陶瓷光致变色釉的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.选题的目的及意义(含国内外研究动态)

1.1研究目的与意义

近年来，随着人们物质生活水平的提高，对陶瓷制品的品质要求及需求也在逐步提高，。陶瓷艺术整体中，陶瓷装饰是表现最为直观、视觉效果最为明显的构成部分。因此色泽绚丽的陶瓷彩色色釉需求量不断增加。1985年，变色釉花瓶震惊香港陶瓷市场，国内多家陶瓷厂开始在变色釉领域开发研究。一般釉是异光同彩的，即其颜色不因照射光源的波长而影响。而变色釉，又称异光变色釉，是一种在基础釉料中加入稀土元素，产生具有特殊装饰效果的陶瓷艺术釉。这种釉在不同光源照射下，釉面呈呈现不同的颜色，而且这种光敏特性是可逆的。变色釉瓷器的诞生，改变了传统颜料釉陶瓷中色调单一、不能变化的缺点；增加了品种，扩大了销路，提高了档次。

随着建筑陶瓷的迅速发展 ,变色釉因具有独特的装饰效果也被大量用于釉面砖 ,但关于稀土氧化物对变色釉的影响规律、作用效果以及变色釉的制备工艺对其呈色效果的影响研究报道较少。本课题针将对此做出部分研究。通过在基础釉中添加入不同种类及不同量的稀土元素如Nd₂O_3,Y₂O_3,Er₂O_3,Sm₂O_3,设计变色釉组成，研究不同种类及不同量的稀土元素与基础釉的适应性及呈色。同时研究稀土元素的种类和添加量、烧成温度等制备工艺条件对变色釉呈色稳定性的影响。

现今社会，对于变色釉的工艺条件研究，“低温快烧”是主流方向，但是高温色釉的稳定性及其性能优点是其不具备的。因此如何在“低温快烧”的条件下达到更为优质的性能特点是本课题的一个创新研究之处。光致变色釉在陶瓷市场中多用于艺术陶瓷的装饰，但是其在太阳光、日光灯照射下呈现不同颜色的特点并没有得到广泛应用。将变色釉与其他功能陶瓷、艺术陶瓷相结合，研制出更具备市场适用性陶瓷产品是本课题的另一个创新点。

通过本次研究，探讨材料组成、制备工艺、结构与性能的关系。从而设计出原料廉价、工艺简单、效果性能极佳的变色釉。同时对降低生产成本，保护环境，节约能源推进陶瓷市场发展也具有重大意义。

1.2国内外研究动态

1.2.1变色釉变色机理的研究

自变色釉诞生开始，各国工作者对其变色机理进行不断的研究。现如今我们所常见的变色釉都是在基础釉中加入含有稀土氧化物的着色剂制备而成。稀土元素的f层电子吸收不同波长的光跃迁而呈现变色。早在1980年，我国学者叶宏明在《变色釉瓷器变色原理的研究》中通过对变色釉料进行光谱定性分析以及测定变色釉反射率的分布曲线得出：变色釉在多处波长处有吸收峰值而不能呈现纯种颜色的光，并且变色釉所呈现的颜色由照射在变色釉瓷器上的光源性质所决定；在2004年，耿谦学者针对最为常用的加入Nd² 的变色釉做出变色机理的探讨；2006年余端略在《稀土元素的发光原理及在陶瓷颜料中的应用》中对于稀土元素的发光原理以及基本应用研究给出系统的论述。在2010年，外国学者Fang S等人在《Synthesis andFluorescence Property of Eu~(3 ) Ternary Complex-Polyurethane AcrylatePhotoluminescence Material》中通过对试样做XRD、XRF等测试方法对光致发光复合材料中对Eu³ 功能及光学性能做出研究,在2012年，S.K.Raut等人也在《Opticalproperties of Eu, Dy, Mn activated M₂SiO₄, (M₂ =Ca, Sr, Zn) orthosilicate phosphors》中通过对试样中稀土元素做荧光光谱分析等测试针对活性硅酸盐物质中的Eu、Dy等稀土元素的光学性能做出相应的研究。由此可见，近几年国内外对于稀土的光学性质以及变色釉的发光机理研究不再限于单个常用元素，更为趋于广范围的共性研究。

叶宏明、余端略以及S.K.Raut等国内外研究者通过对变色釉料进行光谱定性分析以及其反射率分布曲线测定不同光源的相对能量分布曲线测定；利用分光光度计对釉色变化进行直观观察以及对变色釉瓷器进行显微镜结构进行观察得出了以下的稀土元素的发光机理。

镧系元素（稀土元素）是随着原子核电荷的增多即原子序数的增加，其最外层O层、P层电子结构几乎没有变化，因为加进的电子，是填到尚未填满的较内层的次亚层，即4f层的轨道中。镧系元素，除镧的4f层为全空外，其余元素所添加的电子，自铈起按原子序数，在4f层轨道中顺次进入一个电子，至钆占齐了4f层七个轨道，称为半满。然后自铽 起顺次在进入一个电子，在4f轨道层配对，至镥占满轨道，称为全满。。这样产生了各种基态光谱和能级，由于电子受到光的激发而跳跃产生各种波长，显示出各自的颜色。同时稀土离子的f层电子之外有5S、5P闭壳层电子围绕，受到邻近阴离子的影响小而起到屏蔽作用。因此，在玻璃釉加入这一族元素时，其着色不易受釉的组成及釉烧时氧化还原条件的影响，呈色较稳定，色调柔和。

