黑陶滲碳工藝研究

李聞雷 魏春霞

（齊河東夷黑陶文化研究中心，齊河 250000）

1 引言

經滲碳而成的黑陶，在賈湖文化、裴李崗文化中最早發現，但是數量不多，在大溪文化、良渚文化、大汶口文化等文化中普及，在龍山文化中達到高峰。我國對黑陶工藝的研究始于50年代末 ,特別是最近十幾年隨著社會經濟的發展，文化事業也空前繁榮，對黑陶文化的關注和研究也越來越多了起來。但大多數的研究是圍繞黑陶文化的歷史和黑陶器型及裝飾展開的，而對黑陶燒制工藝和滲碳技術這方面的研究則不多見。龍山文化的黑陶集史前制陶技藝之大成，達到史前制陶術的巔峰。我們應該從多角度、多層面去考察研究。筆者根據相關資料和親身實踐經驗，以黑陶滲碳工藝為主題進行探索，研究總結黑陶滲碳工藝的技術價值和藝術價值，期望對現代黑陶的發展提供參考依據，對龍山文化的研究也很有意義。

2 陶器的顏色和陶器質量的關系

陶器的發明，是人類文明發展的重要標志，是人類第一次利用天然物，按照自己的意志，創造出來的一種嶄新的東西。它揭開了人類利用自然、改造自然的新篇章，具有重大的劃時代的意義。陶器的出現，標志著新石器時代的開端。陶器的發明，也大大改善了人類的生活條件。隨著社會的發展，制陶術在實踐過程中不斷地進行總結和改進，從原料的選擇到窯爐技術的逐漸成熟，經歷了紅陶、灰陶、黑陶等顏色改變的過程。這個顏色改變的過程也是窯爐工藝發展進步的過程。所使用的陶泥原料在化學組成上沒有多大差別，都是用普通易溶黏土制成的，但顏色的差異是在燒制過程中采用不同的燒制氣氛和方法導致的 。

圖1 蛋殼黑陶杯

一般的陶泥中都含有一定量的氧化鐵、氧化錳等成分，在不同的燒制氣氛中會呈現不同的顏色。窯爐內的氣氛有氧化和還原之分，早期的制陶工藝比較原始，一般只能用氧化焰燒制，在氧化氣氛中陶坯內所含的鐵質變成紅色的氧化鐵,致使陶坯呈現紅色，由于陶坯內鐵的含量不同，也存在一定的色差，如土紅、橙黃、土黃等顏色，我們統稱紅陶。在還原氣氛中，陶坯內所含的鐵質，由紅色的氧化鐵還原成灰色的氧化亞鐵，由高價鐵變成低價鐵，從而致使陶坯變成灰色，還原氣氛的強弱不同，灰陶的顏色也有深灰、淺灰之別，我們統稱灰陶。在與紅陶相同溫度下，灰陶具有更高的機械強度，并且具有較強的耐酸堿、耐腐蝕性，因為還原氣氛的燒成工藝，不只是改變了陶器的顏色，還有更重要的意義，因為經還原的低價鐵能在相同溫度下形成更多的玻璃相，從而促進了坯體的燒結度，增加了致密度，對提高陶器質量起著關鍵的作用。因此灰陶比紅陶更加結實耐用。歷史上頗負盛名的秦代磚瓦，就是以顏色青灰、質地堅硬、制作規整、渾厚樸實而著稱于世，有“敲之有聲，斷之無孔”的評價，也有人稱之為鉛磚，都是形容其質量之高，這都是還原氣氛的功勞。

3 黑陶滲碳工藝原理

黑陶的燒制比較特殊，前期用氧化焰升溫，中期保溫用還原焰，后期采用封窯滲碳法。一般是在達到預定溫度后，投入大量松枝（也有的用廢棄的橡膠制品）然后密閉窯爐使之缺氧產生黑煙，黑煙就是呈游離狀態的細小碳顆粒，由于在高溫狀態下坯體內的氣體、自然水因受熱膨脹而排出，有機質和結晶水也分解或揮發，坯體在持續升溫的情況下氣孔率逐漸增大。彌漫在窯爐內的碳顆粒正好涌入氣孔，滲透到陶坯的里面。由于窯爐封閉缺氧形成一定的壓力，碳顆粒逐漸向坯體內部深處滲透，彌補和填充了陶坯的全部孔隙，隨著溫度的降低氣孔逐漸收縮，碳顆粒就被封閉在里面和陶坯融為一體，從而完成了滲碳和變黑的整個過程。滲碳工藝在還原燒成的基礎上又進了一步，碳分子的滲入增加了坯體的致密度和硬度，令黑陶具有堅固耐用不滲不漏的優良品質。

