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景德镇陶瓷大学校企合作攻克行业难题

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发表于 2019-9-13 14:57:32 |显示全部楼层
  2016年1月,景德镇陶瓷大学材料学院汪永清教授领衔的团队与广东宏宇集团合作成功研发 “高温陶瓷大红墨水”,意味着中国在世界上率先研发成功大红墨水,成功攀登世界陶瓷行业的制高点。为什么要做陶瓷大红墨水,它为什么难以攻克等等,带着这些问题,记者专访了汪永清教授。
  “我们都知道,用红黄蓝这三种原色可以配出各种颜色,但是之前,是没有陶瓷大红色墨水的,只能用棕红色、粉红色代替大红色(粉红墨水是去年国外研究出来的)。没有大红色,配出来的颜色就很暗淡,就像仿古砖的灰色调,明度鲜艳度不够。”
  陶瓷喷墨打印技术自2008年诞生至今,经过这么多年的技术进步和发展,其技术领域遗留的技术难题已经为数不多,而大红墨水一直是全球陶瓷人都始终无法攻克的世界性难题。欧洲陶瓷强国作为陶瓷喷墨技术的发源地,也对此束手无策。直到2015年4月份,意大利才有所进展,研发成功“粉红”墨水。由于大红墨水的缺失,长久以来,陶瓷行业都使用棕色墨水或粉红墨水代替大红墨水,最终导致的问题是陶瓷喷墨打印图案的明度较低,颜色不够鲜艳、饱和,色域窄,图案易失真。
  大红墨水为什么会是一个世界性难题?汪永清教授介绍说,这缘于制作大红墨水颜料特殊的性质。中国古代就有“千窑一现”、“十窑九不成”之说,红色釉不耐高温,烧制非常困难。大红墨水的颜料是镉硒红,即硫硒化镉。因为属于硫化物,镉硒红有一个特点,就是不耐高温,大概到了500800度,基本上就分解了,显示不出颜色。所以要进行陶瓷烧制,就要用一种耐高温的材料硅酸锆把镉硒红包裹起来。
  经过硅酸锆包裹后的镉硒红,解决了耐高温的问题,但另外一个问题又来了。包裹后颜料变粗,密度变为十几个(微米)到四十几个(微米)。相对于一般的墨水0.3微米,颜料太粗则会导致两个结果,一是堵塞喷墨孔,另一个就是不稳定,颜料太粗重心下移,墨水就会沉下来,沉下来墨水就会不均匀。
  “这是我们平常用的签字笔,里面的墨水要通过笔头顺畅地出来,不仅要求颜料很细,还要保持长期的稳定性。”汪永清教授拿起手中的签字笔举例说,大红墨水的难点,就在于既要保证耐高温,又要保证细度和稳定性。”
  这样一个世界性的技术难题的攻克,是从校企合作开始的。2010年,材料学院和广东宏宇集团签约开展校企合作,材料学院向宏宇集团提供技术服务、咨询等,宏宇集团也在材料学院设立了宏宇奖学金。宏宇集团作为中国建筑陶瓷行业的标杆企业之一,已有30项高水平的科技创新成果通过了权威鉴定,走在了陶瓷行业的前列。
  在陶瓷生产的过程中,宏宇更深刻地感受到了大红色缺失对装饰效果的影响,校企合作以来,与材料学院先后共同研制成功了“高温大红釉面砖”和“高温大红基印花釉”。同时又萌生了一个大胆的想法,能不能在大红釉制备技术的基础上,做出大红墨水。
  但是,由于没有研发生产过陶瓷墨水的经验,对墨水生产不熟悉,找谁合作呢?多年的产学研合作,宏宇集团自然地想到了陶院。
  “破解这样一个世界性陶瓷行业的难题,对我们也很有吸引力,加之双方也有多年合作的良好基础”,汪永清教授说,2013年,双方决定联合攻关。学校方面以材料学院副院长、博士生导师汪永清为项目带头人,生产企业方面以宏宇集团瓷片厂厂长余国明为项目带头人。2013年10月,双方签订联合研发合同,从这时开始,强强联合的两大技术团队向这个建陶行业的世界技术高地发起冲锋。
