深黑色花崗巖粉體在鐵系釉中的應(yīng)用

俞平利，馮偉，劉培德

（華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 泉州 362021）

深黑色花崗巖粉體在鐵系釉中的應(yīng)用

俞平利，馮偉，劉培德

（華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 泉州 362021）

以深黑色花崗石粉為主要原料，碎玻璃和紅土作為輔助原料，研制鐵系釉，并分析釉成分、燒成制度因素對(duì)釉性狀的影響.結(jié)果表明，深黑色花崗石粉的用量以65％～100％為宜，玻璃粉和紅土加入量均以5％～10％為宜.此外，燒成制度影響釉的性狀，燒成制度的變化改變鐵的相變狀態(tài)，高溫有利于鐵的分相和鐵質(zhì)富集析出.配合少量紅土和碎玻璃粉，可以制得飴釉、鐵紅釉、光澤黑釉、花釉，甚至“油滴”釉等鐵系釉.

鐵系釉；花崗石；玻璃；紅土；燒成制度

鐵在硅酸鹽熔體中的作用機(jī)理已有研究，有關(guān)鐵系釉的報(bào)告時(shí)有出現(xiàn)［1-4］.如俞平利等［5］研究鐵對(duì)R2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃微晶化的影響；張術(shù)根等［6］認(rèn)為Fe2O3是CaO-Al2O3-SiO2體系比較有效的晶核劑，F(xiàn)e2O3在熱處理過程中誘導(dǎo)玻璃的分相，而玻璃的分相促進(jìn)了晶體的成核生長.國內(nèi)含鐵固廢物的研究多側(cè)重于微晶玻璃的研制.文［7］以高含鐵的固廢物高爐渣為主要原料制備微晶玻璃，并研究了鐵的析晶效應(yīng).本文選擇了含鐵量較高（9.8％）的深黑色花崗巖碎粉料（石材業(yè)的碎料和鋸切粉體）為主原料，同時(shí)引入碎玻璃和紅土作為輔助原料，研制鐵系釉并作相關(guān)研究.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 釉的配方設(shè)計(jì)

本研究的鐵系釉，以深黑色花崗石粉（山西黑）、廢窗玻璃粉和泉州紅土為原料配料，原料的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)w）如表1所示.配方釉式組成，如表2所示.其中：配方編號(hào)由其紅土含量和廢窗玻璃粉的含量決定，如0-20表示含紅土0％，窗玻粉20％，并由石粉補(bǔ)充至100％.

表1 原料的化學(xué)組成Tab.1 Chemical composition of the raw materials ％

表2 配方釉式組成Tab.2 Empirical formula of glaze mol

續(xù)表Continued table mol

1.2 燒成制度的設(shè)計(jì)

燒成過程中，F(xiàn)e2O3在氧化氣氛下，1 100℃以上開始分解形成Fe3O4和O2.反應(yīng)分兩步進(jìn)行［8］：

該反應(yīng)在1 200～1 250℃強(qiáng)烈進(jìn)行，放出大量的氧氣，氣泡排出會(huì)在釉的表面形成泡痕，并帶動(dòng)熔體中的鐵質(zhì)成分上升浮于釉面.鐵質(zhì)成分在泡痕附近富集，從而形成鐵的過飽和熔液，產(chǎn)生析晶形成如“油滴”等鐵系相變（分相和析晶）釉種.

根據(jù)鐵在硅酸鹽熔體中的高溫行為，分別以1 250，1 280，1 300℃為釉的最高燒成溫度，并在最高燒成溫度保溫30min，作為釉的燒成制度.

2 結(jié)果與分析

2.1 影像燒結(jié)分析

選擇不同配方進(jìn)行影像燒結(jié)溫度測(cè)試，以了解成分變化對(duì)釉的燒成溫度的影響，結(jié)果如表3所示.釉熔體呈流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的溫度不是很高，如果制作光澤黑釉，燒成溫度可以確定為1 200～1 230℃.

表3 影像燒結(jié)溫度測(cè)試結(jié)果Tab.3 Sintering temperature determined by image method ℃

從表3可以發(fā)現(xiàn)，碎玻璃的加入，使得釉料開始收縮的溫度極大降低，意味著釉料中液相出現(xiàn)提前，這有利于釉料中各成分間的反應(yīng)更加充分.但是由于玻璃粉中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，釉熔體的高溫粘度也相應(yīng)提高，這對(duì)氣體的排除將是不利的.此外，粘度的提高也使釉呈流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的溫度并未因碎玻璃加入而產(chǎn)生大的變化.

2.2 差熱分析

取幾組不同配方制備淬冷玻璃試樣進(jìn)行差熱分析（DTA），結(jié)果如圖1所示.從圖1中可以看出，各配方在1 100～1 250℃之間出現(xiàn)放熱峰，可以解釋為鐵質(zhì)引起分相和磁鐵礦析晶.在此溫度區(qū)間作合理的恒溫處理，利用分相和析晶作用，可以完成油滴釉或結(jié)晶釉等釉的制備，或避開分相和析晶作用以形成飴釉、光澤黑釉等.

圖1 不同配方制備淬冷玻璃試樣的DTA曲線Fig.1 DTA curves of quenched glass samples with different formulations

2.3 釉的燒成結(jié)果分析

2.3.1 玻璃粉-石粉相對(duì)含量變化對(duì)釉性狀的影響 在紅土含量不同的幾組釉中，玻璃粉-石粉相對(duì)含量的變化對(duì)釉性狀影響具有相似的規(guī)律.不加紅土的一組配方的釉燒結(jié)果，如表4所示.

