淺析日用骨質瓷釉面針孔形成原因及燒成過程中工藝控制*

盧麗新

(唐山隆達骨質瓷有限公司 河北 唐山 063020)

骨質瓷是我國原輕工部于20世紀60年代后期70年代初期投資引入的一個瓷種，由當時唐山陶瓷公司下屬的第一瓷廠研制，于80年代末期90年代初期逐步具備大批量生產的能力，隨著我國經濟的迅猛發展，骨質瓷也從無到有，再到大批量生產，這也就是近20多年的事情。

骨質瓷有別于普通陶瓷，其主要特點是瓷質薄、半透明、質地白。瓷胎的主要成分是骨炭，生產工藝的特點是兩次燒成。就是基于以上特點逐漸受到客戶的接受和歡迎，但是由于我國的陶瓷生產工藝處于比較傳統的狀態，原料及坯料基本特性、釉料的基本特性、生產工藝的控制等數據還不夠充分。為了滿足出口鉛鎘濃度達標，釉料由最初的鉛釉改進為無鉛釉。由于以上原因產品釉面出現的針孔缺陷是影響無鉛釉骨質瓷質量的最大問題。為減少釉面針孔，提升釉面整體質量，筆者分析了釉面針孔形成原因及燒成過程中的工藝控制。

1 針孔的定義及形狀

針孔是釉面在熔燒階段氣體逸出釉層就會表面產生的凹體不能恢復平整而形成的缺陷，或是未能逸出而形成的氣泡缺陷。

2 針孔形成的原因

骨質瓷制品是由原料配制且成形后經過高溫素燒，然后再上釉二次煅燒而成。骨質瓷采用高溫素燒低溫釉燒的工藝燒制，素燒時坯胎有一個熔融的過程，釉燒時由于溫度低于素胎的熔融溫度而釉面能夠達到熔融的程度，所以在釉燒時釉面的熔融狀態與高溫環境下氣體狀態相互作用，存在氣固、液固、氣液界面，這些界面均可發生吸附與解吸作用。這是因為介質表面上的質量受到液相內質點的拉力，所處的力場不均衡，有過剩的能量，即表面自由熔，在一定溫度和壓力下，固體(液體)表面可自由地吸附那些能降低其表面自由熔的物質。吸附分為物理吸附和化學吸附，物理吸附的作用力是分子間引力，化學吸附的作用力是化學鍵力，具有明顯的選擇性。化學吸附在較高溫度下進行(比如固態、液態對CO氣體的吸附)，平衡吸附量隨著壓力升高而增加。釉面在熔融狀態對氣體有一個吸附過程。

釉燒過程是復雜的物理化學變化過程，若這些物理化學變化過程進行不徹底，不能達到平衡狀態，則釉面會形成針孔氣泡缺陷。釉的主要成分為：①SiO2主要由石英引入;②Al2O3主要由長石引入;③B2O3主要由硼酸、硼砂引入;④CaO主要由碳酸鈣引入;⑤MgO主要由滑石、白云石引入;⑥K2O/Na2O主要由鉀長石、鈉長石引入;⑦Li2CO3主要由碳酸鋰引入;⑧ZnO主要由氧化鋅引入;⑨BaO主要由碳酸鋇引入。

坯料主要成分為：①SiO2由石英引入；②Al2O3由龍巖土、大同土等引入；③CaO、P2O5由骨炭引入；④MgO由于寺土，大同土引入；⑤K2O、Na2O由長石引入。

坯料通過一次高溫煅燒后形成的晶相主要是磷酸三鈣及莫來石，還有未能充分反應而殘余的CaO、SiO2、Al2O3等物質。

釉料的制備首先需要將各種原料按配方成分配料后,煅燒制成熔塊，然后由熔塊與懸浮劑按比例混合進行研磨形成釉漿，最后施于素胎表面進行釉燒。釉燒過程形成的針孔及氣泡缺陷有以下幾種：

