云南建水紫陶原料及工藝性能研究

摘 要：云南建水紫陶產(chǎn)于中國(guó)云南省紅河州建水縣，以填刻和無(wú)釉磨光為其顯著工藝特征。其傳統(tǒng)原料取自建水縣碗窯村，以白色粘土、青色粘土、黃色粘土、五色粘土和紫色粘土為主。云南建水紫陶文化及藝術(shù)屬性的研究較多，但原料研究較少，行業(yè)仍然缺乏原料特性的科學(xué)數(shù)據(jù)。本文以建水紫陶原料作為研究對(duì)象，對(duì)原料的礦物組成、化學(xué)組成、顆粒組成及工藝性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，進(jìn)而為未來(lái)開(kāi)發(fā)系列云南建水紫陶產(chǎn)品提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：云南建水紫陶；礦物組成；化學(xué)組成；顆粒組成；工藝性能

1 引言

江蘇宜興紫砂、重慶榮昌安陶、云南建水紫陶以及廣西欽州坭興陶，由于鮮明的文化特色以及悠久的歷史 ，被稱為中國(guó)四大名陶。云南建水紫陶產(chǎn)于中國(guó)云南省紅河州建水縣，至今已有 3500 年的歷史[1] 。建水紫陶在傳統(tǒng)陶瓷制作工藝上，吸收借鑒了雕刻、鑲嵌、石料打磨等工藝，通過(guò)不斷的工藝創(chuàng)新發(fā)展了區(qū)別于其它三大名陶的，以填刻和無(wú)釉磨光為其顯著工藝特征的特殊陶藝。由于建水紫陶特殊的原料和工藝，用其生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)溫潤(rùn)如玉，光潔如鏡。2008年，云南建水紫陶被正式列為中國(guó)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄。其悠久的歷史和豐富的文化內(nèi)涵，越來(lái)越受到人們重視和研究[2]。

云南建水紫陶的傳統(tǒng)原料取自建水縣碗窯村，原料以白色粘土、青色粘土、黃色粘土、五色粘土和紫色粘土為主。建水紫陶礦物原料的主要賦礦層位為上新世的茨營(yíng)組，該礦層不整合于中新統(tǒng)小龍?zhí)督M等不同時(shí)代地層之上[3]。除紫色粘土外，其余粘土礦床屬湖泊沉積型礦床，呈孤立緩慢下降的湖泊盆地相產(chǎn)出，巖性組合為中粗粒石英砂巖，砂質(zhì)泥巖夾陶瓷土礦。物質(zhì)來(lái)源為母巖在溫暖潮濕的氣候條件下風(fēng)化剝蝕分解時(shí)游離出來(lái)的SiO2與Al2O3，呈膠體狀態(tài)搬運(yùn)到沉積盆地中堆積形成。礦床呈層狀、似層狀、透鏡狀分布，構(gòu)成陶瓷土礦與碎屑巖系密切共生的特點(diǎn)。傳統(tǒng)云南建水紫陶配方以上述五種粘土配比混合，形成白泥配方和紅泥配方。產(chǎn)品顏色根據(jù)配方及燒制氣氛多呈黃白色、青灰色、紅色和黑褐色[4]。

2023年，云南建水紫陶產(chǎn)值由2014年的8億元增長(zhǎng)至70億元，翻了9倍，帶動(dòng)就業(yè)近6萬(wàn)余人。但目前傳統(tǒng)建水紫陶產(chǎn)品定位藝術(shù)陶，受眾面窄，工藝復(fù)雜，創(chuàng)業(yè)門檻高，同時(shí)低端紫陶產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，行業(yè)的發(fā)展遇到了瓶頸。當(dāng)前對(duì)云南建水紫陶文化及藝術(shù)屬性的研究較多，但原料研究較少，行業(yè)仍然缺乏原料特性的科學(xué)數(shù)據(jù)。根據(jù)材料學(xué)四要素，陶瓷材料的制造工藝、性能取決于其原料成分和結(jié)構(gòu)。為此，本文以云南建水紫陶原料作為研究對(duì)象，對(duì)原料的礦物組成、化學(xué)組成、顆粒組成及工藝性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，進(jìn)而為未來(lái)開(kāi)發(fā)系列云南建水紫陶產(chǎn)品提供依據(jù)。

