淺談中國(guó)古代陶瓷發(fā)展進(jìn)程中的化學(xué)知識(shí)

王川川，馬志偉，王建玲，李愛勤

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046 )

中國(guó)是四大文明古國(guó)之一，中國(guó)古代各民族祖先辛勤勞動(dòng)，通過艱苦奮斗，共同創(chuàng)造了驚人的古代科技文化，為全人類的科技發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。在化學(xué)領(lǐng)域，中國(guó)勞動(dòng)人民在火藥、瓷器、造紙術(shù)以及在金屬冶煉方面取得的成就舉世矚目[1]。本文將就中國(guó)古代陶瓷發(fā)展過程中化學(xué)知識(shí)做一簡(jiǎn)單介紹，供交流探討，希望對(duì)化學(xué)通識(shí)教育有所幫助。

大約在距今五十萬(wàn)年到一百萬(wàn)年前，我們的祖先掌握了火的使用方法，并開始利用火。火的發(fā)現(xiàn)與利用是人類有意識(shí)地利用化學(xué)的開端。在此之后漫長(zhǎng)的歲月里，遠(yuǎn)古先民利用火作為戰(zhàn)勝寒冷、阻止動(dòng)物襲擊的武器。直至距今大約8000年前的新石器時(shí)代，我們的祖先發(fā)明了陶器，并掌握了燒陶的技術(shù)。陶器是人類利用化學(xué)的手段所制造出的第一種自然界中不存在的物質(zhì)。其中紅陶出現(xiàn)于新石器時(shí)代早期，由于其燒制溫度低，因此更易于制取[2]。隨著古代文明的發(fā)展，到了新石器時(shí)代晚期，紅陶逐漸被制作更為精良的灰陶、黑陶替代，而且陶器器型變小，表明古人的制陶水平有了很大的進(jìn)步。在今河南省澠池縣仰韶村還出土了大量的彩陶，說明我們的祖先已經(jīng)學(xué)會(huì)利用無(wú)機(jī)金屬氧化物作為顏料，其中彩陶上的紅褐色條紋是用赭石作為顏料，其主要成分為三氧化二鐵；黑褐色條紋是用鐵錳礦石粉作為顏料。陶器的顏色與其制作原料及燒制氛圍有非常大的關(guān)系，當(dāng)制陶原料所用粘土含鐵量高時(shí)，在氧化氣氛中燒制得到紅陶，在還原氣氛中燒制得到灰陶；而黑陶的燒制方法則更為復(fù)雜，需先在氧化氣氛中燒制，后改為還原氣氛，還需要用濃煙熏翳，經(jīng)滲炭而制得黑陶。在此基礎(chǔ)之上，古人還利用含鐵量較低的瓷土或白黏土在較高溫度(1000℃左右)下燒制，得到白陶，但由于燒制溫度不夠高，未能燒結(jié)，因此還未能成為瓷器，但白陶的發(fā)現(xiàn)對(duì)瓷器的發(fā)明有某種先到作用，體現(xiàn)了制陶技術(shù)的進(jìn)步。陶器燒制工藝的發(fā)展說明中國(guó)古人對(duì)火的利用已經(jīng)到了爐火純青的境界。

