包啟富　董偉霞　周健兒　胡　坤

(景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料與工程學(xué)院　江西 景德鎮(zhèn)　333001)

高溫冰裂紋釉的研制*

包啟富董偉霞周健兒胡坤

(景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料與工程學(xué)院江西 景德鎮(zhèn)333001)

摘要以長(zhǎng)石、白云石、龍巖高嶺土、方解石和石英等為原料，在1 260 ℃制備中高溫冰裂紋釉。利用單因素試驗(yàn)通過(guò)改變配方組成和工藝條件等影響因素，研究其對(duì)冰裂紋釉面的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)配方組成中硅灰石含量為3%~4%，高嶺土/石英的質(zhì)量比為6∶14，浸釉時(shí)間為12 s時(shí)，可得到釉面光滑且裂紋呈大開(kāi)片的冰裂紋效果。其成因是由于釉坯間的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致釉面存在較大應(yīng)力，使較差的坯釉中間層有效地傳遞了胎釉間的應(yīng)力導(dǎo)致釉層內(nèi)開(kāi)裂，裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中遇見(jiàn)釉層中氣泡發(fā)生方向偏折，而形成了類似晶花態(tài)的“冰裂紋”形貌。

前言

冰裂紋釉因其紋片像冰破裂，裂片層疊，有較強(qiáng)立體感，所以具有較強(qiáng)的觀賞價(jià)值。古代瓷釉的紋片亦稱開(kāi)片，是指瓷器在燒制過(guò)程中由于胎釉膨脹差異所產(chǎn)生的釉層裂紋。開(kāi)片本是燒成過(guò)程中出現(xiàn)的一種缺陷，即胎與釉的膨脹系數(shù)不匹配所導(dǎo)致的釉面開(kāi)裂，宋代以前絕大部分瓷器的釉都有紋片，窯工力求避免但又難以控制。而在北宋的汝官窯率先開(kāi)創(chuàng)了以紋片為美的先河，有意識(shí)地將開(kāi)片作為一種天然美來(lái)欣賞。北宋官窯、南宋修內(nèi)司官窯、郊?jí)俑G、哥窯乃至龍泉窯也極力效仿，化缺陷為美觀，燒制出紋片精美的各種青瓷，并使紋片裝飾成為衡量青瓷美觀的主要標(biāo)志之一[1]。正是在這種歷史條件下，各個(gè)窯口的匠師們才燒制出無(wú)數(shù)的紋片形態(tài)各異、變化無(wú)窮的青瓷器，流傳至今、致臻致美。因此很多的陶瓷科研者對(duì)冰裂紋釉進(jìn)行了廣泛的研究。

筆者利用單因素試驗(yàn)通過(guò)改變配方組成和釉層厚度等工藝條件影響因素，研究了其對(duì)冰裂紋釉釉面效果的影響，并制備出大開(kāi)片的高溫冰裂紋釉。

1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1　樣品制備過(guò)程

實(shí)驗(yàn)所用原料如表1所示。

表1　礦物原料化學(xué)組成(質(zhì)量%)Tab.1　The chemical composition of raw material (mass%)

坯體采用景德鎮(zhèn)本產(chǎn)地中高溫泥料。冰裂紋釉的基礎(chǔ)配方(質(zhì)量%)為：鈉長(zhǎng)石73、硅灰石3~7、高嶺土4~7、石英13~16、白云石3 。

采用傳統(tǒng)的釉漿制備方法[2]，具體工藝參數(shù)如下：

釉漿細(xì)度：過(guò)250目篩；

球磨時(shí)間：20 min；

球磨配比:料∶球∶水=1.0∶2.0∶0.8；

施釉方式：浸釉。

考察配方組成(高嶺土/石英和硅灰石)的燒成氣氛、浸釉時(shí)間對(duì)冰裂紋釉面效果的影響。

1.2　性能測(cè)試

采用KYKY-1000B型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察坯釉斷面的顯微結(jié)構(gòu)。采用RPZ-1型的晶體管狀低溫膨脹儀進(jìn)行測(cè)試樣品的熱膨脹系數(shù)。采用J30703型的影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀對(duì)其進(jìn)行了始熔溫度的測(cè)試。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

2.1　熔融特性試驗(yàn)

裂紋釉的燒成過(guò)程較為復(fù)雜，是影響裂紋產(chǎn)生的重要因素。在探索性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，燒成溫度對(duì)釉面效果有重要的影響，于是對(duì)基礎(chǔ)釉配方進(jìn)行了熔融特性測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可知，圓柱體的溫度從室溫上升至1 030 ℃時(shí)釉料開(kāi)始熔化；當(dāng)溫度上升至1 200 ℃時(shí)圓柱開(kāi)始熔融；當(dāng)溫度升至1 260 ℃時(shí)，圓柱已經(jīng)變成半圓柱形，表明釉開(kāi)始流動(dòng)，可以形成平整光滑的釉面。所以后續(xù)的實(shí)驗(yàn)樣品都將燒成溫度降至1 260 ℃，保溫時(shí)間為20 min。