2實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)的原料包括建水紫陶原礦：白色粘土（BT）、青色粘土（QT）、黃色粘土（HT）、五色粘土（WST）和紫色粘土（ZT）（建水縣碗窯村）、六偏磷酸鈉（天津縱橫興工貿(mào)有限公司）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將建水紫陶原礦礦樣分別混勻、縮分，用環(huán)割法取樣，樣品分為備用樣、測(cè)試樣和試驗(yàn)樣。試驗(yàn)樣烘干后與水按照比例（礦漿濃度為40%）配成礦漿，放置1天后加入六偏磷酸鈉分散劑（用量為2kg/t），在搗漿桶中攪拌30min，搗漿轉(zhuǎn)速為1200r/min，使礦石充分解離。然后用100目（150μm）、180目（80μm）、300目（48μm）標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕篩分級(jí)，過(guò)濾后進(jìn)行烘干。原礦取樣、分級(jí)工藝流程見(jiàn)圖1。

2.3表征和測(cè)試

本研究對(duì)建水紫陶的礦物原料進(jìn)行取樣與分級(jí)，并進(jìn)行X 射線衍射實(shí)驗(yàn)；掃描范圍為 10 °～90 °，X-射線熒光光譜分析。采用激光粒度儀對(duì)泥料進(jìn)行粒徑分析，并測(cè)試樣品的收縮率、可塑性指數(shù)、干燥抗折強(qiáng)度及白度。

3 結(jié)果

3.1礦物組成

圖2是云南建水紫陶五種主要制陶原料白土（BT）、青土（QT）、黃土（HT）、五色土（WST）和紫土（ZT）的XRD圖譜，可以看出，五種原料的礦物組成特征非常相似，即主要礦物成分為石英、白云母和高嶺石。五種原料中的石英的衍射峰都比較強(qiáng)，說(shuō)明其結(jié)晶度較好。紫土中的高嶺石結(jié)晶也較好，還清晰可見(jiàn)褐鐵礦的衍射峰。其余粘土中的白云母和高嶺石的衍射峰都比較弱，說(shuō)明這兩種礦物的結(jié)晶度不高。

根據(jù)礦物成分的XRD分析結(jié)果（圖2），結(jié)合化學(xué)成分（表4）和相關(guān)礦物化學(xué)成分的理論值，可半定量計(jì)算出建水紫陶五種主要制陶原料中礦物成分的相對(duì)含量（表1）?？梢钥闯?，建水紫陶五種原料的礦物成分為：石英35%～52% ，白云母12%～46%，高嶺石13%～30%，褐鐵礦0.5%～6% ，不同礦物原料之間的區(qū)別在于這些礦物的含量有所不同，并與化學(xué)成分分析結(jié)果比較一致，除紫土外，其余四種粘土具備單獨(dú)成瓷的條件。

3.2顆粒組成

建水紫陶五種礦石原料充分解離后，用100目（150μm）、180目（80μm）、300目（48μm）標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕篩分級(jí)后的粒度組成見(jiàn)表2。由表2可知，建水紫陶五種礦石原料的粒度較細(xì)，礦石-48μm的產(chǎn)率均超過(guò)85%，+48μm的產(chǎn)率較低，根據(jù)篩分后的化學(xué)分析，這部分主要是游離的石英顆粒。五種礦石原料經(jīng)300目（48μm）標(biāo)準(zhǔn)篩濕篩分級(jí)后，篩下礦物用激光粒度儀進(jìn)行粒徑分析，其結(jié)果見(jiàn)表3和圖3?？梢钥闯?，建水紫陶五種主要原料300目篩下礦物的平均粒度為10μm左右，相比宜興紫砂泥（21 μm）的顆粒要小得多[5]，這也是建水紫陶能夠采用刻填及無(wú)釉磨光特殊工藝的主要原因。在五種原料中，白土和黃土的粒度相對(duì)其它粘土要大些，紫土粒度最小，并且紫土和黃土的粒度分布圖中出現(xiàn)兩個(gè)峰，這可能是這兩種礦石中含有較多的褐鐵礦，褐鐵礦風(fēng)化較好導(dǎo)致部分顆粒較小。

3.3化學(xué)組成

建水紫陶五種原料原礦和經(jīng)100目（150μm）、300目（48μm）標(biāo)準(zhǔn)篩篩分分級(jí)后的各個(gè)粒度的化學(xué)組成見(jiàn)表4。可以看出，原礦中SiO2含量較高，白土、青土和五色土中的SiO2含量均超過(guò)70%，Al2O3含量均小于17%；熔劑性成分中，K2O的含量較高，Na2O、CaO、 MgO的含量較低；白土和青土的Fe2O3含量低于1.5%，黃土和紫土的Fe2O3含量較高。并且原礦經(jīng)過(guò)分級(jí)后，白土、青土和五色土中SiO2在粗顆粒（+48μm）中得到富集，SiO2含量大于90%，Al2O3在細(xì)顆粒（-48μm）中得到富集，Al2O3含量大于17%。結(jié)合表2的粒度組成結(jié)果，由于原礦-48μm的產(chǎn)率較高，在實(shí)際生產(chǎn)中，礦石可以不經(jīng)過(guò)球磨，直接篩分處理。這樣做的好處一是可降低生產(chǎn)成本，二是可防止原料過(guò)磨，影響產(chǎn)品的工藝性能。

