如何提高陶瓷釉料的始熔温度

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氧化硼对釉料及微晶玻璃性能的影响-天元航材

1 对釉料及微晶玻璃(包括玻璃)的熔化温度的影响
三氧化二硼(B2O3)成分是最有效的强熔剂之一。它作为强熔剂体现在两个方面。一方面三氧化二硼的加入,降低了配料系统的液相线温度。有人作过研究,对于硼硅酸盐的玻璃相,每1%的B2O3就可以降低液相线温度达35~60℃。对于含碱金属氧化物比较少的硼硅酸盐玻璃相来说,这种作用较大;而对于含碱金属氧化物比较多的硼硅酸盐玻璃相来说,这种作用较小。三氧化二硼作为强助熔剂体现的第二个方面是,它会加速、强化熔化过程。特别是三氧化二硼较少时,这种加速熔化过程更为显著。有人提出,平均每加1%的B2O3将能缩短熔化时间达20%~30%。
2 对釉料及微晶玻璃(包括玻璃)的黏度的影响
三氧化二硼对釉料及微晶玻璃的粘度的影响依其加入量的多少、所处温度而变。在温度的影响方面,一般来说,在玻璃转变点到软化点的低温范围内,它不会降低玻璃熔体的粘度,反而比Na2O、PbO的降低粘度作用差。当然在这一温度范围内,B2O3替代SiO2则会明显降低粘度,特别在B2O3≤10%范围内更是如此。而在较高温度范围内,B2O3总是能够大幅度降低体系的粘度,即使在1100℃左右的中温范围内,这种作用仍然较为明显。三氧化二硼的降低体系粘度的作用可与氧化锌媲美。
综合上述温度不同、粘度影响也不同的作用可以看出,与碱金属成分相比,三氧化二硼对粘度的影响也有短性的趋势。但与SiO2、Al2O3耐高温成分相比,它们降低粘度的作用是全温度范围的。在添加量影响方面,由于硼同时会有两种配位(3或4),同时硼又是缺电子元素,可与碱金属生成一系列化合物,所以B2O3成分的多少对体系粘度的影响呈现复杂性。一般来说,在低含量范围内,随着B2O3含量的增加,其降低体系粘度的作用呈现增加趋势。但在高含量的范围内,其降低体系粘度的作用则呈现减小的趋势。随着三氧化二硼加入量的进一步增多,反而会使粘度增加。不过,对所有釉料及微晶玻璃而言,它们的B2O3加入量都没有达到形成“硼反常”的高含量的范围,所以三氧化二硼对粘度都表现为大幅度降低的作用。
3 对釉料及微晶玻璃的热膨胀性能的影响
在通常的添加量的范围内,三氧化二硼会降低釉料及微晶玻璃的热膨胀系数,提高它们的抗热冲击强度,这也有利于匹配陶瓷坯体的性能。三氧化二硼降低热膨胀的性能来源于两个因素:一是三氧化二硼的加入可以减少增加热膨胀系数的碱金属氧化物成分的加入量;另外,B-O较高的键强度,再加上在B2O3≤15%的条件下,硼取配位数为4的结构状态,这种状态会强化硼铝硅酸盐玻璃相的网络结构,致使这些釉料及微晶玻璃的玻璃相的热膨胀系数降低,在加合性计算硼铝硅酸盐玻璃相的热膨胀系数时,硼的加合因子都取负值。
硼降低热膨胀系数的作用和降低熔化温度、粘度作用的结合,使它成为研制釉料及微晶玻璃时优先选择的原料成分。不过,需要注意的是,研制高硼釉和玻璃时要注意硼反常现象。当添加超高含量的三氧化二硼时,会由于导致硼取3配位数的(BO3)三角体的增多,而这种三角体与其它基团联结多以属于氢键等弱键的形式,松弛了玻璃网络结构,这时增加B2O3的含量反而会造成热膨胀系数的增加,这就是硼反常的现象。

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