % P2O5 0−10 % MnO3及び/又はWO3 0−5 % 弗化物イオン 0−5 % (上記の%は、全て、組成物の全重量に基づく重量%で
    ある)からなり(但し、BaOは2重量%以上の量で含有
    されていないものとする)かつ鉛及びカドミウムを実質
    的に含有していない釉薬組成物であって、かつ、1100±
    40℃の焼成温度と50−90 x 10-7-1の熱膨脹係数を有
    することを特徴とする骨灰磁器及び細粒磁器上で使用す
    るための釉薬組成物。
  2. 【請求項2】 10−25重量%のBi2O3を含有する、請求
    項1に記載の釉薬組成物。
  3. 【請求項3】 45−60重量%のSiO2を含有する、請求項
    1又は2に記載の釉薬組成物。
  4. 【請求項4】 7−15重量%のAl2O3を含有する、請求項
    1〜3のいずれかに記載の釉薬組成物。
  5. 【請求項5】 4−10重量%のB2O3を含有する、請求項
    1〜4のいずれかに記載の釉薬組成物。
  6. 【請求項6】 1060℃−1140℃の温度で焼成される、か
    つ少なくとも1.45の屈折率を有する、請求項1〜5のい
    ずれかに記載の釉薬組成物。
  7. 【請求項7】 顔料を更に含有する、請求項1〜6のい
    ずれかに記載の釉薬組成物。
  8. 【請求項8】 セラミック基体を請求項1〜7のいずれ
    かに記載の釉薬組成物で被覆し、かつ被覆したセラミッ
    ク基体を1100±40℃の施釉温度で焼成することからなる
    セラミック基体の施釉方法。
  9. 【請求項9】 セラミック基体が骨灰磁器又は細粒磁器
    である請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 セラミック基体を浸漬法又は噴霧法で
    被覆する請求項8又は9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 請求項8−10のいずれかに記載の方
    法で施釉された骨灰磁器又は細粒磁器。
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