幾乎在人們掌握陶器燒制技術(shù)的同時(shí)，釉就被用于陶器上，使陶器更不易透水，并且容易清洗，使之更加適合用作儲(chǔ)水器、釀酒器等器物。大約在距今7000年的新石器時(shí)代，在河北地區(qū)的磁山文化時(shí)期，考古發(fā)現(xiàn)了中國(guó)第一只釉陶罐。原始陶釉的產(chǎn)生可能是先人為了美觀在陶器表面涂抹了一層石灰石或方解石，也有可能是先人偶然間在陶器表面沾染草木灰所導(dǎo)致的。但由于生產(chǎn)工藝的限制，在此后很長(zhǎng)一段時(shí)間里，釉陶都不多見。直到漢代，釉陶有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，西漢時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，生產(chǎn)工藝也得到提升。漢武帝時(shí)期，人們用黃丹(主要成分氧化鉛)或鉛粉(主要成分碳酸鉛、氫氧化鉛)作為助溶劑，利用孔雀石粉或赭土作為著色劑，在氧化氣氛中燒制可以得到漂亮的翠綠色或黃褐色釉。由于鉛的加入降低了釉的熔點(diǎn)，因此這種釉陶又稱“鉛釉陶”，屬于低溫釉。到了唐代，釉陶的發(fā)展到了巔峰，唐三彩以其璀璨多姿的顏色體現(xiàn)了中國(guó)古代陶瓷工匠的聰明才智。唐三彩的燒制先以粘土作胎，經(jīng)高溫素?zé)尚停缓笊嫌圆薀?。三彩使用含有銅、鐵、鈷、錳等元素的礦物作為著色劑，以鉛的氧化物作為助溶劑，在二次彩燒的時(shí)候，高溫下各種金屬的氧化物在熔融狀態(tài)下肆意流動(dòng)，從而形成了集淺綠、深綠、淺黃、赭黃、褐紅、天藍(lán)、茄紫多種色彩于一體的多彩釉[3]。但唐三彩中多以黃、赭、綠三種顏色為主，因?yàn)樵谔张魃纤磕ǖ牟视?，在高溫煅燒的過程中發(fā)生了化學(xué)變化，其色釉濃淡的變化、斑駁淋漓、色澤自然協(xié)調(diào)，紋路流暢，是一種極具中國(guó)特色的傳統(tǒng)工藝品。唐三彩中常用的色釉中，孔雀石、藍(lán)銅礦多顯現(xiàn)綠色，赤鐵礦多顯現(xiàn)黃色及褐色，含鈷的軟錳礦多顯現(xiàn)藍(lán)色，鐵錳礦多顯現(xiàn)黑色。

在陶器制作的基礎(chǔ)之上，人們逐漸掌握了瓷器的制作工藝。原始瓷器最早出土于河南二里崗商代遺址。原始瓷器與陶器的區(qū)別主要在于所用原料中氧化硅與氧化鋁的含量不同，原始瓷器所用瓷土中這兩種物質(zhì)含量更高一些，而堿性氧化物的含量低一些，導(dǎo)致需要更高的燒結(jié)溫度，使成品更加致密；原始瓷器所用原料中的氧化鐵含量也更低一些，因此瓷器與陶器胎體顏色不同，瓷器胎色大致呈現(xiàn)為白色；瓷器需要1200℃以上的高溫才能燒結(jié)，胎質(zhì)緊密，吸水率低。原始瓷器的釉為使用氧化鈣作為助熔劑的“石灰釉”，其熔點(diǎn)約為800℃，屬于高溫釉，一般使用氧化鐵作為著色劑，其在還原氣氛下燒成時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出淡青色，如果成分或窯內(nèi)火焰氣氛控制不好，會(huì)呈現(xiàn)出黃綠色或青灰色，因此原始瓷器也成為青瓷。因?yàn)檫@段時(shí)期出現(xiàn)的瓷器與成熟瓷器尚有差距，因此稱為原始瓷器[4]。早期原始瓷器胎體鐵含量較高，原料沒有經(jīng)過精細(xì)淘洗加工，所以質(zhì)地比較粗糙，由于工藝落后，窯內(nèi)溫度控制不均勻，造成器物表面顏色不一。

