高表面張力超低溫生料乳濁釉的研制*

李 明 程小蘇 曾令可

(華南理工大學材料科學與工程學院 廣州 510640)

隨著科技的迅速發展，人們對于健康和環境的要求越來越高，無毒無害的陶瓷裝飾釉料勢必會取代傳統的含鉛、砷的釉料；在國家綠色節能政策倡導下，超低溫的生料釉越來越受到青睞。傳統的釉上彩裝飾大多以高溫制作的熔劑作為開光劑，熔劑的制作過程不僅繁瑣且耗能極高。粉彩是我國特有的一種釉上彩裝飾工藝，其顏料制備過程復雜、彩繪技藝巧妙，較其他陶瓷裝飾技術難度更大。粉彩瓷也因其色彩豐富、粉潤柔和、秀麗雅致等特點而獨具一格，深受人們的喜愛[1]。目前釉上粉彩大多都以具有乳濁效果的低溫熔劑與釉上彩的色料相結合，然后施于燒制好的白胎上，置于800 ℃左右下進行彩烤，燒成。但是，傳統的低溫熔劑和粉彩顏料中都含有大量的鉛、砷、銻等重金屬元素，而粉彩裝飾技藝不僅應用于藝術陶瓷的裝飾，一些日用陶瓷也會利用粉彩進行裝飾。對于日用陶瓷而言，由于高溫等條件的作用，長久的使用會造成重金屬的溶出，這不僅對環境造成污染，更會損害人體健康。目前我國出口的日用陶瓷因鉛、砷、銻等重金屬溶出超標而退回的案例屢屢發生，除運往中東地區、非洲外，在其它國家和地區的出口都會受到阻礙。有少數符合出口標準的廠家也都是采用進口花紙或從境外進口顏料，然后在境內加工成瓷，再銷往國外。這對我國日用陶瓷出口以及對外貿易方面造成了很大的沖擊。而超低溫生料乳濁釉的熔融溫度低、燒成周期短，而且具有很大的表面張力，適用于粉彩的軋道扒花裝飾，將成為今后一段時間釉上彩裝飾的主要研究對象。

生料釉是指將不需要制成熔劑的原料直接稱量混合，加入一定量的水配成釉漿，球磨后直接噴涂在制品表面，再進行燒成即可。這不僅免去了制作熔塊的繁瑣工藝，節省了時間，而且還降低了能耗。為了解決瓷釉上彩中鉛、砷、銻等重金屬問題，筆者利用不含鉛、砷等重金屬的原料，制作出具有高表面張力而且具有較低熔點的生料乳濁釉，然后向乳濁釉中加入無毒的釉上彩用料，以達到粉彩軋道扒花的裝飾效果。

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗所用原料有：鉀長石，硼鈣石，方解石，滑石，煅燒氧化鋅，高嶺土，石英。

1.2 實驗方案

根據配方進行配料且稱量后，按照料∶球∶水=1.0∶2.0∶0.8的比例混合，放入快速球磨機中球磨50 min，轉速為400 r/min，球磨后的料漿過400目篩，篩余0.1%；采用浸釉法施釉，施釉厚度為0.5～1.0 mm，干燥后入窯，以制定的燒成制度燒成。

在單因素實驗中，以鉀長石、方解石、氧化鋅、石英的含量和球磨時間作為變量因素，探索其對釉面效果的影響。在正交實驗中，確定出球磨時間，以單因素實驗得到的鉀長石、方解石、氧化鋅和石英的最佳用量設計正交試驗，找出最佳的原料配方組合。

1.3 燒成制度

經差熱分析可確定實驗的燒成制度為：由室溫開始，經30 min升到300 ℃，再經100 min升至900 ℃，在900 ℃下保溫30 min，最后自然冷卻至室溫，如圖1所示。

2 實驗結果與討論

2.1 鉀長石用量對釉面效果的影響

不同鉀長石的用量的釉面效果如表1所示。

由表1可知，K1、K2組的釉面效果優于K3、K4組。因為，鉀長石含量過多會使釉的熱膨脹系數增大，導致釉面開裂脫落。K2組的釉面優于K1組是因為增加鉀長石的用量，可以降低釉的熔融溫度。此外，實驗中換用原料和白胎也可能導致釉面剝落。由實驗結果可知，K2組實驗效果相對較好，說明鉀長石的最佳用量為36 g左右。