3.4 工藝性能

建水紫陶五種主要原料300目篩下礦物的主要工藝性能指標(biāo)見(jiàn)表5。圖4為所制備的樣品在1200℃氧化燒制的效果圖?？梢钥闯觯嗤?、黃土和五色土由于有機(jī)質(zhì)含量高，燒失量較大導(dǎo)致燒成收縮較大，按照礦物可塑性類別分類[6]，三種礦物為高可塑性礦物，白土和紫土為中可塑性礦物；青土和五色土的干燥抗折強(qiáng)度最高，紫土最低，所以泥料配方中不宜加入過(guò)多的紫土。白土和青土的含鐵量相對(duì)較低，白度相對(duì)較高，黃土、五色土和紫土均可用于調(diào)整建水紫陶產(chǎn)品的顏色，所制備樣品呈色隨著Fe2O3含量的增加逐漸加深。

4討論

根據(jù)材料學(xué)底層邏輯，陶瓷材料的制造工藝、性能取決于其原料成分和結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述建水紫陶原料的礦物組成、化學(xué)組成、顆粒組成及工藝性能的系統(tǒng)研究。建水紫陶原料屬于沉積型二次粘土，其特征是顆粒較細(xì)、塑性較高、原料雜質(zhì)多、耐火度低、燒結(jié)溫度范圍窄。這導(dǎo)致了建水紫陶多年來(lái)采用塑性成型方式生產(chǎn)，并采用刻填及無(wú)釉磨光的特殊工藝，造就了建水紫陶的藝術(shù)性和特殊性，但同時(shí)也制約了建水紫陶的發(fā)展。工藝復(fù)雜、成本高、成品率低、無(wú)法規(guī)模化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、顏色造型變化單一是目前建水紫陶遇到的主要困難。筆者認(rèn)為，解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于原料及配方的深入研究，如何根據(jù)市場(chǎng)需求研發(fā)不同的配方是核心所在。

需要說(shuō)明的是，本文研究所采用的建水紫陶原料來(lái)源于一個(gè)取樣點(diǎn)。由于沉積型礦的特點(diǎn)，不同的礦點(diǎn)其特征會(huì)發(fā)生明顯的變化，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行研究。所以，需要對(duì)建水縣境內(nèi)紫陶原料不同礦點(diǎn)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化研究，為建水紫陶的進(jìn)一步發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

5結(jié)論

（1）建水紫陶五種原料的主要礦物成分為：石英、白云母、高嶺石和褐鐵礦，不同礦物原料之間的區(qū)別在于這些礦物的含量有所不同。結(jié)合化學(xué)成分中K2O的含量，除紫土外，其余四種粘土具備單獨(dú)成瓷的條件。

（2）建水紫陶五種原料的粒度較細(xì)，礦石-48μm的產(chǎn)率均超過(guò)85%，+48μm的產(chǎn)率較低，根據(jù)篩分后的化學(xué)分析，這部分主要是游離的石英顆粒。建水紫陶五種主要原料300目篩下礦物的平均粒度為10μm左右，顆粒較細(xì)是建水紫陶能夠采用刻填及無(wú)釉磨光特殊工藝的主要原因。

（3）建水紫陶五種原料中SiO2含量較高，Al2O3含量較低；熔劑性成分中，K2O的含量較高，Na2O、CaO、 MgO的含量較低，白土和青土的Fe2O3含量低于1.5%，黃土和紫土的Fe2O3含量較高。并且原礦經(jīng)過(guò)分級(jí)后，白土、青土和五色土中SiO2在粗顆粒（+48μm）中得到富集，SiO2含量大于90%，Al2O3在細(xì)顆粒（-48μm）中得到富集。在實(shí)際生產(chǎn)中可不經(jīng)過(guò)球磨直接進(jìn)行直接篩分處理?？山档蜕a(chǎn)成本，防止原料過(guò)磨，影響產(chǎn)品的工藝性能。

（4）建水紫陶五種原料中，青土、黃土和五色土燒成收縮較大，為高可塑性礦物，其干燥抗折強(qiáng)度也較高，白土和青土白度較高。在實(shí)際配方中，提高塑性以青土、黃土和五色土為主，黃土、五色土和紫土均可用于調(diào)整建水紫陶產(chǎn)品的顏色，但紫土用量不宜過(guò)高。

參考文獻(xiàn)

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