专利名称：一种微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法
技术领域：
本发明属无机非金属材料(陶瓷)领域，具体涉及一种微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法。
背景技术：
目前陶瓷生产中使用的黑色色料中除(Cr，Fe)203为刚玉型外，其它均为尖晶石型色料，如 Fe0.Fe2O3, Co-Cr-Fe, Co-Mn-Fe, Co-Mn-Cr-Fe, Co-N1-Cr-Fe，Co-Mn-N1-Cr-Fe,Co-Mn-Al-Cr-Fe, Co-N1-Cr-Fe-Si等。尖晶石型色料虽然结构稳定，具有耐高温、对气氛敏感性小与化学稳定性好的特点，但这些色料只在石灰釉中呈色最好，并要求石灰釉中无锌、无镁，或低锌、低镁。这些色料在钙镁釉中是不稳定的，多数情况下是形成更稳定的尖晶石，使之成为灰色或灰绿色；而在钙锌釉中虽然稳定，但颜色不正、黑中带红棕色，且容易使釉起泡。而黑色色料FeO^Fe2O3容易受气氛的影响。锰虽然有利于黑色色料呈色，但它往往会导致釉中产生气泡。钴是鲜明的黑色色料所不可缺少的成分，但如果合成不好会是色料泛绿或泛红，而且要制备鲜艳的黑色色料，其氧化钴的用量较多，而氧化钴的价格贵，在建筑陶瓷生产中使用的一种黑色渗花釉，其呈色的成分是钌盐，钌是一种贵金属，其价格是金的几十倍。综上所述这些黑色色料现有的制备技术，均存在一定的不足。要么受到气氛的影响(如Fe0.Fe2O3)、要么受到釉的成分的影响、要么价格十分的昂贵等。色料的稳定性一直是陶瓷生产中的难题、尤其是高温(1300°C )色料，目前只有硅酸锆包裹的镉硒红(黄)色料是高温稳定的色料，而其他颜色的包裹色料的开发应用尚未见到报道。因此，开发一种高温下能稳定发色的黑色包裹色料具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降低生产成本、提高产品性能的微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法。为解决以上技术问题，本发明的技术方案是:一种微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，依次包括如下步骤:
①将工业纯无水ZrCl4加入到工业纯Si(OC2H5)4溶液中，控制Zr+4与Si+4摩尔比为I: 1.2，在室温下高速搅拌20分钟后形成凝胶混合物A ；
②将烘干的碳黑、LiF加入到无水乙醇中，控制碳黑、LiF的用量为:碳黑:LiF:Zr+4的摩尔比为0.25^0.35:0.3:1，无水乙醇的用量与Si (OC2H5) 4溶液的用量相同，得到混合液B ;
③将B混合液高速搅拌20分钟后用超声波处理20分钟，然后再高速搅拌20分钟；
④将A与B相互混合并搅拌均匀，然后置于110°C油浴锅中回流加热得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶置于烘箱中干燥，获得干凝胶；
⑤将干凝胶装入坩埚内采用加盖微波加热的方法合成黑色色料，合成温度为90(Tl000°C，合成时间为I (Tl 5分钟，保温15分钟。所述碳黑优选高色素碳黑或高耐磨碳黑或乙炔碳黑。
所述碳黑粒度< 25纳米。所述微波加热的频率为2.45GHz ο上述黑色色料包裹率彡55%、平均粒度彡10 μ m、使用温度为1300°C。本发明的创新之处在于采用微波加热法在90(Tl00(rC温度下合成出包裹率高的黑色色料，该黑色色料与现有黑色色料相比有以下特点:
1、包裹色料呈色纯正稳定，不会受釉的成分、烧成气氛等因素的影响；
2、包裹色料使用温度达1300°C；
3、包裹色料的制备工艺简单、合成速度快、包裹率高、成本低。4、与常规加热方法相比，色料合成温度可以降低100°C。
具体实施例方式下面用具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。实施例一:
硅酸锆包裹碳黑制备黑色色料的工艺流程为:
第I步、将工业纯无水ZrCl4加入到工业纯Si (OC2H5)4溶液中，控制Zr+4与Si+4摩尔比为1: 1.2，在室温下高速搅拌20分钟后形成凝胶混合物A ；
第2步、将烘干的高色素碳黑、LiF加入到无水乙醇中；控制碳黑、LiF的用量为:碳黑:LiF: Zr+4的摩尔比为0.35:0.3:1，无水乙醇的用量以与Si (OC2H5) 4溶液同体积为准，得到混合液B;
第3步、将B混合液高速搅拌20分钟后用超声波处理20分钟，然后再高速搅拌20分
钟；
第4步、将A与B相互混合并搅拌均匀，然后置于110°C油浴锅中回流加热得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶置于烘箱中干燥，获得干凝胶；
