結(jié)晶釉之結(jié)晶原理與影響因素

摘要:本文通過分析結(jié)晶釉所用原料、配方與燒成，結(jié)合實驗情況來分析結(jié)晶釉的結(jié)晶原理，以及結(jié)晶釉中可能影響其結(jié)晶的各種因素，并提出了在傳統(tǒng)“升、頓、追、降、保、降”的六字燒成法的基礎(chǔ)上增加“再升、再降、再保”三道工序的新燒成方法。

關(guān)健詞:結(jié)晶釉;結(jié)晶原理;燒成制度;晶體生長

1前 言

結(jié)晶釉是一種人工晶體花釉，是在基礎(chǔ)釉上引入了結(jié)晶劑，通過對其進行燒成控制，在釉層中形成各種形狀花紋晶體的釉料。古往今來，美觀大方的結(jié)晶釉產(chǎn)品一直都是許多學者研究的對象。早在宋代我國就成功研制出了“星盞”、“茶葉末”、“鐵銹花”等結(jié)晶釉，但直至二十世紀五六十年代以后，結(jié)晶釉才進入了商品化生產(chǎn)的發(fā)展階段。本文從結(jié)晶釉的使用原料、結(jié)晶釉配方和燒成方法三個方面來研究結(jié)晶釉的結(jié)晶原理。

2試 驗

2.1 結(jié)晶釉的成分

結(jié)晶釉一般是在含氧化鋁較低的釉料中加入結(jié)晶劑(如ZnO、MnO₂、TiO₂等)，使之達到過飽和析晶而獲得的。由于釉的基本組成是鋁硅酸鹽，可用通式RO·XAl₂O₃·YSiO₂表示，當Al₂O₃和SiO₂含量都較少而且SiO₂/Al₂O₃比例較大時，就容易析晶，可得到輝石類礦物和正硅酸鹽的橄欖石類等礦物晶體。一般控制SiO₂含量為40%～50%，Al₂O₃含量為10%以下，SiO₂∶Al₂O₃=12∶1～15∶1。

2.2 結(jié)晶釉配方

釉的高溫粘度對結(jié)晶的影響很大，高溫粘度越大，則越不易析晶，晶體長大也很困難。因此，宜選用高溫熔體粘度低的釉料，以促進析晶及晶體長大，如可采用以下配方:玻璃粉33%、石英5%、長石10%、白云石5%、R2熔塊20%、氧化鋅25%、高嶺土2%。

釉料組成直接影響著釉面析晶的效果。結(jié)晶釉料常用玻璃粉，它主要用于調(diào)節(jié)釉的高溫粘度與析晶溫度，粘度的大小直接束縛著成晶質(zhì)點在熔體中的擴散遷移。在不同的粘度下，晶體的生長速度是不同的，由式(1)可以推算出晶體大小:

R=2DKtC (1)式中:

R——晶體半徑;

D——擴散系數(shù);

K——溫度常數(shù);

t——時間;

C——成晶物質(zhì)在熔體中的溶度。

但是，當粘度小到泰曼析晶理論的T晶以下對應(yīng)的粘度以后，則隨熔體粘度的減少，晶體不但不長大，反而會因溶解于玻璃質(zhì)熔體中而變小。由此，所需要晶體的大小，可以通過改變保溫時間，或改變保溫溫度從而改變成晶物質(zhì)在熔體中的溶度來控制晶體的生長發(fā)育。由改變保溫溫度來控制，容易發(fā)生晶核熔融或產(chǎn)生大量晶核的現(xiàn)象，不利于研究控制，所以，通常是設(shè)定一個最為合適的溫度，通過延長或縮短保溫時間來控制晶體的生長發(fā)育。如上述配方中，在1160℃保溫時，晶體大小和保溫時間的關(guān)系如表1所示。

從泰曼析晶理論可知:任何釉熔體的析晶，首先要形成一定尺寸大小(臨界尺寸)的晶核，如果是達不到臨界尺寸的小核(核胚)，即使形成了也是很不穩(wěn)定的。要形成大的晶核，則需要相當?shù)脑踊螂x子，從熔體中一個個排列到核胚的一定位置上來。一般來講，晶核數(shù)量越多則晶花越多，但當數(shù)量太多時，因為每個晶核都按照自己的結(jié)晶習性生長，會形成眾多的小晶體，互相重疊、擁擠，無法長大為晶花。因此，只有當晶核數(shù)量適中時，才可以長成完整美麗的晶花。

結(jié)晶釉中的結(jié)晶劑，一般在釉熔體中的溶解度小，溶解速度較慢，所以其在釉中含量不高時，就可以達到過飽和狀態(tài)而形成晶核，長大為晶花。不同種類的結(jié)晶釉所用的結(jié)晶劑是不同的，例如:硅鋅礦結(jié)晶釉的結(jié)晶劑是ZnO;輝結(jié)晶釉的結(jié)晶劑是金屬氧化物，如TiO₂、ZnO、Fe₂O₃等;當然還有一些是金屬元素的鹽類，如MgCO₃、石灰石(CaCO₃)等。

筆者經(jīng)過多次研究實驗，發(fā)現(xiàn)當釉式為式(1)所示時， 此時SiO₂/Al₂O₃大概在13.5左右，使用白云石、碳酸鋇來調(diào)節(jié)釉的性能和燒成溫度，所得釉料的高溫流動性很好。結(jié)晶劑的含量則需要根據(jù)結(jié)晶釉的結(jié)晶方式的不同而改變，如硅酸鋅結(jié)晶釉，若要得到較好的定位結(jié)晶時則少加，氧化鋅加入量大概為23%～28%;如要得到無規(guī)則大量結(jié)晶時則可以多加，氧化鋅添加量甚至可以在40%以上。

