董超華，段曉蓉

（景德鎮(zhèn)歐神諾陶瓷有限公司，景德鎮(zhèn) 333426）

1 前言

景德鎮(zhèn)歷來是全國主要的日用細瓷生產(chǎn)基地之一，景德鎮(zhèn)瓷器的燒成溫度一般在1300℃以上，以還原氣氛燒成。本文研究對象為硅鋅鈣結晶釉，燒成溫度為1200～1300℃。

結晶釉是一種裝飾性很強的藝術釉，它源于我國古代的顏色釉，如宋朝的“茶葉末”、“芝麻點”、“鐵銹花”等名貴色釉就屬于微晶結晶釉范疇[1]。結晶釉區(qū)別于普通釉的根本特征在于釉中含有一定數(shù)量的可見結晶體，這種結晶體在生長過程中能夠形成多種多樣的形狀，利用這種特性可以制作出復雜動人的圖案，且這些圖案能夠較好的被著色劑著色。而硅鋅鈣結晶釉是一種以鋅和鈣同時作為結晶劑，在一定的燒成制度下形成結晶的藝術釉，具有結晶性能好、有晶態(tài)良好、晶花呈大型扇形紋樣等特點[2]。

本文從釉料配方著手，在改變硅鋅鈣結晶釉配方的基礎上，通過大量試驗，制備出成本較低的硅鋅鈣結晶釉，并研究了其結晶性能和析晶機理，同時也為結晶釉在藝術陶瓷中得到更加廣泛應用打下基礎。通過對其制備原理、方法、關鍵工藝技術等的研究，研制出了藝術效果較好、基本適合生產(chǎn)用的硅鋅鈣結晶釉。

2 文獻綜述

2.1 硅鋅鈣結晶釉的研制

硅酸鹽釉的結晶是決定于配方化學組成中自生的結晶能力，液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕Y晶作用和晶核的生長速度等，直接影響晶體結構，使晶體結構發(fā)生變化。所以不同化學組成和它的外界因素的影響（釉層厚度、燒成升溫速度、保溫時間、冷卻制度）而得到不同晶形的結晶釉。

配制硅鋅礦結晶釉主要是使用玻璃粉、石英粉、氧化鋅和少量的著色劑和結晶促進劑。其中以玻璃粉作為熔劑，氧化鋅和石英在高溫反應后生成的硅酸鋅作為熔質(zhì)或結晶劑。著色劑主要采用了：鐵、銅、錳、鎳、鈦、鈷、銀的氧化物或鹽類，作為結晶促進劑的有氧化鉬、五氧化二釩[16]。

結晶釉的制備：本文制備的硅鋅鈣結晶釉配方是以石英、鉀長石、玻璃粉和氧化鋅為基礎，著色劑為CuO。，實驗方案表下文具體描述。

2.2 試驗方法

2.2.1 正交試驗法

正交試驗法在工藝改革、新產(chǎn)品試驗、配方調(diào)整等環(huán)節(jié)中起著重要的作用。并且影響結果的往往都不是單一因素，是多種因素交織在一起的。如按一個個因素去試驗，則很難在短時間能得到滿意的效果。所以采取正交試驗法在對多因素的分析具有很大的好處。

正交試驗中最重要的是正交實驗表。下面是正交試驗的一般步驟：（1）明確實驗目的，確定考核指標；（2）挑選因素，確定水平；（3）選用正交表；（4）排表頭和水平；（5）進行試驗；（6）.測定數(shù)據(jù)，記錄實驗結果；（7）分析實驗處理數(shù)據(jù)并驗證試驗。

2.2.2 單因素實驗法

將影響結果的因素控制為一個時，可以很直觀的發(fā)現(xiàn)此因素與結果的關系，從而做出相應的調(diào)整。

3 實驗內(nèi)容

3.1 原材料化學組成與來源

考慮所用原料和工藝性能確定和坯體相匹配的釉料配方，以獲得良好的釉面質(zhì)量和藝術感很好的外觀效果。陶瓷生產(chǎn)中，原料是基礎，坯料和釉料所用原料的好壞，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。因此，選擇質(zhì)量穩(wěn)定、價格適中的原料很重要。在選擇原料上，主要考慮其質(zhì)量、價格、來源等方面。本實驗釉用原料見表1、表2。

表1 原料及化學組成（%）

表2 化工原料（%）

化學試劑按純度由低到高可分為工業(yè)純、化學純、分析純、光譜純多種規(guī)格。純度及用途：純度高，雜質(zhì)含量低，適用于研究和配制標準液；純度較高，雜質(zhì)含量較低，適用于定性和定量分析。本文為降低成本，使用工業(yè)純。

