虹彩釉的研制及影響因素探討

董超華，段曉蓉

（景德鎮歐神諾陶瓷有限公司，景德鎮 333426）

1 前言

景德鎮歷來是全國主要的日用細瓷生產基地之一，景德鎮瓷器的燒成溫度一般在1300℃以上，以還原氣氛燒成。本文研究對象為硅鋅鈣結晶釉，燒成溫度為1200～1300℃。

結晶釉是一種裝飾性很強的藝術釉，它源于我國古代的顏色釉，如宋朝的“茶葉末”、“芝麻點”、“鐵銹花”等名貴色釉就屬于微晶結晶釉范疇[1]。結晶釉區別于普通釉的根本特征在于釉中含有一定數量的可見結晶體，這種結晶體在生長過程中能夠形成多種多樣的形狀，利用這種特性可以制作出復雜動人的圖案，且這些圖案能夠較好的被著色劑著色。而硅鋅鈣結晶釉是一種以鋅和鈣同時作為結晶劑，在一定的燒成制度下形成結晶的藝術釉，具有結晶性能好、有晶態良好、晶花呈大型扇形紋樣等特點[2]。

本文從釉料配方著手，在改變硅鋅鈣結晶釉配方的基礎上，通過大量試驗，制備出成本較低的硅鋅鈣結晶釉，并研究了其結晶性能和析晶機理，同時也為結晶釉在藝術陶瓷中得到更加廣泛應用打下基礎。通過對其制備原理、方法、關鍵工藝技術等的研究，研制出了藝術效果較好、基本適合生產用的硅鋅鈣結晶釉。

2 文獻綜述

2.1 硅鋅鈣結晶釉的研制

硅酸鹽釉的結晶是決定于配方化學組成中自生的結晶能力，液相轉變為固相的結晶作用和晶核的生長速度等，直接影響晶體結構，使晶體結構發生變化。所以不同化學組成和它的外界因素的影響（釉層厚度、燒成升溫速度、保溫時間、冷卻制度）而得到不同晶形的結晶釉。

配制硅鋅礦結晶釉主要是使用玻璃粉、石英粉、氧化鋅和少量的著色劑和結晶促進劑。其中以玻璃粉作為熔劑，氧化鋅和石英在高溫反應后生成的硅酸鋅作為熔質或結晶劑。著色劑主要采用了：鐵、銅、錳、鎳、鈦、鈷、銀的氧化物或鹽類，作為結晶促進劑的有氧化鉬、五氧化二釩[16]。

結晶釉的制備：本文制備的硅鋅鈣結晶釉配方是以石英、鉀長石、玻璃粉和氧化鋅為基礎，著色劑為CuO。，實驗方案表下文具體描述。

2.2 試驗方法

2.2.1 正交試驗法

正交試驗法在工藝改革、新產品試驗、配方調整等環節中起著重要的作用。并且影響結果的往往都不是單一因素，是多種因素交織在一起的。如按一個個因素去試驗，則很難在短時間能得到滿意的效果。所以采取正交試驗法在對多因素的分析具有很大的好處。

正交試驗中最重要的是正交實驗表。下面是正交試驗的一般步驟：（1）明確實驗目的，確定考核指標；（2）挑選因素，確定水平；（3）選用正交表；（4）排表頭和水平；（5）進行試驗；（6）.測定數據，記錄實驗結果；（7）分析實驗處理數據并驗證試驗。

2.2.2 單因素實驗法

將影響結果的因素控制為一個時，可以很直觀的發現此因素與結果的關系，從而做出相應的調整。

3 實驗內容

3.1 原材料化學組成與來源

考慮所用原料和工藝性能確定和坯體相匹配的釉料配方，以獲得良好的釉面質量和藝術感很好的外觀效果。陶瓷生產中，原料是基礎，坯料和釉料所用原料的好壞，直接影響到產品質量。因此，選擇質量穩定、價格適中的原料很重要。在選擇原料上，主要考慮其質量、價格、來源等方面。本實驗釉用原料見表1、表2。

表1 原料及化學組成（%）

表2 化工原料（%）

化學試劑按純度由低到高可分為工業純、化學純、分析純、光譜純多種規格。純度及用途：純度高，雜質含量低，適用于研究和配制標準液；純度較高，雜質含量較低，適用于定性和定量分析。本文為降低成本，使用工業純。

