钴在陶瓷工业中的应用

1．钴及其应用

钴的主要用途是制造超耐热合金，这类合金具有突出的抗氧化和抗腐蚀性能，在高温下具有高强度、抗蠕变和抗断裂的性能，具有良好的耐热疲劳性能，因此在航空工业与涡轮制造业中得到广泛的使用。钴的另一个主要用途是制造磁性合金，尽管受到各种新型磁性合金(如钕-铁-硼磁性合金)的有力竞争，但因含钴磁性合金具有高居里温度，使它在高温条件下仍获得使用。

钴的氧化物和各种钴盐广泛用作颜料、包括用在玻璃、陶瓷制品中作为装饰用颜料，如玻璃、搪瓷颜料、陶瓷色釉料等，用量也很大；钴在医疗上也有广泛的应用，钴的放射性同位素，可治疗皮肤病和恶性肿瘤，在青霉素中加入适量的钴可提高其疗效，对造血具有特殊功效的维生素B12中含钴高达4.5%，人工关节和牙科充填剂中也用到钴。

国外钴的消耗量过去几年中每年约2-2.5万吨。国内约为800-1,000吨。

历史上，钴在数千年前，古希腊人就知道在玻璃原料中加入痕量钴矿物制成蓝色玻璃，而钴在陶器、瓷器的装饰中作为蓝色、紫色的色素使用则源自中国——瓷器的发源地。

2．氧化钴及其盐类在陶瓷、玻璃颜料中的应用及现状

（1）钴蓝颜料

钴蓝是一种很古老的颜料，我们的祖先最早用天然氧化钴作为陶瓷坯和釉中的色素，呈不同色调的蓝色和蓝绿色，而古代的希腊人和罗马人则最早将氧化钴用于玻璃的着色，呈天蓝色调。钴蓝的主要化学成分是CoO·Al2O3,或称为铝酸钴（CoAl2O4）；按其理论含量Al2O3为57.63%，CoO为42.36%，或含Co  33.31%;主要化合物有：Co2O3·CoO(Cobalt oxide),商品名钴黑（Cobalt black）；CoO(Cobalt oxide)，商品名钴灰（Cobalt grey）;CoCO3(Cobalt  Carbonate)即碳酸钴；CoCl2·6H2O(Cobalt chloride)即六水二氯化钴；CoCrO4(Cobalt chromate)即铬酸钴；Co(No3)2 ·6H2O(Cobalt  nitrade)即六水硝酸钴；CoSO4·7H2O(Cobalt sulphate)即七水硫酸钴；CoSO4 (anhydre)即无水硫酸钴；LiCoO2等（lithum cobaltite）即钴酸锂等。钴蓝的实际组成为：Al2O3在65-70%，CoO在30-35%;有些钴蓝颜料中的氧化钴含量还要低，在10-15%；另外还有少量的Ti、Li、Cr、Fe、Sn、Mg、ZnO等元素的氧化物，随之钴蓝呈的色相也有所不同。

钴蓝的主要矿物组成为尖晶石，钴蓝颜料有鲜明的色泽，着色强度很高，此外有极强的耐侯性、耐酸碱性、耐热可达1200℃以上，适用于作为陶瓷和玻璃的色料，钴蓝属无毒颜料，主要用于耐高温涂料、陶瓷、搪瓷和玻璃的着色，也可用于耐高温工程塑料的着色。

钴蓝是以钴化合物和铝化合物经高温煅烧制成的，通常有三种方法，它们是碳酸盐合成法、硫酸盐合成法和氧化钴合成法，先制成前驱体，最后通过煅烧，通过固相反应合成。

（2）钴紫颜料

陶瓷用钴紫颜料采用干法制成，化学式为Co3(Po4)2呈蓝相紫色。此外，如以部分锂化合物替代钴化合物可制成磷酸锂钴CoLiPo4紫色颜料。

（3）钴黑颜料

主要有铁钴黑，其基本化学式为(Fe,Co)Fe2O4尖晶石型晶体结构，主要用于陶瓷坯体的着色，其着色机理属于金属混相着色；还有铁钴铬黑，其基本化学式为：(Co,Fe)(Fe,Cr)2O4主要用于陶瓷釉料的着色，属于金属混相着色。

（4）含钴氧化铁磁性颜料

2002年所生产的磁性颜料以含钴氧化铁为主流，由于它具有的高矫顽性，从而可以替代二氧化铬而使用于录像带、高bias录音带和高密度软盘的生产。

3．钴系釉料

在不同的基础釉中加入钴蓝、钴紫或钴黑等色料就可制备钴系的颜色釉，分别呈蓝色、蓝紫色、蓝绿色和黑色。

对于日用陶瓷制品，釉的颜色特别重要。色彩缤纷的颜色釉既满足了人们日常生活的需要，又满足了人们对于美的追求。釉的呈色是很复杂的，有离子着色也有分子着色和胶体着色的。最常用的着色金属氧化物有钴、铜、铬、镍、锰、铁、铀、锑、钒、镨等的氧化物，还有金、铂、铱等元素的单质和镉的化合物。这些元素位于元素周期表的第4周期，从原子序号23号钒起到原子序号29号铜止，还有序数57 到71 的稀土元素。 这些元素的外围电子层结构决定了外围电子容易跃迁，因而产生各种各样的颜色。将这些着色氧化物与其他物质混合，形成稳定的发色剂即色料或陶瓷颜料，陶瓷色料与釉的其它原料如黏土、长石、石英等混合、粉碎、施釉，烧成后就起到装饰陶瓷制品的效果和性能。