鐵鈦結(jié)晶釉的研制

陳琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

鐵鈦結(jié)晶釉的研制

陳琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院，廣東 廣州 510640）

本實(shí)驗(yàn)采用玻璃粉、石英、滑石、石灰石、TiO2、Fe2O3為原料制備鐵鈦結(jié)晶釉，采用正交實(shí)驗(yàn)、單因素實(shí)驗(yàn)，研究了釉料配方中氧化鐵、氧化鈦的量以及燒成溫度、保溫時(shí)間、釉層厚度等因素對(duì)釉面析晶效果的影響，優(yōu)化出最佳工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)釉料配方(wt．%)為：氧化鈦 10．2、氧化鐵 4．08、玻璃粉 37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉層厚度為1．0 mm ，燒成溫度為1260 ℃，保溫時(shí)間為45 min條件下制備的試樣釉面效果最佳。

鐵鈦結(jié)晶釉；釉料配方；燒成制度

0 引 言

結(jié)晶釉是在我國古色釉基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種人工晶花釉，它是由適當(dāng)配方的陶瓷釉在燒制過程中，通過人為控制熱力學(xué)條件使釉層內(nèi)產(chǎn)生析晶并長大，從而形成人工合成晶體裝飾的釉層[1]。結(jié)晶釉的基本特征是：可以在釉中或釉面析出許多各種形狀的晶花。它的發(fā)展歷史非常悠久[2]。結(jié)晶釉的種類很多，按選用的結(jié)晶劑，可分為鐵系結(jié)晶釉、硅酸鋅結(jié)晶釉等，各種結(jié)晶釉都已有學(xué)者涉及并做了大量的工作[3-5]；按燒成溫度可分為高溫、中溫和低溫結(jié)晶釉；按晶花大小，可分為粗結(jié)晶釉和微結(jié)晶釉兩大類；按結(jié)晶釉的色彩，分為黑色、白色、藍(lán)色、黃色、變色等結(jié)晶釉[6-8]。自古以來，結(jié)晶釉變幻莫測(cè)的藝術(shù)效果主要用于藝術(shù)陶瓷作品。近幾年來，結(jié)晶釉在陶瓷餐具及建筑陶瓷中也得到了廣泛的應(yīng)用，而在陶瓷馬賽克上的應(yīng)用仍處于起步階段。

本文通過調(diào)整釉的配方組成、著色氧化物的含量、燒成制度、釉層厚度等因素，擬研制陶瓷馬賽克氧化鐵花釉的底釉與面釉及其相應(yīng)的工藝參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)以TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、滑石、石灰石等為原料，以料∶球∶水=1∶2∶0．6進(jìn)行球磨并過250目篩網(wǎng)，以浸釉的方法施釉，然后干燥、燒成。采用正交實(shí)驗(yàn)確定優(yōu)化配方，后進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，對(duì)釉料組成(Fe2O3、TiO2的量)、燒成制度(燒成溫度、保溫時(shí)間)等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到最佳的釉料配方和燒成制度。本實(shí)驗(yàn)通過目測(cè)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行打分，主要目測(cè)釉面析晶效果、釉面的光澤度及平整度，后綜合打分。

(1)釉面析晶效果可以通過觀察釉面的析晶范圍及晶花大小評(píng)分；(2)光澤度是通過觀察釉面的光亮程度進(jìn)行評(píng)分；(3)平整度通過觀察釉面氣孔，表面粗糙程度等因素評(píng)分。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用正交實(shí)驗(yàn)制備試樣照片如圖 1 所示，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下。

從圖1可以看出，按照正交實(shí)驗(yàn)燒制出來的九組釉樣樣品釉面效果各異，描述如下。

一號(hào)樣品半無光，析晶較充分，釉面平整度較差，其原因?yàn)闃悠返臒蓽囟绕停貢r(shí)間不夠；二號(hào)樣品光澤度好，有較大晶花，釉面光滑，其原因?yàn)闃悠返臒蓽囟冗m宜，保溫時(shí)間偏短；三號(hào)樣品無光，析晶充分，釉面平整度較差，其原因?yàn)闊蓽囟鹊停貢r(shí)間適宜；四號(hào)樣品光澤度好，有較多花型葉狀的晶花，釉面光滑，其原因?yàn)闊蓽囟绕停貢r(shí)間適宜，效果較好；五號(hào)樣品無光，析晶較充分，釉面平整度差，其原因?yàn)闊蓽囟鹊停貢r(shí)間短；六號(hào)樣品半無光，析晶充分，有較多較大的輻射狀晶花，釉面平整度差，其原因?yàn)闊蓽囟绕停貢r(shí)間偏短；七號(hào)樣品無光，析晶充分，有較多花型葉狀的晶花重疊，釉面略粗糙，其原因?yàn)闊蓽囟鹊停仄蹋话颂?hào)樣品半無光，析晶充分，有大量輻射狀晶花重疊，釉面略粗糙，其原因?yàn)闊蓽囟绕停痪盘?hào)樣品無光，析晶充分，有大量輻射狀晶花重疊，釉面粗糙，其原因?yàn)楸貢r(shí)間短。

