低溫?zé)o鉛砂金釉制備工藝因素的研究

范學(xué)運(yùn) 王艷香 陳靈明 余 熙

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，景德鎮(zhèn)：333001）

1 前言

砂金釉是一種裝飾性很強(qiáng)的藝術(shù)釉，它以獨(dú)有的藝術(shù)風(fēng)格，享有廣泛的聲譽(yù)，頗得消費(fèi)者的青睞。然而，砂金釉又是一種特殊類型的結(jié)晶釉，由于懸浮在玻璃基體之中的晶體對(duì)入射光的反射作用，看上去就象金星一樣光輝閃耀，所以稱為金星釉或砂金釉。傳統(tǒng)砂金釉的燒成溫度一般為1350℃，主要應(yīng)用于工藝品及日用陶瓷[1]；然而，砂金釉尤其是適用于低溫?zé)傻纳敖鹩?燒成溫度為1150～1200℃)，其在建筑陶瓷領(lǐng)域內(nèi)使用的研究報(bào)道尚不多見(jiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)陶瓷裝飾技術(shù)提出了愈來(lái)愈高的要求，尤其在彩釉磚生產(chǎn)中，不斷增加花色品種，提高裝飾水平已是一項(xiàng)十分重要的工作[2-3]，因此，砂金釉如果能成功運(yùn)用到建陶中，不僅增添建筑陶瓷裝飾的新品種，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，還能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的藝術(shù)欣賞的需求。

本文以氧化鐵為結(jié)晶劑，引入硼砂、碳酸鋇等作助熔劑和結(jié)晶促進(jìn)劑，采用無(wú)鉛配料，改變制備及燒制條件，成功研制出了低溫?zé)设F系砂金釉。該釉呈褐底金色結(jié)晶，釉層金光閃耀，異常美麗。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

石英，工業(yè)純，江西省萍鄉(xiāng)市金宇高新材料有限公司；長(zhǎng)石，工業(yè)純，湖南平江冬昌長(zhǎng)石粉有限公司；硼砂，工業(yè)純，湖南長(zhǎng)沙大鵬實(shí)業(yè)有限公司；氧化鐵，工業(yè)純，飛尚非金屬材料有限公司；硝酸鉀、碳酸鋇，均為工業(yè)純，什邡市化工廠。所有原料未進(jìn)一步純化處理。部分原料的化學(xué)組成見(jiàn)表1所示。

2.2 釉料的組成

表1 原料的化學(xué)組成（w t%）Tab.1 The chemical composition of raw materials

表2 砂金釉的化學(xué)組成Tab.2 The chemical composition of gold dust glaze

表3 保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)釉面結(jié)晶效果的影響實(shí)驗(yàn)方案Tab.3 The scheme of experiments on the impacts of holding temperature and time on the crystalline glaze

表4 釉層厚度對(duì)釉面析晶的影響Tab.4 The impacts of glaze thickness on the crystallization of the glaze

本文是在前期工作成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用燒硼砂為主要熔劑，以石英引入SiO2，以K2O、BaO為助熔劑和結(jié)晶促進(jìn)劑，經(jīng)一系列配方調(diào)整實(shí)驗(yàn)，反復(fù)試燒，確定了呈色穩(wěn)定、藝術(shù)效果較為理想的砂金釉配方，其化學(xué)組成如表2所示，釉式如下。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.3.1 改變燒制條件

為了研究砂金釉燒制條件對(duì)砂金釉釉面結(jié)晶效果的影響，考察保溫溫度和保溫時(shí)間與釉面結(jié)晶性能的關(guān)系，設(shè)計(jì)了A，B兩組實(shí)驗(yàn)方案如表3所示。

2.3.2 改變釉層厚度

在上組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取樣品的保溫溫度為1040℃，保溫時(shí)間為75min，研究不同釉層厚度對(duì)釉面砂金效果的影響，實(shí)驗(yàn)方案如表4所示。釉層厚度以浸釉時(shí)間計(jì)算。

2.4 樣品表征

采用由中科院提供的型號(hào)為KYKY-1000B場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（采集條件：加速電壓：20Kev，分辨率：1024X1024）對(duì)樣品的釉層厚度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 保溫溫度對(duì)釉面砂金效果的影響

