宋來振　邵明梁　張譯文　孔祥明　張迎君　何易龍

(濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院　濟(jì)南　250022)

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硅酸鋅結(jié)晶釉定位析晶機(jī)理的研究*

宋來振邵明梁張譯文孔祥明張迎君何易龍

(濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院濟(jì)南250022)

摘要筆者以ZnO為定位結(jié)晶劑，采用單一變量法在不同的燒成制度下制備結(jié)晶釉，并結(jié)合析晶動(dòng)力學(xué)對(duì)晶體的生長規(guī)律和結(jié)晶機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：將釉料粒度控制在120～150目可以有效減少殘留晶核的產(chǎn)生;同時(shí)將燒成溫度控制在1 180～1 220 ℃，保溫溫度控制在1 080～1 115 ℃范圍內(nèi)，既有利于定位晶花的生長，又將最大程度扼制釉面非預(yù)定位置晶花的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞結(jié)晶釉定位析晶析晶機(jī)理

前言

硅酸鋅結(jié)晶釉是一種以氧化鋅為結(jié)晶劑，在特定的燒成制度下形成的結(jié)晶藝術(shù)釉，該產(chǎn)品自問世以來人們就對(duì)其獨(dú)特的藝術(shù)裝飾效果,青睞有加[1]。對(duì)于結(jié)晶釉的析晶過程曾有許多科研工作者進(jìn)行過較為深入地探討，研究成果也頗多，然而對(duì)于其定位析晶機(jī)理的研究還存在著諸多問題亟待解決。筆者為實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確地定位析晶以及解釋析晶機(jī)理方面的問題做了大量的工作。從原料選擇、配方、工藝制度直到結(jié)果分析與討論逐一進(jìn)行了深入地研究。晶核的正常成長是釉形成晶花的基礎(chǔ)，但由于其具有分布位置散漫自由且成長過程難以控制的特點(diǎn)，使得該結(jié)晶釉始終沒有新的突破[2]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，以上缺陷與晶相晶核的形成速率和晶體發(fā)育成長的速度有著密切聯(lián)系。因此，通過對(duì)結(jié)晶釉定位析晶機(jī)理的研究，探求特定溫度下晶核的成核速率和晶體的生長速率，從而更好地控制晶花的分布及成長過程，才能體現(xiàn)出結(jié)晶釉的最佳藝術(shù)效果。所以，硅酸鋅結(jié)晶釉定位析晶機(jī)理的研究對(duì)結(jié)晶釉的研制及生產(chǎn)應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)所用原料

蘇州土、長石、石英、玻璃粉、滑石、方解石、分析純氧化鋅。各礦物原料的化學(xué)組成見表1。

表1　礦物原料的化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.2實(shí)驗(yàn)配方

通過實(shí)驗(yàn)得到最佳結(jié)晶釉釉料配方(質(zhì)量%)為：蘇州土4.6、長石9.3、石英21.1、玻璃粉21.6、滑石4.2、方解石8.5、氧化鋅30.7。

1.3工藝過程

樣品燒制嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)程序：配料→球磨→過篩→施釉(澆釉法)→干燥→定位點(diǎn)晶→燒結(jié)；并根據(jù)不同的燒成制度進(jìn)行燒制。其中，球磨時(shí)間：45 min，料∶球∶水=1∶2∶1。采用澆釉法施釉，每一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)燒制6個(gè)樣品。燒成制度為：迅速升溫至最高燒成溫度(控制最高燒成溫度分別為1 130 ℃、1 150 ℃、1 180 ℃、1 200 ℃、1 220 ℃、1 240 ℃)，保溫35 min；之后降溫至保溫溫度(980 ℃、1 015 ℃、1 045 ℃、1 080 ℃、1 115 ℃、1 150 ℃)并保溫60 min，以保證晶花充分生長；保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫。

2　結(jié)果與討論

2.1基釉粒度對(duì)硅鋅礦結(jié)晶釉的影響

在相同的配方和燒成制度下，測試了不同基釉粒度的釉面效果，如表2所示。

表2晶花分布情況與基釉粒度的關(guān)系

Tab.2Relationship between the crystal flower distribution and the grain size of base glaze

基釉粒度(目)保溫溫度(℃)保溫時(shí)間(min)釉面效果120～1501090150定位明顯,晶花完整>1501090150定位堆積,晶花雜亂

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基釉粒度控制在120～150目，可以得到理想的定位晶花，避免非定位晶核的形成。這是因?yàn)楫?dāng)釉顆粒粒度適當(dāng)減小，使得ZnO粒度相對(duì)小于臨界顆粒粒度；又因釉料中ZnO溶解度較大，極其不穩(wěn)定，因此難以殘留，無法形成晶核，從而凸顯出定位晶種的位置，達(dá)到定位析晶。當(dāng)釉料粒度大于150目，出現(xiàn)定位堆積，晶花雜亂密集現(xiàn)象，這說明釉料粒度過大會(huì)導(dǎo)致少量未反應(yīng)徹底的ZnO 大顆粒殘留下來，殘留的ZnO通過非熱因成核方式在其周圍生成Zn2SiO4，由于殘留ZnO位置不確定性，晶核位置難以確定，導(dǎo)致晶花分布雜亂無章。