隨著化學(xué)及制瓷工藝的進(jìn)步，在東漢晚期，在原始青瓷基礎(chǔ)上演變而來的青瓷標(biāo)志著我國(guó)出現(xiàn)了成熟瓷器。在浙江省上虞縣百官鎮(zhèn)出土的東漢青瓷水波紋四系罐，經(jīng)過測(cè)定，其胎質(zhì)、釉色及燒結(jié)溫度都達(dá)到了瓷器的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國(guó)瓷器的燒制成功，是目前已發(fā)現(xiàn)的最早的較為成熟的青瓷。成熟瓷器胎體中酸性氧化物及中性氧化物例如二氧化硅和三氧化鋁的含量增多，而堿性氧化物如氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀等含量減少，使燒結(jié)溫度進(jìn)一步提高，玻璃化程度也進(jìn)一步提高，器物質(zhì)地更為堅(jiān)硬，不易變形。所用釉料中氧化鐵的含量控制在1%～3%之間保證了器物色彩的純正，隨著化學(xué)及手工藝的發(fā)展，人們掌握了控制窯溫及窯內(nèi)通風(fēng)量的方法。如果釉料鐵含量過高及較高的通風(fēng)量，會(huì)導(dǎo)致窯內(nèi)形成氧化氛圍，進(jìn)而導(dǎo)致四氧化三鐵含量增高，使釉色變?yōu)辄S色或暗褐色。

在北齊范粹墓中出土的白瓷是我國(guó)至今已知的最早的白瓷，其胎體中氧化鐵的含量已在1%以下，說明中國(guó)古代制瓷工匠已經(jīng)認(rèn)識(shí)并掌握了氧化鐵的呈色作用及原理，并在生產(chǎn)實(shí)踐中有意控制瓷土中氧化鐵含量，從而促使了白瓷的誕生。白瓷與青瓷的制作工序幾乎完全相同，只是在燒制青瓷的基礎(chǔ)之上，逐漸改進(jìn)制瓷原料的篩選淘洗工藝，以減低瓷土中氧化鐵的含量。在此基礎(chǔ)之上，匠人們又逐步降低釉料中氧化鐵含量，當(dāng)其低于0.75%時(shí)，便呈現(xiàn)出白色，燒制出來后就是白釉。由于使用氧化鐵作為青釉的呈色劑時(shí)，釉料中固有的雜質(zhì)導(dǎo)致燒成色彩難以控制，在白釉的基礎(chǔ)之上，通過添加赭石以調(diào)節(jié)釉中的含鐵量，就可以調(diào)控想得到的顏色。青釉中所呈現(xiàn)出的顏色是由釉中溶解的氧化亞鐵的含量所決定的，其色質(zhì)的純正及鮮艷程度主要取決于釉中FeO/Fe3O4的比例，比值越高，器物的青綠色就越為鮮艷，而更為關(guān)鍵的還是控制窯內(nèi)的強(qiáng)還原性。名滿天下的青花瓷則是利用含鈷的顏料直接在瓷器坯胎上繪畫，隨后上一層透明釉，然后在高溫下一次燒結(jié)成型，從而呈現(xiàn)出藍(lán)色的釉下彩。其所用顏料的的主要的化學(xué)成分為氧化錳、氧化鈷及氧化鐵，著色劑主要是氧化鈷，其含量多會(huì)導(dǎo)致器物顏色發(fā)黑，含量少會(huì)導(dǎo)致器物顏色不顯現(xiàn)青藍(lán)色。紅釉初期以孔雀石(主要成分堿式碳酸銅)或膽礬作為呈色劑，在窯內(nèi)強(qiáng)還原氣氛中，銅離子被還原而呈現(xiàn)出紅色，后期也出現(xiàn)了以氧化鐵作為著色劑的紅釉，其紅色多為礬紅、珊瑚紅等。提高釉中鐵含量可以得到黑釉，在北宋浙江武義生產(chǎn)的黑釉瓷器中，釉中鐵含量可高達(dá)9.4%，在窯內(nèi)高溫還原氣氛下，氧化鐵主要處于四氧化三鐵狀態(tài)，因此釉層呈現(xiàn)出黑色或醬色。

從中國(guó)古代陶瓷發(fā)展的歷程中我們可以看到華夏文明與化學(xué)發(fā)展的淵源，我國(guó)古代在化學(xué)方面的貢獻(xiàn)非常大，陶瓷制品中蘊(yùn)藏著古代中國(guó)勞動(dòng)人民豐富的智慧，是古代中國(guó)一項(xiàng)極具代表性的偉大發(fā)明。