樣品在不同保溫溫度下，保溫75 min，所產(chǎn)生的釉面砂金效果如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)保溫溫度在1040℃以下時(shí)，隨著保溫溫度的提高，釉層中析出的晶體數(shù)量逐漸增多，晶體越來(lái)越大，釉面越來(lái)越平整。而當(dāng)保溫溫度高于1040℃時(shí)，釉層析出的晶體逐漸變大但數(shù)量減少。

眾所周知：熔體析晶，首先必須成核，然后才能生長(zhǎng)。圖2是晶體的成核速度（Iv）與晶體生長(zhǎng)速度（u）曲線[4]。分析圖2可知：溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)成核與生長(zhǎng)都不利，只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能有最大的成核和生長(zhǎng)速率。成核速率與晶體生長(zhǎng)速率兩曲線的重疊區(qū)為析晶區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)保溫最有利于析晶；但是進(jìn)一步分析在析晶區(qū)中的析晶情況可知，隨著溫度的提高，質(zhì)點(diǎn)獲得的動(dòng)能增大，成核速率越來(lái)越小，而晶體生長(zhǎng)速率卻越來(lái)越大，因此當(dāng)試樣在900～940℃相對(duì)較低的溫度下保溫時(shí)，雖然此時(shí)晶體成核速率較大，可獲得較多的晶核，但晶體生長(zhǎng)速率較小，且熔體的粘度較大，不利于晶體的析出，因而釉面宏觀可見(jiàn)的晶體小而少；保溫溫度升高時(shí)則會(huì)因晶體生長(zhǎng)速率的增大，晶核和晶體得以長(zhǎng)大，釉面宏觀可見(jiàn)晶體逐漸增多變大；而在高于1040℃保溫時(shí)，由于晶體成核速率逐漸減小，甚至有部分晶核被熔體熔解了，造成晶核數(shù)量的減少，晶體數(shù)量也隨之減少，但此時(shí)熔體粘度較低，晶體生長(zhǎng)速率大，因而產(chǎn)生了圖4中A6、A7的釉面現(xiàn)象，釉層中晶體增大但數(shù)量越來(lái)越少。

圖1 不同保溫溫度下樣品保溫75 mi n的釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.1 The photos of samples heated for 75min at different temperatures

圖2 晶體的成核速度（I v）與晶體生長(zhǎng)速度（u）曲線Fig.2 The curves of the rate of crystal nucleation(Iv) and crystal growth(u)

可見(jiàn)，保溫溫度對(duì)釉面析晶效果產(chǎn)生了很大的影響，由圖1及樣品的宏觀觀察可知，樣品在1040℃保溫時(shí)，析出的晶體較多，晶體分布均勻，砂金效果好。

3.2 保溫時(shí)間對(duì)釉面砂金效果的影響

在A組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了1040℃作為析晶保溫溫度點(diǎn)，進(jìn)行保溫時(shí)間對(duì)釉面結(jié)晶效果的影響實(shí)驗(yàn)，各樣品的釉面砂金效果如圖3所示。

觀察圖3的釉面照片可知，當(dāng)保溫30min、45min、60min時(shí)，釉面析出了少量的晶體；保溫75 min，析出的晶體數(shù)量適中，釉面平整光滑；當(dāng)保溫120min以上時(shí)，釉面由于保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，晶體析出太多，出現(xiàn)晶體堆疊的現(xiàn)象，特別是保溫180min時(shí)，因析出的晶體過(guò)多過(guò)大造成釉面凹凸不平，釉面失去光澤，由此表明：隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，釉層析出的晶體越來(lái)越多，而且晶體越來(lái)越大。

由圖3和釉面宏觀觀察可知，在1040℃保溫75min時(shí)，釉面砂金效果較為理想。

3.3 釉層厚度對(duì)釉面砂金效果的影響

圖4是釉層厚度不同的試樣在1040℃，保溫75min的釉面效果照片。由圖4的釉面照片可以看出：當(dāng)浸釉時(shí)間小于7s時(shí)，都能生長(zhǎng)出美麗的砂金，釉面呈金黃色，但浸釉時(shí)間太短時(shí)，由于釉層厚度太薄，不能覆蓋坯體的顏色，且釉面并不光滑；浸釉時(shí)間在5～7s時(shí)，釉面光滑，且釉層中布滿耀眼的金星，砂金效果好；而當(dāng)浸釉時(shí)間大于7s時(shí)晶體數(shù)量逐漸減少，釉面逐漸變成黑褐色，浸釉時(shí)間為15s時(shí)，釉面只能觀察到幾個(gè)亮點(diǎn)。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是：當(dāng)釉層過(guò)薄時(shí)，釉層在高溫下熔融后，液相量不足，一方面不能提供足夠的質(zhì)點(diǎn)，晶花難以生長(zhǎng)，透過(guò)釉層可見(jiàn)坯色，另一方面也因液相量不足不能將形成的晶體覆蓋，從而造成釉面不平整不光滑的現(xiàn)象。