  “之前,我们对墨水的成分也不了解,又不能套用已有的成分模式。”汪永清教授说,因为墨水的研发涉及技术保密,起初团队也自己只能通过查阅大量资料,摸着石头过河。
  在两年多的时间里,团队进行了无数次的反复实验。团队曾尝试用砂磨机把“镉硒红包裹色料”磨细至2微米以下,而磨细过程中又破坏了硅酸锆包裹层,从而导致硫硒化镉色料颗粒在高温煅烧过程中氧化分解,使大红颜色变浅,甚至失去颜色。
  “细度越小,悬浮越易,但发色越难;细度越大,发色越易,但悬浮越难。色料的细度和悬浮度是我们攻克的关键。”围绕这两个关键,团队一方面通过添加有机物和稳定剂,来调控墨水的稳定性。另一方面,在保证颜料较细的情况下,在1200度的高温下,还能发出鲜艳的大红色。
  “团队里一共有五六个人,团队组成人员除了我,还有常启兵,张小珍几位老师和两个学生。从2013年开始,大家几乎天天泡在工程中心的实验室里,周末都不休息。”团队各司其责,分工明确,经历了无数次失败后,一直到2015年6月,终于研制出初步满意的高温陶瓷大红墨水样品。
  2015年8月,大红墨水进入研发的最后一个阶段上机喷墨打印。然而,第一次就遭遇了失败。“暑假,我带着团队成员一起去了宏宇,大家满怀信心地期待喷出来的效果,但令人意想不到,墨水没有喷出来。”汪永清教授说,现场大家脸色凝重,压力很大。但是大家都没有气馁,当天晚上,团队和宏宇的工作人员就在一起讨论喷墨失败的原因。半个月后,第二次上机实验,墨喷出来了,但是烧成后显色浅了。第三次实验,颜色比上一次更深,但还达不到标准。
  失败是成功之母,在摸索中,顶着巨大的压力,团队积极协作,在之前成功解决技术难题的基础上,重新调整配方,在关键的如何烧出大红色的技术领域一小步一小步地前进。
  “在科学的道路上,没有平坦的大道,只有不畏艰险的人,才能达到光辉的顶点”。在历经多次“成功一小步又失败一次”的反复折腾中,由喷不出,到解决喷出;由不显色到只显粉红色。在这种没白天没黑夜的不厌其烦的重复实验中,通过不断的积累,由量变到质变,2015年10月13日,终于取得重大突破----高温陶瓷大红墨水上机喷烧出大红色。曲折的研发过程令双方都备感艰辛,宏宇集团的一位副总特意作了“七律、采桑子、如梦令”组诗,“千方试遍终呈色、灿烂芸苔初见赣北传言、雨过春天”来表达心中的喜悦与激动。
  “你看,这是用大红墨水配色喷墨出来的效果,再比较下意大利粉红墨水配色的喷墨图,真正实现了从暗淡无彩升级为高清全彩,瓷砖产品世界陶业从此迈入喷墨高清全彩时代。”汪永清教授的欣喜之情溢于言表。目前,陶瓷大红墨水已经申请了国际PCT专利,中国陶瓷人拥有完全的自主知识产权,中国在陶瓷墨水领域已经居于世界前列。
  有国内媒体这样评价道:“在向大红墨水这座世界陶业科技创新巅峰挺进的曲折道路上,欧洲人停在了半路,中国陶瓷人不惧艰难险阻,历经千辛万苦,终于到达胜利的顶峰,傲视全球、风光无限。”“从唐三彩到钧红,从青花到郎窑红,中国陶瓷人以自己的聪明才智在世界陶瓷史上再次书写了光彩绚烂的一页。”“这是在陶瓷行业大转折时期,中国陶瓷人再一次以自己的聪明才智,通过科技创新,实现行业转型升级的重要信号;是行业市场低迷时期,中国陶瓷人通过科技创新,打造世界范围产品核心竞争力的鲜明体现。”
  “发挥专业优势,面向行业、服务行业、推动行业、引领行业,是我们作为行业高校人的责任和义务。通过校企合作,共同解决了这一世界性行业难题,利国利民利企利校,非常有意义。”汪永清教授说,现在行业内都在关注陶瓷大红墨水何时成果转化,何时技术共享。“宏宇集团计划今年投产,我们也希望通过一些方式,使更多的企业享受这个科技成果,更好地发挥它对陶瓷行业的贡献。”(通讯员:计颖 李韵涵)
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