欽州坭興陶泥料工藝性能研究

周三平 石海信 陳 延 王廷革 王愛榮 陸 婷

(1 欽州市坭興陶研究中心 廣西 欽州 535000)(2欽州學院石油與化工學院 廣西 欽州 535011) (3 廣西欽州千秋陶業有限公司 廣西 欽州 535000)

前言

坭興陶是采用廣西欽州特有的白泥(又稱東泥、五花泥、母泥)、紅泥(又稱西泥、紫紅泥、公泥)這2種陶土按不同比例混搭成泥料來制作的[1]。白泥與紅泥均屬天然礦物，礦藏地分別位于欽江東、西兩岸，東、西兩岸不同礦層因成礦條件不同，所以陶土成份也有差異。而陶土成分的差異，會直接影響到制陶工藝(煉泥、成形、雕刻、燒制、打磨)及陶器質地。從泥料加工性能來看，泥料的線收縮率及塑限與坭興陶坯品質量關系較為直接。先看收縮率，目前市面上坭興陶以圓形器皿為主，因圓形器皿各部分呈曲線，過渡圓滑，收縮率較小，方形器很少見，主要是由于其棱角凸出、各部分過渡突兀，在燒制過程中呈銳角的棱形收縮率大，易開裂[2]。再看塑限，目前泥興陶加工成形工藝有拉坯成形、泥條成形、泥板成形、注漿成形、印坯成形、捏塑成形、模具成形以及3D打印成形等[3～4]，這些成形的工藝基礎有賴于泥料優良的可塑性，而與可塑性關系最密切的衡量指標之一是塑限。因此，探索清楚不同礦藏地陶泥的收縮性及塑限，對于調整制陶泥料配方，減少收縮率，以及練出塑性不同的泥漿以適應各種成形工藝，有著極為重要的現實意義。為了弄清楚泥料收縮率與塑限這些工藝性能，一千多年來，制陶工匠們在實踐中不斷探索這方面知識，并將其充分運用到實際制陶生產過程中，但這些經驗通常只限于師徒之間的口口相傳及手手相教授，這就造成了經驗傳遞的偏差，在一定程度上影響了制陶工藝的改進及陶器品質的提升。本課題組針對存在的問題，采用現代測試設備，對采集于欽州坭興陶地理標志保護區域的陶土的線性收縮率與塑限進行測定，以便為制陶行業及相關科研人員系統地研究泥料性能，改進練泥工藝提供基礎數據與科學依據。

1 實驗儀器與方法

1.1 實驗儀器

FO310C 雅馬拓馬弗爐，Yamato scientific Chongqing 公司；BJ-800A多功能粉碎機，德清拜杰電器有限公司；DHG-9410A電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；AUY120電子分析天平，日本SHIMADZU公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 泥樣制取

在坭興陶陶土礦藏地用取樣鏟去除表面浮土，再挖取不同土層的泥料，去除可見根，每個樣品從確定的礦藏區5 m以內的3個采樣點挖取并混合而成，樣品量約1 000 g，裝在真空樣品袋中，運回實驗室，在電熱鼓風干燥箱于50 ℃干燥12 h, 粉碎過100目篩，取出置于玻璃干燥器中，冷卻后用塑料袋封存待測。

1.2.2 泥料線收縮率測定方法

參照GB/T 1548-2015 《陶瓷坯泥料線收縮率測定方法》，取1.2.1制作的泥料，加適量去離子水配成可塑性泥料，充分攪拌、捏練，放在鋪有濕布的玻璃板上，上面再鋪上綢布，用碾棒沿不同方向反復碾滾，使泥團受力均勻，然后將泥塊表面滾平，去掉濕綢布，用鋼模具制成60 mm×10 mm×10 mm試條3塊，小心脫模后置于不銹鋼盤上，立即用印模壓印兩條相互垂直的標線，用精度為0.02 mm的游標卡尺測量相互垂直的兩標線長度，取算術平均值(L0)。試條放置在室溫下陰干1 d，在陰干過程中注意翻動，防止變形，然后置于105 ℃烘箱中烘至恒重，測量干燥試條兩標線長度并計算平均值(L1)。將干燥試條按1.2.3燒成工藝在馬弗爐中煅燒，測量冷卻的煅燒試條兩標線長度并計算平均值(L2)。分別按公式(1)～(3)計算干燥線收縮率Y1、燒成線收縮率Y2和線總收縮率Y3：

×100%

(1)

(2)

(3)

