一种新型纳米钒锆蓝陶瓷色料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型纳米钒锆蓝陶瓷色料及其制备方法，包括：将锆源、硅源、钒源与溶剂混合，形成凝胶；调节所得凝胶pH至8～13后，再于200～230℃下水热反应20～24小时，得到前驱物；将所得前驱物在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到纳米钒锆蓝陶瓷色料。本发明专利技术采用凝胶/水热法制备前驱体和后续煅烧工艺制备出钒锆蓝陶瓷色料。其中凝胶过程使制备的色料均匀性好，纯度高。水热过程是在液相环境下进行反应，所形成产物分散性能好、结晶完整且能够有限降低团聚程度。后续煅烧则简化了生产工艺过程，对设备要求低，且缩短了煅烧反应时间。

A new type of nano vanadium zirconium blue ceramic pigment and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种新型纳米钒锆蓝陶瓷色料及其制备方法
本专利技术涉及一种陶瓷色料的制备工艺，具体属于陶瓷制备

技术介绍
硅酸锆是一种重要的硅酸盐无机材料，以硅酸锆为载体的锆基色料最早出现是1948年，美国人C.A.Seabright首次专利技术了钒掺杂硅酸锆的蓝色色料，该色料是着色离子钒固溶在锆英石中制成([1]C.A.Seabright.(陶瓷颜料)Ceramicpigments.U.S.Patent.2(1948)441-407)。20世纪50、60年代，随着稀土化工技术的迅速发展，已经可以制备出较为纯净的稀土元素化合物，1952-1956年，日本研制成功了以稀土元素镨为着色剂的黄色锆基色料([2]E.Kato,H.Takashima.(名古屋工业技术学报)NagoyaKogyoGijutsuShikenshoHokaku.5(1956)147-150)。1961年，Seabright又进一步改进了钒锆蓝色料的制备工艺，并且专利技术了氧化铁掺杂硅酸锆的锆铁红色料([3]C.A.Seabright.(美国专利)USPatent.(1965)3166430)。由于锆基色料具有高温稳定性好、透明性好、耐腐蚀性强且膨胀系数较小等优异性能，自发现以来就备受关注并得到了广泛的应用。目前，陶瓷喷墨打印装饰技术已应用在陶瓷装饰中，通过将陶瓷色料制成陶瓷墨水，利用计算机控制打印机直接将陶瓷墨水打印到陶瓷表面。然而，较大粒度的色料并不能用来制备性能稳定的陶瓷墨水。因此关键在于制备粒度尺寸小且分布集中，纯度高，呈色稳定的超细陶瓷色料([4]黄朝阳,中国专利,(2006.01)CN104496546A)。陶瓷色料的制备方法主要有固相烧结法、化学沉淀法等。固相烧结法([5]张强,周学东.陶瓷学报.21(2000)121-124.)工艺相对简单，但制备超细色料时，需要将固相烧结的块体色料进行反复粉碎、洗涤、干燥、研磨等过程，使得工艺复杂，价格昂贵；化学沉淀法存在操作步骤复杂，工艺过程冗长等弊端。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纯度高，呈色稳定，粒径分布窄，钒锆蓝陶瓷色料的制备方法。一方面，本专利技术提供了一种纳米钒锆蓝陶瓷色料的制备方法，其特征在于，包括：将锆源、硅源、钒源与溶剂混合，形成凝胶；调节所得凝胶pH至8～13后，再于200～230℃下水热反应20～24小时，得到前驱物；将所得前驱物在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到纳米钒锆蓝陶瓷色料。本专利技术采用凝胶/水热法制备前驱体和后续煅烧工艺制备出钒锆蓝陶瓷色料。其中凝胶过程使制备的色料均匀性好，纯度高。水热过程是在液相环境下进行反应，所形成产物分散性能好、结晶完整且能够有限降低团聚程度。后续煅烧则简化了生产工艺过程，对设备要求低，且缩短了煅烧反应时间。较佳地，分别配制锆源溶液、硅源溶液和钒源溶液，将三者充分混合后形成凝胶。较佳地，所述锆源为氧氯化锆、氢氧化锆、四氯化锆中的至少一种；所述硅源为偏硅酸钠、偏硅酸钙、四氯化硅中的至少一种；所述钒源为偏钒酸铵或/和偏钒酸钠。较佳地，所述锆源、硅源、钒源的摩尔比为1：1：0.1～0.5。较佳地，所述溶剂为水或乙醇。较佳地，用氢氧化钠溶液调节所得凝胶pH至8～13。另一方面，本专利技术还提供了一种纳米钒锆蓝陶瓷色料。较佳地，所述纳米钒锆蓝陶瓷色料的晶粒尺寸在100～900nm。较佳地，所述钒锆蓝陶瓷色料为球形，长方形，正方形以及菱形颗粒。较佳地，所述纳米钒锆蓝陶瓷色料的CIEL*a*b*数值为(65～78)*(－13～－10)*(－24～－14)*。其中，b*值数值越小，颜色越偏蓝。本方法的优点在于采用溶液法制备，所需成本低，工艺简单，所用原料简单，易于批量生产。本专利技术制得的钒锆蓝陶瓷色料纯度高，呈色稳定，粒径分布窄，晶粒尺寸在100～900nm。