宜興黃龍山紫砂原料特征的對比研究

侯佳鈺，康葆強，嚴建華，苗建民

（1.北京工業大學，北京100124；2.故宮博物院，北京 100009）

宜興黃龍山紫砂原料特征的對比研究

侯佳鈺1, 2，康葆強2，嚴建華1，苗建民2

（1.北京工業大學，北京100124；2.故宮博物院，北京 100009）

采用X射線熒光能譜儀、X射線衍射儀、偏光顯微鏡，對采自于宜興黃龍山、宜興張渚及安徽省廣德縣的紫泥類原料進行分析，探究黃龍山紫泥類原料與其他地區原料的共性與特性。結果發現：三地紫泥類原料Al2O3和Fe2O3含量較高，屬于SiO2- Al2O3- Fe2O3三元系統；物相均為含有赤鐵礦的石英-高嶺石-云母系統，石英含量在24-36wt.%，高嶺石含量為27-31wt.%，云母類礦物含量為23-37wt.%，可以不添加其他原料、而單獨燒制成紫砂器；宜興黃龍山紫泥類原料中石英顆粒尺寸適中、分布均勻，可使得黃龍山紫砂器外觀有稍微突出的砂質感；黃龍山原料中可以觀察到粘土團粒，且團粒的骨架結構可以保留到燒成之后的器物中，并可形成“雙重氣孔”結構。

紫砂原料；化學成分；物相組成；巖相分析

0 引 言

宜興紫砂器自明代之后開始大盛于世，直至今日均有燒制［1］。近百年來，宜興紫砂作品在國際上屢獲大獎，并且遠銷世界很多個國家［2］，可以說宜興紫砂將中國的陶器之美發展到了極致［3］，在中國古陶瓷科技發展史中占有重要的位置。

紫砂壺是宜興紫砂器的代表，其制作歷經采礦、風化、粉碎、過篩、加水攪拌、陳腐、成型、燒成等步驟，而宜興紫砂器能夠從明清一直興盛到現在，與其得天獨厚的原料是分不開的。宜興本地陶土礦品種主要可以分為白泥、甲泥和嫩泥三大類，紫砂礦料產于甲泥的礦層之中［4］。其中只有紫砂礦料被用來制作上等的紫砂壺，而其它種類的礦料只能用來制作日用陶缸、陶罐等。而紫砂礦料又根據原料或燒成之后器物的顏色可細分為紫泥類、紅泥類、綠泥類。

宜興市丁蜀鎮的黃龍山是自古以來著名的優質紫砂原料出產地和采掘地［5］，該礦區現已被列為江蘇省文物保護單位。而據報道“紫砂礦”在我們國家很多地方都有出產。那其它地區的紫砂原料與宜興黃龍山原料相比有何共性與特性？關于這個問題，已有一些學者研究了當地紫砂原料、并與宜興地區紫砂原料進行科技對比研究。邢臺瓷廠的謝平杰分析了太行山東側“很像宜興紫砂”的陶土，認為“其化學成分接近宜興紫砂”［6］。南京大學的方鄴森等人分析了江蘇高淳地區的紫砂泥料，認為其完全滿足紫砂的生產要求［7］。寧夏地質礦產局的張壽嶺分析了寧夏紫色粘土礦、并與宜興紫砂相比，認為可以用來燒制紫砂陶［8］。華東地質學院的王平等人分析了江西“準紫砂土”，認為其與宜興紫砂土十分相似，完全可以作為紫砂土的資源［9］。江西理工大學的王平等人測試了江西省高安市的紫砂土、并與宜興甲泥和嫩泥相對比，認為其完全滿足紫砂陶制品的生產要求［10］。景德鎮陶瓷學院江夏等人分析了宜興地區12種礦料的化學組成、礦物組成和物理性質，并將其與福建和江西的紫砂礦料相對比，認為宜興紫砂泥料具有其獨特性［11］。

然而從已發表的研究論文可以看出，缺少從化學成分、物相組成及含量、顯微結構等方面綜合研究宜興與其他地區紫砂原料的差別。此外，宜興地區原料種類較多而此前的研究對原料的具體來源缺少分析。紫砂原料主要分為紫泥類、綠泥類和紅泥類［12］，各種原料性質不盡相同，因此被人們稱為“五色土”，另有一類則是“甲泥”而非紫砂原料。因此，需要分別研究與區別使用。

紫泥類原料是紫砂礦料中產量最大、最典型的原料，為了便于對比研究，本文選取采自于三個不同地區的紫泥類原料進行化學成分、物相組成及巖相分析，探尋宜興黃龍山紫砂原料的本質，并且對上述三個地區紫泥原料的特點作出評價，為深入宜興紫砂器的與原料的選擇應用建立基礎。