3.2 實驗的主要儀器及設備

實驗使用的主要儀器與設備見表3。

表3 儀器與設備

3.3 工藝流程

實驗工藝流程：配方→稱料→球磨→過篩→除鐵→施釉→干燥→燒成

3.4 坯料

因為本文主要研制結晶釉釉料，對坯體沒有較大要求，坯體有兩種一種是壓餅，另一種是圓柱型的。坯體經過干燥后上釉。坯料的價格比較便宜，所以不需要太大的花費。

3.5 硅鋅鈣結晶釉配方實驗方案設計

3.5.1 探索性試驗

根據所查文獻資料確定結晶釉的原始配方如下：

表4 結晶釉原始配方(%)

燒成制度：燒成最高溫度為1260℃，析晶保溫溫度為1040℃。

燒成結果如圖1：

圖1 燒成制度一原始配方樣品的照片

由以上實驗結果分析可知：在1260℃的燒成溫度下原始配方已經燒出結晶，所以保持燒成制度不變，對原始配方進行正交分析。

3.5.2 正交試驗

選用正交表L34，固定高嶺土為3，燒滑石為5，長石為4，變化石英與氧化鋅的質量比和鉀長石與石灰石的質量比。因素水平表見表5，正交試驗表見表6，最佳配方見表7。

表5 因素水平表

表6 正交實驗表YJ-1～YJ-9

表7 釉的燒成效果

正交試驗燒成效果如圖2所示。

圖2 YJ-1～YJ-9的樣品照片

從釉面效果看，YJ-6、YJ-8和YJ-9的晶花效果最好。其中YJ-8結晶偏大可能是因為玻璃粉的量偏多使其更易析出較大晶花。結合正交實驗結果來看。在成分氧化鋅在28～30之間，玻璃粉在18～20之間，石英在18～20之間時可以得到較好的結晶。而石灰石在18～22之間對結晶的影響不大。通過正交試驗的結果可知硅鋅鈣結晶釉在一定范圍內很容易結晶。在一定范圍內可以長出比較好的晶花。在燒成結果中，根據圖片可知：影響結晶釉的主要因素是氧化鋅、玻璃粉和石英的比值關系。其次就是鉀長石和石灰石的比值關系，只要在允許的范圍內波動就能燒出好的結晶釉。而且如果加入一些有色金屬氧化物能使結晶釉很好的顯示出晶花。

3.5.3 單因素試驗

按照正交實驗表燒出的第一批樣品全部無光，無結晶。經過分析，疑似為氧化鋅質量問題。遂以不同批次購買的氧化鋅為單因素變量進行單因素實驗。實驗結果如圖3。

圖3 單因素實驗

同一配方，使用原有氧化鋅的燒出了結晶，使用新購氧化鋅的無光無結晶，與失敗的正交實驗情況一樣，而且此次正交實驗使用的也是新購氧化鋅。

3.6 燒成溫度的試驗

本文研究的是硅酸鋅結晶釉的研制和燒成效果。在1200～1300℃溫度范圍的窯爐的燒成并結出晶花，選用不同的燒成制度，得到不同的燒成效果。文中確定的燒成制度在溫度方面都是一樣，只是在升溫時間和保溫時間上有所不同，由于初選方案的配方不是很好，在不急冷的情況下無法得到晶花。但按照理論計算是可以得出晶花的。通過實驗得到最好的燒成制度。從室溫先升到900℃再從900℃升到最高溫度，后再降溫，總共花費8h。在燒的過程中，本應該打開窯爐進行急冷，但由于條件所限因此在實驗的過程中無打開爐門這一項，當然燒成的效果也會受到很大的影響，不過我們可以通過理論分析知道最終的效果如何。

燒成溫度見表8，燒成曲線見圖4

表8 燒成溫度表

圖4 燒成曲線

4 結果分析與討論

4.1 釉料化學組成對結晶釉的影響分析

ZnO:ZnO是硅鋅鈣結晶釉系統中的結晶形成劑，本實驗采用工業純的氧化鋅粉末，氧化鋅和石英在高溫時生成硅酸鋅結晶。氧化鋅含量過高會提高燒成和析晶溫度，使釉面和晶花不光滑；含量太低會因高溫溶液的飽和度不夠而不結晶。本次試驗中使用氧化鋅含量為26%-30%。

SiO2：與釉中含石英重量的百分比有關，如小于15%時，石英會溶解于長石及其他熔劑所形成的玻璃態物質中，而使釉結晶發生困難。如果在15%～20%時，石英開始在釉中以未被熔解的狀態出現，則易發生結晶；當含量在20～35%時則成為乳濁玻璃。在結晶釉的配方中，SiO2在釉式中所占的當量大多數在1.5～2.0左右。

