劉干平

(龍泉市鼎青青瓷坊,1459179768@qq.com)

長石與石灰石是最重要的兩種陶瓷原料,其中長石分為鉀長石、鉀鈉長石和鈉長石。長石與石灰石的調(diào)配是最簡單的釉料調(diào)配,可看作是一切釉料調(diào)配的基礎(chǔ),只有充分了解和掌握長石與石灰石調(diào)配比例與釉料性能及性狀之間的關(guān)系,才能得心應(yīng)手地進(jìn)行釉料調(diào)配的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐[1],而其中釉料最重要的性能毋庸置疑為熔融性能。

一般說釉熔融了,就是意味著在高溫反應(yīng)后,釉面平整光滑完全覆蓋胎體且不流釉,此時對應(yīng)的溫度為釉的熔融溫度,亦可稱為成熟溫度或燒成溫度[2];然而,釉的熔融,本質(zhì)上是高溫黏度和表面張力的綜合反應(yīng),黏度大,釉不能覆蓋胎體,黏度小將產(chǎn)生流釉現(xiàn)象,因此,釉的燒成溫度與高溫黏度存在著一一對應(yīng)關(guān)系。一般而言,釉的高溫黏度為102.3Pa·s所對應(yīng)的溫度可視為釉的燒成溫度。在陶瓷的燒制過程中,釉熔體的熔融、析晶、成熟溫度、流動溫度、氣泡的形成和排除均與釉熔體的高溫黏度有著密切的聯(lián)系,因此釉的高溫黏度特性對陶瓷制品的燒制起著至關(guān)重要的作用[3]。

1 實(shí)驗

1.1 實(shí)驗設(shè)計

改變長石和石灰石的相對含量進(jìn)行釉料的調(diào)配,其中長石按鉀長石、鉀鈉長石和鈉長石,分別與石灰石調(diào)配形成鉀長石-石灰石、鉀鈉長石-石灰石、鈉長石-石灰石三大系列釉,每一系列包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%石灰石、10%石灰石、15%石灰石、20%石灰石、25%石灰石及30%石灰石6種釉,此外,為便于分析釉料組成對釉呈色的影響,采用化學(xué)純氧化鐵進(jìn)行調(diào)節(jié)。各原料的化學(xué)組成見表1,各釉料的原料配方見表2,各釉料的化學(xué)組成見表3。

表1 各原料化學(xué)組成表 單位:%

表2 各釉料配方表 單位:%

表3 各釉料化學(xué)組成表 單位:%

1.2 制備工藝

1.2.1 胎體的制備流程

坯料→淘洗→過100目篩→干燥成泥→成型→素?zé)?。本?shí)驗施釉胎體選用龍泉弟窯白胎。

1.2.2 釉料的制備流程

釉用原料→濕法球磨→過100目篩→釉漿。

1.2.3 施釉

首先采用浸釉法上釉,釉施于胎體的頂面,確保釉層厚度達(dá)到2 mm,以便觀察胎體側(cè)面的流釉情況。

1.2.4 燒成制度

用還原氣氛進(jìn)行燒制,實(shí)驗最高燒成溫度為1 230 ℃,保溫30 min,氧化和還原氣氛轉(zhuǎn)換溫度為1 020 ℃,圖1為燒成曲線圖。

按上述燒成制度,改變最高燒成溫度為1 270 ℃、1 310 ℃,分別進(jìn)行燒制實(shí)驗。

2 結(jié)果和討論

2.1 燒成試驗結(jié)果

能反映釉的高溫黏度的燒成制品外觀性狀因素較多,其中釉料的氣泡數(shù)量和大小、流釉程度最能直接明顯地反映釉的高溫黏度。高溫黏度小,釉中氣泡尺寸大、數(shù)量少、分布較為稀疏,制品側(cè)面出現(xiàn)流釉現(xiàn)象;高溫黏度大,釉中氣泡尺寸小、數(shù)量多,分布較為密集,制品側(cè)面不見流釉現(xiàn)象。故可根據(jù)燒成制品的頂面的氣泡大小、數(shù)量及分布情況,以及制品側(cè)面的流釉程度,綜合確定釉的高溫黏度,詳見表4。

2.2 釉的高溫黏度的估算

1)黏度是流體的一個重要性質(zhì),釉熔體在重力作用下將沿胎體表面產(chǎn)生流動,流動的尺度可以定性判斷釉的黏度大小。釉的黏度大,流動的距離近;釉的黏度小,則流動的距離遠(yuǎn)。

2)釉熔體的黏度對釉中的氣泡影響很大,氣泡的長大、上升及排出皆與釉熔體的黏度有關(guān)。

按照斯托克斯定律,氣泡上升速度與氣泡半徑的平方成正比,而與熔體黏度成反比。即

其中:V為氣泡的上浮速度,r為氣泡的半徑,η為熔體的黏度。

由此可見,釉熔體黏度降低,釉中氣泡擴(kuò)散和上升的速度增大,使得小氣泡合為大氣泡的概率增大,故氣泡上升速度增加。當(dāng)氣泡上升至熔體表面且高出液面后,氣泡上面包裹的液膜受到外界窯爐氣氛的影響,會具有與其他玻璃熔體不相同的表面張力和黏度,阻礙氣泡中氣體的排出,低的表面張力和黏度有利于氣泡的排出[4]。