1.2.3 試條燒成工藝

按先慢后快，達到燒成溫度后保溫，然后再緩慢降溫的燒成工藝進行。具體燒成工藝曲線見圖1。

圖1 坭興陶泥料試條燒成曲線Fig.1 Firing curve of test strip of nixing clay

1.2.4 泥料塑限測定方法

采用滾搓法[5]測定。取1.2.1制作的泥料100 g，放在不銹鋼盤中加適量去離子水拌勻，濕潤過夜，取濕潤泥料放在手中揉捏至不粘手、捏扁，當出現裂縫時，表示含水量接近塑限；取接近塑限含水量的泥料8～10 g，用手握成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，手掌用力要均勻，土條要滾壓實無空心，土條長度小于手掌寬度。當土條搓成3 mm時產生裂縫，并開始斷裂，此時試樣的含水量達到塑限含水量。取直徑3 mm有裂縫的土條3～5 g，用分析天平稱重(G0)，然后將該土條放入105 ℃烘箱中干燥至恒重(Gs)。按公式(4)計算塑限(Wp)。

×100%

(4)

1.2.5 數據統計分析

實驗數據采用Excel軟件進行統計分析，用Origin 2016軟件作圖。

2 結果與討論

2.1 泥料基本情況

泥料采集地點見表1。

表1 不同礦藏地泥樣Tab.1 Mud samples from different mineral deposits

從表1可知，采樣點地理位置包含了欽南區的沙埠鎮、康熙嶺鎮、黃屋屯鎮，欽北區大垌鎮這些行政區域內欽江流域東、西兩岸的陶礦，具有一定的廣泛性和代表性。

2.2 泥料線收縮率測定結果與分析

白泥、紅泥及白泥與紅泥按不同配方混合后泥料線性收縮率測定結果見表2。

表2 欽州坭興陶不同來源陶土礦泥料線性收縮率(%)Tab.2 Linear shrinkage of clay from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

注：1. 數據為 ，n=3，同一列中字母相同表示差異不顯著(P<0.05)。2. B**H**代表二元混合泥料，其中B取位于欽江東岸沙埠鎮丁屋村泥料(B1)，H取位于欽江西岸黃屋屯鎮高坳底泥料(H4)，B與H右下角數字分別表示白泥與紅泥所占質量比(表3與此相同)。

對表2數據，可從以下三方面分析：

1)白泥收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。B1、B2與B3泥料沒有顯著性差異，其余各泥料的干燥線收縮率有顯著性差異；B1泥樣干燥線收縮率最大，達(9.12±0.10)%，B6泥樣干燥線收縮率最小，僅為(3.94±0.14)%，若不考慮標準偏差(下同)，最大與最小線收縮率相差5.18%。②燒成線收縮率(Y2)。B2與B3無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異，B1泥樣燒成線收縮率最大，達(9.74±0.04)%，B6泥樣燒成線收縮率最小，為(1.32±0.13)%，最大與最小燒成線收縮率差值為8.42%。③線總收縮率(Y3)。B2與B3無顯著性差異，其余各泥樣有顯著性差異；B1泥樣線總收縮率最大，為(17.97±0.09)%，B6泥樣線總收縮率最小，為(5.21±0.17)%，最大與最小線總收縮率差值12.76%。由此可見，不同礦藏地白泥的收縮率各不相同，傳統采泥地丁屋村(B1)泥料收縮率還是較大的，使用時須注意充分考慮其收縮率對坯品及燒成品的影響。僅從收縮率角度考慮，位于沙埠鎮船埠環村的B6泥樣收縮率最小，具有較好的利用價值。

2)紅泥收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。不同礦藏地泥料的干燥線收縮率均有顯著性差異；H2泥樣干燥線收縮率最大，達(5.16±0.03)%，H4泥樣干燥線收縮率最小，僅為(2.41±0.12)%，最大與最小線收縮率相差2.75%。②燒成線收縮率(Y2)。H3與H4無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異；H2泥樣燒成線收縮率最大，達(8.32±0.04)%，H1泥樣燒成線收縮率最小，為(1.14±0.08)%，最大與最小燒成線收縮率差值為7.18%。③線總收縮率(Y3)。H5與H6無顯著性差異，其余各泥樣有顯著性差異，H2泥樣線總收縮率最大，為(13.05±0.05)%，H1泥樣線總收縮率最小，為(4.57±0.13)%，最大與最小線總收縮率差值8.48%。由此可見，不同礦藏地紅泥的收縮率各不相同，傳統采泥地丁屋村(H1)線總泥料收縮率最小，但牛頭灣(H2)泥料線總收縮率還是較大的，使用時也要注意考慮其收縮率對坯品及燒成品的影響。僅從收縮率角度考慮，傳統采泥地丁屋村紅泥泥樣收縮率最小，具有極佳的利用價值，要保護與珍惜，避免過度開采，使這一珍貴泥料過早采完。另外，白泥與紅泥相比，白泥線總收縮率最大與最小相差12.76%，紅泥為8.48%，由此可見，紅泥的線總收縮率相對較低，也較穩定。

