長石與石灰石釉料調(diào)配的始熔溫度研究

劉干平

摘 要：通過改變長石與石灰石的相對(duì)含量并考慮不同品種的長石進(jìn)行釉料的調(diào)配，獲得了鉀長石-石灰石、鉀鈉長石-石灰石、鈉長石-石灰石3個(gè)系列共18種釉施于白胎上。通過不斷改變還原結(jié)束溫度對(duì)所制釉料制品進(jìn)行燒制，觀察各燒成制品的釉色變化，推算出釉的始熔溫度，進(jìn)而對(duì)鉀長石、鉀鈉長石、鈉長石與石灰石調(diào)配的始熔溫度的變化規(guī)律進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞：長石；石灰石；釉；呈色；還原結(jié)束溫度；始熔溫度

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)配是最簡單的釉料調(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(shí)踐。釉料最重要的性能毋庸置疑為熔融性能。釉的熔融是指釉料從開始熔融到完全熔融的一個(gè)過程[1]，因此，抽象地說，釉的熔點(diǎn)并不是一個(gè)溫度點(diǎn)，而是一個(gè)范圍，即一個(gè)從始熔溫度到成熟溫度的范圍，其中，釉料軟化后繼而開始熔融的溫度稱為始熔溫度。溫度到達(dá)始熔溫度后，釉層逐漸封閉，故可將始熔溫度當(dāng)之為釉層封閉的溫度[2]。

陶瓷產(chǎn)品缺陷中大部分是釉缺陷，其中又以氣泡、針眼居多。造成這種缺陷原因之一是在釉配方設(shè)計(jì)時(shí)，釉的始熔溫度確定不當(dāng)引起的，即在坯釉物理化學(xué)變化時(shí)，還沒有完全逸出氣體，釉就開始熔融，導(dǎo)致氣體通過釉層阻力增大，冷卻時(shí)容易留下氣眼[3]。在工藝上一般的要求是：釉的始熔溫度盡量高，在釉開始熔融前，碳酸鹽、硫酸鹽及其他有機(jī)物分解、氣體和空氣能自由地通過釉層，使各種反應(yīng)充分進(jìn)行，盡可能使坯內(nèi)氣體逸出，從而形成良好的釉面[4]。另外，在采用還原焰燒成時(shí)，氣氛轉(zhuǎn)換溫度的高低直接關(guān)系制品是否出現(xiàn)沖泡、發(fā)黃、吸煙等缺陷。氣氛轉(zhuǎn)換溫度主要根據(jù)釉的始熔溫度確定，即在始熔溫度前，釉層必須得到充分還原。始熔溫度后釉層封閉，還原氣體已不能進(jìn)入釉層了[5]，因此，始熔溫度的確定對(duì)于釉配方設(shè)計(jì)就顯得尤為重要[6]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

改變長石和石灰石的相對(duì)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，每一系列包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(duì)釉呈色的影響，從而確定始熔溫度，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。

1.2 制備工藝

1.2.1 胎體和釉料的制備流程

胎體：坯料→淘洗→過100目篩→干燥成泥→成型→素?zé)楸苊馓サ念伾珜?duì)釉呈色的干擾，本實(shí)驗(yàn)施釉胎體選用龍泉弟窯白胎。

釉料：釉用原料→濕法球磨→過100目篩→釉漿。

1.2.2 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1～1.5 mm。施釉完成后，刮洗干凈素坯的底足。

1.2.3 燒成制度

用還原氣氛進(jìn)行燒制，常溫～500 ℃，氧化升溫3 h；500～1 000 ℃，氧化升溫2 h；1 000～1 020 ℃，氧化保溫2 h；1 020 ℃開始還原，1 020～1 090 ℃，還原氣氛燒制，升溫速率1 ℃/min； 1 090 ℃終止還原，改為氧化氣氛進(jìn)行燒制，1 090～1 230 ℃，氧化氣氛燒制，升溫速率1 ℃/min；1 230～1 230 ℃，氧化保溫30 min；1 230 ℃～常溫，熄火，讓窯溫自然冷卻到常溫后出窯[6]，如圖1所示。

按上述燒成制度，改變終止還原溫度為1 110、1 130、1 150、1 170、1 190、1 210、1 230 ℃，分別進(jìn)行燒制實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果和討論

