陶瓷磚金屬光澤釉呈色的探討

沈榮偉

摘 要：本文敘述了陶瓷磚硅酸鹽+磷酸鹽系統分相導致尖晶石析晶的金屬釉成釉原理。從光反射的鏡面反射、漫反射的機理出發，對金屬釉呈色的機理進行探討，總結出金屬光澤釉中主晶相與副晶相各自對光反射與呈色的作用。

關鍵詞：金屬釉;分相析晶;全反射;漫反射

1 前 言

從國內公開發表的論文來看，金屬光澤釉大體可分為兩個配方系統。其一，是從傳統而來的中低溫燒成的鉛硼釉系統。其金屬光澤強，但是存在著硬度不夠、耐酸堿差等問題，應用不廣。其原理大抵是析晶料在低粘度的鉛硼釉中熔融，冷卻時過飽和，從而析晶，顯金屬光澤釉質感。其二，是2006年左右開始流行的硅磷鐵釉系統的金屬釉。其耐磨、耐酸堿比鉛硼釉系統強很多，可做鋪地的仿古磚。間或有討論分相釉系統中的藍、金黃等金屬釉顏色的論文出現。

硅磷鐵釉系統的金屬釉產品，我司2006年即上線成功。至今，該“金戈鐵馬”系列的金屬釉產品仍有訂單。但是，工藝人員對于金屬釉的呈色，仍然覺得不容易把握。金屬釉的呈色，到底是何種機理導致？能不能在硅磷酸鹽分相釉系統中，發展出其它顏色的金屬釉呢？這是金屬釉配方調試中值得探討的問題。

2 金屬光澤釉的光反射

金屬光澤釉之所以有金屬光澤，是因其釉表析晶，產生較強的光反射。

上硅所陳顯求、張振禹等人研究仿銅金屬光澤釉后認為：仿銅金屬光澤釉之所以產生金屬光澤，是在釉表有大量的尖晶石晶體析出，且晶體在釉表呈定向生長，使得其所有的{111}晶面都與釉表平行，加之在尖晶石晶體結構中平行于{111}的面網中原子密度較大，從而對光線產生強烈反射作用。

光反射分為鏡面反射與漫反射兩種情況。所謂鏡面反射是指反射角與入射角相等的反射現象。若物體表面為光學平滑面，即表面凹陷間隙小于1/16入射光波長，當入射光為平行光束時，則鏡面反射光也為平行光束，且完全不受物體本身顏色的影響，入射光為白光，鏡面反射光仍為白光。

金屬釉表面，尖晶石的{111}晶面定向生長，平行于釉面，{111}晶面為局部光學平滑面，即滿足這種條件，無論該尖晶石呈何種顏色，均會強烈反光，呈現出金屬光澤。若滿足這種條件的尖晶石減少，則金屬光澤減弱，外觀呈色也會發生變化。

3 金屬釉的外觀呈色

礦物學中一般將礦物的顏色分為3類：自色是礦物固有的顏色;他色是指由混入物引起的顏色;假色則是由于某種物理光學過程所致。

彩色礦物對光譜各波長的反射具有選擇性，不管它是自色還是他色，在白光照射下均呈現出彩色。當礦物表面為光學平滑面時，其呈色則不受礦物本身顏色影響，鏡面反射光仍為白光。

在金屬光澤釉中，平行于釉面的尖晶石{111}晶面多，則反射光強，金屬光澤釉看起來光澤強，其呈色一般為亮銀色;平行于釉面的尖晶石{111}晶面少，鏡面反射弱時，金屬光澤相對會弱一點，呈色會發生改變。具體呈何色，則取決于發生漫反射的晶體的顏色。

為方便描述，我們可以把{111}晶面完整、符合光的鏡面反射要求的尖晶石，稱為主晶相;把{111}晶面不完整、不符合光的鏡面反射要求的尖晶石，以及釉中某些只能發生漫反射的非尖晶石晶體，稱為副晶相。

主晶相發生鏡面發射，反射白光，表現出金屬質感。該尖晶石本身的顏色有兩種可能，顯自色，也可能被其它金屬離子摻雜，顯他色。但是因其反射光時為鏡面反射，無論其呈色如何，皆反射白光。

副晶相的晶體有兩種情況。

第一，與主晶相相同，但{111}晶面的生長不符合鏡面反射要求，發生光的漫反射，顯示出該尖晶石的自色或他色。

第二，與主晶相晶體全然不同，顯示他種晶體的顏色。

如此，金屬光澤釉的顏色發生了變化，必定是因為釉中的副晶相晶體的種類乃至數量發生了變化。

在磷酸鐵系金屬釉系統中，當釉面反光強，表現為銀白色的金屬質感時，其尖晶石較單一、定向生長排列最好、反光最強，他種顏色較淡;如果釉成分發生變化或者窯爐溫度有波動，導致釉的分相能力變差，FeO·Fe2O3尖晶石在釉中雖有生成，但是其{111}晶面不能在釉表定向生長平行于釉面，則釉的金屬質感減弱，其呈色則由銀白往銀灰色變化，更嚴重者甚至偏黑調。