綜合各個(gè)釉樣的效果，正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表2所示。

由表2可知，四因素、三水平的正交實(shí)驗(yàn)，各個(gè)因素、水平對(duì)釉樣變化起的作用大小不同。為了直觀起見，用因素的水平作橫坐標(biāo)，評(píng)分即K平均值作縱坐標(biāo)，畫出因素與評(píng)分關(guān)系圖，如圖 2所示。

綜上所述最優(yōu)的水平組合為D2B1A2C2。

即為4#釉樣配料，燒成制度為：燒成溫度為1260 ℃，保溫時(shí)間為45 min。

同時(shí)，根據(jù)表3中極差R的大小，可知各因素對(duì)釉面析晶效果影響的主次分布。從主到次順序：D-B-A-C。

從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，保溫時(shí)間對(duì)釉面效果影響較大，其次是氧化鐵用量，再就是釉料中氧化鈦含量，燒成溫度對(duì)其影響較小。

2.2 工藝因素對(duì)釉面效果的影響

2．2．1 保溫時(shí)間對(duì)釉面效果的影響

保持4#釉樣配料，燒成溫度為最優(yōu)的1260 ℃。只改變釉料在析晶溫度1150 ℃的保溫時(shí)間，考察保溫時(shí)間對(duì)釉樣析晶效果的影響。保溫時(shí)間為：30 min、45 min、60 min。通過實(shí)驗(yàn)得出釉樣效果如圖3。

表1 實(shí)驗(yàn)方案Tab.1 The experiment plan

由圖 3可見，1#釉樣有析晶，且析晶較充分，晶體并不是特別大。2#釉樣析晶充分，晶體較大。3#釉樣有析晶但析晶過于充分。說明隨著保溫時(shí)間的增加，釉熔體析晶越來越充分，使得晶體長大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：在晶核形成及晶體生長的交叉溫度區(qū)進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間越長析晶越多，則保溫30 min、45 min、60 min三種條件下析晶越來越多，1#析晶較充分，而3#析晶過于充分，2#析晶效果較好。

2．2．2 燒成溫度對(duì)釉面效果的影響

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定4#樣配料為最優(yōu)配方，45min為最佳保溫時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，釉樣配料不變，其他工藝參數(shù)不變，改變燒成溫度，考察燒成溫度對(duì)釉樣析晶的影響。燒成溫度為：1240 ℃、1260 ℃、1280 ℃。通過實(shí)驗(yàn)，得出釉樣效果如圖4所示。

圖1 正交實(shí)驗(yàn)制備的樣品照片F(xiàn)ig.1 Photographs of the samples prepared by the orthogonal experiment

由圖 4可知，1#釉樣有析晶，釉面平滑光澤，但析晶晶粒偏小。3#釉樣釉面光澤度較高，有析晶，晶粒較大，但分相現(xiàn)象比較明顯。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：隨著溫度的升高晶粒長大，溫度低晶粒小，溫度高晶粒大，但溫度過高晶粒會(huì)熔融(如3#)使釉面效果變差，則1260 ℃為最佳燒成溫度。

2．2．3 氧化鐵用量對(duì)釉面效果的影響

根據(jù)以上正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，最優(yōu)釉樣配方為4#釉樣配方，燒成溫度為1260 ℃，保溫時(shí)間為45 min。在此基礎(chǔ)上，保持釉樣中其他組分不變，改變氧化鐵的用量，考察氧化鐵用量對(duì)釉面效果的影響。氧化鐵用量分別為：2、4、6、8、10。通過實(shí)驗(yàn)得出釉面效果如圖5所示。

