虹彩釉的研制及影響因素探討

董超華，段曉蓉

（景德鎮(zhèn)歐神諾陶瓷有限公司，景德鎮(zhèn) 333426）

1 前言

景德鎮(zhèn)歷來(lái)是全國(guó)主要的日用細(xì)瓷生產(chǎn)基地之一，景德鎮(zhèn)瓷器的燒成溫度一般在1300℃以上，以還原氣氛燒成。本文研究對(duì)象為硅鋅鈣結(jié)晶釉，燒成溫度為1200～1300℃。

結(jié)晶釉是一種裝飾性很強(qiáng)的藝術(shù)釉，它源于我國(guó)古代的顏色釉，如宋朝的“茶葉末”、“芝麻點(diǎn)”、“鐵銹花”等名貴色釉就屬于微晶結(jié)晶釉范疇[1]。結(jié)晶釉區(qū)別于普通釉的根本特征在于釉中含有一定數(shù)量的可見結(jié)晶體，這種結(jié)晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠形成多種多樣的形狀，利用這種特性可以制作出復(fù)雜動(dòng)人的圖案，且這些圖案能夠較好的被著色劑著色。而硅鋅鈣結(jié)晶釉是一種以鋅和鈣同時(shí)作為結(jié)晶劑，在一定的燒成制度下形成結(jié)晶的藝術(shù)釉，具有結(jié)晶性能好、有晶態(tài)良好、晶花呈大型扇形紋樣等特點(diǎn)[2]。

本文從釉料配方著手，在改變硅鋅鈣結(jié)晶釉配方的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量試驗(yàn)，制備出成本較低的硅鋅鈣結(jié)晶釉，并研究了其結(jié)晶性能和析晶機(jī)理，同時(shí)也為結(jié)晶釉在藝術(shù)陶瓷中得到更加廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)其制備原理、方法、關(guān)鍵工藝技術(shù)等的研究，研制出了藝術(shù)效果較好、基本適合生產(chǎn)用的硅鋅鈣結(jié)晶釉。

2 文獻(xiàn)綜述

2.1 硅鋅鈣結(jié)晶釉的研制

硅酸鹽釉的結(jié)晶是決定于配方化學(xué)組成中自生的結(jié)晶能力，液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕Y(jié)晶作用和晶核的生長(zhǎng)速度等，直接影響晶體結(jié)構(gòu)，使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。所以不同化學(xué)組成和它的外界因素的影響（釉層厚度、燒成升溫速度、保溫時(shí)間、冷卻制度）而得到不同晶形的結(jié)晶釉。

配制硅鋅礦結(jié)晶釉主要是使用玻璃粉、石英粉、氧化鋅和少量的著色劑和結(jié)晶促進(jìn)劑。其中以玻璃粉作為熔劑，氧化鋅和石英在高溫反應(yīng)后生成的硅酸鋅作為熔質(zhì)或結(jié)晶劑。著色劑主要采用了：鐵、銅、錳、鎳、鈦、鈷、銀的氧化物或鹽類，作為結(jié)晶促進(jìn)劑的有氧化鉬、五氧化二釩[16]。

結(jié)晶釉的制備：本文制備的硅鋅鈣結(jié)晶釉配方是以石英、鉀長(zhǎng)石、玻璃粉和氧化鋅為基礎(chǔ)，著色劑為CuO。，實(shí)驗(yàn)方案表下文具體描述。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 正交試驗(yàn)法

正交試驗(yàn)法在工藝改革、新產(chǎn)品試驗(yàn)、配方調(diào)整等環(huán)節(jié)中起著重要的作用。并且影響結(jié)果的往往都不是單一因素，是多種因素交織在一起的。如按一個(gè)個(gè)因素去試驗(yàn)，則很難在短時(shí)間能得到滿意的效果。所以采取正交試驗(yàn)法在對(duì)多因素的分析具有很大的好處。

正交試驗(yàn)中最重要的是正交實(shí)驗(yàn)表。下面是正交試驗(yàn)的一般步驟：（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_定考核指標(biāo)；（2）挑選因素，確定水平；（3）選用正交表；（4）排表頭和水平；（5）進(jìn)行試驗(yàn)；（6）.測(cè)定數(shù)據(jù)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果；（7）分析實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)并驗(yàn)證試驗(yàn)。