2.1 燒成試驗(yàn)結(jié)果

通過燒成制品色調(diào)和色度的觀察可知，對(duì)于同一種釉采用不同燒成制度，即終止還原的溫度不同而得到各種不同的燒成結(jié)果，燒成實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表4。

2.2 釉的始熔溫度推算原理

當(dāng)釉中Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.5%時(shí)，采用氧化氣氛燒成制品呈黃色，還原氣氛燒成制品呈綠色或藍(lán)色[7]。

根據(jù)燒成曲線可知，所有實(shí)驗(yàn)燒成溫度為1 230 ℃，其間開始還原溫度均為1 020 ℃，但終止還原溫度不同，分別為1 090、1 110、1 130、1 150、1 170、1 190、1 210、1 230 ℃。當(dāng)還原結(jié)束溫度低于始熔溫度，即在釉層封閉前終止還原，則制品將被二次氧化，呈現(xiàn)黃色；而在釉層封閉后，氣氛將不再起作用，直至燒成仍呈現(xiàn)黃色。當(dāng)還原結(jié)束溫度高于始熔溫度，即在釉層封閉后結(jié)束還原，則制品在釉層封閉前已被還原為綠色或藍(lán)色；而在釉層封閉后，氣氛將不再起作用，直至燒成仍呈現(xiàn)綠色或藍(lán)色。因此，可根據(jù)燒成制品的變色，即在釉色從黃色變?yōu)榫G色或藍(lán)色的溫度區(qū)間，估算出釉層封閉溫度，即始熔溫度。

2.3 釉的始熔溫度變化規(guī)律

根據(jù)始熔溫度推算原理，觀察不同還原結(jié)束溫度的燒成制品的呈色變化，從黃色變?yōu)榫G色或藍(lán)色的溫度區(qū)間，估算出各釉的始熔溫度，見表5，并繪制出始熔溫度與釉組成的關(guān)系曲線，如圖2、圖3所示。

從圖2和圖3可以看出，長石與石灰石混合，隨著石灰石含量的增加，釉的始熔溫度先降低到達(dá)最低點(diǎn)然后升高，其始熔溫度值及最低始熔溫度組成點(diǎn)皆因長石品種不同而異。鉀長石與石灰石混合，各釉料的始熔溫度值較高，最低始熔溫度組成點(diǎn)在石灰石含量5%處；而鈉長石與石灰石混合，各釉料的始熔溫度值較低，最低始熔溫度組成點(diǎn)在石灰石含量20%處。鉀鈉長石與石灰石混合，各釉料的始熔溫度值最低，最低始熔溫度組成點(diǎn)在石灰石含量10%處。

上述始熔溫度估算結(jié)果基本與理論分析相符。釉料調(diào)配在低共熔點(diǎn)出現(xiàn)液相，隨著溫度的升高，液相逐漸增多，當(dāng)液相達(dá)到一定比例后釉層被封閉，與此對(duì)應(yīng)的溫度即為始熔溫度。對(duì)于鉀長石系列釉，因鉀長石分解生成白榴石晶體與石英共熔體，成為玻璃態(tài)粘稠物，溫度升高液相量逐漸增多，因此，液相增加緩慢，始熔溫度高；而鈉長石的開始熔融溫度比鉀長石低，其熔化時(shí)沒有新的晶相產(chǎn)生，液相的組成和未熔長石的組成相似，故液相增加很快，始熔溫度低。對(duì)于鉀鈉混合長石系列，存在混合堿低共熔效應(yīng)，使得低共熔點(diǎn)溫度降低，從而導(dǎo)致始熔溫度降低，并且低于鉀長石系列和鈉長石系列[8]。

3 結(jié)論

1）根據(jù)始熔溫度推算原理，觀察各不同還原結(jié)束溫度的燒成制品的呈色變化，從黃色變?yōu)榫G色或藍(lán)色的溫度區(qū)間，估算出各釉的始熔溫度。

2）長石與石灰石混合，隨著石灰石含量的增加，釉的始熔溫度先降低到達(dá)最低點(diǎn)然后升高，其始熔溫度值及最低始熔溫度組成點(diǎn)皆因長石品種不同而異。

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（責(zé)任編輯：姚佳良）

［收稿日期］2022-12-14