1)熔塊制備時，熔制溫度低，熔塊易出現夾生。在釉燒過程中，在熔塊制備階段未反應充分的物質在釉燒過程中反應容易形成針孔或氣泡。

2)釉漿細度過細，隨著燒成而熔融，顆粒之間的間隔被液相填滿，釉面光滑。如果未能被液相填滿就會形成氣泡。

3)低溫揮發階段釉料中的水分、有機物、懸浮劑、結合劑等(如蘇州土)，以及素胎中的水分在釉燒初期排除不充分，在高溫階段若有揮發，容易留下空穴。

4)氧化分解階段，釉料中作為懸浮劑，比如蘇州土氧化分解反應產生氣體。

5)熔融階段，釉料開始熔融，氣體繼續排出，到整體熔融后未逸出的氣體就形成氣泡，導致釉面未能流平。

6)素胎的成熟溫度低導致二次燒成時釉在初始熔融時，素胎仍有部分反應導致大量的氣泡逸出。

7)素胎出現過燒(在成熟溫度的偏上線)，由于在素燒過程中形成Ca3(PO4)2時反應不充分導致在釉燒時釉面熔融后出現氣體逸出。

綜上所述，釉燒既有物質特定的吸附(觸吸)的變化過程，又有其自身物質的物理化學反應的過程。所以整體釉面是在一個有氣體存在環境下形成的。針孔及釉泡也就在這一過程中產生。如果超出一定的尺寸范圍將形成缺陷。

3 骨質瓷合理的燒成制度

骨質瓷素燒及釉燒溫度曲線見圖1、圖2。

圖1 骨質瓷素燒溫度曲線

4 燒成過程中工藝控制

4.1 素燒溫度的控制

骨質瓷的燒成浮動溫度范圍一般為10～20 ℃。成熟溫度范圍較窄，在第一次素燒時最高燒成溫度的設定以接近下限溫度為宜。如果在素燒時，在成熟溫度的上限及以上，因為第一次燒成時溫度偏高，導體素胎結構孔隙較大含有氣體或有水分被吸入，在釉燒時將導致更多的氣體需要排出，在釉面就容易形成大量的氣孔。

4.2 二次釉燒時制定合理的燒成制度

首先在釉層熔融前，為了使得坯體及釉層中的揮發物盡可能完全揮發，適當延長氧化分解階段的時間。即在570～900 ℃適當延長釉燒時間。制訂合適的最高釉燒溫度，在高火保溫結束后，進入冷卻階段,要增加急冷的開度,這是因為產品經過高溫煅燒進入冷卻帶時帶有大量的熱量,如果這部分熱量排放不順暢，會導致部分氣泡聚集在產品熱量不能順暢擴散的部位,比如平鍋底部，杯把把根部，平面件的上表面。所以為了減少這種氣泡的堆積，應在急冷打進自然風時，加大閥門的開度，加大熱交換，從而減少氣泡在產品上的聚集。

圖2 骨質瓷釉燒溫度曲線

4.3 合理設計素胎與釉面兩者的成熟溫度

首先素胎的臨界溫度應該略高一些，釉面的成熟溫度應略低一些。這是因為如果素胎的臨界溫度較低，在釉面熔融時會出現素胎在釉燒時有化學反應的進行，所以假設釉燒最高溫度為1 164 ℃，則素燒溫度為1 265 ℃比較合適。如果坯料配方臨界溫度設計較低，在釉層融熔過程中出現了素胎中部分化學反應，同時伴隨氣體排出，將會導致釉面針孔缺陷的出現，所以在設計坯料及釉料的配方時適當提高坯料的臨界溫度及與之相適應的釉料的始融溫度，對降低針孔缺陷起到很好的作用。臨界溫度是指氧化保溫期化為還原期的溫度稱為臨界溫度。一般素胎的臨界溫度應在釉始融前100～150 ℃。

4.4 合理控制釉燒的燒成氣氛及壓力制度

陶瓷是由坯料施釉經過高溫煅燒形成的材料。在煅燒過程中既有對溫度要求，又有對環境的氛圍及壓力的要求，三者是相互關聯的。以46 m燃氣隧道窯為例，窯頭排煙壓力一般為1.1 Pa的負壓，預熱帶轉化氣幕前為強氧化氣氛，中部壓力一般在23 Pa左右，燒成帶末端為30 Pa左右，燒成帶為微正壓，使得外界冷空氣難以入窯，高火保溫區保持微正壓，以保證弱還原氣氛防止二次氧化。窯尾急冷階段為正壓，一般在15 Pa抽熱階段為負壓，壓力一般為0.27 kPa。

5 結語

以上通過對環境及壓力控制，使得釉面在熔融過程及急冷前為微正壓，保持弱還原氣氛，減少釉層表面的自由焓，減少其釉面吸附及解吸的過程，從而減少釉面針孔缺陷的出現。