遼寧阜蒙縣下灣子紫砂原料工藝性能研究及制陶試驗(yàn)

摘 要：本文對(duì)遼寧阜蒙縣下灣子紫砂原料（阜新紫砂）工藝性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，經(jīng)可塑性測(cè)試，阜新紫砂可塑度為0.47，宜興紫砂可塑度為0.59。進(jìn)行了注漿性能和塑性成型性能工藝實(shí)驗(yàn)，阜新紫砂干燥收縮率為2.76%，宜興紫砂干燥收縮率為2.98%，阜新紫砂注漿成型和滾壓塑性成型性能良好。測(cè)試了阜新紫砂和宜興紫砂燒成溫度范圍，阜新紫砂燒成溫度范圍為1090 ～ 1115℃，宜興紫砂燒成溫度范圍1150 ～ 1210℃。燒成后紫砂樣品采用紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》國家標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)紫砂樣品鉛、鎘溶出量，兩種紫砂均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)健詞：阜新；紫砂；工藝性能

1 前言

紫砂礦土，是一種含氧化鐵較高的粘土類礦物，即含鐵粘土質(zhì)粉砂巖，從物相分析角度講紫砂主要是由石英、高嶺石、云母和赤鐵礦組成的天然礦物，紫砂不僅具備了制陶所必須的化學(xué)組成及礦物組成，而且在物理性能上也完全能夠滿足制陶工藝要求，因此它不需要添加其它礦物即可單獨(dú)制陶、成瓷[1]。紫砂器是以紫砂土為原料，經(jīng)過成型、燒制而成。紫砂器成型方式主要有兩種，一種是塑性成型，另一種是注漿成型。高檔紫砂器均以塑性成型方式而成，尤其以手工制作的紫砂壺而著名。注漿成型是陶瓷的重要成型方法之一，該成型方式適合批量生產(chǎn)、形狀復(fù)雜的陶瓷制品，如陶瓷酒瓶。本文對(duì)阜新紫砂塑性成型、注漿成型和燒成性能做了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)與宜興紫砂做比較，為阜新紫砂礦開發(fā)利用提供指導(dǎo)依據(jù)。

2 紫砂土工藝性能研究

本實(shí)驗(yàn)所用紫砂原料有3種，包括阜新紫砂礦土、宜興紫砂礦土中的紫泥和混煉好的宜興紫泥制壺泥。

2.1 紫砂原料可塑度測(cè)試

將阜新和宜興紫砂土制備成含水率22 ～ 24wt%的塑性泥料，宜興泥料因數(shù)量較少，泥料采用手工反復(fù)揉捏，使泥料中空氣盡可能排出，阜新紫砂采用真空練泥機(jī)處理，處理后的紫砂泥料分別裝入自封袋密封，在室溫下經(jīng)4天陳腐。采用湘潭儀器儀表有限公司生產(chǎn)的KS-B可塑性測(cè)定儀測(cè)試紫砂原料的可塑度，檢測(cè)結(jié)果見表1。

2.2 紫砂原料坯體抗折強(qiáng)度測(cè)試

將紫砂原料制備成泥漿，料漿烘干至含水率在8%左右，然后過24目篩造粒。采用液壓壓機(jī)，成型壓力為30噸，壓制成120 × 60 × 10 mm的長方體試樣，試樣放入烘箱，經(jīng)100℃，24 h干燥，采用湘潭儀器儀表有限公司生產(chǎn)的SKZ-500 數(shù)顯式電動(dòng)坯料抗折儀，測(cè)試紫砂坯體的抗折強(qiáng)度，檢測(cè)結(jié)果見表2。

2.3 紫砂原料注漿成型性能實(shí)驗(yàn)

注漿成型工藝是陶瓷生產(chǎn)最傳統(tǒng)、最普遍的成型工藝之一，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資少，工藝簡單，適合批量生產(chǎn)復(fù)雜形狀陶瓷制品。注漿成型的關(guān)鍵是調(diào)漿，調(diào)漿一方面要求原料本身具有較好解膠性能，另一方面要選擇合適電解質(zhì)并確定合適加入量。

注漿成型要求泥漿在良好流動(dòng)性和懸浮性的基礎(chǔ)上，水分越小越好，越大、越復(fù)雜的器型對(duì)泥漿性能要求越高。調(diào)漿常用的電解質(zhì)有水玻璃、碳酸鈉、腐植酸鈉、三聚磷酸鈉等，一般調(diào)漿多采用兩種或兩種以上電解質(zhì)復(fù)配調(diào)漿，本實(shí)驗(yàn)調(diào)漿對(duì)水玻璃、碳酸鈉和腐植酸鈉三種電解質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，調(diào)漿水分含量控制為35wt%，調(diào)漿性能見表3。