標準黑陶的滲碳過程必須具備以下四個條件：（1）溫度：在高溫狀態下坯體分子松散，有機質分解，結晶水排出，會產生大量的氣孔，為碳顆粒的滲入提供了條件。（2）碳量：要想坯體足夠黑、滲入足夠透的話，沒有充足的碳顆粒是不可能實現的。（3）時間：滲碳過程需要一定的持續時間和持續的溫度支持。（4）密閉：窯爐要有一定的密封性，在高溫狀態下碳分子持續產生而膨脹，在密閉的環境里形成壓力，有利于碳分子的滲透。

圖2 大溪文化陶器

早期還有一種窯外滲碳法，在陶坯高溫紅熱狀態下迅速夾出，用鋸末、木屑、谷康等易燃物掩埋，紅熱的陶坯所傳出的熱量使易燃物悶燃產生碳黑滲入坯體，這種滲碳法滲碳層很淺，僅僅表皮呈黑色，有的僅局部呈現黑色。比如大溪文化中的黑陶就是用窯外滲碳法燒成的，有的局部黑，有的上紅下黑，有的外紅內黑。但滲碳的效果顯而易見，像外紅內黑的陶碗，碗身內經過滲碳,保存完好,外表和圈足未經滲碳,幾乎全部剝落,形成鮮明的對照（圖2，大溪文化陶器）。由此可見,滲碳的確具有加固器壁的作用。

4 制作過程對滲碳工藝的影響

4.1 原料

“水火既濟而土合”是宋應星在其所著《天工開物·陶誕》篇中對陶器工藝基礎的高度科學概括。土無水則無粘性和可塑性,不能成形為器物。器物不經火燒,則不能成為陶器。制作黑陶的原料從質地上大致可分為泥質黑陶和夾砂黑陶，根據器物要求選擇適合的原料。從諸多史前文化中都能發現黑陶的蹤跡，可見陶泥原材料對黑陶的滲碳影響不大。但是原料顆粒的粗細度會影響黑陶的致密度和光澤度。像制作蛋殼陶的原料肯定是用篩選過的細陶泥，不然很難達到那種薄如蛋殼、細膩光亮的效果。

4.2 塑型

塑型成坯的方法有多種，像快輪拉坯、泥條盤筑、手捏成型、模具注漿成型等等，塑型的方式決定了胎體的密度，像拉坯過程中反復的旋轉提拉，陶坯因受力而密度會有所增加。注漿成型的產品不受外力作用的約束，陶泥顆粒自由排列，致密度就比較松散。在實驗中發現注漿成型的坯體要比通過可塑成型的坯體的滲碳量要高，我們分析這主要是因為成型壓力不同而使坯體具有不同氣孔率，也可能是由于通過注漿成型的坯體具有高的含水率，水份蒸發后坯體留下大量的氣孔，從而有利于滲碳。但是整體來看成型方式對滲碳的影響并不大。

4.3 窯爐

伴隨著制陶工藝的發展，窯爐結構也在不斷地發生著改變和進化，從陶器的局部黑、外紅內黑、黑皮陶、到內外全黑的現象可以看出，黑陶的滲碳工藝是伴隨著窯爐技術發展而共同進步的，陶器質量和顏色的變化跟窯爐的結構有著極其密切的關系。龍山文化高品質黑陶的產生得益于窯爐結構的先進和燒制技術的嫻熟。黑陶的燒制工藝主要表現在這三個方面：溫度控制、氣氛控制和滲碳操作。只要有足夠的溫度和一定密封度的窯爐都可以滿足這三個條件。目前燒制黑陶的窯爐有三種，（1）饅頭窯，是一種比較傳統的倒焰窯，用耐火磚或普通紅磚砌成，外形像個饅頭故而得名，主要以煤炭燃料，這種窯爐相對原始但普遍存在。優點是：成本低，基建投資少，空間大，可以燒制大件器物。缺點是：溫度不均勻，污染環境，勞動強度大。（2）電窯，體積小操作簡單，上手容易，比較環保，是黑陶發展的趨勢。（3）氣窯，以液化氣或天然氣為燃料，可以靈活掌握燒成氣氛，也可以運用匣缽滲碳。

