鄭乃章 莫云杰 苗立鋒 熊春華

（景德鎮(zhèn)陶瓷學院，景德鎮(zhèn)：333001）

1 前言

陶瓷坯料配方分為一元配方、二元配方和三元配方。所謂一元配方即采用瓷石一類原料配成坯料，二元配方即采用瓷石和高嶺土二類原料配成坯料，三元配方則是由長石-石英-高嶺土構成。早在東漢時期，越窯工匠利用瓷石的一元配料發(fā)明了瓷器[1]。大量研究表明：宋代以前景德鎮(zhèn)也是采用瓷石的一元配方，進入元代后才開始出現(xiàn)二元配方。當時的陶工們?yōu)槭裁匆獙⑴髁吓浞綇碗s化？是否他們發(fā)現(xiàn)一元配方存在某些缺陷？本文力圖通過模擬實驗尋求這些技術原因。

2 原料與實驗

2.1 原料

本研究采用的原料為景德鎮(zhèn)陶瓷學院陶瓷工藝實驗室上世紀70年代庫存的三寶蓬瓷石、南港瓷石不子和現(xiàn)今市場所出售的柳家灣瓷石不子。其化學成分見表1。

2.2 坯料配方與實驗

坯料配方三角形如圖1所示。三種瓷石在其中的組成范圍均為0%～100%，共有15個配料點。

實驗按以下工藝流程進行：稱量配料→球磨混合→泥料過篩→注漿成型→干燥→燒成。燒成在箱式電爐中進行，其中燒成溫度設定為1050℃、1110℃、1180℃、1250℃。

2.3 性能測定

按常規(guī)陶瓷工藝測試方法[2]，測試這三種瓷石的可塑性、干燥強度、干燥線收縮（測得結果見圖2）。

對三寶蓬瓷石和南港瓷石進行了XRD分析（結果見圖3、圖4）。

表1 原料的化學組成Tab.1 Chemical composition of raw materials

圖1 坯料組成Fig.1 Body composition

圖2 瓷石的工藝性能Fig.2 Technological performance of chinastone（P－plasticity,D.D－drying strength,D.S－linear drying shrinkage）

圖3 三寶蓬瓷石的X R DFig.3 XRD of Sanbaopeng chinastone

圖4 南港瓷石的X R DFig.4 XRD of Nangang chinastone

試樣干燥后測定干燥收縮率，燒成后測定了瓷胎的燒成收縮率、吸水率[2]。根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪制性狀圖（結果見圖5、圖6）。

3 實驗結果分析與討論

3.1 單一瓷石的工藝性能

從圖2中比較這三種瓷石的可塑性、干燥強度、干燥線收縮，三寶蓬瓷石均為最低，對照化學組成和XRD分析（圖3、圖4）可見，三寶蓬瓷石中SiO2、（K2O+Na2O）較高，而燒失率（I.L）較低，含有一定量的石英和鈉長石，可見這是一種風化程度較低的瓷石，它在水碓粉碎后仍為較粗的瘠性顆粒，故可塑性低，不能單獨來成型坯體，必須與其他風化程度高的瓷石混合使用。而南港瓷石風化程度高，具有高的可塑性和干燥強度。

3.2 坯體收縮率的變化

一般情況下，景德鎮(zhèn)地區(qū)一元配方陶瓷生產(chǎn)中控制收縮率范圍大致在12%～14%之間[3]。從圖5可以看出，在低溫（1050℃和1110℃）時由三種瓷石組成的坯料系統(tǒng)均沒有達到常規(guī)的收縮范圍。當溫度繼續(xù)升高至1180℃時，在配方三角形中心區(qū)域出現(xiàn)了較大面積的常規(guī)收縮區(qū)；1250℃時常規(guī)收縮區(qū)被瓜分在靠近南港瓷石和三寶蓬瓷石的兩個頂點 (單剖線部分)，且總面積變小；在柳家灣瓷石與三寶蓬瓷石的聯(lián)線附近出現(xiàn)一個很大的過燒膨脹區(qū)（雙剖線部分）。

