長石與石灰石釉料調(diào)配的熱膨脹系數(shù)研究

劉干平，李劉旒

（1.龍泉市鼎青青瓷坊，龍泉市 323700;2.英國劍橋大學(xué)化學(xué)工程系，英國劍橋郡）

1 前言

長石與石灰石是最重要的兩種陶瓷原料，其中長石分為鉀長石、鉀鈉長石、鈉長石，長石與石灰石的調(diào)配，乃最簡單的釉料調(diào)配，可看作是一切釉料調(diào)配的基礎(chǔ)，只有充分了解和掌握長石與石灰石調(diào)配比例與釉料性能及性狀之間的關(guān)系，才能得心應(yīng)手地進(jìn)行釉料調(diào)配的理論研究和生產(chǎn)實踐，其中涉及的由熱膨脹系數(shù)的引起的坯釉適應(yīng)性問題在陶瓷生產(chǎn)中無處不在，一方面可因其而生產(chǎn)出精美絕倫的裂紋釉瓷器，另一方面，可由其產(chǎn)生釉的龜裂和剝落等缺陷[1]。

裂紋釉最早出現(xiàn)在宋代，陶瓷出現(xiàn)裂紋，原本應(yīng)屬缺陷，然聰明智慧的古人化腐朽為神奇，捕捉到裂紋獨特的美感，造就了宋代五大名窯之哥窯，從此開片的哥窯與不開片的弟窯交相輝映、并駕齊驅(qū)，貫穿于整個陶瓷史[2]。

坯釉適應(yīng)性是指熔融性能良好的釉熔體，冷卻后與坯體緊密結(jié)合成完美的整體，釉面不至龜裂和剝落的特性。影響坯釉適應(yīng)性的主要因素是坯和釉熱膨脹系數(shù)[3]。

2 實驗

2.1 實驗設(shè)計

改變長石和石灰石的相對含量進(jìn)行釉料的調(diào)配，其中長石按鉀長石、鉀鈉長石和鈉長石，分別與石灰石調(diào)配形成鉀長石-石灰石、鉀鈉長石-石灰石、鈉長石-石灰石三大系列釉，每一系列包括5%石灰石、10%石灰石、15%石灰石、20%石灰石、25%石灰石及30%石灰石6種釉，此外為便于分析釉料組成對釉呈色的影響，采用化學(xué)純氧化鐵進(jìn)行調(diào)節(jié)。各原料的化學(xué)組成見表1、各釉料的原料配方見表2、各釉料的化學(xué)組成見表3。

表1 原料化學(xué)組成表/%

表2 各釉料配方表/%

表3 各釉料化學(xué)組成表/%

2.2 制備工藝

2.2.1 胎體的制備流程

坯料→淘洗→過100 目篩→干燥成泥→成型→素?zé)?。本實驗施釉胎體選用龍泉弟窯白胎。

2.2.2 釉料的制備流程

釉用原料→濕法球磨→過100 目篩→釉漿

2.2.3 施釉

首先采用浸釉法上底釉，然后在底釉的基礎(chǔ)上進(jìn)行噴釉，確保釉層厚度達(dá)到1-1.5mm。施釉完成后，刮洗干凈素坯的底足。

2.2.4 燒成

用還原氣氛進(jìn)行燒制，實驗最高燒成溫度為1230℃，保溫30min，氧化和還原氣氛轉(zhuǎn)換溫度為1020℃，圖1 為燒成曲線圖。

圖1 燒成曲線圖

按上述燒成制度，改變最高燒成溫度為1270℃、1310℃，分別進(jìn)行燒制實驗。

3 結(jié)果和討論

3.1 燒成試驗結(jié)果

制品釉面產(chǎn)生裂紋，說明釉的熱膨脹系數(shù)大于胎的熱膨脹系數(shù)，且釉裂紋的嚴(yán)重程度與釉的熱膨脹系數(shù)成正相關(guān)對應(yīng)關(guān)系，實驗結(jié)果詳見表4[4]。

表4 各釉料燒成實驗結(jié)果表（1270℃燒制）

3.2 釉的熱膨脹系數(shù)的計算

當(dāng)釉的熱膨脹系數(shù)大于胎的熱膨脹系數(shù)時，在胎釉冷卻過程中，釉層的收縮大于胎體的收縮，胎體受到了釉層的壓縮，受到壓應(yīng)力；而釉受到了胎體的拉伸受到了張應(yīng)力，當(dāng)張應(yīng)力超過了釉層的抗張強(qiáng)度時，就出現(xiàn)導(dǎo)致釉層斷裂的網(wǎng)狀裂紋。熱膨脹系數(shù)相差越大，龜裂程度就越大。而當(dāng)熱膨脹系數(shù)相差不大，或釉的熱膨脹系數(shù)小于胎體的熱膨脹系數(shù)時，釉面不開裂。

釉的熱膨脹系數(shù)受化學(xué)組成和燒成制度影響，據(jù)索特和文凱爾曼的資料，形成玻璃態(tài)氧化物的體膨脹系數(shù)和加和性常數(shù)見表5[5]。

表5 形成玻璃態(tài)氧化物的體膨脹計算系數(shù)

采用加和法計算各釉料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)果列于由表4 中，從計算結(jié)果可以看出，長石加石灰石其熱膨脹系數(shù)隨石灰石含量增加而增大，對于不同的長石，三者熱膨脹系數(shù)相差不大，鈉長石系列釉熱膨脹系數(shù)略大于鉀鈉長石系列、鉀鈉長石系列略大于鉀長石系列。

3.3 釉燒制品裂紋變化規(guī)律

從表4 中燒成制品實物圖可以看出，燒成制品裂紋變化規(guī)律為：鉀長石-石灰石系列，隨著石灰石含量的增加，釉裂按無裂紋-零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋的規(guī)律變化；鉀鈉長石系列，按無裂紋-零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋的規(guī)律變化；鈉長石系列，零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋的規(guī)律變化。另外從鉀長石系列到鉀鈉長石系列再到鈉長石系列釉，其燒成制品的釉裂變化規(guī)律為無裂紋-零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋。其變化幅度比與理論計算釉料熱膨脹系數(shù)變化幅度為甚。

4 結(jié)論

(1) 理論計算長石加石灰石其熱膨脹系數(shù)隨石灰石含量增加而增大；實際燒成過程中燒成制品裂紋按無裂紋-零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋的規(guī)律變化，與理論計算的結(jié)果較為相符。

(2)對于不同的長石，理論計算三大系列釉的熱膨脹系數(shù)相差不大，鈉長石系列釉熱膨脹系數(shù)略大于鉀鈉長石系列、鉀鈉長石系列略大于鉀長石系列；而在實際燒成過程中，從鉀長石系列到鉀鈉長石系列再到鈉長石系列釉，其燒成制品的釉裂變化規(guī)律為無裂紋-零星裂紋-網(wǎng)格狀大片裂紋-網(wǎng)格狀小片裂紋-網(wǎng)格狀細(xì)碎裂紋。實際燒成變化幅度比與理論計算熱膨脹系數(shù)變化幅度為甚。因此，根據(jù)索特和文凱爾曼的資料按加和法計算熱膨脹系數(shù)的方法有待商榷。