董偉霞 徐晨浪 包啟富 黃武清 胡天霜

(1 景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué) 江西 景德鎮(zhèn) 333001)

(2 景德鎮(zhèn)市景火瓷業(yè)有限公司 江西 景德鎮(zhèn) 333001)

紫砂器不掛釉是充分利用泥的本色,燒成后色澤溫潤、古雅可愛,紫砂器面還具有亞反光效果,既能減弱光的反射,又能清晰地表現(xiàn)器物形態(tài)。紫砂器不含任何有害物質(zhì),還富含有益于人體健康的多種礦物質(zhì),而且紫砂器在加熱過程中能發(fā)出遠(yuǎn)紅外線,能夠活化水分子,礦化成p H 值為7.1左右的弱堿性,這有助于人體弱堿性健康體質(zhì)的形成。同時(shí),遠(yuǎn)紅外線還有活化脂肪酶的作用,紫砂所含的部分微量元素也能夠活躍分解脂肪的酶素,所以紫砂制作的炊具煮出的食物味道鮮美而不油膩[1]。

近年來隨著生活水平的提高,人們對紫砂陶需求量的增加,紫砂泥的應(yīng)用也越來越多。但是紫砂膨脹系數(shù)比較高,其安全性和使用范圍受到了限制。低膨脹紫砂泥的研制,將使這一問題得到改善。景德鎮(zhèn)紫砂產(chǎn)于江西省東南部,含量豐富。景德鎮(zhèn)紫砂泥外觀呈紫紅色,質(zhì)地柔軟、結(jié)構(gòu)致密,由水云母、高嶺土、石英碎屑、赤鐵礦等主要礦物組成,具有良好的可塑性。因此,在此次試驗(yàn)中選用景德鎮(zhèn)紫砂作為實(shí)驗(yàn)對象,通過加入鋰輝石、滑石,形成鋰輝石/堇青石復(fù)相陶瓷使紫砂泥具有更低的膨脹系數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)過程

該配方組成(質(zhì)量%):紫砂1 號30～36,紫砂2號24～28,鋰輝石30～35,滑石10～12,紫木節(jié)3～4,按球磨、成形、燒成等傳統(tǒng)工藝配制低膨脹紫砂泥料。考察工藝條件對低膨脹紫砂陶瓷性能影響,可參考申請專利[2]的工藝過程及其原料組成。采用RPZ-01型熱膨脹測試儀測試熱膨脹系數(shù),采用數(shù)顯抗折儀測試樣品的抗折強(qiáng)度。利用德國布魯克AXS有限公司生產(chǎn)的D8 Advance型X 射線衍射儀對樣品進(jìn)行物相分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 顆粒細(xì)度對紫砂泥性能的影響

由圖1(a)可以看出,隨著球磨時(shí)間的增加,紫砂陶的熱膨脹系數(shù)減小,紫砂陶的熱穩(wěn)定性則提高。球磨時(shí)間的增加,使得顆粒變得更細(xì),分子表面能增加,更容易發(fā)生反應(yīng),促進(jìn)了堇青石相的形成,所以紫砂泥的熱膨脹系數(shù)會降低。

圖1 球磨時(shí)間對熱膨脹系數(shù)、抗折強(qiáng)度和吸水率的影響

從圖1(b)可以看出,紫砂泥的抗折強(qiáng)度隨著球磨時(shí)間的增加先增大,然后趨于穩(wěn)定。在15～25 min時(shí),球磨時(shí)間增加,顆粒變細(xì),分子堆積致密,紫砂泥的強(qiáng)度變大,抗折強(qiáng)度增加。在25～30 min時(shí)紫砂陶的抗折強(qiáng)度變化不大,可以看出之后的變化是趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。其原因在于球磨達(dá)到一定時(shí)間后,同樣的球磨子不能改變顆粒細(xì)度,顆粒細(xì)度不變,所以坯體強(qiáng)度不變,所以抗折強(qiáng)度不再增加。但是球磨時(shí)間過長,會使粒度分布變窄,顆粒保水性增高,影響紫砂陶的工藝性能。

