現代技術手段在澄泥硯制作工藝中的應用與研究

張艾麗 成龍勝 宋慧民 王琨 馮榮 孟凡然

摘 要：本文介紹了山西省絳州澄泥硯產業現狀，通過尋求可替代原料變單一原料為復合原料拓寬了原料來源，利用現代科技手段完成了澄泥硯工藝技術的改進、優化和創新，縮短了生產周期，實現了工藝參數和材質性能的量化表征和控制，提高了澄泥硯的生產效率、成品率及精品率，為非物質文化遺產——絳州澄泥硯工藝的傳承提供了科技支撐和應用示范。

關鍵詞：絳州澄泥硯;工藝參數;量化表征;材質性能

1 前 言

澄泥硯制作工藝源遠流長，造型色彩多變，極具實用性與藝術性，和端硯、歙硯、洮硯并稱為中國的“四大名硯”，是中國最具代表性的非石質硯臺。

山西省新絳縣境內有古汾河泥沙沉積形成的古河床，河床泥質富含多種礦物，是得天獨厚的優質澄泥硯原料。將特制的雙層絹袋吊掛于汾河中，河水中裹帶的泥沙流入絹袋中，經第一層絹袋過濾后，沉入第二層絹袋的細泥即是澄? ? ?泥，“澄泥硯”因此得名，其制作工藝可追溯到漢代，興于唐而盛于宋[1]。絳州澄泥硯由于使用經過澄洗的細泥作為原料加工燒制而成，具有觀若碧玉，撫若童肌，儲墨不涸，積墨不腐，歷寒不冰，呵氣可研，不傷筆，不損毫等特點，從中唐起倍受歷代帝王、文人雅士推崇，代代皆為貢品[2]。然而由于歷史的原因，絳州澄泥硯制作的工藝于明末清初失傳，中斷了三百余年。1986年山西省新絳縣絳州澄泥硯研制所著手挖掘絳州澄泥硯的制作工藝，于1993年再現了絳州澄泥硯的制作技藝，使絳州澄泥硯這一民族瑰寶重放光彩[3]。在絳州澄泥硯研制所的影響和帶動下，晉、陜、豫金三角一帶陸續涌現出了十多家澄泥硯廠家（其規模大小不等，多為作坊式的制作方式），形成了頗具規模的澄泥硯產業，山西新絳也由于其地理特點和“絳州澄泥硯”品牌優勢逐漸成為國內主要的澄泥硯集散地。2008年，絳州澄泥硯被列入國家級非物質文化遺產名錄[4]。

但是，制作工藝恢復后的絳州澄泥硯產業還存在著很多問題：

①隨著時代的變遷，汾河的水流量和流速都起了很大的變化，近年來上游植被水土保持不夠和河流污染嚴重，使得古河床泥料中的含砂量、雜質量過高，制作澄泥硯的優質原料日趨緊缺，且原料單一，單一料坯體往往燒成范圍較窄，燒制過程難以控制;

②制作工藝過程中產生的廢坯廢料沒有得到回用，又造成有限資源的浪費;

③澄泥硯的傳統制作缺乏現代科技的必要支撐，多數廠家以手工作坊式的模式維持生產，工藝參數和材質性能沒有經過量化表征和控制，多以制硯者的經驗為參考依據，導致澄泥硯的制作工藝周期長，生產效率、成品率及精品率不高;

④傳統工藝中手工制作的不可控性和隨意性，成品的材質性能波動大和不穩定，產業提升受到限制。

本文通過引入矸質粘土、回坯利用和現代科技手段，對澄泥硯原料和制作工藝進行改進、優化和創新，縮短了生產周期，并對優化后的工藝參數和材質性能進行了量化表征和控制，提高了澄泥硯的生產效率、成品率及精品率。