玻璃粉：在燒成過程中起到了減少釉料的高溫粘度，降低析晶溫度的作用。玻璃粉引入過多會使相應的堿土金屬和堿土金屬成分相應增多，使釉料膨脹系數增大，容易造成釉面風炸和裂紋；含量不足時晶體因釉粘度太大，受到阻力而不易長大，形不成大晶花。

CaO:以碳酸鈣的形式引入，氧化鈣只促使個別結晶的形成，為了得到結晶網均勻分布的釉不讓局部生成大結晶，除了每種結晶釉的燒成溫度必須控制在比較窄的范圍內，還應限制結晶釉中的氧化鈣含量。

Al2O3：能顯著的影響熔融釉的粘度，然而利用它的存在可以顯著控制晶體的形成速率和大小，以及釉層的流動性和溫度范圍。因此Al2O3能夠隱藏或者抑制結晶體的形成，Al2O3存在于不同的礦物里，它的加入量和所加入的礦物種類，都會影響結晶的形成。Al2O3不宜由長石引入，因為它在釉中是助熔劑，并且熔融后的粘度不利于晶體的長大。

K2O與Na2O：K2O與Na2O主要由長石引入，它們也是成瓷的主要組分，起助熔作用，存在于玻璃相中提高釉料的熱膨脹系數，使釉的熱膨脹系數大于坯的熱膨脹系數，從而更利于產生裂紋。一般K2O與Na2O的總量應控制在5%以下為宜，否則會急劇地降低釉的燒成溫度與其熱穩定性。

4.2 釉漿厚度對結晶釉形成的影響

在本實驗中，一種是在表面平整的坯體上施釉，一種是類似于圓柱形底端有凹槽的坯體上施釉，并研究了施釉厚度對結晶釉的影響。

實驗結果：在表面有凹槽的坯體上施釉的樣品，凹槽處的晶花明顯多于凹槽周圍的晶花（如圖5所示），在不易析出晶花的配方中，在凹槽處也析出了完整的晶花，由此可見，釉層的厚度對結晶的析出有很大影響。

圖5 釉漿厚度影響

應根據坯體造型的不同，掌握好釉漿濃度，施釉方法、浸釉時間等。以浸釉2次釉層厚度0.8至1.2mm為最佳厚度。

4.3.燒成制度的影響

為研制出硅酸鋅結晶釉，本實驗的燒成制度是在做過一些調整后而得到的，在燒出的一些樣品中，發現燒成制度如表9所示。

表9 燒成溫度表

在該燒成制度中，保溫時間的長短直接影響晶花的長大以及晶花的分布。如果溫度偏高，燒成周期過長，保溫時間過長的話，容易產生流釉。對結晶有很大的影響。

4.4 器型與結晶釉的關系

在實驗中選取了兩種器型施釉，一種是平面坯體，一種是立體坯體。發現在平面坯體上易形成大而均勻的晶花，而在垂直面上形成的晶花很小，而且細密，結晶效果并不理想（如圖6所示）。

圖6 器型的影響

這是因為結晶釉的高溫流動性大，在垂直面上影響晶體的分布，往往極不易燒成滿意的晶花。有弧度的器型能使釉層熔融后有停留，在此處能構成結晶的場所并使晶花成長，易得效果良好的結晶釉產品。因為，在器型設計時就要考慮結晶釉這一特點，巧妙利用此特點能使藝術效果與工藝效果兩全其美。

5 結論

（1）最佳配方：氧化鋅30，石英20，玻璃粉18，石灰石22，燒滑石5，長石4，高嶺土3。

（2）最佳燒成制度：燒成溫度1260℃，保溫溫度1040℃，保溫時間240min。

（3）施釉厚度對析晶有影響。太薄不利于析晶，太厚不僅容易流釉，還容易使釉層開裂。釉層厚度控制在0.8至1.2mm為佳。

（4）器型對析晶有影響。硅鋅鈣結晶釉高溫流動性很強，在立體器型上容易流釉，不太適于立體器型的燒制。使用硅鋅鈣結晶釉是要注意配合器型才能達到更好的藝術效果。

（5）存在問題與改進建議：由于時間倉促及本人的水平有限，對于硅鋅鈣結晶釉只作了淺顯的研究。要得到效果更好的硅鋅鈣結晶釉釉應該在此基礎上繼續實驗，適當調整配方，對氧化鋅、石英等的百分含量做單因素實驗，以驗證其含量對該釉的影響，并對燒成制度中保溫溫度做一個單因素實驗，以找到更合適的燒成溫度。