4.4 溫度

各地的陶泥原料不同，燒成溫度也有所不同。但是在不同的溫度條件下有不同的滲碳效果，這是由陶泥原料的承受溫度和碳的特性所決定的。經實驗表明，陶坯在制作過程中經壓光打磨形成的光澤度，在燒成溫度大于630℃后,表面光亮度均有減弱,在1000℃左右消失,而溫度低于630℃時，才能保留原來拋光時的亮度。筆者用不同的陶泥做過試驗，從800℃到1250℃都能滲碳燒成，黑度依然存在，只是“明如鏡”的光澤度難以保留，但是啞光之黑也別有一番滋味（圖3，《共生》黑陶1230℃李聞雷 第十一屆中國陶瓷藝術大展金獎）。

圖3 《共生》1230℃（黑陶 李聞雷 第十一屆中國陶瓷藝術大展金獎）

4.5 氣氛

氣氛的控制決定陶器的顏色，強還原氣氛下陶坯內的鐵元素發生還原反應后呈深灰色或黑灰色，所以經還原氣氛燒制再滲碳而成的黑陶顏色更黑更純正，經氧化氣氛燒制再滲碳而成的容易產生夾心，就是胎體內心呈灰色或磚紅色。從燒制氣氛上來看，黑陶與灰陶是還原程度和滲碳程度不同而形成的，灰陶的顏色有深有淺，有的呈灰褐色，有的呈青灰色。同樣，黑陶的顏色也有差異，有的漆黑如墨，有的則呈黑褐色或黑灰色，近乎于灰陶，從燒造工藝上來看，灰陶是沒有燒黑的黑陶，黑陶是燒黑了的灰陶。

5 滲碳工藝大觀

5.1 滎經砂器的窯外“滲碳”

圖4 滎經黑砂陶燒制技藝

四川滎經的黑砂陶器歷史悠久，屬于夾砂黑陶，是一種工藝獨特的黑砂陶制品，這種陶器耐急熱變性能好，一般常用來烹煮食物，可以直接放在火上使用，由于其制作工藝簡單，價格相對低廉，有一定市場需求，在邊遠地區一直流通使用。原料采用當地的一種沉積黏土，將這種黏土堆放于露天場地，貯存一段時間，再粉碎研細（精品砂器要研成極細的粉末狀過細篩），把滎經當地出產的優質無煙煤和煤燃燒過的灰渣用同樣方法研細，按一定比例混合均勻，反復攪拌制成陶器用泥。當地大部分作坊用石膏模具印坯，也有手拉坯成型。制成的陶坯自然晾干后，在一個圓形的火塘內鋪上無煙煤塊，把晾干的坯胎均勻地碼放在上面，用一黏土做的大鍋蓋罩上，然后點火焙燒（有的稱之為陶罩式地爐燒成法），通過特制的管道不斷鼓風迅速提溫，燒成溫度在1000℃ 左右（圖4，滎經黑砂陶燒制）。待陶坯充分燒透通紅透亮后，打開鍋罩，用頂端帶鐵鉤的長竿逐個挑出放入一個有杉樹枝或麥秸、鋸末的窯坑內，此時高溫的陶坯把窯坑內的易燃物迅速引燃，熊熊大火騰空而起三四米高，場面十分壯觀，煙火映照下的窯工手持長桿似乎在跟火神對峙。待全部入坑之后再覆蓋上幾簸箕鋸末，然后密閉坑口，讓高溫的坯胎與易燃的鋸末等有機物混合，產生“悶燃”。這就是滎經砂器獨特的“窯外滲碳”工藝。自然冷卻從地坑內取出，器物表層呈現出深黑和閃著銀光的金屬光澤。據史料記載，在三千多年前春秋時期就開始燒造的民間日用工藝品，歷經漢、唐、宋、元、明、清的興衰，不但未曾消亡，反而在民間悄然發展傳承至今。2008年，滎經砂器已被列入國家級非物質文化遺產保護名錄。此類黑砂陶器在我國很多省份都曾有燒造，工藝流程大同小異，都屬于夾砂陶窯外滲碳，由于市場銷量不佳和日益嚴格的環保要求而逐漸退出歷史舞臺。

