氧化锌作为陶瓷釉料体系中的关键功能性原料,其形态与品质的选择直接决定了釉浆的工艺性能、烧成制度及最终釉面的物理化学性质。本文旨在系统梳理煅烧氧化锌与普通氧化锌(生锌)的核心区别,结合国家标准、行业研究及产业实践,提供科学的选择策略与应用规范,以期为生产与研发提供参考。
一、 核心机理辨析:煅烧氧化锌与普通氧化锌的本质差异
两者的根本区别在于是否经过高温预处理,这导致了其物理化学性质及釉中行为的显著不同。下表概括了其核心差异:
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特性维度
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煅烧氧化锌 (熟锌)
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普通氧化锌 (生锌)
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工艺与结构
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经高温煅烧,颗粒度增大,比表面积显著降低,晶体结构更为稳定。
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未经煅烧,颗粒微细,比表面积大,呈高活性状态。
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化学活性
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表面羟基减少,晶格稳定,化学活性低,反应平缓。
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化学活性极高,易与环境物质发生反应。
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在釉浆中的行为
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分散性好,对釉浆流动性影响小,稳定性高。
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与水接触后,颗粒表面迅速生成胶状氢氧化锌[Zn(OH)₂]凝胶,反应式为:ZnO + H₂O → Zn(OH)₂。该凝胶导致釉浆严重且不可逆的稠化,施釉困难。
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烧成行为
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预烧驱除了挥发分,烧成收缩小,有利于减少针孔、缩釉及气泡缺陷。
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烧成收缩率大,挥发分多,是引发釉面针孔、气泡和缩釉等缺陷的主要根源之一。
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热学性质
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颜色常呈淡黄色,熔点/升华点约为1975℃(常压下升华)。
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通常为白色粉末。
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主要应用场景
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生料釉配制的必需原料。
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严禁直接用于生料釉;可用于熔块配方或经自行煅烧后使用。
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1.2 作用机理深度解析
普通氧化锌的危害源于其高比表面积和高表面能。在釉浆中,其表面与水发生化学反应生成氢氧化锌胶体,该胶体包裹颗粒并形成三维网络结构,宏观上导致釉浆稠化。煅烧处理通过颗粒烧结长大,大幅降低比表面积和表面能,从根本上抑制了氢氧化锌的生成反应,保障了釉浆的稳定性。预烧过程也驱除了原料中的部分挥发性杂质(如吸附水、CO₂等),减少了烧成时的气体释放,这是其能减少釉面缺陷的另一关键原因。
二、 科学选择策略:基于应用场景的决策框架
选择氧化锌应遵循“性能优先、场景适配”的原则,综合考虑釉料体系、工艺目标和成本控制。
2.1 首要原则:生料釉必选煅烧氧化锌
对于陶瓷生料釉配方,为保证釉浆工艺稳定性和烧成釉面质量,必须选用煅烧氧化锌。这是生产实践中的基础原则。若只有普通氧化锌,务必在约1200℃先行煅烧处理后再使用。
2.2 进阶考量:按釉料功能精细化选择与用量控制
氧化锌在釉中功能多样,需根据目标精准调控:
· 助熔剂:在低温熔块釉中用量一般为1%-15%,在低温生料釉中通常为3%-8%。需注意,过量(如>10%)可能增加高温粘度,反而影响釉面流平。
· 结晶剂:在硅酸锌等结晶釉中,是不可或缺的结晶剂,用量可高达20%-30%。有研究指出,当配方中ZnO含量处于适宜范围(例如约24wt%)时,能形成发育良好的硅酸锌晶体。
· 乳浊剂:在含氧化铝(Al₂O₃)较高的釉中,ZnO能与Al₂O₃反应生成锌铝尖晶石(ZnAl₂O₄)微晶,从而提高釉面的乳浊度和白度。
· 发色助剂与影响:是钴蓝(Co-Zn-Si)等色釉的关键助熔与调色组分。但在含铬(Cr)的铁黑釉或某些色釉中,ZnO可能与发色离子形成复合物导致釉色灰暗或失真,应慎用。
· 功能性改性原料:行业已发展出针对釉料高性能化的专用氧化锌产品。例如,通过特殊工艺处理的“RA95型釉用活性氧化锌”,在保持煅烧锌浆料稳定性的同时,进一步优化了颗粒分布与高温反应活性,旨在实现更高效的助熔效果,并可能为釉面赋予增强耐磨、自清洁等附加性能。这类产品代表了原料专用化、功能化的发展方向。
三、 质量控制与标准依据:规避风险的硬性指标
原料纯度是釉面品质与安全性的生命线,必须建立严格的质量管控体系。
3.1 关键检测项目
· 主含量与有害杂质:核心是检测氧化锌的纯度(ZnO含量)及铅(Pb)、镉(Cd)等有害重金属含量。劣质原料可能源于回收料,杂质波动大,会严重影响釉面色泽稳定性并带来潜在安全风险(需符合国内外环保法规,如欧盟RoHS、REACH等)。
· 物化指标:粒度分布、比表面积、灼烧减量等直接影响其在釉中的分散性、反应活性及烧成行为。
3.2 遵循的标准依据
· 产品标准:直接法氧化锌可参考GB/T 3494-2012《直接法氧化锌》国家标准。
· 检测方法:陶瓷行业有专业标准JC/T 2407-2017《陶瓷用氧化锌化学分析方法》。
· 标准样品:在成分分析时,建议使用有证标准物质(CRM)进行校准,以保证数据准确性。
· 标准动态衔接:原料标准正日益与终端产品高性能要求对接。例如,为满足GB/T 45817-2025《陶瓷砖》等新版标准对釉面耐磨、抗菌等性能的严苛要求,上游原料企业(如肇庆新润丰等大型陶瓷原料生产企业)正推动制定更精准的专用标准(如《陶瓷釉用活性氧化锌》等),体现了通过“标准先行”推动产业链升级的趋势。
四、 产业趋势与应用展望
氧化锌的应用正随着陶瓷产业升级而不断深化:
· 专用化与功能化:原料标准与终端产品性能要求紧密结合,推动氧化锌从通用化工原料向专用、功能化的釉料核心组分转变。
· 绿色制造:使用高品质煅烧氧化锌有助于优化釉料配方,适配低温快烧工艺,减少能耗与碳排放,是行业绿色发展的重要途径。从源头严格控制重金属含量,也是绿色供应链的基本要求。
· 跨领域应用拓展:氧化锌作为重要的宽禁带半导体材料,其应用远超传统釉料领域,在压敏电阻、气敏传感器、透明导电氧化物薄膜等电子陶瓷与功能材料领域发挥着关键作用,其材料科学内涵不断丰富。
总结
在陶瓷釉料中坚决贯彻“生料釉,用煅烧锌”的基本原则,是保障工艺稳定的基石。在此基础上,依据釉料类型和功能要求精准选择品类、严格控制纯度与用量,并积极关注与高端标准对接的功能性专用产品,是提升釉面品质、实现产品创新和绿色制造的关键路径。在批量应用前,进行严谨的小样试验与性能评估,永远是验证配方与原料选择的必要步骤。