圖3 在1040℃保溫不同時(shí)間的樣品釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.3 The photos of samples held at 1040℃for different times

圖4 釉層厚度不同的試樣在1040℃保溫75 mi n的釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.4 The photos of samples of different thickness heated 75min at 1040℃

圖5 浸釉時(shí)間為7 s釉層斷面的S E M照片F(xiàn)ig.5 The SEM photos of the glaze cross-section after 7s dipping

為了進(jìn)一步觀察不同厚度的釉層中晶體分布狀況，選擇浸釉時(shí)間為7s和15s的兩個(gè)試樣進(jìn)行釉層斷面掃描。

圖5是浸釉時(shí)間為7s時(shí)釉層斷面的SEM圖。從圖5（A）可知，釉層的燒后厚度在400μm左右，圖5（B）可見(jiàn)，析出的晶體為短柱狀，大小約為1～2μm，晶體懸浮于釉層中；圖6是浸釉時(shí)間為15s時(shí)釉層斷面的SEM照片。由圖6（A）可知：釉層的燒后厚度大約為1400～1500μm；觀察圖6（B）可知，此時(shí)釉層中分散著少量1μm以下大小的短柱狀晶體。由此表明：釉層厚度增加，釉中析出的晶體變小數(shù)量減少，這與圖4中的照片以及宏觀觀察到的釉面結(jié)晶效果是一致的。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是：高溫下釉與坯體之間的相互滲透或相互反應(yīng)，造成了釉熔體組成的改變，且釉層比較薄時(shí)，釉層在煅燒時(shí)組分的改變比厚釉層相對(duì)變動(dòng)大[5]，從而導(dǎo)致釉的高溫粘度因釉層厚薄不同而改變，由于石英玻璃的粘度比硼氧玻璃大的多，稍薄的釉層中石英熔體成分減少明顯，釉層的高溫粘度小，晶體成核生長(zhǎng)的阻力小，所以在同樣的燒成條件下，釉層中可見(jiàn)較多相對(duì)大一些的晶體，釉面宏觀可見(jiàn)較多砂晶；而厚釉層中石英熔體成分減少的比例相對(duì)小一些，釉層高溫粘度大，不利于晶體的成核和生長(zhǎng)，因此獲得的晶體少而小。而隨著釉層厚度的增加，釉面逐漸呈黑褐色，主要是因?yàn)橛詫雍穸仍黾雍蟠蟛糠值腇e2O3并沒(méi)有形成晶體，而是存在于釉熔體中，起著色的作用，故釉面逐漸變成黑褐色。

圖6 浸釉時(shí)間為15 s釉面斷面的S E M照片F(xiàn)ig.6 The SEM photos of the glaze cross-section after 15s dipping

可見(jiàn)，砂金釉的制備對(duì)釉層厚度的要求較嚴(yán)格，釉層厚度對(duì)釉面質(zhì)量影響較大，當(dāng)釉層厚度大約在燒后400μm左右時(shí)能產(chǎn)生較好的釉面砂金效果。

4 結(jié)論

(1)該砂金釉配方具有較寬的析晶溫度范圍，在900～1080℃都有不同程度的析晶，保溫溫度越高析出的晶體越少，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，析出的晶體越多越大，在1040℃，保溫75min可獲得非常美麗，釉面光亮的黃棕底砂金釉。

(2)釉層厚度對(duì)釉面砂金效果產(chǎn)生顯著影響，該配方適合的釉層厚度為燒后400μm左右，釉層厚度在400～1500μm時(shí)，析出晶體數(shù)量逐漸減少。

1劉小娟.低溫快燒結(jié)晶釉的研制.碩士學(xué)位論文.武漢理工大學(xué),2008

2石棋,李月明.建筑陶瓷工藝學(xué).武漢:武漢理工大學(xué)出版社, 2007

3李家駒主編.陶瓷工藝學(xué).北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2001

4陳佩文.無(wú)極材料科學(xué)基礎(chǔ).武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1996

5顧幸勇.硅酸鹽測(cè)試技術(shù).景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院,1994