之前很多陶瓷色釉料相關(guān)的國內(nèi)外書籍和學(xué)術(shù)論文中，都有提及色料的制備過程、影響因素，卻沒有深入分析色料合成的機理。直到去年在安東尼·韋斯(Anthony.　R.　Wes)編寫的《固體化學(xué)及其應(yīng)用》一書中，看到了鎂鋁尖晶石合成機理的研究，給筆者帶來非常大的震撼。因為從方法論的角度來分析，了解物理化學(xué)反應(yīng)的機理有助于分析該反應(yīng)的各種條件，進而可控制該反應(yīng)的加速或減慢。本文通過分析尖晶石的合成機理，換一個有趣的角度來探討陶瓷色料的制備工藝。

　　一、尖晶石的合成機理

　　佩蒂特(Pettit)等人通過以氧化鎂(MgO)與氧化鋁(Al2O3)為原料合成鎂鋁尖晶石(MgAl2O4)，研究了高溫固相反應(yīng)法合成尖晶石的機理。(1)緊密接觸。氧化鎂和氧化鋁反應(yīng)時，需要相互緊密接觸，共享一個公用面。(2)形成晶核。加熱后，在接觸面上局部反應(yīng)生成一層鎂鋁尖晶石晶核。(3)離子繼續(xù)擴散。形成晶核后，鎂離子、鋁離子要不斷通過已形成的氧化鎂—鎂鋁尖晶石和鎂鋁尖晶石—氧化鋁的兩個界面而擴散到新的反應(yīng)界面時，反應(yīng)才能持續(xù)進行。

　　二、影響反應(yīng)速率的因素

　　該反應(yīng)非常困難，這是因為：①在形成晶核階段，鎂離子、鋁離子被束縛在它們晶體的格點位置上，要生成鎂鋁尖晶石晶核非常困難。要成核，氧化鎂、氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)需要重新排列，化學(xué)鍵必須斷裂和重新組合。僅在極高溫度時，鎂離子、鋁離子才具有足夠的熱，使之能從正常位置上跳出并通過晶體擴散來成核。②在離子繼續(xù)擴散階段，離子擴散要比形成晶核更困難，即使在高溫下，擴散速度也很慢，需要經(jīng)過較長的時間才能充分反應(yīng)。

　　從反應(yīng)機理歸納出影響反應(yīng)速度的因素有：1、反應(yīng)物間的接觸面積及其表面積;2、產(chǎn)物的成核速度;3、離子通過物質(zhì)，特別是通過產(chǎn)物的擴散速度。

　　三、對尖晶石色料制備工藝的探討

　　(1)原料的選擇

　　①選擇粒徑小的原料，可以提高固體間的接觸面積及其表面積;②原料的活性非常重要。硝酸鹽、氫氧化物能分解得到表面積大、反應(yīng)活性高的細(xì)顆粒氧化物。制備藍(lán)色噴墨色料用的氧化鋁，其供源可用氫氧化鋁【Al(OH)3】、硝酸鋁【Al(NO3)3】。③選擇有晶格缺陷、不穩(wěn)定、在晶型轉(zhuǎn)變階段容易產(chǎn)生微裂紋的晶相有助于發(fā)色離子的擴散。晶體中存在的缺陷，空位、間隙離子，特別是位錯通道，這些因素均能促進離子擴散。(2)合適的混料工藝

　　在通常的固態(tài)反應(yīng)中，原料先用機械方法混合均勻，原料的顆粒大小、混合的均勻性、顆粒間密切接觸等條件對反應(yīng)的速率有重要影響。選擇合適的原料混料工藝，能使原料充分混合與緊密接觸。濕法研磨相對于干法研磨，能減少團聚的發(fā)生。共沉淀法等液相法制備尖晶石，可以類似地理解為正離子已在原子尺度上進行混合。由于均勻地混合，后續(xù)燒結(jié)的溫度可以降低很多。(3)合適的燒成制度

　　①在允許限度內(nèi)，提高反應(yīng)溫度;②如果樣品組分有各種氧化態(tài)，而所要求的產(chǎn)物相是某一確定的氧化價態(tài)時，也需要注意控制反應(yīng)的溫度和氣氛。在合成含二價鈷(Co2+)物相時，就要使樣品與一種還原性氣氛保持接觸，以防止反應(yīng)過程中氧化生成三價鈷(Co3+);③可將燒結(jié)反應(yīng)不充分的色料，再次研磨進行復(fù)燒。(4)加入合適的礦化劑

　　礦化劑是為了促進色料合成的效果而加入的外加劑，是許多色料配方中不可缺少的組成部分。礦化劑的礦化效果主要表現(xiàn)在：通過增加缺陷、固溶等方式，降低色料的合成溫度，加深反應(yīng)的完全程度和提高色料的呈色性能。　(作者系國家陶瓷及水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心工程師)