3)二元泥料收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。B50H50與B55H45這二種配方的泥料沒有顯著性差異，其余各配方泥料的干燥線收縮率有顯著性差異；B45H55泥樣干燥線收縮率最大，達(5.76±0.16)%，B60H40泥樣干燥線收縮率最小，僅為(5.22±0.18)%，最大與最小線收縮率相差0.54%。②燒成線收縮率(Y2)。B50H50與B55H45無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異，B45H55泥樣燒成線收縮率最大，達(8.63±0.08)%，B50H50泥樣燒成線收縮率最小，為(1.21±0.11)%，最大與最小燒成線收縮率差值為7.42%。③線總收縮率(Y3)。各泥樣均有顯著性差異，B45H55泥樣線總收縮率最大，為(13.89±0.13)%，B50H50泥樣線總收縮率最小，為(6.44±0.13)%，最大與最小線總收縮率差值7.45%。從收縮率角度看，傳統泥料配方"白泥軟為肉，紅泥硬為骨，相互按6∶4比例混合塑造燒制成形"有一定道理，這一配方干燥線收縮率最小，燒成線收縮率與線總收縮率均不是最大。

總的來說，不同礦藏地的白泥、紅泥其收縮率各不相同，紅泥收縮率總體比白泥要小些，也穩定一些；白泥與紅泥按不同比例搭配后的的收縮率也各不相同，傳統配方是較為粗糙的配法，在具體制陶時，要根據陶器造型、制坯工藝先行試驗，確定最佳來源地泥料及最好配方，以便燒制出品質絕佳的陶器。

2.3 泥料塑限測定結果與分析

白泥、紅泥及混合泥料塑限測定結果見表3。

表3欽州坭興陶不同來源陶土礦泥料塑限(%)

Tab.3 Plastic limit of clay minerals from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

泥樣塑限Wp泥樣塑限WpB131.09±2.24aH111.57±3.22aB231.88±0.53aH220.18±2.22bB328.11±0.58bH320.03±2.14bB433.85±1.07cH415.92±0.75cB528.94±1.05dH519.95±0.72dB621.35±0.31eH616.58±0.56dB40H6020.69±0.57aB55H4523.83±1.49bB45H5523.25±1.10bB60H4023.44±1.36bB50H5021.83±0.75b

對表3數據進行如下分析：

1)白泥塑限。B1與B2塑限沒有顯著性差異，其余不同礦藏地泥料的塑限存在顯著性差異，其中塑限最大的為B4泥樣，達到(33.85±1.07)%，最小的為B6泥樣，僅(21.35 ±0.31)%，二者相差12.50%。從塑限來看，沙埠鎮東邊塘村的白泥(B4)具有較高的開采利用價值，傳統白泥礦藏地沙埠鎮丁屋村的泥料(B1)塑限大于30%，塑性較好，而位于沙埠鎮船埠環村的白泥(B6)塑性較差，作為坭興陶泥料使用價值較低。

2)紅泥塑限。H2與H3，H5與H6這二組泥料塑限沒有顯著性差異，其余不同礦藏地泥料的塑限存在顯著性差異，其中塑限最大的為H2泥樣，達到(20.18±2.22)%，最小的為H1泥樣，僅(11.57±3.22)%，二者相差8.61%。從塑限來看，大垌鎮牛頭灣的紅泥(H2)具有較高的開采利用價值，而位于沙埠鎮丁屋村的紅泥(H1)可塑性較差。另外，從塑限來看，白泥與紅泥相比，白泥可塑性均比紅泥要高。

3)二元泥料塑限。B45H55、B50H50、 B55H45與B60H40這四種比例的泥料塑限無顯著性差異。經過二元組合后，各泥料的塑限均大于20%，塑性普遍變好，證明由塑性較好的白泥(B1)與塑性較差的紅泥(H4)二元組合后，既保留了白泥塑性好的工藝特點，又能改善紅泥塑性差難拌和的問題，從塑限的角度進一步解釋了“坭興陶東泥軟為肉，西泥硬為骨，骨肉相互支撐”這一組合配方的優點。

3 結論

1)不同礦藏地的白泥、紅泥其收縮率各不相同。白泥線總收縮率在(5.21±0.17)%～(17.97±0.09)%范圍內，紅泥線總收縮率在(4.57±0.13)%～(13.05±0.05)%之間；紅泥收縮率總體比白泥要小些，也穩定一些；白泥與紅泥按不同比例搭配后的的收縮率各不相同，制作陶器時，要根據陶器造型、制坯工藝先行試驗，以確定最佳礦藏地泥料及最好配方。

2)不同礦藏地白泥與紅泥的塑限各不相同。白泥塑限在(21.35±0.31)%～(33.85±1.07)%之間，紅泥塑限在(11.57±3.22)%～(20.18±2.22)%之間；將白泥與紅泥按不同比例組合成二元泥料后的塑限也各不相同，在(20.69±0.57)%～(23.83±1.49)%之間，二元組合泥料的塑限較高、較為穩定，塑性也較有保證。