3.2 實驗的主要儀器及設備

實驗使用的主要儀器與設備見表3。

表3 儀器與設備

3.3 工藝流程

實驗工藝流程：配方→稱料→球磨→過篩→除鐵→施釉→干燥→燒成

3.4 坯料

因為本文主要研制結晶釉釉料，對坯體沒有較大要求，坯體有兩種一種是壓餅，另一種是圓柱型的。坯體經(jīng)過干燥后上釉。坯料的價格比較便宜，所以不需要太大的花費。

3.5 硅鋅鈣結晶釉配方實驗方案設計

3.5.1 探索性試驗

根據(jù)所查文獻資料確定結晶釉的原始配方如下：

表4 結晶釉原始配方(%)

燒成制度：燒成最高溫度為1260℃，析晶保溫溫度為1040℃。

燒成結果如圖1：

圖1 燒成制度一原始配方樣品的照片

由以上實驗結果分析可知：在1260℃的燒成溫度下原始配方已經(jīng)燒出結晶，所以保持燒成制度不變，對原始配方進行正交分析。

3.5.2 正交試驗

選用正交表L34，固定高嶺土為3，燒滑石為5，長石為4，變化石英與氧化鋅的質(zhì)量比和鉀長石與石灰石的質(zhì)量比。因素水平表見表5，正交試驗表見表6，最佳配方見表7。

表5 因素水平表

表6 正交實驗表YJ-1～YJ-9

表7 釉的燒成效果

正交試驗燒成效果如圖2所示。

圖2 YJ-1～YJ-9的樣品照片

從釉面效果看，YJ-6、YJ-8和YJ-9的晶花效果最好。其中YJ-8結晶偏大可能是因為玻璃粉的量偏多使其更易析出較大晶花。結合正交實驗結果來看。在成分氧化鋅在28～30之間，玻璃粉在18～20之間，石英在18～20之間時可以得到較好的結晶。而石灰石在18～22之間對結晶的影響不大。通過正交試驗的結果可知硅鋅鈣結晶釉在一定范圍內(nèi)很容易結晶。在一定范圍內(nèi)可以長出比較好的晶花。在燒成結果中，根據(jù)圖片可知：影響結晶釉的主要因素是氧化鋅、玻璃粉和石英的比值關系。其次就是鉀長石和石灰石的比值關系，只要在允許的范圍內(nèi)波動就能燒出好的結晶釉。而且如果加入一些有色金屬氧化物能使結晶釉很好的顯示出晶花。

3.5.3 單因素試驗

按照正交實驗表燒出的第一批樣品全部無光，無結晶。經(jīng)過分析，疑似為氧化鋅質(zhì)量問題。遂以不同批次購買的氧化鋅為單因素變量進行單因素實驗。實驗結果如圖3。

圖3 單因素實驗

同一配方，使用原有氧化鋅的燒出了結晶，使用新購氧化鋅的無光無結晶，與失敗的正交實驗情況一樣，而且此次正交實驗使用的也是新購氧化鋅。

3.6 燒成溫度的試驗

本文研究的是硅酸鋅結晶釉的研制和燒成效果。在1200～1300℃溫度范圍的窯爐的燒成并結出晶花，選用不同的燒成制度，得到不同的燒成效果。文中確定的燒成制度在溫度方面都是一樣，只是在升溫時間和保溫時間上有所不同，由于初選方案的配方不是很好，在不急冷的情況下無法得到晶花。但按照理論計算是可以得出晶花的。通過實驗得到最好的燒成制度。從室溫先升到900℃再從900℃升到最高溫度，后再降溫，總共花費8h。在燒的過程中，本應該打開窯爐進行急冷，但由于條件所限因此在實驗的過程中無打開爐門這一項，當然燒成的效果也會受到很大的影響，不過我們可以通過理論分析知道最終的效果如何。

燒成溫度見表8，燒成曲線見圖4

表8 燒成溫度表

圖4 燒成曲線

4 結果分析與討論

4.1 釉料化學組成對結晶釉的影響分析

ZnO:ZnO是硅鋅鈣結晶釉系統(tǒng)中的結晶形成劑，本實驗采用工業(yè)純的氧化鋅粉末，氧化鋅和石英在高溫時生成硅酸鋅結晶。氧化鋅含量過高會提高燒成和析晶溫度，使釉面和晶花不光滑；含量太低會因高溫溶液的飽和度不夠而不結晶。本次試驗中使用氧化鋅含量為26%-30%。

SiO2：與釉中含石英重量的百分比有關，如小于15%時，石英會溶解于長石及其他熔劑所形成的玻璃態(tài)物質(zhì)中，而使釉結晶發(fā)生困難。如果在15%～20%時，石英開始在釉中以未被熔解的狀態(tài)出現(xiàn)，則易發(fā)生結晶；當含量在20～35%時則成為乳濁玻璃。在結晶釉的配方中，SiO2在釉式中所占的當量大多數(shù)在1.5～2.0左右。

