一、熔塊的物理化學本質

熔塊（Frit）是一種非平衡態玻璃體，由石英（SiO?）、助熔劑（如Na?O、K?O、B?O?）、穩定劑（如Al?O?、ZnO）等原料在1200–1500℃ 熔融后水淬而成。這一驟冷過程使熔體原子排列凍結為無序網絡結構，賦予其四大特性：

1.  化學不可溶性：水淬形成的Si-O-B共價鍵網絡，使水溶性原料（如硼砂、硝酸鉀）轉化為穩定玻璃相，避免釉漿水解；

2.  熱力學亞穩態：高自由能狀態使其在釉燒中比生料更易參與反應（活化能降低30–40%）；

3.  結構均勻性：熔融態分子級混合消除原料局部富集，減少釉面針孔（缺陷率下降50–70%）；

4.  毒性固化能力：鉛、鎘等重金屬被硅氧四面體包裹，浸出毒性降至1ppm以下（達RoHS標準）。

科學本質：熔塊是通過高溫重構化學鍵，將活性原子“囚禁”于硅氧網絡中的安全載體。

 

二、熔塊的五大核心作用機制

（一）解決水溶性化合物的工藝困局

可溶性原料（如硼砂、碳酸鉀）直接加入釉漿會導致：

● 釉漿絮凝：Na?電離破壞膠體穩定性（Zeta電位＞|30mV|→懸浮性喪失）；

● 成分偏析：K?CO?局部富集→燒成時劇烈分解→釉面氣泡（直徑＞100μm）。 熔塊化后，離子鍵轉為共價鍵網絡，溶解度降至＜0.01g/100mL。

（二）預排氣體與缺陷控制

生料中的碳酸鹽（CaCO?）、硝酸鹽（KNO?）在釉燒時分解：

 

CaCO? → CaO + CO?↑（880℃）  4KNO? → 2K?O + 4NO?↑ + O?↑（560℃）  

熔塊化使氣體在1300℃預熔階段釋放，避免釉層封閉后氣體滯留形成針孔。

（三）調控釉料熱力學行為

● 降低熔融溫度：B?O?引入形成[BO?]三角體，破壞硅氧網絡連續性，使釉始熔溫度從1100℃降至850℃；

● 優化熱膨脹系數：Al?O?/SiO?比例精準控制，匹配坯體CTE（如鋯白熔塊CTE=190×10??/℃±5）；

● 拓寬燒成窗口：梯度熔塊（如Na?O-CaO-B?O?體系）高溫黏度變化平緩，允許±20℃溫差波動。

（四）保障生物與環境安全

● 鉛毒性固化：Pb2?嵌入[SiO?]四面體間隙，胃酸浸泡24h鉛溶出量＜4μg/dm2（國標限值50μg/dm2）；

● 放射性核素固定：含鋯熔塊可固化核廢料中Cs?（晶格固化率＞99.9%）。

（五）穩定色料發色性能

熔塊組成決定色料呈色穩定性：

色料類型	透明熔塊中發色	鋯白熔塊中發色	機理
鐠黃	鮮艷檸檬黃	飽和度↓30%	ZrSiO?包裹抑制Pr離子擴散
鈷藍	亮藍色	泛灰（b*值↓3）	ZnO促進Co2?六配位
鐵紅	穩定棕紅	無明顯變化	高鋁環境抑制Fe3?還原

 

三、熔塊的分類與技術演進

（一）按功能與組分分類

1.  透明熔塊（水晶熔塊）

● 組分：SiO?（65–70%）、Na?O（12–15%）、CaO（5–8%）

● 特性：折射率1.52–1.55，透光率＞90%，適用于釉上彩保護層

1.  乳濁熔塊

● 鋯白熔塊：ZrSiO?（10–15%）→ 乳濁度＞85%（替代20%硅酸鋯）

● 鈦白熔塊：TiO?（12–16%）→ 銳鈦礦/金紅石相變調控白度（L*＞95）

1.  無鉛熔塊（環保型）

● 配方：B?O?（10–12%）、SrO（5–7%）、ZnO（7–9%）替代PbO

● 性能：始熔溫度780℃，與含鉛熔塊相當，光澤度＞95GU

1.  低溫快燒熔塊

● 技術核心：Li?O（3–5%）+ B?O?（15–18%）

● 燒成曲線：1060–1120℃/30min（較傳統工藝節能40%）

1.  功能性熔塊

● 抗菌熔塊：Ag?/Zn2?摻雜→ 大腸桿菌殺滅率＞99.9%

● 導電熔塊：SnO?（15–20%）→ 體積電阻率103Ω·cm（靜電噴涂適用）

（二）前沿制備技術

1.  工業固廢再生熔塊

● 原料：回收電子玻璃（50%）、光伏廢料（30%）、尾礦（20%）

● 工藝：梯度熔制（1050℃→1400℃→1550℃），金紅石/銳鈦礦比例（2–3.5）：1調控相變

● 性能：抗熱震溫度260℃，燒成范圍＞200℃

1.  等離子體熔融技術

● 優勢：熔融時間縮短至15min（傳統工藝需2h），能耗降低50%

● 產物：納米級熔塊（D50=80nm），釉面光澤度提升20%

 

四、產業轉化挑戰與技術突破

（一）發色穩定性控制

● 熔塊-色料適配模型： 建立熔塊RO/R?O比值（堿度指數）與色料呈色關系：

○ RO/R?O＞3.5 → 高堿度 → 鈷藍發色偏綠

○ RO/R?O＜2.8 → 低堿度 → 鐠黃飽和度下降

（二）無鉛化技術瓶頸

性能對比	含鉛熔塊	鍶-硼體系無鉛熔塊	技術差距
光澤度（GU）	105–110	92–96	↓10–15%
燒成范圍（℃）	±15	±8	↓50%
釉面張力（N/m）	0.35	0.42	↑20%

突破方向：La?O?（2–3%）摻雜可降低熔體張力至0.38N/m

（三）超低溫熔塊開發

○ 納米熔塊：水熱合成SiO?-K?O凝膠 → 800℃燒結（較傳統熔點↓300℃）

○ 金屬有機框架前驅體：ZIF-8熱解生成ZnO/SiO?復合熔塊（始熔溫度650℃）

 

熔塊不僅是解決工藝難題的工具，更是釉層微結構的原子級設計師。

熔塊的價值不在于其成分，而在于原子重構過程中賦予的“介穩相特權”——在玻璃網絡中創造自然界不存在的原子組合，卻使其在熱力學刀刃上穩健行走。