5.2 藏族制陶的“平地堆燒”

窯外滲碳的方法在少數民族制陶中仍能看到（圖5，藏族制陶“平地堆燒”），像西藏墨竹工卡縣的藏族制陶就是露天堆燒，墨竹工卡縣地處高原地區，空氣稀薄氣候干燥，樹木稀少，缺少木柴燃料，老百姓燒水做飯都離不開牛糞。燒陶時人們多用牛糞和挖取多年生的草皮曬干作燃料，在燒制時，先在平地上堆一層木柴，然后把制好的陶坯和干草皮、干牛糞等穿插著堆到一起，外面再覆蓋一層較厚的草皮和干牛糞，四周用石板圍護用于保溫，然后用火引燃，依靠自然風助燃，燒制過程中隨時調整和添加燃料，以保證火力均勻，經過七八個小時的燃燒，草皮和干牛糞化為灰燼，冷卻幾個小時后，灰燼塌陷裸露出來的呈紅褐色，埋在灰燼里面的就變成黑色。在高原地區植被生長的速度極慢，所以不宜使用草皮，由此帶來的生態破壞是巨大的。

圖5 藏族制陶“平地堆燒”

平地堆燒本身沒有窯，工藝相當原始，這種燒制方法在我國的云南少數民族地區和海南黎族制陶也一直存在和使用，像云南有的地方平地堆燒時，底下鋪上較粗的木柴，把陶坯放在木柴之上，然后用柴草掩埋引燃，在柴草快要燃盡之際，將事先準備好的木屑灑在燒紅的陶坯上面，形成悶燃造成缺氧，形成還原氣氛和滲碳過程，會產生斑駁的黑陶效果。

5.3 關于“樂燒”

樂燒的說法相傳來自于朝鮮和日本，其工藝形式也類似于窯外滲碳的一種，和四川滎經砂器的燒造工藝如出一轍，操作過程具有很強的表演性或是觀賞性（見圖6，樂燒）。工藝過程是：先將塑形完畢的陶坯，放到電窯或是氣窯內素燒至800℃左右，然后打開窯門，用鐵鉗將火紅的坯體挾住取出，迅速放到一個裝有鋸末或樹葉的鐵桶內，桶內鋸末或樹葉頓時被點燃，噴出熊熊大火，像是浴火重生一般，場面甚是壯觀，有的還要用木屑或是枯葉等材料掩埋以追求一種特殊效果，稍待片刻蓋上桶蓋，此時由于空氣被阻絕，火焰隨即消失，繼而被濃煙所取代，呈悶燒的還原狀態。大約經過十幾分鐘的悶燒，再打開蓋子挾出陶坯丟入水中，在水中冷卻到不燙手的程度，即可取出，用布將表面所粘附碳屑及游離的碳素刷除掉，再用水洗凈，樂燒完成。悶燒的過程使坯體吸附碳素，呈現濃淡不一、斑駁漸變的黑色色調。也有的施釉之后再悶燒，讓施釉的表面出現大量的氣泡，呈現出巖石般的質感，刻意追求一種肌理效果。

圖6 樂燒

5.4 紫砂“焐灰”

焐灰是紫砂壺改變顏色的方法之一。將燒花或顏色不勻需要改色的茶壺，裝入匣缽用柴草灰或木炭粉等物來填充掩埋，放入窯中在低溫缺氧狀態下復燒一次。由于焐灰后的茶壺色澤黑潤而不悶，呈烏金色，泡養后非常漂亮，有“溫潤如墨玉，堅質似鐵石”之美譽。焐灰在古代是一種掩蓋顏色不勻的手法，隨著技術的日益成熟，現在也經常被當作一種裝飾運用。

5.5 鋼鐵滲碳

滲碳是金屬表面熱處理工藝的一種,是一項十分古老的工藝，在中國可以上溯到2000年以前。簡單來說金屬滲碳熱加工是指使碳原子滲入到鋼表層的過程。滲碳工藝是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，目的是增加金屬的硬度和耐磨性。比如軸承、鏈條、車軸等等磨損較大的零部件。

5.6 輪胎橡膠工業中“碳的運用”