玻璃粉：在燒成過程中起到了減少釉料的高溫粘度，降低析晶溫度的作用。玻璃粉引入過多會使相應的堿土金屬和堿土金屬成分相應增多，使釉料膨脹系數(shù)增大，容易造成釉面風炸和裂紋；含量不足時晶體因釉粘度太大，受到阻力而不易長大，形不成大晶花。

CaO:以碳酸鈣的形式引入，氧化鈣只促使個別結晶的形成，為了得到結晶網(wǎng)均勻分布的釉不讓局部生成大結晶，除了每種結晶釉的燒成溫度必須控制在比較窄的范圍內(nèi)，還應限制結晶釉中的氧化鈣含量。

Al2O3：能顯著的影響熔融釉的粘度，然而利用它的存在可以顯著控制晶體的形成速率和大小，以及釉層的流動性和溫度范圍。因此Al2O3能夠隱藏或者抑制結晶體的形成，Al2O3存在于不同的礦物里，它的加入量和所加入的礦物種類，都會影響結晶的形成。Al2O3不宜由長石引入，因為它在釉中是助熔劑，并且熔融后的粘度不利于晶體的長大。

K2O與Na2O：K2O與Na2O主要由長石引入，它們也是成瓷的主要組分，起助熔作用，存在于玻璃相中提高釉料的熱膨脹系數(shù)，使釉的熱膨脹系數(shù)大于坯的熱膨脹系數(shù)，從而更利于產(chǎn)生裂紋。一般K2O與Na2O的總量應控制在5%以下為宜，否則會急劇地降低釉的燒成溫度與其熱穩(wěn)定性。

4.2 釉漿厚度對結晶釉形成的影響

在本實驗中，一種是在表面平整的坯體上施釉，一種是類似于圓柱形底端有凹槽的坯體上施釉，并研究了施釉厚度對結晶釉的影響。

實驗結果：在表面有凹槽的坯體上施釉的樣品，凹槽處的晶花明顯多于凹槽周圍的晶花（如圖5所示），在不易析出晶花的配方中，在凹槽處也析出了完整的晶花，由此可見，釉層的厚度對結晶的析出有很大影響。

圖5 釉漿厚度影響

應根據(jù)坯體造型的不同，掌握好釉漿濃度，施釉方法、浸釉時間等。以浸釉2次釉層厚度0.8至1.2mm為最佳厚度。

4.3.燒成制度的影響

為研制出硅酸鋅結晶釉，本實驗的燒成制度是在做過一些調(diào)整后而得到的，在燒出的一些樣品中，發(fā)現(xiàn)燒成制度如表9所示。

表9 燒成溫度表

在該燒成制度中，保溫時間的長短直接影響晶花的長大以及晶花的分布。如果溫度偏高，燒成周期過長，保溫時間過長的話，容易產(chǎn)生流釉。對結晶有很大的影響。

4.4 器型與結晶釉的關系

在實驗中選取了兩種器型施釉，一種是平面坯體，一種是立體坯體。發(fā)現(xiàn)在平面坯體上易形成大而均勻的晶花，而在垂直面上形成的晶花很小，而且細密，結晶效果并不理想（如圖6所示）。

圖6 器型的影響

這是因為結晶釉的高溫流動性大，在垂直面上影響晶體的分布，往往極不易燒成滿意的晶花。有弧度的器型能使釉層熔融后有停留，在此處能構成結晶的場所并使晶花成長，易得效果良好的結晶釉產(chǎn)品。因為，在器型設計時就要考慮結晶釉這一特點，巧妙利用此特點能使藝術效果與工藝效果兩全其美。

5 結論

（1）最佳配方：氧化鋅30，石英20，玻璃粉18，石灰石22，燒滑石5，長石4，高嶺土3。

（2）最佳燒成制度：燒成溫度1260℃，保溫溫度1040℃，保溫時間240min。

（3）施釉厚度對析晶有影響。太薄不利于析晶，太厚不僅容易流釉，還容易使釉層開裂。釉層厚度控制在0.8至1.2mm為佳。

（4）器型對析晶有影響。硅鋅鈣結晶釉高溫流動性很強，在立體器型上容易流釉，不太適于立體器型的燒制。使用硅鋅鈣結晶釉是要注意配合器型才能達到更好的藝術效果。

（5）存在問題與改進建議：由于時間倉促及本人的水平有限，對于硅鋅鈣結晶釉只作了淺顯的研究。要得到效果更好的硅鋅鈣結晶釉釉應該在此基礎上繼續(xù)實驗，適當調(diào)整配方，對氧化鋅、石英等的百分含量做單因素實驗，以驗證其含量對該釉的影響，并對燒成制度中保溫溫度做一個單因素實驗，以找到更合適的燒成溫度。