陶瓷喷墨打印技术常见问题

　　1、发色效果的问题

　　发色效果的问题包括：墨水的颜色系列单调、陶瓷色料细度对发色的影响、烧成过程中色料的不稳定和晶体长大。尽管目前已经研发出十余种陶瓷墨水，陶瓷墨水的彩色范围仍较窄，鲜艳的红色色系、黄色色系和黑色色系陶瓷墨水仍极少见，制约了陶瓷墨水在陶瓷砖装饰上的应用。目前陶瓷喷墨打印用的陶瓷色料，主要是将传统的色料微细化。在今年2月西班牙卡斯特隆国际陶瓷论坛Qualicer的陶瓷喷墨打印专题研讨会上，就重点讨论了研磨色料或者胶体尺寸级的颗粒是否可以通过合成法制备Milled pigments or colloidal size par-ticles obtained by synthesis?。

　　陶瓷色料的发色效果主要取定于微观结构，即离子的结构、电价、半径、配位数及离子间相互极化。陶瓷色料的着色主要可分成三大类：晶体着色，离子着色和胶体着色。其中晶体着色最稳定，如刚玉型的铬铝红，金红石型的钒锡黄，锆英石型的钒锆蓝，尖晶石型的钴铁铬铝黑，石榴石型的维多利亚绿等等。在陶瓷色料结构体系中，尖晶石型陶瓷色料的晶体结构致密，发色稳定，气氛敏感度小，特别是高温稳定性和化学稳定性好，其饱和度随着细度降低反而增大，如钴蓝系列、棕黄系列和黑色系列。因此，陶瓷墨水最好选择尖晶石等结构类型的陶瓷色料。对于深红色或鲜红色的墨水，如果一味研究包裹色料可能很难找到解决方案，可以尝试研制固溶体型晶格取代的鲜红色亚微米级色料。

　　因此，对于陶瓷墨水用纳米着色剂发色机理的研究非常重要。通过分析现有的英文资料，用于四色印刷青色、品红、黄色、黑色的陶瓷墨水中，每一种纳米着色剂都有其独特的发色机理。品红色主要是金纳米着色剂在烧成后产物的表面振动。当热处理温度不超过1100℃时，金纳米着色剂在基体中较为稳定，表现为强烈的品红色;热处理温度在1100℃以上时，金纳米色剂的尺寸会快速增长，导致发色的明度L*值下降，甚至出现颜色参数向黄色的细微转变。可以利用银纳米着色剂和金纳米色剂的相互包裹、其他着色剂替代金纳米着色剂等方法制备品红色陶瓷墨水，降低成本。青色墨水的发色可以通过Co2+的染色。有证据表明Co2+主要以六配位的形式溶解在玻璃相中，在硅酸盐和硼硅酸盐玻璃中能显著地提高可见光在14000-17000cm-1光谱范围的吸收。陶瓷墨水在热处理后通过XRD分析，既不能探测出CoAl2O4尖晶石，也不能探测出Co的晶相。墨水发色效果与六配位的Co2+离子一致，主要集中于19000 cm-1的光谱宽带，可能是乙二醇和金属有机物的共同作用。一旦墨水被用于各种陶瓷质基体，所有发色光谱表现出彼此类似的光谱，不依赖于钴有机物的稳定性和基体物质的种类，这同传统微米级CoAl2O4发色效果完全不同。由于四配位Co2+的转变，传统微米级CoAl2O4展现出期望的15000 cm-1-18000 cm-1光谱宽带。黄色墨水的发色，则是将Cr、Cd掺杂进入纳米氧化钛中，随着氧化钛从锐钛矿晶型转变为金红石晶型、晶体尺寸的增长，Cr3+引起能带状结构的改变，从而提高了对蓝光的吸收。随着热处理的升高，黄色会褪色，这是由于氧化钛晶相的分解，以及Cr3+溶解到玻璃基质中。黑色墨水的着色，可以通过Co–O和Fe–O的电荷转移形成CoFe2O4。伴随着八面体和四面体状态Co2+的共存，结合Co2+和Fe3+多重协调作用下的d–d电子迁移，确保对可见光谱的充分吸收。随着温度的升高，CoFe2O4尖晶石的结构非常稳定，但是晶体尺寸会增大。

　　2、拉线问题

　　陶瓷墨水拉线经常出现在于大面积深色喷墨打印的情况下，这是由于每若干组喷头只负责一种颜色，当大面积深色喷墨打印时尤其是接近于单色，这几组喷头的喷墨量加大造成喷头的阻塞喷头不出墨和表面附着污染物污染物可能引起溅射，喷射不到的地方即为拉线缺陷。除了喷头本身的原因、喷头的位置不正确也是一个影响因素，但本质原因是墨水体系不稳定，着色剂容易团聚、沉降，堵塞喷头或者残余油墨粘附在喷头上。可以尝试从墨水的升级和喷头孔径的扩大这两个角度寻找出路。对于金属配合物分散型墨水，本身的粒度已经可以达到50nm—80nm，墨水较为稳定。对于无机陶瓷色料分散型墨水，颗粒尺寸和形状可能引起喷头磨损，墨水的沉淀可能堵塞和粘附喷头，关键在于无机陶瓷色料的微细化与分散的稳定性。其中微细化的重点在于选择合适的色料、用搅拌磨磨细后再用气流磨分级、色料的改性与包裹、分散剂的选择、墨水制备过程中的工艺流程控制与过滤处理。在喷印过程当中，一旦产生了拉线，要立即查出原因，是喷头堵塞，还是喷头表面有污物造成喷头喷墨不正常。及时清洗可以有效避免因此而造成的喷头工作状态变差。一般情况下，使用设备自带的清洗程序，利用压力使墨水从喷嘴板的喷孔流出，然后擦试干净，基本上可暂时解决当前出现的拉线问题。

　　笔者认为可以大部分喷墨产品可以在360dpi的喷墨打印与72dpi的传统陶瓷印刷中找到一个平衡，通过加大喷头孔径，在根本上解决目前喷墨墨水拉线、发色不稳定等问题，并且能够促进陶瓷墨水的大规模国产化。虽然陶瓷喷墨打印喷头的生产技术分别被美国的FUJI-FILM Dimatix“北极星”、英国的XAAR“赛尔”、日本的Konica和精工SPT所垄断，但是这几家喷头企业之间也存在激烈的竞争关系。如果日本的Konica、精工SPT或某些国内机械制造企业通过加大陶瓷喷头的孔径，使得国产墨水能够稳定地使用，将迅速占领中国的陶瓷喷头市场，获得巨额的利润。