含锐钛矿TiO2的陶瓷釉的制备、稳定机理及性能研究

The application of anatase TiO2 to traditional ceramics, giving rise to antibacterial and easy-to-clean properties, has been a active field in ceramic research and development. However, an obstacle to overcome is that anatase is metastable and will transform to rutile above 500-600 degree C. Currently the methods to improve its thermal stability has limited effect to meet the requirement for the application in ceramic glaze. To address the issue, a thermal decomposition method is utilized to prepare ceramic glaze with anatase TiO2 grains. We will focus on the thermodynamic and kinetics of TiO2 crystallization and growth processes, clarify the effect of high temperature solution phase during these processes. By elaborating the relationship of phase composition, microstructure and properties of the glaze, it is anticipated to find a new way to ceramic glazes with good wear resistance and apparent photocatalytic performance which survive 1100 degree C firing.

将具有光催化活性的锐钛矿TiO2应用于传统陶瓷产品上，能够赋予产品抗菌、易洁等功能，一直是陶瓷领域研究人员努力的方向。但锐钛矿TiO2的热稳定性差，在500-600度会转变为金红石而失效。目前已有的方法如掺杂改性和形成复合结构提高其热稳定性都无法满足在陶瓷釉中应用的要求。针对这一问题，本项目采用磷酸钛热分解法制备含锐钛矿的陶瓷釉，通过对熔块釉中TiO2晶粒形成、生长过程的热力学和动力学过程进行研究，明确高温下釉与TiO2生长的关系，确定锐钛矿TiO2在釉中的热稳定机理，构建釉的物理化学性质、釉面的晶相构成和形貌、以及釉面性能之间的关系；期望获得可以在1100度以上快速烧成、具有一定的光催化活性、较好耐磨性的含锐钛矿陶瓷釉。

将具有光催化活性的锐钛矿TiO2应用于传统陶瓷产品上，能够赋予产品抗菌、易洁等功能，一直是传统陶瓷领域研究人员努力的方向。但锐钛矿TiO2的热稳定性差，在500-600度会转变为金红石而失效。目前已有的方法如掺杂改性和形成复合结构提高其热稳定性都无法满足在陶瓷釉中应用的要求。针对上述问题，本项目通过析晶机理研究，成功制备了含有50-80nm的锐钛矿晶体的陶瓷釉，并研究了制备工艺条件对釉中锐钛矿晶体含量的影响，确定了较优的工艺条件。性能测试结果显示，制备的锐钛矿结晶釉具有一定的光催化活性，表面显微硬度与常见的卫生瓷和釉面砖相当，同时具有较好的易洁性。针对该结晶釉的熔化特性和粘度的研究显示，析晶温度下较高的整体以及局部粘度是锐钛矿晶粒细小并能够稳定存在的原因。虽然该釉面的光催化性能较传统的薄膜和粉体要弱，但其力学性能较好，并且可适应传统陶瓷生产的烧成制度，有望在用于露天、长日照环境中使用的陶瓷材料上获得应用，实现抗菌、易洁等功能。同时，本项目研究过程中还发现，钛榍石结晶釉具有较好的热反射性能，热反射比高达92.1%，远远高于涂料。析出的高折射率的钛榍石和金红石晶体是釉面具有高的反射比的原因。钛榍石结晶釉制备的外墙砖可以减少建筑表面的吸热，从而降低热带地区空调系统的能耗。