李琛，楊猛，伍賢學(xué)，李銳揚(yáng)，張全，張濟(jì)祥，胡棟寶，曾艷萍

摘 要：本文對(duì)華寧縣陶瓷生產(chǎn)使用的部分陶土、陶坯和釉料的化學(xué)成分進(jìn)行分析，并與省內(nèi)外的同類(lèi)原料進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)紅外光譜譜圖對(duì)比初步實(shí)現(xiàn)對(duì)原料的區(qū)分，同時(shí)采用超景深顯微鏡對(duì)陶土和陶坯原料進(jìn)行形貌表征和分析，期望為其他陶瓷材料的分析提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：陶土；陶坯；釉料；紅外光譜；形貌表征

1引言

云南玉溪市華寧縣地處滇中，有“陶鄉(xiāng)”的盛名美譽(yù)，華寧陶又稱(chēng)“寧州陶”，享有華夏古陶“活化石”的美稱(chēng)。傳統(tǒng)云南華寧陶造型粗獷、紋飾簡(jiǎn)樸生動(dòng)，開(kāi)片精美，器質(zhì)細(xì)膩，釉色斑斕、質(zhì)地飽滿(mǎn)。因其悠久的歷史起源、獨(dú)特的藝術(shù)魅力，越來(lái)越受到人們的關(guān)注和喜愛(ài)[1]。

陶瓷產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)是陶土原料，其性質(zhì)主要取決于地質(zhì)分布，巖石類(lèi)型一般為粉砂質(zhì)-砂質(zhì)泥巖，成礦類(lèi)型是沉積型。陶土原料中，原礦料外觀主要由Fe2O3、TiO2等著色成分及有機(jī)質(zhì)的含量高低決定，一般呈灰白、土灰、淺黃、土黃、紅色等色調(diào)[2]，如圖1所示。值得注意的是，陶土原料具有非均質(zhì)特性，即使在同一陶土礦體中，往往儲(chǔ)藏著多種具有不同外觀特征和組成的陶土原料。

2 華寧陶土化學(xué)成分分析

華寧縣有豐富的陶土資源，目前探明儲(chǔ)量7000萬(wàn)噸，分布于碗窯村之南，縣城之北的山腰上。華寧陶土主要有白漿土和泥漿土兩種，陶土剛挖出來(lái)時(shí)為深灰色泥塊，頗富膠性，干透后成青白色（圖2）。

由表1可以看出，華寧陶土的主要成分為SiO2和Al2O3，與其他陶土原料相同。但是，華寧陶土的Fe2O3、MgO和K2O的含量要明顯高于其他陶土。TiO2是陶土中較為珍貴的成分，該成分越多，則陶土的性能越好[3]。三種華寧陶土的TiO2含量高于江西陶土和建水泥，表明華寧縣擁有優(yōu)質(zhì)的陶土資源。華寧陶土具備生坯強(qiáng)度高、干燥收縮小、可塑性能強(qiáng)、透氣性能好等工藝優(yōu)點(diǎn)。在燒成過(guò)程中，不論是正常燒成溫度的上限或下限，陶器表皮層都能燒結(jié)，且制品內(nèi)壁能形成氣孔但不滲漏。

3 華寧陶土的紅外光譜

目前華寧縣在冊(cè)制陶企業(yè)共74戶(hù)，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200萬(wàn)以上的僅有30戶(hù)，無(wú)規(guī)上企業(yè)，多以家庭小作坊和家族產(chǎn)業(yè)形式存在，由于受生產(chǎn)規(guī)模和成本的限制，配料過(guò)程主要是憑借經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致不確定性，甚至同款產(chǎn)品都存在較大差異，品質(zhì)無(wú)法保證，因此發(fā)展一種經(jīng)濟(jì)、高效的陶土原料品質(zhì)鑒別方法對(duì)推動(dòng)華寧縣陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

相較于其他大型檢測(cè)儀器，紅外光譜具有直接、快速、無(wú)損、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，性?xún)r(jià)比高。因此，如果能利用紅外光譜實(shí)現(xiàn)陶土原料的定性、定量分析，將極大降低陶土化學(xué)成分的檢測(cè)成本。為了驗(yàn)證方法的可行性，本文對(duì)華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜進(jìn)行了初步探討。

3.1 華寧陶土、陶坯及釉料的外觀

2022年11月初，從華寧沁心陶藝和古月陶藝共采集陶土原料2份（古月2）、陶坯原料3份（沁心2古月1）及釉料2份（沁心2），外觀如圖3所示，晾干、粉碎后取原樣測(cè)試ATR-FTIR譜，對(duì)譜圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并分析。

3.2 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜分析

3.2.1 華寧陶土的紅外光譜分析

兩份華寧陶土樣品的紅外光譜如圖4所示?？梢钥闯?，二者光譜整體相似度較高，在3698、3622、1164、1025、999、911、796、778、693、527cm-1等處具有共同的特征峰。主要差異為：2號(hào)粗陶土在3698、3622、911、527cm-1等處特征峰相對(duì)較強(qiáng)，其余峰相對(duì)較弱。由此推測(cè)出兩種陶土原料的化學(xué)組成相似，但是各組成成分的比例稍有不同。若能進(jìn)一步研究揭示各特征峰的組分歸屬，則有望通過(guò)紅外光譜快速評(píng)估陶土原料的化學(xué)組成特點(diǎn)，為泥坯的調(diào)配提供指導(dǎo)。

