陶瓷釉彩装饰的激光加工及机理研究

由于缺乏激光熔融釉彩的机理研究，激光熔覆釉彩的技术在我国基本属于空白。本项目采用先进分析手段和物理建模，研究在激光瞬态温度场下釉彩和陶瓷基体间的相互作用、结合方式与微观结构，釉彩熔融与冷却特性及其对成色的影响规律和机理。拟解决激光瞬态温度场所引起的应力和变形对陶瓷饰品的釉彩质量的影响，为开发具有自主知识产权的激光加工陶瓷釉彩装饰的技术开发奠定理论基础，从而满足高档陶瓷装饰品个性化和小批量的生产趋势。另外，此项目的研究可省去彩烧窑炉，研究成果对玻璃彩饰品制作技术也有借鉴作用。将此研究结果与电脑图案设计及数字化技术相结合，控制激光扫描系统可导致陶瓷釉彩装饰业加工技术的重大革新，促进激光在传统工业的应用与发展。因此，本研究的探讨不仅有明显的工程应用前景和重要的理论价值，还具有可观的潜在经济效益和节能环保意义。

激光熔覆釉彩属于传统陶瓷与新兴加工技术交叉领域，在我国尚属空白。激光熔釉结合电脑图案设计及数控激光扫描系统，可能导致陶瓷釉彩饰品加工的重大革新，省去制模和传统釉彩烧制窑炉，满足高档陶瓷釉彩饰品小批量、个性化的生产需求，促进激光在传统工业的应用和发展。本课题针对激光熔覆釉彩研究其关键基础科学问题，探讨其规律、技术和机理。.研究选用通用普通装饰瓷和白瓷为基体，采用多种透明釉以及有代表性的钴黑、钴蓝、孔雀蓝、翠绿、镨黄、棕红等多种颜色，利用小功率CO2激光器进行试验。通过大量试样分析，以及X-衍射、X-荧光、SEM、DSC、TG/DTA、分光光度计等理化分析手段，完成了有代表性的激光熔覆釉彩的各种试验及相应的宏观、微观检测与分析。（1）分析了在固定光斑的条件下，激光功率和扫描速度对熔覆釉层的影响。通过提高激光功率，降低扫描速度，可增加釉层熔融深度，增宽熔融釉层的宽度。（2）分析了激光熔覆时熔池的对流对釉面的影响，熔池的对流现象对于熔融釉料均匀铺展在坯体表面有促进作用。（3）发现激光加工对某些商用陶瓷颜料不适合，釉彩颜色会发生很大改变。有代表性的是镨黄和棕红釉彩，在激光熔覆下镨黄会褪成无色，棕红变成深棕色。这与激光加工温度及造成的还原气氛有关。（4）以钴蓝和钴黑色为例，与传统烧制工艺相比较，激光熔覆的陶瓷釉彩的表面光泽度略好，色彩饱和度稍逊于传统烧制方法。（5）激光加工产生的热应力及基体和釉彩层膨胀系数的差异是造成微裂纹的主要因素。通过减小膨胀系数差异减少热应力的影响，合理调整激光加工参数可有效控制和避免微裂纹。（6）微观检测表明激光熔覆的釉层与基体结合良好，釉层与基体之间存在过渡层。.初步建立了具有自主产权的激光熔覆釉彩的加工方法，得出了合适的加工参数范围。当釉彩涂层均匀、厚度在0.1-0.25mm，激光的扫描速度为40-200 mm/min，光斑直径为1-3mm，输出功率为20W-80W时，合理调整激光加工参数可以得到理想釉彩熔覆面。.应用研究成果，课题组在白瓷上得到釉面质量理想、无裂纹的熔覆釉彩图案。同时，利用激光加工易产生微裂纹的特点，课题组首次提出微裂纹釉面，可作为一种艺术陶瓷装饰。这些初步显现了激光熔覆釉彩的工程应用价值。.课题研究从诸多方面深化了对激光熔覆釉彩的认识，为更广泛和深入地开展激光熔覆釉彩的研究，最终应用于工业生产提供了新方法、新工艺和理论基础。