1 試驗樣品與測試方法

1.1 試驗樣品

試驗用樣品分別為采自于宜興黃龍山、宜興張渚及安徽省廣德縣的紫泥類原料3塊，樣品號分別為ZS-1、ZS-2、ZS-3，這些原料均為市面上的制壺原料。宜興黃龍山紫泥類原料樣品ZS-1呈深紫色，并有青灰色斑點；宜興張渚原料樣品ZS-2外表面為紅色夾雜著黃色，內部為深紫色；安徽省廣德縣地區原料ZS-3呈深紫色。樣品照片見圖1。

1.2 測試方法

圖1　紫泥類原料照片及描述Fig.1 Zini raw materials studied and their descriptions

采用美國EDAX公司的EAGLE III XXL 微聚焦型X射線熒光能譜儀測試樣品的化學成分，束斑直徑為300 μm，電壓25 KV，電流600 μA，測試時間300 s，采用自建的定量曲線算出樣品的定量分析結果。考慮到樣品成分的均勻性，將原礦樣品在瑪瑙研缽中磨制成200目粉末樣品，之后利用壓樣機將粉末樣品壓制成餅狀。

采用日本理學公司的D/max-2550PC型X射線衍射儀測試樣品物相的定性及定量組成。測試條件為：管電壓40 kV，管電流300 mA，掃描角度范圍：3～90 °，每步計數時間1 s，步長：0.02 °，可變狹縫，RS=0.15 mm，利用全譜擬合法進行定量分析。原料粉碎后研磨成粒徑為75 μm的粉末，用鋁樣品槽，背壓法制樣。

采用德國Leica公司的DM4000型偏光顯微鏡進行巖相分析。樣品切成塊狀，用環氧樹脂及固化劑進行冷鑲，之后粘于玻璃片上后磨制成厚度為30 μm的光薄片。

表1　原料樣品化學成分結果（wt.%）Tab.1 Chemical composition of raw materials（wt.%）

2 結果與討論

2.1 化學成分分析

表1為原料樣品化學成分結果。從表中可以看出，各地紫泥類原料Al2O3含量較高、在22-25wt.%左右，介于高嶺土與瓷石之間；而硅鋁摩爾比較低、在4.10-4.90之間，較高的Al2O3含量有利于提高制品的強度［13］，較低的硅鋁比顯示出原料較高的耐火度與熱穩定性。

Fe2O3含量較高是紫砂原料的另一特點，達到了7-9wt.%，這也是紫砂器呈現紫色的基礎。此外，Fe2O3也具有一定的助熔作用，根據SiO2-Al2O3- Fe2O3三元相圖，在氧化氣氛中燒成時可以燒成到1400 ℃左右而不產生大量液相［14］，考慮到原料中還含有K2O、Na2O等助熔物，因此燒成溫度低于1400 ℃。

2.2 物相分析

圖2為三地紫泥類原料樣品的X射線衍射圖譜，從結果中可以看出三個不同地區紫泥類原料中所含物相種類基本一致，主要礦物均為石英、高嶺石、云母類、以及少量的赤鐵礦。這與前人研究“紫砂原料的礦物組成屬于含鐵的粘土-石英-云母系”［15］一致，也成為紫砂原料的礦物本質及物相組成的特點之一。

圖2　紫泥原料類樣品的X射線衍射圖譜Fig.2 XRD spectra of raw materials

一般來說，傳統陶瓷原料的組成需要包含三個物相方面的要素——能夠提供瘠化作用的石英類原料、具有可塑性的粘土類原料、以及熔劑原料。石英是所有紫泥原料中主要礦物之一，主要可起到骨架作用［16］。高嶺石屬于粘土礦物，可賦予紫砂泥料可塑性和燒結性［17, 18］。含有較多云母類礦物是紫砂原料的主要特征之一，云母類礦物（包括白云母碎屑及鱗片狀水云母）不僅可以承擔與高嶺石類似的粘土類原料的作用，更因其富含鉀，而起到熔劑原料的作用。此外，赤鐵礦的存在也是紫砂原料的重要特點之一，其不僅可以起到助熔作用，并且因含有赤鐵礦，紫砂器的顏色可以隨著燒成溫度及氣氛的少許不同，而呈現出從紫紅到深紫等不同的色調［19］。總之，紫砂原料物相的定性組成包含傳統陶瓷原料所需的所有物相要素，使其具備了可以單獨使用、而不必添加任何其他原料即可燒制成紫砂器的基礎。