表1 不同鉀長石用量的釉面效果

2.2 石英用量對釉面效果的影響

不同石英用量的釉面效果如表2所示。

表2 不同石英用量的釉面效果

由表2可知，S2、S3組的釉面效果較S1、S4組的好，其原因是，適當減少石英的用量可以降低釉面的熔融溫度，但石英用量太少時，會導致釉面光澤度下降、坯釉中間層發育不完善。因此，釉面會產生開裂。本次試驗中的釉面均有開裂現象，分析其原因可能是：實驗用的白胎與前面的實驗不同，底釉的膨脹系數可能不同，白胎與釉的適應性發生變化，從而導致開裂。由實驗結果可知，S2組實驗效果相對較好，說明石英的最佳用量為16 g左右。

2.3 硼鈣石用量對釉面效果的影響

不同硼鈣石用量的釉面效果如表3所示。

由表3可知，B1、B2、B3組的釉面均欠燒，其原因是：前面的實驗將硼鈣石用完了，本次實驗用的硼鈣石與前面的不同。分別對兩種硼酸鈣進行差熱分析，結果表明，在前面實驗使用的硼鈣石經過煅燒，而本次實驗使用的硼鈣石沒有經過煅燒，生的硼鈣石可能會增加釉的熔融溫度。B4組實驗中，釉已經開始熔融，但是并未完全燒透。這是因為增加硼鈣石的用量，引入的B2O3增多，B2O3能與硅酸鹽形成低熔點的混合物，從而降低了釉的熔融溫度。由實驗結果可知，B4組實驗效果相對較好，說明硼鈣石的最佳用量為21 g左右。

表3 不同硼鈣石用量的釉面效果

2.4 氧化鋅用量對釉面效果的影響

不同氧化鋅用量的釉面效果如表4所示。

表4 不同氧化鋅用量的釉面效果

由表4可知，該配方在氧化鋅單因素實驗中釉面會有剝落現象，分析其原因可能是：實驗過程中原料的換用使釉與白胎之間的結合性能變差，造成釉面剝落。Z3組的釉面效果相對為最好，所以氧化鋅含量應確定為11 g左右。

2.5 球磨時間對釉面效果的影響

不同球磨時間的釉面效果如表5所示。

由表5可知，原料球磨時間越長，釉面不會出現剝落、收縮現象，而且光澤度好，乳白效果好，扒花效果也越好。而球磨時間短時，釉面的開裂、剝落和收縮現象就越嚴重，光澤度和乳白效果也隨之降低。這是因為球磨時間越長，釉料粒度越細，釉漿就越均勻，也就能夠與白胎很好的結合，不僅可以降低釉的熔融溫度，也可以提高扒花的效果，因為釉料的粒度越細，收縮就越小，扒花更具立體感。實驗中，當球磨時間達到50 min時，釉面除有輕微開裂外，其他性能均較好，因此，可將球磨時間確定為50 min左右。

表5 不同球磨時間的釉面效果

通過所得結果進行直觀分析，各因素的主次順序為：D→A→B→C→E。最佳配方為D2A3B3C3E3。最優組合配方為：鉀長石38 g，石英18 g，硼鈣石19 g，方解石12 g，氧化鋅11 g，高嶺土1.2 g，滑石1 g。計算出各原料的質量分數分別為：鉀長石38%，石英18%，硼鈣石19%，方解石12%，氧化鋅11%，高嶺土1.2%，滑石1%。

3 結論

1)本課題通過大量實驗研究，研制出一種超低溫生料乳濁釉，其最佳配方組成為：鉀長石38%，石英18%，硼鈣石19%，方解石12%，氧化鋅11%，高嶺土1.2%，滑石1%。

2)通過單因素實驗和正交實驗可知，當球磨時間為50 min左右，且燒成最高溫度為900 ℃左右時，最佳配方的釉面效果最好，其光澤度高，乳濁效果好、扒花效果也好。

3)實驗表明，方解石對釉面整體的性能影響最大，鉀長石次之，氧化鋅的影響最小。

4)實驗中原料和白胎的選用對釉面效果也會產生一定的影響，選用合適的原料和白胎可以使釉面效果達到最佳。

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