從圖1(c)可以看出,隨著球磨時(shí)間的增加,紫砂泥的吸水率降低,然后趨于不變。球磨時(shí)間的增加降低了紫砂泥中各成分的顆粒細(xì)度,顆粒越細(xì),其分子堆積致密,坯體致密度高,紫砂泥中的開口氣孔減少,所以在15～25 min時(shí),紫砂泥的吸水率降低。在25～30 min時(shí),顆粒細(xì)度改變不大,故紫砂陶的吸水率幾乎不變。綜合選取球磨時(shí)間為20～25 min為宜。

2.2 最高燒成溫度對紫砂泥性能的影響

本實(shí)驗(yàn)選取1 210℃所做樣品,由于吸水率較大,呈現(xiàn)生燒狀態(tài),因此不將其在性能圖中體現(xiàn)。

從圖2(a)可以看出,紫砂陶的熱膨脹系數(shù)隨著燒成溫度的升高而降低。

圖2 燒成溫度對熱膨脹系數(shù)、抗折強(qiáng)度和吸水率的影響

從圖2(b)的燒成溫度和抗折強(qiáng)度的關(guān)系中可以看出,隨著溫度的升高,其抗折強(qiáng)度降低。在1 220℃時(shí),紫砂陶已經(jīng)燒結(jié)。在1 220～1 240℃時(shí),溫度升高,坯體過燒,氣孔和微裂紋增多,紫砂陶的抗折強(qiáng)度降低。在1 240℃時(shí)坯體過燒明顯,抗折強(qiáng)度最低。

從圖2(c)可以看出,吸水率和燒成溫度的關(guān)系為:隨著溫度的升高,吸水率則升高。在1 220℃時(shí),坯體已經(jīng)燒結(jié),溫度升高,坯體過燒,坯體內(nèi)部氣孔和微裂紋增加,從而吸水率增加。這是由于隨著溫度升高,產(chǎn)生大量的液相量,從而促進(jìn)了堇青石相的產(chǎn)生。溫度升高,堇青石相與鋰輝石和石英的固溶體相數(shù)量增加,紫砂陶的熱膨脹系數(shù)降低,同時(shí)氣孔增多,產(chǎn)生微裂紋,從而也降低了紫砂陶的熱膨脹系數(shù)。由于坯體過燒,太多液相產(chǎn)生導(dǎo)致氣孔增加,相應(yīng)地樣品抗折強(qiáng)度減少和吸水率增加。

2.3 保溫時(shí)間對紫砂泥性能的影響

從圖3(a)可以看出,隨著保溫時(shí)間的增加,熱膨脹系數(shù)降低。保溫時(shí)間越長,堇青石相量越多,從而紫砂陶的熱膨脹系數(shù)降低。在保溫時(shí)間為10 min時(shí),堇青石相可能很少或者沒有形成,紫砂陶的熱膨脹系數(shù)很高。

圖3 保溫時(shí)間對熱膨脹系數(shù)、抗折強(qiáng)度和吸水率的影響

從圖3(b)可以看出,隨著保溫時(shí)間的增加,紫砂陶的抗折強(qiáng)度逐漸變大。保溫時(shí)間增加,坯體就越致密,從而抗折強(qiáng)度增加。

從圖3(c)可以看出,隨著保溫時(shí)間的增加,紫砂陶的吸水率逐漸降低。因?yàn)楸貢r(shí)間增加,坯體更加致密,氣孔減少,所以導(dǎo)致紫砂陶的吸水率降低。所以保溫時(shí)間在20～30 min 較佳。

圖4是最優(yōu)樣品的XRD 衍射圖。

從圖4可以看出,衍射峰值強(qiáng),主要存在鋰輝石與石英的固熔體(Li2O·Al2O3·7.5SiO2)和堇青石(2Mg O·2Al2O3·5SiO2)相組成,所以樣品呈現(xiàn)出了低膨脹性能。

圖4 最優(yōu)樣品的XRD 衍射圖

3 結(jié)語

隨著球磨時(shí)間的延長,顆粒越細(xì),坯體越致密,紫砂陶的強(qiáng)度越高,吸水率越低,在球磨時(shí)間20 min時(shí)較合適。隨著保溫時(shí)間和燒成溫度的增加,使得晶相中的堇青石和β-鋰輝石固溶體增多,從而使紫砂陶的熱穩(wěn)定性提高,當(dāng)保溫時(shí)間為20 min和燒成溫度1 220℃時(shí),樣品性能較優(yōu),但燒成溫度超過1 220℃,反而會使樣品過燒,從而使抗折強(qiáng)度和吸水率性能變差。