因此,釉熔體黏度大時,釉中氣泡難以移動,且不能長大,故呈細(xì)小狀均勻密集堆積于釉層中;黏度小時,氣泡擴(kuò)散和上升的速度增大,且小氣泡容易合為大氣泡,從而向上移動排出液面,因此,釉層中氣泡數(shù)量減少,且大小分布不均勻。

3)由熔體理論可知,當(dāng)增加CaO含量時,熔體O/Si比值增大,因此,釉的黏度降低;但繼續(xù)增大CaO含量時,雖然釉熔體O/Si比值繼續(xù)增大,但釉層開始析出CaO·Al2O3·2SiO2微晶。一方面晶體使得釉熔體的黏度增大,另一方面,由于CaO·Al2O3·2SiO2微晶的析出,使得釉熔體玻璃相中CaO含量減少,O/Si比值減小,從而引起釉熔體黏度的增大,因此,晶體析出越多,釉熔體黏度增加的幅度越大;但當(dāng)溫度足夠高使得CaO·Al2O3·2SiO2晶體熔融時,則釉熔體的黏度降低。

《陶瓷工藝學(xué)》[5]中對釉的黏度進(jìn)行了描述:釉的黏度lgη=4不能與坯結(jié)合,lgη=3則與搪瓷釉相似,lgη<3才能完全成熟,lgη=1.6則高溫黏度過低,釉呈過燒狀態(tài)。釉的熔融溫度范圍與黏度變化范圍有關(guān)。一般陶瓷釉在成熟溫度下的黏度值為200 Pa·s,即lgη=2.3[5]。為便于分析研究,本實(shí)驗以釉面光滑、透明、不含晶體且不流釉,氣泡數(shù)量、尺寸皆較為適中的燒成制品的釉黏度的對數(shù)值定為2.3,再根據(jù)燒成制品側(cè)面釉的流動程度,制品正面釉層中氣泡的大小、數(shù)量和分布情況,以及析晶熔融情況對各系列釉在燒成溫度時的黏度在lgη=1.6至3之間進(jìn)行半定量賦值,示于表4中。

2.3 釉的高溫黏度變化規(guī)律

根據(jù)不同燒成溫度、不同化學(xué)組成的釉所對應(yīng)的不同高溫黏度值,繪制不同溫度下高溫黏度對數(shù)值與釉組成的關(guān)系曲線(圖2、圖3、圖4)和不同組成釉高溫黏度對數(shù)值與溫度的關(guān)系曲線(圖5、圖6、圖7)。

圖2 鉀長石-石灰石系黏度與混合比例關(guān)系示意圖

圖3 鉀鈉長石-石灰石系黏度與混合比例關(guān)系示意圖

圖4 鈉長石-石灰石系黏度與混合比例關(guān)系示意圖

圖5 鉀長石-石灰石系的黏度與溫度關(guān)系示意圖

圖6 鉀鈉長石-石灰石系的黏度與溫度關(guān)系示意圖

圖7 鈉長石-石灰石系的黏度與溫度關(guān)系示意圖

由熔體理論可知,釉熔體中由[SiO4]相連的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整程度,是決定黏度的最基本的因素,石英玻璃O/Si的摩爾比為2,是硅氧系統(tǒng)玻璃中具有最大黏度的玻璃。組成中加入堿金屬氧化物K2O、Na2O后,破壞了[SiO4]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),隨著O/Si的摩爾比值增加,黏度隨之下降;二價金屬氧化物CaO、MgO,在高溫下降低釉的黏度,而在低溫時卻增加釉的黏度。釉熔體的黏度隨溫度的變化速度不同,稱為具有不同的料性,曲線斜率大,料性短,斜率小,料性長。

從圖2、圖3和圖4可以看出,長石與石灰石混合,在1 230 ℃時,釉熔體的黏度較高,而且鉀長石、鉀鈉長石系列釉黏度皆存在隨石灰石含量增加而增大的現(xiàn)象,原因在于1 230 ℃燒成溫度下,釉未完全熔融,存在晶體,使釉的黏度增大;在1 270 ℃和1 310 ℃時,釉熔體的黏度降低,并且石灰石含量越高,黏度降低的幅度越大;三種長石系列釉中,又以鈉長石系列釉降低的幅度最大,其次為鉀鈉長石系列釉,而鉀長石系列釉黏度降低的幅度最小。

從圖5、圖6和圖7可以看出,無論何種組成的釉,其黏度皆隨著溫度的升高而降低,呈雙曲線形態(tài),其間的關(guān)系符合方程式:lgη=α+β/T,但不熔釉或結(jié)晶釉除外;曲線斜率隨石灰石含量而變化,石灰石含量低,曲線斜率小,釉料料性長,石灰石含量高,曲線斜率大,釉料料性短,釉料黏度降低幅度大,容易產(chǎn)生流釉現(xiàn)象,同時,釉中氣泡容易排出[5]。

3 結(jié)論

1)無論何種組成的釉,其黏度皆隨著溫度的升高而降低。

2)鉀長石與石灰石混合釉黏度最高,鉀鈉長石次之,鈉長石與石灰石混合釉黏度最低。

3)長石與石灰石混合,隨著石灰石含量的增加,釉的黏度逐漸降低,但石灰石增大到一定程度會引起釉的析晶,反而提高釉的黏度。