從表4可知，在石粉中加入玻璃粉并加大含量時(shí)，釉面開始出現(xiàn)針孔.這是由于玻璃中含有的Na2SO4等組分在高溫下分解產(chǎn)生氣體造成的，同時(shí)，玻璃的引入使配方的SiO2含量升高導(dǎo)致熔體粘度變大.另外，隨著玻璃粉的含量增加，配方中的Fe2O3含量也降低，因而鐵質(zhì)的析出與富集現(xiàn)象逐漸減少.從表4中可以看出，純的石粉也可以成釉.

表4 不含紅土配方的釉燒結(jié)果Tab.4 Characters of glazes without red clay

2.3.2 粘土含量對(duì)釉性狀的影響 紅土含量的提高，使得配方釉式的中、酸性組分含量相對(duì)提高，如表5所示.當(dāng)玻璃粉含量低（以5％為例）時(shí)，隨著紅土含量的提高，釉色由黑色向紅色過渡，而析出的鐵質(zhì)斑點(diǎn)由紅色轉(zhuǎn)為暗灰色，意味著富集鐵質(zhì)由褐鐵礦向磁鐵礦變化.但當(dāng)玻璃粉含量較高（以15％為例）時(shí)，析出鐵質(zhì)的礦物成分變化并不明顯，因此釉色幾乎不發(fā)生變化.

表5 不同玻璃粉含量配方的釉燒結(jié)果Tab.5 Characters of glazes with glass dust 5％and15％

2.3.3 燒成制度對(duì)釉性狀的影響 從表4，5中可以說明，燒成制度對(duì)釉性狀有影響.在玻璃粉含量少的配方中，隨著燒成溫度的升高，釉由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色或黑色釉面出現(xiàn)紅色及暗色斑點(diǎn).因此，可以認(rèn)為高溫有利于鐵質(zhì)的分解與富集，這也是鐵系釉中“油滴”釉“、茶葉末”釉、“鐵金星”釉出現(xiàn)的機(jī)理.

3 結(jié)論與探討

以深黑色花崗石粉為主要原料，配合少量紅土和窗玻璃粉，可以制得飴釉、鐵紅釉、光澤黑釉、花釉，甚至“油滴”釉等多種類鐵系釉.花崗石粉的用量可以達(dá)到65％～100％.加入5％～10％的玻璃粉有利于產(chǎn)生相變型鐵系釉，紅土加入量也以5％～10％為宜.

利用DTA分析參數(shù)，分析鐵系釉的析晶與分相行為，以獲得光澤釉或分相、結(jié)晶釉；根據(jù)影像分析參數(shù)可以研究氧化物對(duì)釉熔體高溫行為的影響，確定合理的燒成溫度.

玻璃粉、黑色花崗石粉、紅土的含量直接影響釉的性狀；燒成制度的變化改變鐵的相變狀態(tài)，高溫有利于鐵的分相和鐵質(zhì)富集析出.

釉相變狀態(tài)受釉的高溫流動(dòng)性影響，在制品水平面及不同斜面部位呈現(xiàn)不同表觀性狀.平面狀態(tài)時(shí)能產(chǎn)生油滴狀斑點(diǎn)的釉，而在器物傾斜面上可能由于釉具有一定流動(dòng)性而形成流紋或無斑點(diǎn)出現(xiàn).流動(dòng)性較好的釉，此現(xiàn)象更為顯著.

［1］林星泵.利用磁鐵礦尾渣開發(fā)陶瓷鐵釉［J］.陶瓷科學(xué)與藝術(shù)，2009（1）：9-11.

［2］蔣鴻輝，游偉雄.鐵系金屬釉的制備與研究［J］.中國陶瓷，2008，44（1）：49-51.

［3］趙鴻聲.驚世神品鐵結(jié)晶釉［J］.山東陶瓷，2007，30（5）：44.

［4］武同青，羅瑞征.中溫炻器天目油滴釉的研制［J］.陶瓷科學(xué)與藝術(shù)，2003，39（6）：12-15.

［5］吳丹丹，俞平利.鐵對(duì)R2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2系玻璃微晶化的影響［J］.陶瓷學(xué)報(bào)，2006，27（4）：387-392.

［6］張術(shù)根，韋奇，王大偉.以Fe2O3作晶核劑的尾礦玻璃陶瓷晶化研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，1999，18（4）：76-80.

［7］俞平利，馬拴鎖.山西翼城高爐渣在微晶玻璃中的應(yīng)用［J］.華僑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，29（1）：17-21.

［8］祝桂洪，周健兒.陶瓷釉的配制基礎(chǔ)［M］.北京：輕工業(yè)出版社，1989.

A Research of Applying Powder of Jet Black Granite to Iron-Glaze

YU Ping-li，F(xiàn)EN Wei，LIU Pei-de
（College of Material Science and Engineering，Huaqiao University，Quanzhou 362021，China）

Iron-glazes were made of powder of jet black granite（as main content），glass dust and red clay（as auxiliary content）.Factors that influenced the character of glaze were investigated，including its component and the heating-up transformations.Results showed that when the amounts of jet black granite and red clay were among 65％～100％and 5％～15％，respectively，the glazes exhibited good performances.Enrichment and phase separation of ion occured easily at higher temperature.Adding red clay and glass dust to powder of jet black granite，could result various iron based glaze，such as iron red glaze，mirror black glaze，furnace transmutation and even“oil spot”glaze.

iron-glaze；granite；glass；red clay；temperature-time schedule

TQ 174.4+3

A

1000-5013（2010）04-0418-04

（責(zé)任編輯：黃曉楠 英文審校：陳國華）

2009-09-29

俞平利（1969-），女，副研究員，主要從事硅酸鹽材料的研究.E-mail：ypl@hqu.edu.cn.

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（D0610014）；華僑大學(xué)科研基金資助項(xiàng)目（08HZR02）