另外，在該釉系統中，添加其它金屬氧化物，也會影響呈色。如添加ZnO、MgO會偏紅，是因為有紅色的ZnO·Fe2O3與 MgO·Fe2O3等尖晶石副晶相生成而變色。當釉的Al2O3含量增多，釉的分相能力更差時，則FeO·Fe2O3尖晶石分散于釉中，成為黑色光澤釉。間或有顯銀白的晶體浮于釉表，傳統即稱為烏金釉。

4 金屬光澤釉中析晶料的成分組合

尖晶石族礦物的化學通式：AB2O4或RO·R2O3，其中A為Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Cu2+等二價正離子，B為Al3+、Fe3+、Cr3+、Mn3+等三價正離子。金屬光澤釉中，發生鏡面反射的通常為尖晶石晶體，發生漫反射的可為尖晶石，也可為別種晶體。可見，要調試其它顏色的金屬光澤釉，必須在析晶料的組合上想辦法。

金屬釉中析晶料的組合，則是金屬光澤釉成釉的關鍵要素之一。

金屬釉的析晶料，不能為鋁系尖晶石。因為氧化鋁不屬于過渡金屬氧化物，引入釉中，即成為基礎釉的一部分，增加釉的高溫粘度，阻礙釉分相析晶的發生。

鉻系尖晶石，應該是可以的，只是Cr2O3的熔融溫度比較高，對基礎釉的熔融能力以及釉燒制的溫度要求更高些。據查資料，鉻系尖晶石的種類不少，顏色也比較多，值得深挖。

常見的是鐵系與錳系尖晶石為主的金屬釉。鐵系金屬釉中，對照以上尖晶石的二價正離子，即可調整其顏色。需注意區別的是，鐵系金屬釉中，Mg2+、Ca2+同時引入一定的量時，則難有FeO·Fe2O3尖晶石生成，而是大量生成α-Fe2O3，成為鐵紅釉。

錳系金屬釉中，是改變顏色相對容易的析晶料組合。人們通常在銅錳之外，加入其它過渡金屬元素氧化物，或以CuO·Mn2O3摻雜別種離子顯他色;或調節副晶相的晶體種類，以改變金屬釉的顏色。從已有的論文來看，該系列可能還有可挖掘的顏色調整空間。

5 金屬光澤釉的成釉機理

金屬光澤釉，其基礎釉取硅酸鹽與磷酸鹽，高溫下熔融后可發生分相。

陸佩文主編之《無機材料科學基礎》一書中講：經研究發現，玻璃態的分相過程總是發生在核化和晶化之前，分相為析晶成核提供了驅動力;分相產生的界面為晶相成核提供了有利的成核位。

前人許多的研究表明，分相過程中，過渡金屬氧化物在某一相中富集，令晶體容易析出。顯然，金屬光澤釉中基釉的分相，令釉中析晶料在較高溫度下即可完成成核與析晶，降低了析晶的難度，同時也限制了晶體的進一步長大。

硅磷酸鹽系統的金屬光澤釉，就是利用釉的分相，析出尖晶石微晶，在釉表定向生長，導致其{111}晶面平行于釉面，從而形成金屬光澤。

對于影響釉分相能力的成分，前人研究很多。堿金屬氧化物：以Li2O

因此，金屬光澤釉的基礎釉，適合高硅低鋁，以Li2O、Na2O、K2O等堿金屬氧化物為熔劑，同時引入P2O5令釉發生分相，從而析出尖晶石晶體。故而，行業里就有人習慣以硅鋁比兼硅磷比來衡量金屬釉的分相析晶表現。

而釉中常用的氧化物如CaO、MgO、BaO、ZnO等，尤其是MgO、ZnO，應謹慎引入。可以判斷，釉成分的穩定、燒成制度的穩定，均會影響釉分相狀態，從而影響釉析晶的品類與數量，進而影響其呈色。

此外，關于金屬釉施釉量的問題。諸多論文都寫金屬釉的施釉，要有0.2 mm以上的厚度。其實增強基礎釉的分相析晶能力，是可以減薄施釉厚度的。個人調金屬釉的案例，600規格地磚，釉漿比重1.35，施釉量可以從160克/片降低到90克/片，金屬光澤釉的質感仍然可以很好。

6 結 語

陶瓷磚磷酸鹽系分相釉中，大的原則上來講，調節其基礎釉的分相能力，即硅鋁比、硅磷比，以及堿金屬的種類與引入量，可影響主晶相的品類、數量與粒徑，從而影響其金屬質感及呈色;調節析晶料中過渡金屬氧化物的組合，則影響副晶相的組成，進而改變金屬釉的呈色。以上對金屬釉的理論探討，懇請各位專家、同行指正。

參考文獻

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[2] 張振禹等，仿銅金屬光澤釉的結構分析，河北陶瓷，1991年第4期.

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