圖5 坯體收縮率的變化（%）Fig.5 Change of the body's shrinkage rate（%）

表2 坯體收縮率的變化Tab.2 Change of the body's shrinkage rate（%）

圖6 一元坯料1250℃時正燒與過燒膨脹區(qū)Fig.6 Areas of the body properly and over-fired at 1250℃

從表2可以看出，在低溫（1050℃到1180℃）時，由三種瓷石組成的坯料系統(tǒng)出現(xiàn)6個配方的收縮率在常規(guī)的收縮范圍（即No1、3、5、8、9和13）；當溫度繼續(xù)升高至1250℃時，也只有6個配方的收縮率在常規(guī)的收縮范圍（即No2、4、7、8、11和12）；計算1180～1250℃之間的收縮率變化(S1250-S1180)可見，僅有6個配方點未出現(xiàn)過燒膨脹，據(jù)此可繪出一元坯料在1250℃時的過燒膨脹區(qū)（見圖6），KK'線的左邊為正燒區(qū)，右邊（剖線區(qū)）為過燒膨脹區(qū)。這是由于：以瓷石為原料的一元坯料配方是以白云母（或稱為絹云母）和鈉長石為主要熔劑，它們通常在1120℃開始熔化[4]，且隨著溫度升高熔體的粘度急劇下降，在1200℃以后很容易產(chǎn)生過燒膨脹現(xiàn)象。

3.3 坯體吸水率的變化

從圖7中可以看出，在低溫（1050℃和1110℃）時，瓷胎吸水率均較大，并且隨著三寶蓬瓷石用量的增大而顯著，這進一步證明坯料中的熔劑在1120℃以下未熔化，不能填充內(nèi)部的孔隙。溫度升至1180℃時吸水率小于0.5%的區(qū)域僅存在于靠近柳家灣瓷石和三寶蓬瓷石的兩個小區(qū)域，其它區(qū)域瓷胎吸水率仍大于0.5%，沒有瓷化。1250℃時吸水率小于0.5%的區(qū)域被瓜分在靠近南港瓷石和三寶蓬瓷石的兩個頂點(單剖線部分)，且總面積變??；在柳家灣瓷石與三寶蓬瓷石的聯(lián)線附近出現(xiàn)一個很大的吸水率過大的區(qū)域（雙剖線部分）。

所以，采用單一瓷石為原料的一元配方坯料的燒成溫度范圍很窄，僅在1180℃左右；而采用多種瓷石配合的一元配方坯料，其燒溫度范圍同樣也很窄，不能超過1250℃，瓷石的用量大致為南港瓷石25%～100%，柳家灣瓷石0%～75%，而三寶蓬瓷石用量，結合前面所討論的可塑性，不宜過高，應控制在10%～30%之間。

圖7 坯體吸水率的變化Fig.7 Change of the body's water absorption

圖8 景德鎮(zhèn)盈田宋代窯址的瓷器Fig.8 The unearthed ware of song yingtian kiln in jingdezhen

3.4 一元坯料性能的比較和本實驗的仿真性

本實驗性狀三角形的三個頂點即表征著一種瓷石為坯時的性能?？梢?，僅以一種瓷石為坯時，胎的質量差異很大，難以控制，故古代陶工往往要根據(jù)瓷石的“軟”“硬”來進行合理的搭配，才能配得較好的坯料。

坯體在燒成過程中發(fā)生錯綜復雜的物理化學變化，這取決于坯料配方、原料的礦物特性以及物態(tài)、燒成溫度等諸多因素[5]。對于以上大多數(shù)粘土礦物來講，在其加熱過程中主要發(fā)生下列反應：脫水反應、氧化分解反應、晶型轉變和液相中的再結晶（統(tǒng)稱為?；纱勺饔茫6]。這些反應的進行程度直接影響坯料成瓷后的物理性能[8]，即收縮率、吸水率。對比這二項性能的變化趨勢來看，在1180℃之后相互之間并不存在有何種相似，這就意味著一元配方坯料的燒結性能難以掌握和控制。

上述實驗表明：一元配方的坯料在1250℃左右時，瓷胎的質量難以控制，生燒、過燒和變形非常容易發(fā)生。圖8為最近發(fā)掘的景德鎮(zhèn)湘湖宋代盈田窯出土的瓷片就是佐證，從圖中可看出大部分器物已經(jīng)過燒變形。