2.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)法

將影響結(jié)果的因素控制為一個(gè)時(shí)，可以很直觀的發(fā)現(xiàn)此因素與結(jié)果的關(guān)系，從而做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 原材料化學(xué)組成與來(lái)源

考慮所用原料和工藝性能確定和坯體相匹配的釉料配方，以獲得良好的釉面質(zhì)量和藝術(shù)感很好的外觀效果。陶瓷生產(chǎn)中，原料是基礎(chǔ)，坯料和釉料所用原料的好壞，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。因此，選擇質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格適中的原料很重要。在選擇原料上，主要考慮其質(zhì)量、價(jià)格、來(lái)源等方面。本實(shí)驗(yàn)釉用原料見表1、表2。

表1 原料及化學(xué)組成（%）

表2 化工原料（%）

化學(xué)試劑按純度由低到高可分為工業(yè)純、化學(xué)純、分析純、光譜純多種規(guī)格。純度及用途：純度高，雜質(zhì)含量低，適用于研究和配制標(biāo)準(zhǔn)液；純度較高，雜質(zhì)含量較低，適用于定性和定量分析。本文為降低成本，使用工業(yè)純。

3.2 實(shí)驗(yàn)的主要儀器及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器與設(shè)備見表3。

表3 儀器與設(shè)備

3.3 工藝流程

實(shí)驗(yàn)工藝流程：配方→稱料→球磨→過(guò)篩→除鐵→施釉→干燥→燒成

3.4 坯料

因?yàn)楸疚闹饕兄平Y(jié)晶釉釉料，對(duì)坯體沒有較大要求，坯體有兩種一種是壓餅，另一種是圓柱型的。坯體經(jīng)過(guò)干燥后上釉。坯料的價(jià)格比較便宜，所以不需要太大的花費(fèi)。

3.5 硅鋅鈣結(jié)晶釉配方實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.5.1 探索性試驗(yàn)

根據(jù)所查文獻(xiàn)資料確定結(jié)晶釉的原始配方如下：

表4 結(jié)晶釉原始配方(%)

燒成制度：燒成最高溫度為1260℃，析晶保溫溫度為1040℃。

燒成結(jié)果如圖1：

圖1 燒成制度一原始配方樣品的照片

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：在1260℃的燒成溫度下原始配方已經(jīng)燒出結(jié)晶，所以保持燒成制度不變，對(duì)原始配方進(jìn)行正交分析。

3.5.2 正交試驗(yàn)

選用正交表L34，固定高嶺土為3，燒滑石為5，長(zhǎng)石為4，變化石英與氧化鋅的質(zhì)量比和鉀長(zhǎng)石與石灰石的質(zhì)量比。因素水平表見表5，正交試驗(yàn)表見表6，最佳配方見表7。

表5 因素水平表

表6 正交實(shí)驗(yàn)表YJ-1～YJ-9

表7 釉的燒成效果

正交試驗(yàn)燒成效果如圖2所示。

圖2 YJ-1～YJ-9的樣品照片

從釉面效果看，YJ-6、YJ-8和YJ-9的晶花效果最好。其中YJ-8結(jié)晶偏大可能是因?yàn)椴ＡХ鄣牧科嗍蛊涓孜龀鲚^大晶花。結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看。在成分氧化鋅在28～30之間，玻璃粉在18～20之間，石英在18～20之間時(shí)可以得到較好的結(jié)晶。而石灰石在18～22之間對(duì)結(jié)晶的影響不大。通過(guò)正交試驗(yàn)的結(jié)果可知硅鋅鈣結(jié)晶釉在一定范圍內(nèi)很容易結(jié)晶。在一定范圍內(nèi)可以長(zhǎng)出比較好的晶花。在燒成結(jié)果中，根據(jù)圖片可知：影響結(jié)晶釉的主要因素是氧化鋅、玻璃粉和石英的比值關(guān)系。其次就是鉀長(zhǎng)石和石灰石的比值關(guān)系，只要在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)就能燒出好的結(jié)晶釉。而且如果加入一些有色金屬氧化物能使結(jié)晶釉很好的顯示出晶花。

3.5.3 單因素試驗(yàn)

