我国稀土资源非常丰富,产量居世界第二位。目前世界用于陶瓷、玻璃工业中的稀土元素,是指位于元素周期表中第三族、第六周期中的镧系元素,也包括性质相似的钪和钆在内各种元素的合称。稀土元素的化学活性很强,能生成极为稳定的氧化物、卤化物、硫化物等。在较低的温度下,它又能与氢、氮、磷、碳及其它元素作用生成各种化合物。稀土元素的氧化物是呈各种粉状物质,经高温煅烧,不溶于水,难溶于酸,是优良的釉用原料。
稀土元素的电子层结构特殊,由于外层电子的屏蔽作用,使稀土元素的离子或溶解于氧化物中的稀土,都能显示各自的颜色。另外,稀土元素的电子层多而复杂,电子受光激发后,增加跳跃的电子。所以,稀土元素的光谱线就长于过硫金属元素的光谱线,电子能级和谱线都比其它元素更多种多样化。它们可以吸收或发射从紫外光、可见光到红外光区域的各种波长电磁辐射。因此,稀土元素呈色多姿多彩,且颜色纯净,光透性强,有些元素还有变色效应,可作为陶瓷釉料中的变色剂。
稀土元素的陶瓷上的应用,主要就是利用了稀土独特的光学性能,来作为着色或助色原料。
陶瓷上使用稀土的历史,最早可追朔到我国的龙泉青瓷。龙泉青瓷原料中使用的紫金土中,就含有微量的镧、镱、钆等稀土元素,由于镧、镱、钆和铜、铁、钴等离子进行组合,出现了新的吸收光谱,因而获得了晶莹润泽、表翠如玉的釉色,达到青瓷历史上的最高水平。
稀土中的镨最早应用于玻璃、陶瓷制品中。它在陶瓷中是一种稳定纯正、着色力强的釉用原料。它在还原中烧成,呈无色;在氧化中烧成,呈鲜艳的向阳黄,即镨黄。氧化镨还可与五氧化二钡配置成艳丽明快的苹果绿,称为镨绿,镨绿混合着色为灰色,再加入硒化锌为淡紫色;镨绿混合加入少量钴,使釉色呈鲜艳的亮灰色。
稀土中镧在瓷釉中呈白色,可使釉面晶莹光泽,起到光泽剂的作用;铈在瓷釉中呈黄色,铈还可制成白度很高、遮盖力强的陶瓷乳浊剂,遮盖能力优于锌、锆等乳浊剂 ,使釉面光泽莹润,还能减少龟裂;铈钛的系列颜料,不仅呈现黄色系列,还可与其它色素配合得到绿、琥珀、灰等颜色;稀土中的钐在陶瓷釉料中,可作黑釉的助色剂。
在陶瓷釉料中引入稀土中的钕元素,可使产品具有变色效应,在不同光源在照射下,使产品呈赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫六种变换的颜色。如在结晶釉中引入变色剂钕,可使结晶花更具迷人效果。稀土中的铒也变色效应,而且比钕混合作用,由于着色离子色调的加合作用,会有更多的可变色调,使变色效果愈趋丰富。 总之,稀土在陶瓷中的应用研究,在我国万兴未艾,应用前景非常广阔,但尚有诸多课题,有待进一步深入而加以利用。
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