(a)開(kāi)始(室溫)　　　　　　　(b)始融溫度(1030 ℃)　　　　　　(c)熔融溫度(1 200 ℃)　　　　　　(d) 流動(dòng)溫度(1 260 ℃)(a) room temperature　(b) beginning melting temperature(1 030 ℃)　(c) melting temperature(1 200 ℃)　(d) flowing temperature(1 260 ℃)圖1　樣品的熔融特性變化過(guò)程Fig.1　Melting characteristic process of the sample

2.2　高嶺土/石英比對(duì)冰裂紋釉面效果的影響

考察高嶺土/石英質(zhì)量比對(duì)釉面效果的影響。燒成過(guò)程在還原氣氛下進(jìn)行， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

　　　　　　　　　(a)7∶13　　　　　　　　　(b)6∶14　　　　　　　　　(c)5∶15　　　　　　　　　　(d)4∶16圖2　高嶺土/石英質(zhì)量比對(duì)冰裂紋釉面效果的影響Fig.2　Effects of kaolin/silica contents on crack ice glaze

從圖2可以看出，隨著高嶺土含量的降低，石英含量的增加，釉面隨之逐漸變的透明，由形態(tài)各異的裂紋向紋路簡(jiǎn)單的裂紋變化，并且開(kāi)裂情況越來(lái)越不明顯。這是由于石英是形成玻璃相的基質(zhì)，隨著石英含量的提高，玻璃相隨之增加，從而提高了釉的透明性，但是隨著二氧化硅含量的增加，高嶺土含量的減少，釉的熱膨脹系數(shù)也會(huì)隨著玻璃態(tài)二氧化硅含量的增加而減小，此時(shí)，與坯體的熱膨脹相差較小，從而產(chǎn)生的張應(yīng)力逐漸減小，相應(yīng)地釉面開(kāi)裂情況隨之減弱[3]。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中高嶺土/石英質(zhì)量比為6∶14時(shí)，所產(chǎn)生的釉面開(kāi)裂情況類似于冰裂紋釉。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中均固定高嶺土/石英質(zhì)量比為6∶14。

2.3　燒成氣氛對(duì)冰裂紋釉的影響

在其他條件不變的情況下，固定高嶺土/石英含量為6∶14，進(jìn)行燒成氣氛的探索，如圖3所示。

由圖3可知，樣品在氧化與還原氣氛下燒成的冰裂紋釉面均呈現(xiàn)開(kāi)裂；在還原氣氛下燒制的樣品，釉面呈現(xiàn)青色，開(kāi)裂效果清晰可見(jiàn)，如圖3(a)所示；而在氧化氣氛下燒成的釉面呈現(xiàn)乳白色，裂紋開(kāi)片清晰可見(jiàn)并有立體感，如圖3(b)所示。這是因?yàn)闊蓺夥詹煌?，?dǎo)致氧化鐵相應(yīng)地所呈現(xiàn)的鐵離子形態(tài)也不同，從而使釉面效果也隨之發(fā)生變化。在還原氣氛中，使釉中的三氧化二鐵被還原成氧化亞鐵，其中二價(jià)的鐵離子在釉中呈現(xiàn)青色所致。

(a)還原氣氛　　　　　　　　(b) 氧化氣氛?qǐng)D3　燒成氣氛對(duì)冰裂紋釉的影響圖Fig.3　Photos of the firing atmosphere on the ice crack glaze

2.4　釉層厚度對(duì)冰裂紋釉面效果的影響

在高嶺土/石英質(zhì)量比為6∶14，其它實(shí)驗(yàn)條件不

變的情況下，對(duì)釉層厚度進(jìn)行了探索，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　釉層厚度對(duì)冰裂紋釉面效果的影響Tab.2　Effects of glaze thickness on ice cracked glaze

(a)浸釉時(shí)間為9 s　　　　　　(b)浸釉時(shí)間為12 s　　　　　 (c)浸釉時(shí)間為15 s　　　　 (d)浸釉時(shí)間為20 s圖4　釉層厚度對(duì)冰裂紋釉面效果的影響Fig.4　Effects of glaze thickness on ice cracked glaze

為了更清晰地反映微裂紋的直觀性，從表2和圖4可以看出，當(dāng)浸釉時(shí)間為9 s時(shí)，釉面裂紋清晰可見(jiàn)，但由于釉層太薄雖出現(xiàn)裂紋，但沒(méi)有冰裂紋的立體感效果。當(dāng)浸釉時(shí)間延長(zhǎng)到12 s，釉面呈現(xiàn)冰裂紋效果。繼續(xù)增加浸釉時(shí)間，到15 s時(shí)，盡管釉面呈現(xiàn)出冰裂紋效果，但釉面有大量針孔出現(xiàn)。繼續(xù)增加釉面厚度，浸釉時(shí)間增加到25 s時(shí)， 釉面呈現(xiàn)較大的貫穿裂紋，且有大量的熔洞產(chǎn)生。 因此本實(shí)驗(yàn)中冰裂紋浸釉時(shí)間為12 s時(shí)效果為佳。這是因?yàn)橛詫舆^(guò)薄，釉容易被坯體吸收，使釉面干枯而無(wú)光，同時(shí)釉層太薄，很容易導(dǎo)致釉面顯現(xiàn)不出冰裂紋立體感；當(dāng)釉層適宜時(shí)，會(huì)使釉層內(nèi)產(chǎn)生微弱應(yīng)力，減弱釉的彈性，易使釉層開(kāi)裂，并且呈現(xiàn)出紋路較細(xì)小且交叉的紋路，具有立體感，賦予產(chǎn)品冰裂紋的效果(見(jiàn)圖4(a))；但若釉層過(guò)厚，會(huì)降低釉的彈性，坯釉之間應(yīng)力過(guò)大，容易出現(xiàn)粗大且直貫的紋路，并且坯體中的氣體來(lái)不及排放，很容易導(dǎo)致釉面出現(xiàn)針孔或熔洞(見(jiàn)圖4(d))。