按照正交實(shí)驗(yàn)表燒出的第一批樣品全部無(wú)光，無(wú)結(jié)晶。經(jīng)過(guò)分析，疑似為氧化鋅質(zhì)量問(wèn)題。遂以不同批次購(gòu)買的氧化鋅為單因素變量進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。

圖3 單因素實(shí)驗(yàn)

同一配方，使用原有氧化鋅的燒出了結(jié)晶，使用新購(gòu)氧化鋅的無(wú)光無(wú)結(jié)晶，與失敗的正交實(shí)驗(yàn)情況一樣，而且此次正交實(shí)驗(yàn)使用的也是新購(gòu)氧化鋅。

3.6 燒成溫度的試驗(yàn)

本文研究的是硅酸鋅結(jié)晶釉的研制和燒成效果。在1200～1300℃溫度范圍的窯爐的燒成并結(jié)出晶花，選用不同的燒成制度，得到不同的燒成效果。文中確定的燒成制度在溫度方面都是一樣，只是在升溫時(shí)間和保溫時(shí)間上有所不同，由于初選方案的配方不是很好，在不急冷的情況下無(wú)法得到晶花。但按照理論計(jì)算是可以得出晶花的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到最好的燒成制度。從室溫先升到900℃再?gòu)?00℃升到最高溫度，后再降溫，總共花費(fèi)8h。在燒的過(guò)程中，本應(yīng)該打開窯爐進(jìn)行急冷，但由于條件所限因此在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中無(wú)打開爐門這一項(xiàng)，當(dāng)然燒成的效果也會(huì)受到很大的影響，不過(guò)我們可以通過(guò)理論分析知道最終的效果如何。

燒成溫度見表8，燒成曲線見圖4

表8 燒成溫度表

圖4 燒成曲線

4 結(jié)果分析與討論

4.1 釉料化學(xué)組成對(duì)結(jié)晶釉的影響分析

ZnO:ZnO是硅鋅鈣結(jié)晶釉系統(tǒng)中的結(jié)晶形成劑，本實(shí)驗(yàn)采用工業(yè)純的氧化鋅粉末，氧化鋅和石英在高溫時(shí)生成硅酸鋅結(jié)晶。氧化鋅含量過(guò)高會(huì)提高燒成和析晶溫度，使釉面和晶花不光滑；含量太低會(huì)因高溫溶液的飽和度不夠而不結(jié)晶。本次試驗(yàn)中使用氧化鋅含量為26%-30%。

SiO2：與釉中含石英重量的百分比有關(guān)，如小于15%時(shí)，石英會(huì)溶解于長(zhǎng)石及其他熔劑所形成的玻璃態(tài)物質(zhì)中，而使釉結(jié)晶發(fā)生困難。如果在15%～20%時(shí)，石英開始在釉中以未被熔解的狀態(tài)出現(xiàn)，則易發(fā)生結(jié)晶；當(dāng)含量在20～35%時(shí)則成為乳濁玻璃。在結(jié)晶釉的配方中，SiO2在釉式中所占的當(dāng)量大多數(shù)在1.5～2.0左右。

玻璃粉：在燒成過(guò)程中起到了減少釉料的高溫粘度，降低析晶溫度的作用。玻璃粉引入過(guò)多會(huì)使相應(yīng)的堿土金屬和堿土金屬成分相應(yīng)增多，使釉料膨脹系數(shù)增大，容易造成釉面風(fēng)炸和裂紋；含量不足時(shí)晶體因釉粘度太大，受到阻力而不易長(zhǎng)大，形不成大晶花。

CaO:以碳酸鈣的形式引入，氧化鈣只促使個(gè)別結(jié)晶的形成，為了得到結(jié)晶網(wǎng)均勻分布的釉不讓局部生成大結(jié)晶，除了每種結(jié)晶釉的燒成溫度必須控制在比較窄的范圍內(nèi)，還應(yīng)限制結(jié)晶釉中的氧化鈣含量。

Al2O3：能顯著的影響熔融釉的粘度，然而利用它的存在可以顯著控制晶體的形成速率和大小，以及釉層的流動(dòng)性和溫度范圍。因此Al2O3能夠隱藏或者抑制結(jié)晶體的形成，Al2O3存在于不同的礦物里，它的加入量和所加入的礦物種類，都會(huì)影響結(jié)晶的形成。Al2O3不宜由長(zhǎng)石引入，因?yàn)樗谟灾惺侵蹌⑶胰廴诤蟮恼扯炔焕诰w的長(zhǎng)大。

