摘要
钛酸铝(Al2TiO5，简称AT)具有良好的抗玻璃熔融腐蚀性能，有两个不同价态的掺杂位点，与其它陶瓷色基相比，优势明显。尽管钛酸铝中温(800-1250℃)易分解，但其热分解可以通过离子掺杂来有效抑制。因此，钛酸铝有望成为一种理想的高温陶瓷色基材料。本文开发新型钛酸铝基陶瓷色料，主要研究内容与结论如下： 以Ni2O3为着色剂制备了钛酸铝基绿色陶瓷色料。对色料的制备工艺和呈色机理进行研究。结果表明Ni2O3不仅能促进钛酸铝相的合成，而且镍离子还能进入钛酸铝晶格起到着色和稳定化钛酸铝效果。制备镍掺杂钛酸铝基绿色陶瓷色料的最优工艺参数为：镍添加量为15mol%，合成温度为1400℃。制得色料的颗粒大小均匀(D50=2.02μm，D90=4.05μm)，晶相纯度较高，色料的耐酸碱腐蚀性和呈色(L*=62.02，a*=-19.24，b*=29.57)性能好。色料在基础透明釉中的应用也呈现出较好的绿色调。呈色机制的研究结果表明：镍以Ni2+形式取代Al3+离子掺杂进入钛酸铝晶格的八面体位置，Ni2+最外层电子对可见光选择性吸收发生3A2g(3F)→3T1g(3F)的电子跃迁，进而在540nm(18518cm-1)产生宽吸收带，对应于绿光的可见漫反射。 在以上研究的基础上，为进一步降低色料与釉呈色的差异，提高镍掺杂钛酸铝基绿色陶瓷色料的热稳定性，抑制钛酸铝的分解，采用复合镁掺杂的形式对色料进行了稳定化掺杂改性的研究。研究发现：优选振动磨机械球磨的方式混料，优选nAl/nTi=1.85可以进一步制备出无杂相钛酸铝基绿色陶瓷色料。镁复合稳定化改性镍掺杂钛酸铝基绿色陶瓷色料的优化工艺为：优选四水醋酸镁为镁源，镁添加量为15mol%。制得的色料呈苹果绿(L*=71.33，a*=-18.42，b*=22.96)色，色料粒径分布均匀(D50=4.72μm，D90=10.3μm)，适合用于陶瓷釉用。Mg和Ni均匀分布于钛酸铝色料颗粒中，结合XRD测试结果的精修，综合说明合成了较好的镍镁共掺杂钛酸铝色料(Al2-x-yNixMgyTiO5-(x+y)/2)。同时Mg2+离子引入会使得氧空位增加，引起Ni2+的结合能正向偏移；漫反射光谱可见光区峰位置由540nm偏移到530nm，镁稳定化掺杂降低了色料的绿度值，色料在530nm(18868cm-1)的可见光区有一个较宽的反射峰，色料整体呈明亮的淡绿色。结合镁离子掺杂对色料稳定性的改善，大大降低了色料和最终釉面的呈色差异。色料在1200℃保温10h后色料色度变化较小(L*=72.51，a*=-18.16，b*=20.94)，在基础透明釉中应用和抗酸碱腐蚀研究中，表现出良好的热稳定性和化学稳定性。
NETL