黃瓦窯琉璃構(gòu)件胎釉原料及燒制工藝研究

康葆強(qiáng)

摘要：黃瓦窯位于我國(guó)遼寧省鞍山市海城地區(qū)，經(jīng)專家考證它是專門為清代遼寧地區(qū)燒制皇家建筑琉璃構(gòu)件的窯廠。本文利用x射線熒光波譜法、x射線衍射法、熱膨脹分析等方法研究了黃瓦窯琉璃的胎釉原料及燒制工藝情況。研究表明：黃瓦窯燒制的建筑琉璃為低溫鉛釉、二次燒成．胎體屬于我國(guó)陶瓷史上比較少見的MgO-A1203-S102三元體系，胎體的熱膨脹系數(shù)比釉層高2～3x10-6／℃。

關(guān)鍵詞：黃瓦窯，琉璃構(gòu)件，原料組成。工藝

黃瓦窯遺址位于我國(guó)遼寧省鞍山市海城地區(qū)，遺址面積近16萬(wàn)平方米。2002年4月10日至2006年5月，鞍山市博物館考古隊(duì)對(duì)黃瓦窯遺址進(jìn)行了調(diào)查，在遺址及附近的缸窯嶺村采集了建筑構(gòu)件標(biāo)本約100件，發(fā)現(xiàn)了一批具有“永陵”，“福陵”，“昭陵”，“清寧宮”“北鎮(zhèn)廟”等文字標(biāo)識(shí)的構(gòu)件。根據(jù)歷史文獻(xiàn)記載及采集實(shí)物的情況來(lái)看，黃瓦窯應(yīng)為燒造沈陽(yáng)故宮及關(guān)外三陵、北鎮(zhèn)廟等處琉璃構(gòu)件的窯廠①。本工作主要從科技檢測(cè)的角度對(duì)黃瓦窯琉璃的胎釉原料及燒制工藝情況進(jìn)行了研究。

一、實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)中用到的黃瓦窯遺址樣品及遼寧地區(qū)古建筑琉璃樣品都由鞍山市博物館提供，遺址樣品為鞍山市博物館考古隊(duì)在遺址發(fā)掘調(diào)查過(guò)程中采集，古建筑琉璃樣品來(lái)自于古建筑維修卸下的構(gòu)件。樣品編號(hào)WLLM-0008一WLLM一0048為黃瓦窯遺址的樣品，WLLM-0049一WtLQ-0062為沈陽(yáng)故宮、北寧市北鎮(zhèn)廟、沈陽(yáng)福陵、撫順新賓永陵的古建筑琉璃樣品。遼陽(yáng)八角金殿的琉璃樣品為黃瓦窯的早期制品。另外，鞍山市博物館考古隊(duì)在黃瓦窯遺址調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)“采白土區(qū)”和“采紅土區(qū)”兩個(gè)原料采集點(diǎn)，LY-0014為從“采白土區(qū)”采集的白色粘土,hong-tu-hwy為從“采紅土區(qū)”采集的紅色粘土。

分析樣品的釉色有紅褐釉，黃釉，綠釉，孔雀藍(lán)釉，黃綠兩色釉。其中紅褐釉樣品18個(gè)，黃釉樣品8個(gè)，綠釉樣品5個(gè)，孔雀藍(lán)釉樣品2個(gè)，黃綠釉樣品1個(gè)。胎體情況：大多數(shù)樣品的胎體基體中存在夾雜物，基體呈橘黃至橘紅色，夾雜物以白色顆粒物為主，也有褐色、黑色顆粒物。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1胎體的化學(xué)組成和物相組成

對(duì)表一琉璃樣品胎體及白色、紅色粘土進(jìn)行了元素分析和物相分析。元素分析方法見《WDXRF對(duì)古代建筑琉璃構(gòu)件胎體主次量元素定量分析方法研究》④，紅色粘土的元素組成利用WDXRF的JO法，使用壓片法制樣，未測(cè)燒失量；物相分析使用理學(xué)D／max-2550PC型x射線衍射儀，工作條件為：管壓40kV，管流150mA，掃描角度范圍3～90度，掃描速度8度／min，DS=SS=I度。RS=0．3m，制樣用鋁樣品槽，背壓法。元素分析結(jié)果見表二。