早期的汽車輪胎是白色的，因為天然橡膠的顏色是白色的。后來人們發現在橡膠中加入炭黑，能夠使輪胎的耐磨性及使用壽命大幅提高。1917年米其林推出他們的第一款黑色輪胎，從此讓輪胎變成黑色大行其道，直到現在。

6 “滲碳”工藝的實驗

6.1 電窯爐匣缽滲碳

陶泥原料為經過濾陳腐好的黃河膠泥，采用拉坯成型，晾至六、七成干，進行修坯壓光，打磨出細膩的光澤，上坯架晾干待燒。所用匣缽采購于山東博山匣缽廠，匣缽為圓形，高22cm，直徑35cm（見圖7，匣缽滲碳）。匣缽底部鋪一層約兩公分厚鋸末，把晾干好的陶坯擺滿匣缽，然后再撒上鋸末覆蓋，陶坯之間都用鋸末填滿、填實，讓整個陶坯全部埋沒在鋸末中，把裝好的匣缽放入窯中蓋上棚板。然后關上窯門開始燒制，試驗用窯為硅碳棒加熱的電窯爐，窯門有三個觀察孔皆敞開，啟動電源。調節電流緩慢升溫，溫度升至280℃時開始有煙冒出，550℃左右時煙霧逐漸散盡，燒至900℃時窯內已經通紅發亮，這時調低電流開始保溫30min后關閉電源熄火。第二天打開窯門，取出匣缽打開棚板，鋸末已經萎縮呈黑炭狀，陶坯烏黑發亮，漏在炭火外面的局部顏色不勻呈深灰色，扣之清脆悅耳。

圖7 匣缽滲碳

6.2 煤爐滲碳

實驗所用爐具為裝四個蜂窩煤的普通家用煤爐，外壁有白鐵包裹密封性比較好，下面有進氣閘門，上面有生鐵的蓋子，還有個提梁，便于移動，夾蜂窩煤的夾子也派上了用場。用蜂窩煤爐模擬窯爐氣氛，簡便安全、成本低、易操作，能基本滿足滲碳試驗的主要條件，實驗過程分兩部分：爐內滲碳和爐外滲碳。

6.2.1 窯內滲碳

把蜂窩煤爐放置到院子里開闊地，把正在燃燒的四個蜂窩煤依次取出，把最底下兩個燃燒殆盡的淘汰掉，把兩個火力正旺的放入爐中，把蜂窩煤爐的進氣閘門關閉，然后再放一塊新煤進去，把待燒的陶坯一只斗笠盞放在新煤上面，由于剛放進去的新煤和杯子溫度一致，這樣緩慢升溫，陶坯才不會炸裂，把進氣閘門由小到大逐漸打開，約半小時后，陶坯慢慢變紅，這時把進氣閘門關閉，再等待十幾分鐘讓陶坯充分紅透，把事先用鐵絲捆扎成球形的細松枝投到爐中，燃燒七八秒鐘，然后把蜂窩煤爐的蓋子蓋上，稍等片刻后把準備好的一鐵鍬濕土蓋在爐子上拍實，一會功夫在爐子底下和周邊的縫隙處冒出一縷縷白煙，蓋在上面的濕土也開始冒熱氣。第二天早上打開封土清理掉爐灰，一只黑陶杯子呈現在眼前，局部閃爍著斑駁的銀光，溫度大約在800～900℃之間，通體烏黑。

6.2.2 窯外滲碳

把蜂窩煤爐放置到院子里開闊地，按順序換新煤，把待燒的杯子放到爐中緩慢升溫，待陶坯充分紅透，這時用鐵鉗夾子迅速夾出 放到一小堆鋸末上，一會功夫鋸末濃煙滾滾，冷卻之后外面和鋸末接觸的部分形成黑色而里面依然是紅陶色，形成了內紅外黑的現象。

7 小結

碳元素的黑色之美和永恒穩定的材質特性，被新石器時代的先民首先發現和利用。人們被這種神秘內斂的黑色之美所征服。在漫長的歷史進程中，陶器的燒造工藝在不斷的改進和完善，龍山先民高超的制陶技術,獨特的滲碳工藝將陶器的質量提升到前所未有的高度。

綜上所述，滲碳是一種裝飾工藝,滲碳是一項工程技術。滲碳有多種方式，有窯內滲碳、窯外滲碳、局部滲碳。滲碳的目的，增加美感，提高強度，增加致密度，防止滲漏。