由表3中序號(hào)1、2可知，單獨(dú)使用水玻璃作為電解質(zhì)，不能起到解膠效果，即使一開始流動(dòng)性很好，很快就會(huì)結(jié)塊，說明漿料觸變性很強(qiáng)。表3中可以看出序號(hào)3和5采用水玻璃和碳酸鈉或腐殖酸鈉復(fù)合使用，效果較好，由坯體抗折強(qiáng)度比較可以看出，腐殖酸鈉還可以提高坯體抗折強(qiáng)度。圖1是采用阜新紫砂礦和宜興紫砂礦采用注漿成型制備的茶碗。

2.4 阜新紫砂料塑性成型實(shí)驗(yàn)

阜新紫砂料采用輥壓成型進(jìn)行塑性成型試驗(yàn)，試驗(yàn)工藝如下：球磨 → 制漿 → 壓濾 → 真空練泥 → 輥壓成型。

宜興紫砂由于原料數(shù)量有限，無法真空練泥，因此沒有進(jìn)行同步比較試驗(yàn)，經(jīng)輥壓成型試驗(yàn)，阜新紫砂料滿足塑性輥壓成型制備紫砂煲要求。圖2是阜新紫砂采用塑性滾壓成型制備的紫砂煲（屬大型紫砂器）。

2.5 紫砂干燥收縮測(cè)試

本試驗(yàn)用注漿成型法制備茶杯，通過測(cè)量模具杯口尺寸與紫砂杯坯體干燥后杯口尺寸，來計(jì)算紫砂杯注漿干燥收縮率，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定宜興紫砂杯坯體干燥收縮為2.98%，阜新紫砂杯坯體干燥收縮為2.76%。

2.6 紫砂燒成溫度的確定

分別將阜新和宜興紫砂原料壓制成長120 mm、寬60 mm、厚約10 mm的方塊試樣，在箱式電阻爐中不同溫度下，測(cè)定試樣的體積密度和吸水率，燒成樣品體積密度、吸水率隨燒成溫度變化的關(guān)系如圖3所示。

通過測(cè)量燒結(jié)坯體后的體積密度可以確定燒結(jié)溫度和燒成范圍。當(dāng)坯體到達(dá)燒結(jié)溫度，坯體內(nèi)的氣體迅速排出，體積密度迅速增大，當(dāng)坯體體積密度到達(dá)一定值后，溫度繼續(xù)升高，體積密度變化不再明顯，當(dāng)升高到一定溫度后，再升溫，體積密度開始減小。體積密度平穩(wěn)階段的溫度范圍即是燒成溫度范圍。以上過程對(duì)應(yīng)吸水率的變化情況也類似，開始吸水率由大迅速減小，減小到上述確定的燒成范圍起點(diǎn)后，吸水率達(dá)到低值，繼續(xù)升溫，吸水率保持不變。由圖3測(cè)試確定阜新紫砂和宜興紫砂原料的燒結(jié)溫度范圍分別在1090 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃。

2.7 紫砂樣品的鉛鎘溶出量的測(cè)定

紫砂陶器按照國標(biāo)《GBT 10816-2008 紫砂陶器》規(guī)定執(zhí)行，它引用了《GB 12651-2003 與食物接觸的陶瓷制品鉛、鎘溶出量允許極限》，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，紫砂產(chǎn)品必須符合GB 12651的要求，對(duì)各類陶瓷產(chǎn)品鉛鎘溶出量都做出了不同的要求，見表4。

在非特殊裝飾類的產(chǎn)品中，杯類制品，對(duì)鉛、鎘含量的要求分別是不大于0.5和0.25 mg/L，對(duì)除罐以外的大空心產(chǎn)品，要求鉛含量不大于1.0 mg/L，鎘含量不大于0.25 mg/L。分別用阜新和宜興紫砂原料制備的紫砂杯，檢測(cè)其鉛鎘溶出量，檢測(cè)結(jié)果見表5。

由表5數(shù)據(jù)可知，兩種原料所制成產(chǎn)品的鉛鎘溶出量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 分析與討論

3.1 紫砂可塑性分析

從表1可以看出宜興紫砂可塑度為0.59，阜新紫砂可塑度可塑度（經(jīng)真空煉泥、4天陳腐）為0.47，宜興紫砂塑性優(yōu)于阜新紫砂，主要原因一是宜興紫砂粒度較細(xì)，宜興紫砂D50為3.77 m，阜新紫砂D50為8.47 m。[2]二是宜興紫砂中塑性組分含量高，瘠性組分含量少，塑性組分代表是多水高嶺石（以Al2O3含量為代表），瘠性組分代表是石英（以SiO2含量為代表）。