2.3 結(jié)晶釉的燒成

大部分結(jié)晶釉的燒成都采用傳統(tǒng)的“升、頓、追、降、保、降”六字燒成法，其掌握較為困難，在保溫階段常因為晶體內(nèi)含有的潛熱的散發(fā)，往往達不到預(yù)期的效果。同一配方，采用不同的燒成曲線，晶花形狀是不同的。如硅酸鋅結(jié)晶釉，當溫度降至結(jié)晶溫度范圍，并有足夠的結(jié)晶保溫時間時，由于結(jié)晶潛熱的放出，使局部溫度波動太大，忽而達到熔點，忽而降到熔點以下，結(jié)果局部釉面回升到熔點，使一部分晶體被釉熔解，所得到的晶花只是晶體碎片。這種晶花往往呈樹枝狀、針狀，若要得到放射狀、蜘蛛網(wǎng)狀的晶花，則需在結(jié)晶溫度范圍稍為偏高的溫度下，把保溫時間拉長;而若要得到圓形晶花，須在結(jié)晶溫度范圍偏下限的溫度下進行保溫，保溫時間拉長。一般來說，達到最高溫度時須盡快降溫至保溫溫度，降溫速度越快越好，快速降溫有利于晶核的產(chǎn)生。

筆者經(jīng)多次實驗，在結(jié)晶釉以往的燒成基礎(chǔ)上增加了“再升、再降、再保”三道燒成工序，即:升、頓、追、降、保、再升、再降、再保、降。主要是針對晶核內(nèi)殘余的潛熱的散發(fā)，通過再升、再降、再保三道工序，可以進一步減少晶核內(nèi)多余潛熱的發(fā)散。同時，可以熔解一部分較小的晶核，使晶核數(shù)量不至于太多，以免晶核擁擠而使晶花長不大，如本實驗中硅酸鋅的燒成曲線與傳統(tǒng)燒成曲線的對比見圖1。

3影響結(jié)晶釉結(jié)晶的因素

3.1高溫粘度對晶體長大的影響

晶體的生長受熔體粘度制約，粘度的大小直接束縛著成晶質(zhì)點在熔體中的擴散遷移，粘度越大，擴散速度越慢，但當粘度小到泰曼析晶理論的T晶以下對應(yīng)的粘度以后，則隨著熔體粘度的減小，晶體不但不長大，反而會因溶解于熔體中而減小。

3.2雜質(zhì)對晶體長大的影響

由于雜質(zhì)的存在，產(chǎn)生相界面，晶體的長大就會受到異相界面的制約。只有能量足夠大、運動速度足夠時成晶質(zhì)點才有可能穿過相界面粘附到晶核上去。如雜質(zhì)對晶核是潤濕的，則會將晶核包裹起來，使成晶質(zhì)點無法粘附到晶核上去，則晶核無法長大。

3.3釉層厚薄不勻?qū)w的影響

由于釉層厚薄不勻使得部分釉面熱能相對集中，而溶解少量的新生成的晶花邊緣，從而呈現(xiàn)網(wǎng)狀晶花。使用浸釉法釉漿較為均勻，只要操作得當，一般很少出現(xiàn)厚薄不均的現(xiàn)象;而使用淋釉法釉漿極易產(chǎn)生厚薄不均的現(xiàn)象，從而影響釉面的結(jié)晶。

3.4燒成對晶體的影響

燒成對晶體的影響主要體現(xiàn)在兩個方面:

(1) 最高燒成溫度對晶體的影響

最高燒成溫度對晶體的生長影響很大，尤其是對結(jié)晶劑均勻分布于釉中的結(jié)晶釉。若溫度偏高，由于結(jié)晶劑均勻存在與釉中，其燒成范圍很小，只有10℃左右，很容易造成晶核熔于釉中，無法得到晶體。而若溫度過低，則燒成后釉面粗糙亞光，晶體很小。

(2) 保溫溫度對晶體的影響

如保溫溫度過高，則剛形成的晶核會隨之熔于釉中或部分熔于釉中，造成無晶花或不完整的晶花碎片;而保溫溫度過低，則會使得釉面稠化，結(jié)出的晶花小，而且，溫度過低還會形成許多晶核，產(chǎn)生晶花重疊現(xiàn)象。

4結(jié) 論

(1) 結(jié)晶釉一般都是在含鋁量相對較低的基礎(chǔ)釉中加入結(jié)晶劑(如ZnO、MnO₂、TiO₂等)，使之達到過飽和而獲得的;

(2) 結(jié)晶釉一般都要求是高溫粘度較低的釉料，便于晶體長大;

(3) 結(jié)晶釉的燒成一般采用“升、頓、追、降、保、降”的六字燒成法，在傳統(tǒng)的六字燒成法的基礎(chǔ)上，增加“再升、再降、再保”三道工序后，有利于散發(fā)晶體內(nèi)的潛熱，從而得到發(fā)育良好的晶花。

參考文獻

[1] 李家駒.陶瓷工藝學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，1999.

[2] 張玉南.陶瓷藝術(shù)釉工藝學[M].江西景德鎮(zhèn)陶瓷學校，2009.