3.2.2 華寧陶坯的紅外光譜分析

如圖5所示，三種華寧陶坯樣品的紅外光譜圖也具有相似的光譜特征，在3697、3622、1164、995、910、796、778、692、524 cm-1等處具有共同的特征峰，與陶土相似，推測(cè)出陶坯和陶土的化學(xué)成分無(wú)明顯差別。仔細(xì)對(duì)比可見(jiàn)，3號(hào)陶坯樣品在3697、3622、910、524 cm-1等處的特征峰相對(duì)較強(qiáng)，其余峰相對(duì)較弱，而4號(hào)和7號(hào)的譜圖特征非常接近。由此推測(cè)出，4號(hào)和7號(hào)樣品可能源于同一陶土泥料采集點(diǎn)，而3號(hào)和4號(hào)樣品存在一定的組分比例差異。綜上所述，紅外光譜技術(shù)可以用于陶坯原料的特征識(shí)別與配方調(diào)控。

3.2.3 華寧釉料的紅外光譜分析

圖6為華寧縣兩種釉料和一種陶土的紅外光譜圖。據(jù)圖8可見(jiàn)，5號(hào)樣品具有1443、648、583 cm-1等獨(dú)有特征峰，同時(shí)3969、3619cm-1較弱，表明其具有不同于2號(hào)和6號(hào)樣品的化學(xué)成分。數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果顯示，5號(hào)樣品與伊利石（一種硅酸鹽礦物）的相似度超過(guò)80%，而6號(hào)樣品則與蒙脫石（一種鋁硅酸鹽）匹配度更高。此外，6號(hào)釉料光譜特征與2號(hào)陶土相似度較高，推測(cè)6號(hào)釉料可能是在華寧陶土中加入適量著色成分簡(jiǎn)單調(diào)制。

3.2.4 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜相似度評(píng)價(jià)

混合物紅外光譜是其全部組成成分紅外光譜的非線性組合，可以完整反映整個(gè)樣品的化學(xué)組成信息。以3號(hào)陶坯樣品為參照光譜，對(duì)其他陶土、陶坯及釉料進(jìn)行了1800～600 cm-1范圍的光譜相似度評(píng)價(jià)，可以評(píng)估陶土、陶坯及釉料之間的關(guān)聯(lián)性，也可比較不同來(lái)源樣品之間的異同，為快速評(píng)估不同樣品之間的異同提供參考。相似度評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

4 華寧陶土的形貌表征和分析

通過(guò)超景深顯微鏡對(duì)華寧陶土和陶坯原料的形貌進(jìn)行表征，結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，陶土和陶坯原料中存在大量的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，其中摻雜著一些雜質(zhì)。結(jié)晶態(tài)物質(zhì)主要為高嶺石類(lèi)、蒙脫石類(lèi)和伊利石類(lèi)三種，晶體以?xún)煞N基本構(gòu)造單元為主，一種是硅氧四面體與硅氧四面體晶片，另一種是鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片。還可以看出，不論是陶土還是陶坯原料，粗料相較于細(xì)料都含有更多的雜質(zhì)；陶坯原料從粗料（4號(hào)）到細(xì)料（3號(hào)），其粘合致密程度也明顯增加。

5 結(jié)論

由于成礦環(huán)境與條件的復(fù)雜性，不同礦源的陶土原料差異較大，在應(yīng)用于陶瓷產(chǎn)品前，需要進(jìn)行化學(xué)成分、礦物相組成、可塑性、結(jié)合性等檢測(cè)，往往涉及一些高端、大型的儀器設(shè)備，檢測(cè)成本較高，對(duì)于華寧縣陶瓷產(chǎn)業(yè)中占絕大多數(shù)的無(wú)規(guī)上企業(yè)是難以承受的，因此結(jié)合一些常規(guī)儀器，尋找一種有效判別方法是解決這一難題的有效途徑。

通過(guò)對(duì)源自?xún)杉移髽I(yè)的7個(gè)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理后，進(jìn)行紅外光譜分析和超景深顯微鏡表征，結(jié)果表明這兩種方法可能在華寧陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量控制、評(píng)價(jià)等方面中具有重要應(yīng)用前景。將這些成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)于充分利用本土資源，推動(dòng)華寧陶瓷文化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、品牌化等協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]單平.華寧陶文化產(chǎn)業(yè)研究[J]. 美與時(shí)代，城市版，2016，（01）：98-99.

[2]張留生，許小靜，馮亞騰.陶土原料的特性分析與應(yīng)用研究[J].江蘇陶瓷，2022，32（07）：19-23.

[3]鄧紹云.國(guó)內(nèi)陶土物理化學(xué)基本性質(zhì)的研究現(xiàn)狀與展望[J].鹽科學(xué)與化工，2019，48（02）：5-11.