第5步、将干凝胶料装入坩埚内采用加盖微波加热的方法合成黑色色料，合成温度为1000°C，合成时间为10分钟，保温15分钟，合成微波频率为2.45GHz，整个加热过程不需要密封和气氛保护。实施例二:
硅酸锆包裹碳黑制备黑色色料的工艺流程为:
第I步、将工业纯无水ZrCl4加入到工业纯Si (OC2H5)4溶液中，控制Zr+4与Si+4摩尔比为1: 1.2，在室温下高速搅拌20分钟后形成凝胶混合物A ；
第2步、将烘干的高耐磨碳黑、LiF加入到无水乙醇中；控制碳黑、LiF的用量为:碳黑:LiF: Zr+4的摩尔比为0.3:0.3: 1，无水乙醇的用量以与Si (OC2H5) 4溶液同体积为准，得到混合液B ；
第3步、将B混合液高速搅拌20分钟后用超声波处理20分钟，然后再高速搅拌20分
钟；
第4步、将A与B相互混 合并搅拌均匀，然后置于110°C油浴锅中回流加热得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶置于烘箱中干燥，获得干凝胶；
第5步、将干凝胶料装入坩埚内采用加盖微波加热的方法合成黑色色料，合成温度为950°C，合成时间为12分钟，保温15分钟，合成微波频率为2.45GHz，整个加热过程不需要密封和气氛保护。实施例三:
硅酸锆包裹碳黑制备黑色色料的工艺流程为:
第I步、将工业纯无水ZrCl4加入到工业纯Si (OC2H5)4溶液中，控制Zr+4与Si+4摩尔比为1: 1.2，在室温下高速搅拌20分钟后形成凝胶混合物A ；
第2步、将烘干的乙炔碳黑、LiF加入到无水乙醇中；控制碳黑、LiF的用量为:碳黑:LiF: Zr+4的摩尔比为0.25:0.3:1，无水乙醇的用量以与Si (OC2H5) 4溶液同体积为准，得到混合液B;
第3步、将B混合液高速搅拌20分钟后用超声波处理20分钟，然后再高速搅拌20分
钟；
第4步、将A与B相互混合并搅拌均匀，然后置于110°C油浴锅中回流加热得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶置于烘箱中干燥，获得干凝胶；
第5步、将干凝胶料装入坩埚内采用加盖微波加热的方法合成黑色色料，合成温度为900°C，合成时间为15分钟，保温15分钟，合成微波频率为2.45GHz，整个加热过程不需要密封和气氛保护。上述实施例1-3所制得黑色色料的包裹率和平均粒度值进行表征结果如下:
权利要求
1.一种微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，依次包括如下步骤: ①将工业纯无水ZrCl4加入到工业纯Si(OC2H5)4溶液中，控制Zr+4与Si+4摩尔比为I: 1.2，在室温下高速搅拌20分钟后形成凝胶混合物A ； ②将烘干的碳黑、LiF加入到无水乙醇中，控制碳黑、LiF的用量为:碳黑:LiF:Zr+4的摩尔比为0.25^0.35:0.3:1，无水乙醇的用量与Si (OC2H5) 4溶液的用量相同，得到混合液B ; ③将B混合液高速搅拌20分钟后用超声波处理20分钟，然后再高速搅拌20分钟； ④将A与B相互混合并搅拌均匀，然后置于110°C油浴锅中回流加热得到前驱体溶胶，然后将前驱体溶胶置于烘箱中干燥，获得干凝胶； ⑤将干凝胶装入坩埚内采用加盖微波加热的方法合成黑色色料，合成温度为90(Tl000°C，合成时间为I (Tl 5分钟，保温15分钟。
2.根据权利要求1所述的微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，其特征在于:所述碳黑优选高色素碳黑或高耐磨碳黑或乙炔碳黑。
3.根据权利要求2所述的微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，其特征在于:所述碳黑粒度< 25纳米。
4.根据权利要求1所述的微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，其特征在于:所述微波加热的频率为2.45GHz。
5.根据权利要求1-4任一所述的微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，其特征在于:所述黑色色料包裹率≥ 50%、平均粒度≤10 μ m、使用温度为1300°C。
全文摘要
本发明公开一种微波合成硅酸锆包裹碳黑色料的制备方法，采用高色素碳黑或高耐磨碳黑或乙炔碳黑为原料利用微波加热法在900~1000℃温度下合成出包裹率高的黑色色料，该合成方法工艺简单、合成速度快、合成温度低，制得的黑色色料呈色纯正、性能稳定、使用温度高达1300℃，可广泛应用于各类陶瓷产品的高温釉料中，具有较高的经济价值。
文档编号C04B41/86GK103113136SQ20131007266
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者刘阳, 刘明泉 申请人:景德镇陶瓷学院