2.5　硅灰石含量對(duì)冰裂紋釉面的影響

表3　硅灰石含量對(duì)冰裂紋釉面及其熱膨脹系數(shù)的影響Tab.3　Effects of grammite content on the ice crackle glaze and thermal expansion coefficient

使浸釉時(shí)間為12 s，在氧化氣氛下燒成，其樣品的釉面效果如表3所示，并且對(duì)其硅灰石含量不同的樣品進(jìn)行了熱膨脹系數(shù)的測(cè)定。硅灰石含量對(duì)冰裂紋釉面的影響見(jiàn)圖5。

由表3和圖5可知，隨著硅灰石含量的增加，釉面均呈現(xiàn)開(kāi)裂，但所產(chǎn)生的裂紋形態(tài)均不同。在硅灰石含量為4%~5%時(shí)，釉面呈現(xiàn)清晰可見(jiàn)的冰裂紋效果，繼續(xù)增加硅灰石含量大于5%時(shí)，釉面的裂紋清晰度變差。這主要是由于坯和釉的膨脹系數(shù)不同(如表3所示)，從而使釉在冷卻過(guò)程中承受一種張應(yīng)力，由于張應(yīng)力的作用方向不一樣，在釉面上所產(chǎn)生的裂紋形態(tài)不同。

3結(jié)論

當(dāng)鈉長(zhǎng)石含量為73%、硅灰石含量為4%、白云石含量為3%、石英含量為14%、高嶺土含量為6%，燒成溫度為1 260 ℃，且浸釉時(shí)間控制在12 s時(shí)，制得的釉面呈現(xiàn)光滑且裂紋呈大開(kāi)片的冰裂紋效果。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適量的硅灰石可降低裂紋釉的燒成溫度，當(dāng)硅灰石含量為4%時(shí)，釉面開(kāi)片效果較好。冰裂紋的形成，要求施釉的釉層較厚，當(dāng)浸釉時(shí)間為12 s時(shí)， 釉面呈現(xiàn)大片開(kāi)裂。坯、釉的膨脹系數(shù)差值大，是釉面開(kāi)裂的重要影響因素。本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)坯體的膨脹系數(shù)為2.6×10-6/℃時(shí)，釉的膨脹系數(shù)為5.4×10-6/℃時(shí)，造成坯釉間形成較大的應(yīng)力，裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中遇見(jiàn)釉層中氣泡發(fā)生方向偏折，從而導(dǎo)致了冰裂紋更好的形成。

(a)硅灰石含量為3%　　　　　　(b)硅灰石含量為4%　　　　　 (c)硅灰石含量為5%　　　　　(d)硅灰石含量為6%圖5　硅灰石含量對(duì)冰裂紋釉面的影響Fig.5　Effects of wollastonite content on the ice crackle glaze

參考文獻(xiàn)

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3(日)素木洋一著.釉及色料[M].劉可棟,劉光躍譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1979

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關(guān)鍵詞冰裂紋釉釉層厚度熱膨脹系數(shù)硅灰石

Development of High Temperature Ice Crackle Glaze

Bao Qifu,Dong Weixia,Zhou Jianer,Hu Kun (School of Material Engineering, Jingdezhen Ceramic Institute,Jiangxi,Jingdezhen,333001)

Abstract:In this paper, the ice crack glaze was prepared at 1 260 ℃ by using feldspar, dolomite, calcite, quartz and Longyan kaolin, etc as raw materials. Effect of composition and processing condition on glaze crack was studied by single factor experiment. The experimental results show that: when the figuretion is such as: grammite 3%~4%, kaolin quartz of 6/14 mass ratio and dipping glaze time of 12 s, the glaze appears smooth and obvious ice crack effect, which is due to the difference of thermal expansion coefficient. Poor glaze layer effective transfer the stress of glaze caused inside craze, crack in propagation process and then air bubble and formed the ice crackled glaze.

Key words:Ice crack glaze; Glaze thickness; Thermal expansion coefficient; Grammite

作者簡(jiǎn)介：*包啟富(1978-)，碩士，工程師；主要從事色釉料制備、低膨脹材料及日用陶瓷的研究。

中圖分類號(hào)：TQ174

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-2872(2015)05-0025-05