附图说明图1为本专利技术制备所述纳米钒锆蓝陶瓷色料的工艺流程图；图2为实施例1中煅烧处理后最终产物的XRD图谱；图3为实施例2中煅烧处理后最终产物的XRD图谱；图4为实施例3中煅烧处理后最终产物的XRD图谱；图5为实施例4中煅烧处理后最终产物的XRD图谱；图6为实施例5中煅烧处理后最终产物的XRD图谱；图7为实施例1中煅烧处理后最终产物的SEM图像；图8为实施例2中煅烧处理后最终产物的SEM图像；图9为实施例3中煅烧处理后最终产物的SEM图像；图10为实施例4中煅烧处理后最终产物的SEM图像；图11为实施例5中煅烧处理后最终产物的SEM图像；图12为实施例1中煅烧处理后最终产物的L*a*b*图像；图13为实施例2中煅烧处理后最终产物的L*a*b*图像；图14为实施例3中煅烧处理后最终产物的L*a*b*图像；图15为实施例4中煅烧处理后最终产物的L*a*b*图像；图16为实施例5中煅烧处理后最终产物的L*a*b*图像；图17为实施例1中煅烧处理后最终产物的粒径分布曲线图；图18为实施例2中煅烧处理后最终产物的粒径分布曲线图；图19为实施例3中煅烧处理后最终产物的粒径分布曲线图；图20为实施例4中煅烧处理后最终产物的粒径分布曲线图；图21为实施例5中煅烧处理后最终产物的粒径分布曲线图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术以氧氯化锆、氢氧化锆、四氯化锆中的一种为锆源，偏硅酸钠、偏硅酸钙、四氯化硅中的一种为硅源，以偏钒酸铵、偏钒酸钠中的一种为钒原料，将其形成凝胶后进行水热反应得到前驱物，前驱物经过煅烧工艺最终制得钒锆蓝陶瓷色料。在一个示例中，按一定的比例称取上述原料，分别配制成一定浓度的溶液，将溶液混合，调节混合溶液的pH值，所得凝胶进行水热反应得到钒锆蓝色料的前驱物，前驱物经过煅烧工艺最终制得钒锆蓝陶瓷色料。以下示例性地说明本专利技术提供的钒锆蓝陶瓷色料的制备方法。以氧氯化锆、氢氧化锆、四氯化锆中的一种为锆源。以偏硅酸钠、偏硅酸钙、四氯化硅中的一种为硅源。以偏钒酸铵、偏钒酸钠中的一种为钒源。分别配制锆源的水或乙醇溶液，硅源的水或乙醇溶液和钒源的水或乙醇溶液，充分混合后形成凝胶。其中所述锆源、硅源和钒源的物质的量的比可为1：1：0.1～0.5。用碱调节所得凝胶pH至8～13后可装入聚四氟乙烯的反应釜，在200～230℃下水热反应20～24小时，得到前驱物。所采用的碱包括但不限于氢氧化钠溶液、如氢氧化钾溶液。将前驱物在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到所述纳米钒锆蓝陶瓷色料。本专利技术还可以参见图1详细说明钒锆蓝陶瓷色料的实验方案。本专利技术以偏硅酸钠、偏硅酸钙、四氯化硅中的一种为硅源制得溶液(溶剂为水或乙醇，浓度可为0.1～1mol/L)。将钒原料偏钒酸铵、偏钒酸钠中的一种与上述溶液均匀混合后得到混合溶液1。再将氧氯化锆、氢氧化锆、四氯化锆中的一种为锆源制得溶液(溶剂为水或乙醇，浓度可为0.1～1mol/L)与混合溶液1充分混合后(可通过搅拌、超声等方式进行混合)，得到混合溶液2(形成的凝胶)。但是，应理解，各原料的混合顺序不限于此，只要能最终形成凝胶即可。先以一定浓度的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为pH调节剂调节所得凝胶pH至8～13，目的是形成稳定的凝胶。将调节pH后的所得凝胶在200℃～230℃水热反应20～24h，经干燥后得到色料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米钒锆蓝陶瓷色料的制备方法，其特征在于，包括：将锆源、硅源、钒源与溶剂混合，形成凝胶；调节所得凝胶pH至8～13后，再于200～230℃下水热反应20～24小时，得到前驱物；将所得前驱物在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到纳米钒锆蓝陶瓷色料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米钒锆蓝陶瓷色料的制备方法，其特征在于，包括：将锆源、硅源、钒源与溶剂混合，形成凝胶；调节所得凝胶pH至8～13后，再于200～230℃下水热反应20～24小时，得到前驱物；将所得前驱物在800～1200℃下煅烧2～5小时，得到纳米钒锆蓝陶瓷色料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分别配制锆源溶液、硅源溶液和钒源溶液，将三者充分混合后形成凝胶。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锆源为氧氯化锆、氢氧化锆、四氯化锆中的至少一种；所述硅源为偏硅酸钠、偏硅酸钙、四氯化硅中的至少一种；所述钒源为偏钒酸铵或/和偏钒酸钠。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锆源、硅源和钒源的摩尔比为1：1：0.1～0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：高彦峰，邸雪，余子涯，陈长，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31