对于常用的含钕元素变色釉而言，国内的耿谦学者对钕元素的变色机理有更为具体的研究。她通过对色剂中引入的氧化钕及颜料进行差热分析；对钕紫颜料做XRD测试，得出下述结论：钕的正常价态为三价,其离子的电子层结构为[Xo]4f³,钕离子的3个4f电子可在7个4f轨道之间任意分布,从而产生出各种光谱项和能级,在可见光能激发下,会在可见光区范围出现一些狭窄的吸收峰,其主要吸收峰在354、521.8、574.5、739.5、742.0、797.5、868nm处。特别是黄光（ 528.1nm），绿光（574.5nm）,红光（739.5nm）可见光部分有强烈的吸收峰。这一窄峰的存在便可将可见光谱分为几个部分，在变换不同能量的光源时，呈色多变，显示出稳定独特的多色性。下表给出了钕变色釉在常见的光源照射下会呈现的不同颜色。

钕变色釉在常见光源下的呈色

1.2.2变色釉的研究

国内外对于变色釉的研究不断加深，其制备工艺也不断改进，更为节能环保，简单易行；对其配方也引入了废物利用等科学方法降低成本。刘德仁课题组研制了含Nd₂O₃、Pr₂O₃的低温变色釉。对于高温窑变色釉最大难题是它的多变性、无序性和不可复制性，其效果很大程度上取决于窑火的温度、窑内的气氛以及施釉的厚薄、程序和手法等诸多元素。但是高温颜料釉在其质料、结构以及色彩表现力上有其独特的优势。因此对于高温变色釉的研究从未间断,李一新在《崛起的新绘画语言——高温窑变色釉》中对景德镇的高温变色釉给予高度评价。现在所研发出的高温色变釉多在还原气氛中一次烧成而得，对于烧成气氛等工艺条件有所要求。因此在该方面仍有很大的研究空间。

于长凤课题组在《稀土氧化物对变色结晶釉呈色的影响》中通过采用对比实验的方法，分别进行了加入不同稀土氧化物试验，考察了不同的稀土氧化物对着色的作用与效果。得出结论：变色釉中起变色作用的主要成份是Nd₂O₃，但单纯的Nd₂O₃的着色能力较差，因此常添加某种或几种稀土氧化物来促进其着色与变色的敏感性。在研究添加氧化物对变色影响的试验中通过向加入一定量Nd₂O₃的色釉料中加入等量的不同稀土氧化物，得出以下结论：在变色颜料中，添加Pr₂O₃、Sm₂O₃对变色结晶的着色和变色有利；而颜料的加入量越大，颜色也会越来越深，着色效果明显提高，而且变色的敏感程度有所加强，但颜料加大到某一值时，着色和敏感性不再增强，加入量在12%～14%为宜。外国学者B. ATAY等人在《Preparationand characterization of photochromic effect forceramic tiles》中通过对变色釉试样做扫描电镜(SEM)、XRD测试对结果进行分析，对陶瓷砖的光致变色效应的制备及表征也进行了研究

近年来，为响应节能减排。变色釉的研究也在该方面有所成就。陈瑞文课题组发表论文《利用黄金尾矿生产窑变色釉陶瓷》，提供了一种降低变色釉生产成本同时降低变色釉陶瓷品烧成温度的工艺方法。

1.2.3存在的问题

尽管对变色釉的研究经历多年，并且在不同方面取得了一定的进步。但是仍然存在一些问题有待研究：

1.由于各个试制单位采用的工艺不同，并不是所有的产品都毫无例外地具有艺术魅力。某些制品虽然变色明显但在荧光灯下，蓝色沉闷；在白炽灯下呈土红色甚至淤血之色，难以博得青睐。

2.纯正稀土氧化物（如Nd₂O₃）价格较贵，目前有些釉料的加入量还很大，大大限制了市场竞争能力。

解决这些问题的根本在于变色釉中材料组成、结构的基础研究，所以进行本课题研究对于变色釉的研究方向也有重要的引导作用。

2. 研究的基本内容与方案

2.基本内容和技术方案

2.1基本内容

2.1.1研究目标

3. 研究计划与安排

3.完成期限和预期进度

第1～2周：查阅国内外相关资料并翻译外文资料，撰写开题报告并进行开题报告答辩。

第3周：修改开题报告、熟悉实验室的环境，确定实验方案。

4. 参考文献（12篇以上）

4.参考资料

[1]耿谦,张育兵. nd₂o₃在变色釉中的应用及变色机理探讨[j]. 稀土,2005,06:76-78.

[2]苑金生. 稀土元素的发色特性及在陶瓷色釉料中的应用[j]. 陶瓷,2010,4:34-36.