由圖5可見，1#樣有花型葉狀晶體析出，且晶粒數(shù)量適宜，但晶粒偏小、釉面顏色偏白。2#有花型葉狀晶體析出，3#、4#樣析晶較多且晶粒較大并有晶粒重疊現(xiàn)象。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：隨著氧化鐵用量的增加，釉料析晶效果越來越好，但當(dāng)氧化鐵加入量過多時(shí)，如3#、4#釉樣，氧化鐵與氧化鈦強(qiáng)烈作用使得3#、4#釉樣析晶過于充分，使釉面光澤度和平整度效果下降，且顏色隨著氧化鐵含量的增加逐漸變深。從釉料析晶效果、釉面光澤度、釉面平整度綜合分析，可得出2#效果比較優(yōu)。

2．2．4 氧化鈦用量對(duì)釉面效果的影響

表2 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果評(píng)分Tab.2 The analysis of the test results

圖2 因素與評(píng)分關(guān)系圖Fig.2 Factor and score relationship

圖3 保溫時(shí)間對(duì)釉面效果的影響Fig.3 Effect of holding time on quality of glaze

由上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定加4%的氧化鐵釉樣為最優(yōu)釉樣，在此釉樣配方基礎(chǔ)上，保持其他組分不變，改變釉樣中氧化鈦的用量，考察氧化鈦用量對(duì)釉樣析晶的影響。氧化鈦用量如下：5．2、7．7、10．2、12．7、15．2。通過實(shí)驗(yàn)得出釉樣的效果如圖6所示。

由圖6可見，1#樣有失透現(xiàn)象，釉內(nèi)有細(xì)微析晶；2#釉析晶較1#多，有大晶花出現(xiàn)。3#析晶充分，但晶粒之間有復(fù)合現(xiàn)象，影響了釉面的美觀程度，4#樣析晶過于充分，但釉表面更加粗糙。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：隨著氧化鈦用量的增加，釉料析晶越來越多，但當(dāng)氧化鈦加入量過多時(shí)，析晶過于充分，氧化鈦主要起析晶劑作用，使得釉樣析晶較多，晶粒與晶粒之間疊加，析晶層較厚，導(dǎo)致整個(gè)釉面都有析晶，影響光澤度。總體分析，這四組實(shí)驗(yàn)析晶效果不如2#試樣，即加4%氧化鐵，10．2%氧化鈦的釉樣好。

圖4 燒成溫度對(duì)釉面效果的影響Fig.4 Effect of fi ring temperature on quality of glaze

圖5 氧化鐵用量對(duì)釉面效果的影響Fig.5 Effect of adding content of Fe2O3on quality of glaze

圖6 氧化鈦用量對(duì)釉面效果的影響Fig.6 Effect of adding content of TiO2on quality of glaze

3 結(jié) 論

采用TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、燒滑石、石灰石為原料，制備鐵鈦結(jié)晶釉。當(dāng)釉料配方為(wt．%)：氧化鈦 10．2、氧化鐵 4．08、玻璃粉37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉層厚度為1．0 mm ；燒成溫度為1260 ℃；保溫時(shí)間為45 min條件下制備的試樣釉面效果最佳，樣品光澤度好，有較多花型葉狀的晶花，釉面光滑。

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Preparation of the Fe2O3-TiO2Crystalline Glaze

CHEN Qifeng, JIN Shiyu, WANG Hui, ZENG Lingke
(South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

In the experiment, Fe2O3- TiO2crystalline glaze was prepared, using titanium oxide, ironic oxide, glass powder, quartz, talcum, limestone, etc. as raw materials. By means of orthogonal experiments and single factor experiments, effects of ironic oxide content, titanium oxide content, fi ring temperature and holding time and some other technological factors on the quality of the glaze were studied, and the formula and fi ring system for the crystalline glaze were optimized. Results show the formula of the glaze is as follows (wt%): titanium oxide 10.2, glass power 37.76, quartz 20.41, talcum 7.14, limestone 20.41. When the glaze thickness is 1.0mm, the fi ring temperature is 1260°C, and the holding time is 45 minute, the glaze obtained has the best quality.

Fe2O3- TiO2crystalline glaze; glaze formula; fi ring system

date:2016-12-12. Revised date: 2016-12-15.

TQ174.4+3

A

1006-2874(2017)03-0006-06

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.03.002

2016-12-12。

2016-12-15。

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(2012B091100379)。

Correspondent author:.ZENG Lingke, male, Professor.

曾令可，男，教授。

E-mail:lingke@scut.edu.cn