長石與石灰石釉料調配的熱膨脹系數研究

劉干平，李劉旒

（1.龍泉市鼎青青瓷坊，龍泉市 323700;2.英國劍橋大學化學工程系，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，長石與石灰石的調配，乃最簡單的釉料調配，可看作是一切釉料調配的基礎，只有充分了解和掌握長石與石灰石調配比例與釉料性能及性狀之間的關系，才能得心應手地進行釉料調配的理論研究和生產實踐，其中涉及的由熱膨脹系數的引起的坯釉適應性問題在陶瓷生產中無處不在，一方面可因其而生產出精美絕倫的裂紋釉瓷器，另一方面，可由其產生釉的龜裂和剝落等缺陷[1]。

裂紋釉最早出現在宋代，陶瓷出現裂紋，原本應屬缺陷，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，貫穿于整個陶瓷史[2]。

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

2 實驗

2.1 實驗設計

改變長石和石灰石的相對含量進行釉料的調配，其中長石按鉀長石、鉀鈉長石和鈉長石，分別與石灰石調配形成鉀長石-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，采用化學純氧化鐵進行調節。各原料的化學組成見表1、各釉料的原料配方見表2、各釉料的化學組成見表3。

表1 原料化學組成表/%

表2 各釉料配方表/%

表3 各釉料化學組成表/%

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→素燒。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，然后在底釉的基礎上進行噴釉，確保釉層厚度達到1-1.5mm。施釉完成后，刮洗干凈素坯的底足。

2.2.4 燒成

用還原氣氛進行燒制，實驗最高燒成溫度為1230℃，保溫30min，氧化和還原氣氛轉換溫度為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℃，分別進行燒制實驗。

3 結果和討論

3.1 燒成試驗結果

制品釉面產生裂紋，說明釉的熱膨脹系數大于胎的熱膨脹系數，且釉裂紋的嚴重程度與釉的熱膨脹系數成正相關對應關系，實驗結果詳見表4[4]。

表4 各釉料燒成實驗結果表（1270℃燒制）

3.2 釉的熱膨脹系數的計算

當釉的熱膨脹系數大于胎的熱膨脹系數時，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，受到壓應力；而釉受到了胎體的拉伸受到了張應力，當張應力超過了釉層的抗張強度時，就出現導致釉層斷裂的網狀裂紋。熱膨脹系數相差越大，龜裂程度就越大。而當熱膨脹系數相差不大，或釉的熱膨脹系數小于胎體的熱膨脹系數時，釉面不開裂。

釉的熱膨脹系數受化學組成和燒成制度影響，據索特和文凱爾曼的資料，形成玻璃態氧化物的體膨脹系數和加和性常數見表5[5]。

表5 形成玻璃態氧化物的體膨脹計算系數

采用加和法計算各釉料的熱膨脹系數，結果列于由表4 中，從計算結果可以看出，長石加石灰石其熱膨脹系數隨石灰石含量增加而增大，對于不同的長石，三者熱膨脹系數相差不大，鈉長石系列釉熱膨脹系數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-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋的規律變化；鉀鈉長石系列，按無裂紋-零星裂紋-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋的規律變化；鈉長石系列，零星裂紋-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋的規律變化。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律為無裂紋-零星裂紋-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋。其變化幅度比與理論計算釉料熱膨脹系數變化幅度為甚。

4 結論

(1) 理論計算長石加石灰石其熱膨脹系數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-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋的規律變化，與理論計算的結果較為相符。

(2)對于不同的長石，理論計算三大系列釉的熱膨脹系數相差不大，鈉長石系列釉熱膨脹系數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律為無裂紋-零星裂紋-網格狀大片裂紋-網格狀小片裂紋-網格狀細碎裂紋。實際燒成變化幅度比與理論計算熱膨脹系數變化幅度為甚。因此，根據索特和文凱爾曼的資料按加和法計算熱膨脹系數的方法有待商榷。