K2O與Na2O：K2O與Na2O主要由長(zhǎng)石引入，它們也是成瓷的主要組分，起助熔作用，存在于玻璃相中提高釉料的熱膨脹系數(shù)，使釉的熱膨脹系數(shù)大于坯的熱膨脹系數(shù)，從而更利于產(chǎn)生裂紋。一般K2O與Na2O的總量應(yīng)控制在5%以下為宜，否則會(huì)急劇地降低釉的燒成溫度與其熱穩(wěn)定性。

4.2 釉漿厚度對(duì)結(jié)晶釉形成的影響

在本實(shí)驗(yàn)中，一種是在表面平整的坯體上施釉，一種是類似于圓柱形底端有凹槽的坯體上施釉，并研究了施釉厚度對(duì)結(jié)晶釉的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在表面有凹槽的坯體上施釉的樣品，凹槽處的晶花明顯多于凹槽周圍的晶花（如圖5所示），在不易析出晶花的配方中，在凹槽處也析出了完整的晶花，由此可見，釉層的厚度對(duì)結(jié)晶的析出有很大影響。

圖5 釉漿厚度影響

應(yīng)根據(jù)坯體造型的不同，掌握好釉漿濃度，施釉方法、浸釉時(shí)間等。以浸釉2次釉層厚度0.8至1.2mm為最佳厚度。

4.3.燒成制度的影響

為研制出硅酸鋅結(jié)晶釉，本實(shí)驗(yàn)的燒成制度是在做過(guò)一些調(diào)整后而得到的，在燒出的一些樣品中，發(fā)現(xiàn)燒成制度如表9所示。

表9 燒成溫度表

在該燒成制度中，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響晶花的長(zhǎng)大以及晶花的分布。如果溫度偏高，燒成周期過(guò)長(zhǎng)，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的話，容易產(chǎn)生流釉。對(duì)結(jié)晶有很大的影響。

4.4 器型與結(jié)晶釉的關(guān)系

在實(shí)驗(yàn)中選取了兩種器型施釉，一種是平面坯體，一種是立體坯體。發(fā)現(xiàn)在平面坯體上易形成大而均勻的晶花，而在垂直面上形成的晶花很小，而且細(xì)密，結(jié)晶效果并不理想（如圖6所示）。

圖6 器型的影響

這是因?yàn)榻Y(jié)晶釉的高溫流動(dòng)性大，在垂直面上影響晶體的分布，往往極不易燒成滿意的晶花。有弧度的器型能使釉層熔融后有停留，在此處能構(gòu)成結(jié)晶的場(chǎng)所并使晶花成長(zhǎng)，易得效果良好的結(jié)晶釉產(chǎn)品。因?yàn)?，在器型設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮結(jié)晶釉這一特點(diǎn)，巧妙利用此特點(diǎn)能使藝術(shù)效果與工藝效果兩全其美。

5 結(jié)論

（1）最佳配方：氧化鋅30，石英20，玻璃粉18，石灰石22，燒滑石5，長(zhǎng)石4，高嶺土3。

（2）最佳燒成制度：燒成溫度1260℃，保溫溫度1040℃，保溫時(shí)間240min。

（3）施釉厚度對(duì)析晶有影響。太薄不利于析晶，太厚不僅容易流釉，還容易使釉層開裂。釉層厚度控制在0.8至1.2mm為佳。

（4）器型對(duì)析晶有影響。硅鋅鈣結(jié)晶釉高溫流動(dòng)性很強(qiáng)，在立體器型上容易流釉，不太適于立體器型的燒制。使用硅鋅鈣結(jié)晶釉是要注意配合器型才能達(dá)到更好的藝術(shù)效果。

（5）存在問(wèn)題與改進(jìn)建議：由于時(shí)間倉(cāng)促及本人的水平有限，對(duì)于硅鋅鈣結(jié)晶釉只作了淺顯的研究。要得到效果更好的硅鋅鈣結(jié)晶釉釉應(yīng)該在此基礎(chǔ)上繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)調(diào)整配方，對(duì)氧化鋅、石英等的百分含量做單因素實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證其含量對(duì)該釉的影響，并對(duì)燒成制度中保溫溫度做一個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)，以找到更合適的燒成溫度。