通過真空煉練泥可以顯著提高泥料的可塑性，經(jīng)真空煉練后阜新紫砂泥的可塑度由0.36提高到0.47。紫砂泥經(jīng)過長時(shí)間陳腐可塑度也可適當(dāng)提高，經(jīng)過4天陳腐阜新紫砂泥可塑度由0.45提高到0.47。

3.2 紫砂料強(qiáng)度分析

從表2可以看出宜興紫砂料強(qiáng)度高于阜新紫砂，這一原因與可塑度分析結(jié)果一致，主要是受兩種料的粒度和組分影響，但從表2中可以看到宜興紫砂制壺泥的斷裂模數(shù)R（N/mm2）為2.49，宜興紫砂原料斷裂模數(shù)R（N/mm2）為3.24，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是由于宜興紫砂料太細(xì)，容易產(chǎn)生收縮開裂和變形等缺陷，在進(jìn)行泥料配置過程中需要進(jìn)行“調(diào)砂”處理[3]，通過調(diào)砂處理，不但克服了宜興紫砂變形和開裂等缺陷，而且增加了紫砂制品通氣性和質(zhì)感。阜新紫砂原料中由于存在一定的粗石英顆粒，恰恰可以改善制品的變形和開裂問題。

3.3 紫砂成型性能分析

經(jīng)過真空練泥后，阜新紫砂采用輥壓成型制作紫砂煲（屬于較大器型，見圖2），阜新紫砂輥壓成型性能良好，阜新紫砂可塑度滿足塑性成型要求。

通過對(duì)阜新紫砂和宜興紫砂注漿成茶碗實(shí)驗(yàn)可知（見圖1），阜新紫砂注漿成型性能良好，經(jīng)過調(diào)漿后料漿穩(wěn)定性好，注漿成型干燥后坯體沒有變形和開裂現(xiàn)象。宜興紫砂通過調(diào)漿也可以用于注漿成型，但成型后坯體容易產(chǎn)生變形和開裂現(xiàn)象，其原因主要是宜興紫砂料粒度細(xì)且分布集中，坯體干燥收縮較大。

3.4 紫砂燒成性能分析

從圖3可知，阜新紫砂和宜興紫砂原料的燒結(jié)溫度范圍分別在1085 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃，宜興紫砂的燒成溫度高，燒成范圍寬，不同燒成溫度，紫砂器體現(xiàn)的色澤和質(zhì)感差別較大[4]，作為紫砂料Al2O3含量越高，其塑性越好，燒成強(qiáng)度越高[5]，但其燒制溫度也越高。

從低溫?zé)Y(jié)角度考慮，阜新紫砂燒成溫度比宜興紫砂低80 ～ 100℃，阜新紫砂中高溫成分Al2O3含量比宜興紫砂低近8%，而低溫助熔成分除了著色氧化物Fe2O3和TiO2外，阜新紫砂中CaO、MgO、K2O、Na2O含量之和為7.67%，宜興紫砂為3.13%，因此阜新紫砂燒成溫度低，燒成范圍窄。

從圖3可以看到阜新紫砂在燒成溫度范圍內(nèi)吸水率在0.33 ～ 0.048%，宜興紫砂在燒成溫度范圍內(nèi)吸水率在0.64 ～ 0.47%，說明宜興紫砂通孔氣孔率高于阜新紫砂，宜興紫砂透氣效果比阜新紫砂要好。

4 結(jié)論

（1）阜新紫砂可塑度為0.47，宜興紫砂可塑度為0.59，宜興紫砂可塑性優(yōu)于阜新紫砂，阜新紫砂可以滿足塑性輥壓成型要求。

（2）采用水玻璃和腐殖酸難復(fù)配添加比例為1%，或水玻璃和碳酸鈉復(fù)配添加比例為0.25%，可以將阜新紫砂調(diào)成含水率為35%左右的注漿成型用泥漿。

（3）阜新紫砂干燥收縮率為2.76%，宜興紫砂干燥收縮率為2.98%，阜新紫砂注漿成型性能良好，宜興紫砂注漿成型后坯體易產(chǎn)生變形和開裂現(xiàn)象。

（4）阜新紫砂燒成溫度范圍為1090 ～ 1115℃，宜興紫砂燒成溫度范圍1150 ～ 1210℃。宜興紫砂燒成溫度高，燒成范圍寬。

（5）阜新紫砂和宜興紫砂鉛、鎘溶出量符合紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》國家標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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