2 實驗

2.1 拓寬原料來源

本試驗在泥料組成中引入廢品廢料，再引入部分矸質類粘土及其他添加劑，引入量控制在25%～30%之間。

引入廢料、粘土及添加劑的工藝如下：

其中，燒成廢品量控制在50%之內，廢品回用率達到90%左右。在基本消化和回用了生產過程中的產生廢品廢料的同時，拓寬了可用原料范圍，也便于調節、改善了泥料性能、燒結性能及顯色效果等。

2.2 工藝的改進、優化和創新

“絳州澄泥硯”的傳統制作工藝如下：

采泥→風化→澄泥→絹袋脫水→揉練→陳腐→制坯→陰干→雕刻→打磨→燒制（煤燒）→出窯→后期加工（精修、拋光、蠟封）→成品。

目前，這些工序均為作坊式手工制作和焙燒的模式，關鍵工序多半依賴于制硯者的經驗和手感，生產周期至少半年，制作效率低、勞動強度大，且環境等影響因素多，不確定性高，成品率多數不足40%。

為了對非物質文化遺產——絳州澄泥硯的制作工藝進行保護、改進、優化和傳承，本文引入機械攪拌打漿、組合振動篩分級過篩、榨濾脫水、練泥、微波干燥、氣窯燒制等技術手段和裝備，對泥料加工和燒成工藝等進行了改進和優化，選用了以下工藝路線：

采泥→風化→打漿→澄泥→過篩→榨濾脫水→粗練→陳腐→精練→制坯→微波干燥→陰干→雕刻→打磨→氣窯燒制→出窯→后期加工（精修、拋光、蠟封）→成品

機械攪拌打漿能使泥料能夠快速均勻分散，縮短了澄泥之前的浸泡時間;組合振動篩分級過篩提高了篩分效率;榨濾脫水縮短了脫水時間;（真空）練泥機提高了練泥效率和泥料可塑性及泥坯質量，確保了泥料的均勻性和穩定性;采用“微波干燥+室式陰干”方式，縮短了干燥時間，有效控制了坯體前期開裂;氣燒工藝便于燒成操作、溫場控制和規模化生產實現智能控制，在縮短燒成周期和提高燒成合格率的同時減輕了勞動強度和環境污染、降低了能耗。

工藝改進后，制作周期由原來的半年以上可縮短為3個月左右。

2.3 工藝參數的量化控制與表征

原料露天風化：露天堆放3～5個月;

浸泡打漿：料︰水=1︰1.8，浸泡3～5天;

間歇打漿：每天不少于2小時;

澄泥過篩：萬孔篩余<0.05℅ ;

榨濾脫水：泥料水分20%～23%;

粗練陳腐：3次以上，封閉放置30天左右;

真空精練：真空練泥3次以上，真空度≮0.06MPa;

微波干燥：微波加熱溫度65±5℃;加熱方式6s/10min;

入窯燒制：入窯硯坯水份<1%，燒成溫度1100～1150℃;

止火出窯：窯內溫度降到60℃以下。

3 結果與討論

3.1 原料改進分析比較

不同階段原料、泥料及成品的化學組成見表1。

初始原料樣品的XRD圖譜見圖2。

根據初始原料的化學組成和XRD圖譜分析可知，澄泥硯泥料的物相組成為主要為ɑ-石英、蒙脫石、方解石、長石、白云石等。

圖3、圖4分別為工藝改進前后澄泥泥料的XRD圖譜，結合表1 的化學成份分析可以看出，工藝改進前后澄泥泥料的礦物組成及化學組成分基本接近。與初始原料比較，SiO2的含量明顯降低，燒失量明顯上升，說明澄泥過篩后濾去了大顆粒的石英等雜質，細小的粘土類礦物等占比增加。

圖5、圖6分別為工藝改進前后澄泥泥料的粒度分布情況，其中，傳統澄泥泥料的d（0.1）=1.234，d（0.5）=5.730，d（0.9）=27.012，工藝改進后澄泥泥料的d（0.1）=1.321，d（0.5）=6.724，d（0.9）=35.257um。工藝改進前后的萬孔篩余量分別為0.034%和0.028%。從中可以看出，工藝改進前后澄泥泥料的粒度分布基本一致，改進后的整體粒度分布稍有右移，分析可能由振動篩強制過篩引起。