表2　各個地區紫泥原料物相種類及其含量（wt.%）Tab.2 Phase species and their amounts（wt.%）

表2為所有樣品的物相定量分析結果，從結果中可以看出，三個不同地區紫泥原料中石英含量在24-36wt.%，高嶺石含量為27-31wt.%，云母類礦物含量為23-37wt.%，三種礦物質量百分比的總和占原料物相組成的85wt.%以上。紫砂原料的這種礦物質量百分比組成的特點，與中國傳統絹云母質陶瓷胎體較為相似。中國南方地區早期陶瓷胎體為一元配方、瓷石單獨燒成；景德鎮窯工自元代開始將高嶺土摻入了瓷石中來制胎，使用了瓷石-高嶺土二元配方，胎體的礦物系統為石英-高嶺石-絹云母三元系統［20］。之前已有學者總結了中國傳統絹云母質瓷胎，并將其物相組成畫入石英-高嶺石-絹云母三角圖中，在此范圍內的物相組成均可成瓷［21］。絹云母、伊利石、白云母等同屬云母類礦物，三者晶體結構相似，故在X衍射圖譜中無法辨別。現將該三角圖中的絹云母改寫為云母類，并將紫砂原料中主要礦物組分——石英、云母類、高嶺石的定量成分歸一、并畫入圖中（如圖3中a、b、c所示），便可發現三地紫泥類原料與瓷器胎體物相范圍非常接近、僅石英含量略高于瓷器胎體；特別是宜興兩地的紫泥類原料基本落入了瓷器物相范圍的邊界。由此可見，紫泥類原料的礦物組成類似于使用了二元配方的石英-高嶺石-絹云母陶瓷胎體，合適的物相質量百分比組成使其可以不添加其他原料、而單獨燒制成紫砂器。

2.3 巖相分析

紫砂器之所以被稱之為紫砂，而不是普通的陶器，最明顯的區別便在于燒成之后的紫砂器的外觀會有石英顆粒形成的砂質感［22］與紫紅色的外觀。圖4為紫泥原料樣品的巖相圖，圖中主要可以看到石英顆粒及片狀白云母（因放大倍數所限，無法觀察到微米級的高嶺石、水云母類等粘土礦物）。

從圖4a黃龍山原料的巖相圖中可以看到，原料中石英顆粒數量較多、尺寸在50-100 μm左右；片狀云母長度在80-200 μm；各種礦物分布較為均勻。制作紫砂器時一般將原料過篩60目（250 μm）左右，原料中的石英顆粒因此能夠保留到坯泥中；1100-1200 ℃的燒成溫度又使得殘留石英可基本保留顆粒狀外形，僅在邊緣形成溶蝕邊或析出方石英［23］，嵌于由粘土礦物等轉化而成的基質中。相對于原料中的高嶺石、水云母等粘土礦物，石英顆粒的干燥收縮及燒成收縮均較小，較大的顆粒在器物外表面稍有突出，這樣可使黃龍山紫砂器具有“砂質感”。

圖3　紫泥類原料與傳統絹云母質瓷器胎體的物相組成圖Fig.3 Phase diagram of Zini raw materials and traditional sericite-body

圖4　紫泥類原料樣品巖相圖（正交偏光）Fig.4 Thin-sections of raw materials（Crossed polarized light）

從圖4b中可以觀察到宜興張渚原料中石英顆粒及片狀云母均較少，且石英顆粒尺寸均在50 μm以下。相對于黃龍山原料中尺寸為50-100 μm左右的石英顆粒，宜興張渚紫泥原料中石英顆粒尺寸較小，而云母類助熔礦物含量卻較高，這有可能使得石英顆粒在燒制過程中過多地熔融在基質中，而無法將顆粒感保留到燒成之后的陶片中，也就是缺少“砂質感”的效果、缺少紫砂器獨特的外觀。

安徽省廣德縣紫泥原料中石英顆粒、片狀云母分布極不均勻，如圖4c所示，上半部分顆粒礦物密度較大，下半部分幾乎全為基質。此外，該原料中石英及云母尺寸差異較大，如圖4d所示，石英顆粒的尺寸大多在50 μm左右，但也有少數顆粒尺寸達到了300 μm；片狀云母的長度也從50 μm到600 μm不等，差異極大。安徽省廣德縣原料這種礦物分布及尺寸的不均勻性，不僅有可能造成燒成之后陶片中物相的不均勻性，同時也有可能使原料在過篩60目（250 μm）的步驟中，過多的去除掉尺寸較大的石英及云母礦物，影響泥料的成分及其成品的性質。