從對(duì)表二的分析可以看出，黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體屬于我國(guó)陶瓷史上比較少見的M一A|203-Si02三元系統(tǒng)。MgO含量15％～25％，Al03含量13％～17％，Si02含量50％一56％，三種元素之合占總體的86％一90％。另外，胎體中的Fe20s含量較高，胎體顏色偏紅應(yīng)與此有關(guān)。李文杰等0總結(jié)了我國(guó)新石器時(shí)代至漢代制陶所用的粘土，其中的高鎂質(zhì)易熔粘土MgO含量在18．66％～29．36％，AI：0，含量在5．41％～5．84％,Si02含量在54．85％～68．06％，具有此類化學(xué)組成特征的器物有湖北枝城北遺址城背溪文化的白陶、關(guān)廟山遺址大溪文化的白陶、廣東后沙灣遺址新石器時(shí)代文化的白陶、內(nèi)蒙古敖漢旗夏家店上層文化的陶串珠。李家治對(duì)新石器時(shí)代中、晚期白陶的化學(xué)組成進(jìn)行總結(jié)時(shí)也發(fā)現(xiàn)MgO較高、AlO，較低的類型，指出大溪文化的白陶屬于該類型。黃瓦窯、遼寧古建筑琉璃胎體與上述新石器時(shí)代的陶器與相比，Si02含量較低，ALO含量較高，助熔成分中K20含量較高。

黃瓦窯樣品及遼寧古建筑琉璃胎體的x射線衍射物相結(jié)果見表三。所有琉璃樣品都含石英、微斜長(zhǎng)石、鎂橄欖石和頑火輝石。其中，鎂橄欖石和頑火輝石為特征礦物，化學(xué)式分別為Mg,：Si04、MgSi03，與胎體含鎂量較高的化學(xué)組成相符。部分樣品中存在白云母、鈉長(zhǎng)石、尖晶石，少量樣品中存在滑石。

劉敦楨先生在《琉璃窯軼聞》中提到了黃瓦窯燒琉璃所用的原料情況：“用料以白馬牙石與坩子土、赭石為大宗，皆產(chǎn)海城。又坩子土及白泥土出沈陽(yáng)城東二十里王家溝，但白土仍須向海城取之?！卑遵R牙石和赭石可能為配制釉的原料，坩子土和白土可能為制胎原料。白色粘土LY-0014的元素分析和物相分析結(jié)果表明：樣品的MgO和燒失量都很高，分別為33．16％和24．38％，扣除燒失量后其主要元素組成為：43．97％Mg，11．12％A1203，41．23％Si02，l％K20，1．49％F~03。與琉璃樣品的胎體相比，LY-0014的MgO含量較高，A120，、Si02、Fe203含量較低；其物相結(jié)果為菱鎂礦、斜綠泥石、滑石、石英、白云母、白云石。紅色粘土中元素含量在1％以上的成分為：0．99％Na20，5．12％Mg0，18．44％Alz03，64．58％Si02，2．56％K20，1．05％CaO，5．71％Fe203。與白色粘土相比，Si02、Ab03含量較高，M含量較低，并含有一定量Na20，K20，CaO助熔成分，含有較高Fe203的粘土。這一成分特征恰好可以彌補(bǔ)白色粘土與胎體相比“缺失”的部分。從紅色粘土含有長(zhǎng)石的物相特征來(lái)看，也滿足胎體的原料要求。

結(jié)合琉璃樣品胎體的物相分析結(jié)果來(lái)看，胎體中鎂橄欖石和頑火輝石可能為斜綠泥石受熱的產(chǎn)物?！凹訜岬?00T：后，斜綠泥石脫去層間片中羥基……當(dāng)加熱到1000~C時(shí)，出現(xiàn)鎂橄欖石和頑火輝石的特征峰，峰形清晰，以前者為主。繼續(xù)加熱到1200~，仍為上述兩種礦物，但頑火輝石的衍射強(qiáng)度大大提高?！鳖B火輝石也可能是滑石的受熱產(chǎn)物?；摿u后形成頑火輝石和非晶質(zhì)二氧化硅。

根據(jù)元素、物相分析結(jié)果可初步判斷，白色粘土和紅色粘土經(jīng)過(guò)一定比例地配制可作為黃瓦窯制作琉璃胎體的原料。白色粘土是胎體中Mgo的主要來(lái)源，紅色粘土的Si02、Alo、Fe20，含量較高，含有一定量Na2O、KO、CaO助熔成分，物相組成中含有微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石。

2．2燒制工藝及高溫實(shí)驗(yàn)

采用周仁、李家治先生的實(shí)驗(yàn)方法，用德國(guó)耐馳公司的DIL-402C型熱膨脹分析儀，在空氣氣氛中以5％／分的升溫速率測(cè)量坯體的熱膨脹分析曲線，由此確定樣品的燒成溫度。利用電鉆對(duì)釉層進(jìn)行取樣，利用北京電影機(jī)械研究所生產(chǎn)的高溫物性測(cè)試儀對(duì)釉的軟化點(diǎn)、半球點(diǎn)、流動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，半球點(diǎn)到流動(dòng)點(diǎn)的溫度范圍即為釉的熔融

溫度范圍，見表四。表中17個(gè)樣品中測(cè)量了15個(gè)樣品胎體的燒成溫度，7個(gè)樣品的釉的熔融溫度范圍，5個(gè)樣品對(duì)胎體和釉層都做了測(cè)量。