3.2 工藝過程改進分析比較

1） 引入了機械攪拌打漿，使泥料能夠快速均勻分散，可以縮短澄泥之前的浸泡時間。

2） 采用組合振動篩分級過篩，一次完成，提高了篩分效率，可以縮短篩分時間。

3） 引入了目前陶瓷行業通用的榨泥機進行強制榨濾脫水，取代了傳統的絹袋脫水工藝，可以大大縮短脫水時間。

4） 采用（真空）練泥機取代了傳統的人工揉練，減輕了勞動強度，確保泥料的均勻性和穩定性的同時可以提高練泥效率、泥料可塑性和泥坯質量。

5） 引入微波干燥技術，采用“微波干燥+室內陰干”方式，加快干燥速度，可以有效縮短干燥時間和控制坯體前期開裂。

6） 用先進的氣燒工藝部分取代傳統的煤燒工藝，有利于燒成操作、溫場控制和規模化生產實現智能控制，在縮短燒成周期和提高燒成合格率的同時可以減輕勞動強度和環境污染、降低能耗。

7）工藝改進后，正常情況下制作周期可由原來的半年以上縮短為3個月左右。

8） 工藝改進前后成品主要材質性能比較（表3）。

從表中可以看出，由于傳統工藝中手工制作的不可控性和隨意性，成品的材質性能波動大和不穩定。工藝改進后，材質性能及其一致性明顯改善。

3.3 生產驗證

在完成了拓寬原料來源、制作工藝前期基礎性試驗和優化了工藝參數后，在新絳縣絳州澄泥硯研制所新建的澄泥硯生產線上進行了批量生產驗證，取得了良好效果，精坯合格率達到87%，燒成合格率達到83%，綜合成品率在72%以上。

3.4 結論

復合原料的使用和生產廢料的回用，有利于拓寬原料使用范圍，一定程度上可以緩解目前優質做硯原料日趨緊缺的被動局面。

現代科技手段的介入，澄泥硯泥料制備采用機械化作業取代傳統的人工制泥，可以有效縮短生產周期，提高生產效率和成品率。

關鍵工藝參數和主要材質性能實現量化表征和控制，從根本上解決目前澄泥硯生產制作及流通中的隨意性、盲動性和不確定性。

參考文獻

[1] 藺濤.絳州澄泥硯制作工藝流程[J].科學之友，2010（6）：14-19.

[2] 吳喜德，梁三捷，王建民，左俊平.絳州澄泥硯 瀟灑世界行[J].農產品加工，2013（10）：28-29.

[3] 楊伯珠.“父子大師”與絳州澄泥硯[J].科學之友，2010（6）：20-21.

[4] 左右左.出藍勝藍的絳州澄泥硯[J].科學之友，2010（6）：13.

Application and Research of Modern Technology in the Production of Chengni Inkstone

BIAN Hua-ying1， WANG Xue-tao2， LI Yu-chun1， DUAN Ai-ping1， LI Gui1， XU Xiang-Rong1， ZHANG Hao1

（ 1. Henan Building Materials Research and Design Institute Co.， Ltd. Zheng Zhou 450002;

2. China Machinery Industry International Cooperation Co.， Ltd. Zheng Zhou 450018 ）

Abstract： We briefly introduce the types of vitrified bond to ceramic abrasives in this paper， sintering bond， burning and melting bond， burning and melting bond at low temperature and techniques for abrasives sintering at low temperature. Analysis and a review on the papers and patents about the vitrified bond to the usual abrasive tools was made， expound that the trend and direction to the vitrified bond of usual abrasives is the techniques of green low sintering temperature bond and high breaking strength & high speed wheels.

Keywords： Usual abrasive tools; Vitrified bond; Sintering at low temperature; High speed wheels