之前已有學者利用掃描電子顯微鏡發現燒成之后紫砂器中也可觀察到“原始團粒”結構，團粒與團粒之間、團粒與基底之間形成了鏈狀氣孔、環繞團粒，在團粒內部的顆粒礦物也由于收縮而形成了許多橢圓形氣孔；這兩種氣孔組合而成“雙重氣孔”結構，正是這種結構使得紫砂器具有良好的透氣性及茶后留香的品質［15］。而在進行顯微結構觀察時，在宜興黃龍山原料中發現粘土團粒結構，如圖5所示。原料中粘土團粒尺寸在300-900 μm，團粒內部有較多包裹物，包括石英顆粒、片狀云母等；并且這些礦物的尺寸及形狀與團粒外的無明顯區別。應該說紫砂器中的“原始團粒”及“雙重氣孔”結構正是來源于原料中的粘土團粒。

利用偏光顯微鏡觀察時，并未在宜興張渚及安徽省廣德縣紫泥類原料中發現類似于黃龍山紫泥原料中存在的粘土團粒，燒成之后的器物中也就無法形成“雙重氣孔”結構，因而透氣性不如前者好。

從以上分析結果可以看出，即使三地的紫泥類原料中礦物定性組成及定量結果均較為相似、可以不添加任何其他原料而單獨燒成，但三地原料的顯微結構卻差異較大。樣品中只有宜興黃龍山紫泥類原料中石英顆粒尺寸適中、分布均勻，可使得黃龍山紫砂器外觀有稍微突出的砂質感。此外，也只有宜興黃龍山紫泥類原料中可以觀察到粘土團粒，燒成之后可形成 “雙重氣孔”結構，使得紫砂器具有良好的透氣性及茶后留香的品質。

圖5　黃龍山紫泥原料中的粘土團粒（正交偏光）Fig.5 Aggregate-structure in Huanglongshan raw materials（Crossed polarized light）

3 結 論

（1）三地紫泥類原料Al2O3含量較高而硅鋁摩爾比較低，且Fe2O3含量較高，屬于SiO2- Al2O3- Fe2O3三元系統。

（2）三地紫泥類原料所含物相種類基本一致，主要礦物均為石英、高嶺石、云母類、以及少量的赤鐵礦，這也是紫砂原料的礦物本質及物相組成的特點之一。這種礦物組成包含傳統陶瓷原料所需的所有物相要素，使其具備了不必添加任何其他原料即可燒制成紫砂器的基礎。

（3）三地紫泥類原料中石英含量在24-36wt.%，高嶺石含量為27-31wt.%，云母類礦物含量為23-37wt.%。這種礦物質量百分比類似于使用了二元配方的石英-高嶺石-絹云母陶瓷胎體。

（4）宜興黃龍山紫泥類原料中石英顆粒尺寸在50-100 μm、分布均勻，可使得黃龍山紫砂器外觀有稍微突出的砂質感。宜興張渚原料中石英顆粒尺寸較小，有可能在燒制過程中過多地熔融在基質中，而無法起到“砂質感”的效果。安徽省廣德縣原料中礦物分布及尺寸極不均勻，這不僅有可能造成燒成之后制品中物相的不均勻性，同時也有可能使原料在篩分的步驟中，過多的去除掉尺寸較大的石英及云母礦物，影響泥料的成分及其制品的性能。

（5）在宜興黃龍山紫泥類原料中觀察到尺寸在300-900 μm的粘土團粒，且團粒的骨架結構可以保留到燒成之后的器物中，并可形成“雙重氣孔”結構，使得紫砂器具有獨特的性能。

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date: 2016-01-14.Revised date: 2016-03-13.

Comparative Study of Yixing Huanglongshan Zisha Raw Materials

HOU Jiayu1，2，KANG Baoqiang1，YAN Jianhua2，MΙAO Jianmin1
（1.Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2.The Palace Museum，Beijing 100009，China）

EDXRF，XRD and PM were used to analyze Zisha raw materials from Huanglongshan and Zhangzhu in Yixing and Guangde in Anhui.The results show∶ these raw materials have higher Al2O3and Fe2O3；all these raw materials have 24-36wt.% quartz，27-31wt.% kaolin and 23-37wt.% mica，so they can be fred into Zisha wares without other additives；the quartz distributed uniformly in Huanglongshan raw materials with moderate sizes makes the appearance of Zisha ware sandy；aggregate-structure can be observed in Huanglongshan raw materials and becomes double-pore structure in Zisha ware.

Zisha raw materials；chemical composition；phase composition；petrography

TQ174.74

A

1000-2278（2016）04-0394-06

10.13957/j.cnki.tcxb.2016.04.013

2016-01-14。

2016-03-13。

國家文物局文物保護科學和技術研究課題（20120218）；國家自然科學基金項目（51172048）。

通信聯系人：侯佳鈺（1986-），女，碩士。

Correspondent author:HOU Jiayu（1986-），female，Master.

E-mail:sabrinahou@yeah.net