從表四可以看出，黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體的燒成溫度大約在970～1030度之間，釉的熔融溫度范圍在700—950度之間。應(yīng)為先進(jìn)行素?zé)S后施釉進(jìn)行釉燒。結(jié)合鞍山市博物館對(duì)黃瓦窯的搶救發(fā)掘過(guò)程中發(fā)現(xiàn)素?zé)G的事實(shí)，黃瓦窯的琉璃燒造為二次燒成。

鑒于黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體的燒成溫度較低(大多低于1000度)，對(duì)Mgo含量相差近5％的兩個(gè)建筑琉璃樣品WLLE-0049和WLLQ-0061進(jìn)行了高溫實(shí)驗(yàn)。把兩個(gè)樣品分別切取兩個(gè)樣塊，用高溫電爐加熱至1050度、1100度保溫1小時(shí)。對(duì)加熱后的樣品進(jìn)行了x射線衍射分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在溫度升高過(guò)程中，石英和微斜長(zhǎng)石的含量下降，頑火輝石的量增加，尖晶石含量增加或大量出現(xiàn)。兩個(gè)樣品隨溫度升高不同的變化為：WL-LQ-0061在加熱到1050度后，云母消失(WLLM-0049樣品中不含云母，見表三)；WLLM-0049中鎂橄欖石的量變化不明顯，WLLQ-0061的鎂橄欖石量降低。它們隨溫度升高表現(xiàn)出略有差異的變化，應(yīng)與兩者M(jìn)gO和Si02的相對(duì)比例不同以及K20、CaO、等助熔成分的含量不同有關(guān)。

胎體燒成溫度在1000度以下的樣品，如WLLM-0014,WLLM-0033．WLLM一0038，WIJIJM_0039，WLLM—0046，WLLM—0047。WLLM-0048,WLLE-0053，WLLQ-0061都存在云母，而沒(méi)有尖晶石；1000~C以上樣品，如WLLM-0008，WLLM-0045,WLLM-0049不存在云母,WLLM-O008,WLLM-0045中有尖晶石。云母和尖晶石在不同燒成溫度胎體內(nèi)的存留情況與上述高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相符的。

2．3胎釉的物理性能

利用x熒光能譜儀對(duì)黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃的紅褐釉和黃釉的元素組成進(jìn)行半定量分析，結(jié)果見表五；利用表五的結(jié)果，根據(jù)干福熹法計(jì)算釉的熱膨脹系數(shù)。

黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃釉的熱膨脹系數(shù)在5—7×10-6／'：C之間，胎體的熱膨脹系數(shù)在8一10×10-6／度之間。釉層的熱膨脹系數(shù)與故宮清代琉璃釉層接近，胎體的熱膨脹系數(shù)明顯高于故宮的胎體。從胎釉的熱膨脹匹配關(guān)系來(lái)看。黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體比釉層的熱膨脹系數(shù)高2～3×10-6／％，釉層承受胎體的壓應(yīng)力。肉眼觀察，釉面裂紋不同于故宮清代琉璃樣品。

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2413-81和GB／T3810．3-2006，對(duì)黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體的吸水率進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表七。從表中可以看出，胎體的吸水率較高，平均值約為16％。

三、結(jié)論

1黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體屬于我國(guó)陶瓷史上比較少見的MgO-A1203-Si02三元體系。胎體中Mgo含量15％～25％，A1203含量13％～17％，Si02含量50％～56％，三種元素之合占總體的86％。90％。胎體中的Fe203含量較高，胎體顏色偏紅應(yīng)與此有關(guān)。所有樣品中都含石英、微斜長(zhǎng)石、鎂橄欖石和頑火輝石。其中，鎂橄欖石和頑火輝石為特征礦物，化學(xué)式分別為Mg2SiO、MgSi03，與胎體含鎂量較高的化學(xué)組成相符。部分樣品中存在白云母、鈉長(zhǎng)石、尖晶石，少量樣品中存在滑石。

2根據(jù)元素、物相分析結(jié)果可初步判斷，白色粘土和紅色粘土經(jīng)過(guò)一定比例地配制可作為黃瓦窯制作琉璃胎體的原料。白色粘土是胎體中MsO的主要來(lái)源，紅色粘土的Si02、A120，、1％03含量較高，含有一定量Na20、KO、CaO助熔成分，物相組成中含有微斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石。白色粘土和紅色粘土中均含有滑石、菱鎂礦，反映出海城當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)礦產(chǎn)特征。

3黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體的燒成溫度在970—1030度之間。胎體的吸水率較高，平均值約為16％。釉的熔融溫度范圍在700—950度之間，為低溫鉛釉、二次燒成的產(chǎn)品。

4黃瓦窯及遼寧古建筑琉璃胎體比釉層的熱膨脹系數(shù)高2—3×10-6／度，釉層承受胎體的壓應(yīng)力，釉面的裂紋特征不同于故宮清代的琉璃樣品。