再則，上述實驗所采用的手段是尺寸測量、稱重，在古代陶工們也常用這些手段；我們用了收縮率、吸水率、氣孔率及體積密度來描繪試樣燒后結果；古代陶工們則是用“縮尺”（即一尺坯體燒后瓷胎的尺寸），“份量”（等同大小瓷胎的重量），“沾舌”（瓷胎斷面在舌頭舔時是否沾舌）來描述瓷器燒后的性能[7]。所以，本實驗的探討完全可仿真古代陶工的探索。

對比表2和表3的化學組成，若將表2中燒失率扣除，本實驗坯料化學主量與景德鎮(zhèn)宋代以前瓷胎的化學主量接近。

大量考古事實也已經(jīng)證明，進入南宋時期后，隨著社會對陶瓷器物的需求量增大，南方陶瓷生產(chǎn)所用窯爐--龍窯的結構也發(fā)生了較大變化（見表4），主要是窯底坡度更加合理，燒成氣氛容易掌握；同時窯室增大，以滿足社會對陶瓷器物需求量的增大。但是，窯室的加大帶來窯內(nèi)溫差的加大，一元配方坯料不穩(wěn)定的燒成收縮、燒成范圍窄的不利就顯現(xiàn)了，迫使陶工們必須尋求燒成收縮穩(wěn)定、燒成范圍更寬的坯料配方。簡單的一元配方坯料必將淘汰，成為技術發(fā)展的必然。

4 結論

表3 五代和宋代景德鎮(zhèn)窯瓷器瓷胎的化學組成[8]Tab.3 Chemical composition of the wudai and song jingdezhen，s porcelain

表4 隋唐時期與南宋時期龍窯結構的對比Tab.4 The，comparison of dragon furnace，s construction between suitang andsouthern song dynasty

(1)三種瓷石的工藝性能以南港和柳家灣為佳，南港瓷石瓷化溫度高于柳家灣瓷石。三寶蓬瓷石的可塑性和干燥強度均不及前二者，其次熔點也較低，不能單獨成瓷，必須配有其他可塑性較好的瓷石。由于瓷石的風化程度差異，采用多種瓷石搭配，得到既滿足成型性能要求又滿足燒成要求的坯料是相當困難的。

(2)采用多種瓷石配合的一元配方坯料，雖然燒成溫度范圍在1180℃～1250℃左右，但不能出現(xiàn)較穩(wěn)定的收縮區(qū)，因為其中CaO和Na2O等助熔劑含量偏高之故，致使高溫時玻璃相粘度隨溫度變化大，在實際生產(chǎn)中往往引起生燒和過燒現(xiàn)象，不易控制燒成溫度。

(3)宋代窯室普遍加大，引起窯內(nèi)溫差增大，景德鎮(zhèn)陶瓷采用的由瓷石所組成的一元配方坯料系統(tǒng)，其缺陷日益顯現(xiàn)，這就迫使陶工尋求新的坯料配方系統(tǒng)。

1李家治.我國瓷器出現(xiàn)時期的研究.硅酸鹽學報,1973,(3): 52～54

2祝桂洪.陶瓷工藝實驗.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1985,61

3藍浦,鄭廷桂著,連冕編著.景德鎮(zhèn)陶錄.山東:山東書報出版社,2004,4

4李家駒.陶瓷工藝學.北京:中國輕工業(yè)出版社,2001,56～61

5祝桂洪.景德鎮(zhèn)瓷石碓舂淘洗制不工藝的研究.景德鎮(zhèn)陶瓷, 1987,(1):15

6景德鎮(zhèn)陶瓷學院學術論文集科技卷.景德鎮(zhèn)陶瓷學院學報編輯部,1998,212～226

7景德鎮(zhèn)陶瓷公司.陶瓷工人操作規(guī)程(內(nèi)部資料).1954,28～39

8李家治,陳顯求,張?？档?中國古陶瓷科學技術成就.上海:上?？茖W技術出版社,1986,71～114

9鄭乃章,劉陽等.景德鎮(zhèn)瓷坯料組成與性能的關系.陶瓷學報,1999,(6):92～98