2.2燒成溫度和保溫溫度對(duì)硅鋅礦結(jié)晶釉的影響

為更準(zhǔn)確的測試出最適合晶花定位的燒成溫度和保溫溫度，實(shí)驗(yàn)將帶有定位晶種的瓷坯及不帶有定位晶種的瓷坯在同一種燒成制度下燒成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

根據(jù)表3、表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將不同的燒成溫度、不同保溫溫度與得到的晶花數(shù)量作圖得到圖1、圖2，將晶花數(shù)量看作晶核數(shù)量，做出如下分析。

表3晶花數(shù)量與燒成溫度的關(guān)系

Tab.3Relationship between crystal flower quantity and firing temperature

燒成溫度(℃)晶花數(shù)量(加入晶種)(n)晶花數(shù)量(未加晶種)(n)1130119115095118052120031122031124010

當(dāng)釉熔體達(dá)到止火溫度后，釉熔體溫度逐漸降低，氧化鋅晶種由未飽和狀態(tài)逐漸變?yōu)檫^飽和狀態(tài)而析出形成晶核。

圖1　晶花數(shù)量與燒成溫度的關(guān)系

Fig.3Relationship between crystal flowerquantity and firing temperature

由圖1可知，隨著燒成溫度的升高，釉面非預(yù)定位置晶花數(shù)量減少；在燒成溫度低于1 180 ℃時(shí)，晶核數(shù)量很多；在1 180～1 220 ℃的燒成溫度范圍內(nèi)燒成時(shí)，晶核數(shù)量急劇減少；當(dāng)燒成溫度高于1 220 ℃時(shí)，晶核極少。這是因?yàn)楫?dāng)燒成溫度過高時(shí)，釉熔體中較小氧化鋅顆粒由外向內(nèi)逐成反應(yīng)并熔化，直至消失[3]，故晶核難以形成并存留，只有較大的氧化鋅晶種保存下來才能生成晶花。因此將燒成溫度控制在1 180～1 220 ℃，既有利于定位晶花的生長，又將最大程度阻止釉面非預(yù)定位置晶花的出現(xiàn)。

圖2　晶花數(shù)量與保溫溫度的關(guān)系

Fig.4Relationship between crystal flower quantity and heat preservation temperature

由圖2可知，當(dāng)保溫溫度為960～1 050 ℃時(shí)，晶花數(shù)量急劇減少。這是因?yàn)楫?dāng)過冷卻程度過大，釉熔體粘度較大，晶核運(yùn)動(dòng)困難，原子擴(kuò)散阻力大，晶體難以生長；當(dāng)保溫溫度大于1 115 ℃時(shí)，骸晶基本消失，因?yàn)檫^冷卻溫度過高，晶核的長大受到抑制， 釉熔體中沒有晶核，Zn2SiO4晶體不能生長，因此當(dāng)保溫溫度控制在1 080～1 115 ℃范圍內(nèi)，將會(huì)最大程度的抑制釉面非預(yù)定位置晶核的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)完美的定位析晶。

表4晶花數(shù)量與保溫溫度的關(guān)系

Tab.4Relationship between crystal flower quantity and heat preservation temperature

保溫溫度(℃)晶花數(shù)量(加入晶種)(n)晶花數(shù)量(未加晶種)(n)980119101587104563108051111551115020

3　結(jié)論

1)釉料粒度、析晶溫度、燒成溫度對(duì)熔體的過飽和度有不可忽視的影響；

2)釉料粒度適當(dāng)減小，可以減少殘留晶核的產(chǎn)生；

3)將燒成溫度控制在1 260～1 290 ℃，保溫溫度控制在1 080～1 115 ℃范圍內(nèi)，既有利于定位晶花的生長又將最大程度阻止釉面非預(yù)定位置晶花的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1姚開偉.硅鋅釉的結(jié)晶定位.瓷器,1980(3):1～3

2邵明梁,付興華,章希勝,等.低溫快燒結(jié)晶釉的研制.河北陶瓷,1998(1):3～6

3趙效忠,張桂英,蘇良赫.硅鋅礦結(jié)晶釉中氧化鋅的核化作用.硅酸鹽通報(bào),1983(3):16～20

* 通訊作者：邵明梁(1963-)，研究生，副教授 ；主要研究方向?yàn)樘沾捎?、金屬陶瓷和醫(yī)用烤瓷粉的研究。

中圖分類號(hào)：TQ174.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1002-2872(2016)07-0040-03

Location Crystallization Mechanism of Zinc Silicate Crystalline Glaze

Song Laizhen,Shao Mingliang,Zhang Yiwen,Kong Xiangming,Zhang Yingjun,He Yilong

(School of Material Science and Engineering of Jinan,Jinan,250022)

Abstract:In this paper, we take ZnO as the positioning and crystallization agent. The crystalline glaze was prepared under different sintering conditions by single variable method. Crystal growth and crystallization mechanism were studied through crystallization kinetics. The results showed that it can reduce the residual produce glaze crystal nucleus when the size of glaze is controlled at 120～150 mesh. When the firing temperature is controlled at 1 180 to 1 220 ℃ and the heat preservation temperature is controlled at 1 080 to 1 115 ℃.It is not only can helpful to the positioning of the crystal flower growth but also will greatly curb the glazed non crystal flower of the predetermined position.

Key words:Crystalline glaze; Seed crystallization; Crystallization mechanism