利用白崗巖制備硅酸鋅結(jié)晶釉的研究

蔣述興 胡曉林

(材料科學(xué)與工程學(xué)院，桂林理工大學(xué)有色金屬及材料加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004)

利用白崗巖制備硅酸鋅結(jié)晶釉的研究

蔣述興 胡曉林

(材料科學(xué)與工程學(xué)院，桂林理工大學(xué)有色金屬及材料加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004)

利用白崗巖為主要原料，以氧化鋅為結(jié)晶劑，以二氧化錳、氧化銅或氧化鐵為著色劑，成功制備出了硅酸鋅結(jié)晶釉。以晶核定位的方法解決了晶花生長(zhǎng)雜亂的弊端；根據(jù)氧化鋅、滑石和著色劑等含量不同對(duì)釉面花色的影響設(shè)計(jì)出了較好的配方；同時(shí)發(fā)現(xiàn)保溫時(shí)間也是影響結(jié)晶大小的重要因素。用XRD對(duì)釉層物相進(jìn)行分析，證明了所制備的樣品是硅酸鋅結(jié)晶釉。

白崗巖；晶核定位；硅酸鋅；結(jié)晶釉

0 前言

結(jié)晶釉是一種具有較高觀賞價(jià)值的藝術(shù)釉，是將適當(dāng)配方的陶瓷釉通過人為控制熱動(dòng)力學(xué)條件，使釉層內(nèi)產(chǎn)生晶體并長(zhǎng)大從而形成人工晶體裝飾的釉層。結(jié)晶釉是在我國古色釉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的藝術(shù)釉。遠(yuǎn)在唐代就有了結(jié)晶釉的研究，宋代在色釉的基礎(chǔ)上利用氧化還原氣氛制出了呈現(xiàn)絢麗多彩的微晶，如天目、茶葉末、鐵繡花、葡萄點(diǎn)、芝麻點(diǎn)等名貴的微晶結(jié)晶釉[1]。白崗巖是堿長(zhǎng)花崗巖的淺色變種之一?；瘜W(xué)成分和花崗巖相似，但SiO2含量＞75%，較花崗巖為高，屬超酸性巖石。其礦物成分幾乎全由長(zhǎng)石（70%）、石英（28%）構(gòu)成，僅有少量黑云母（2%）。目前國內(nèi)外對(duì)白崗巖的利用較少[2]，本文直接利用白崗巖為主要原料成功地制備出硅酸鋅結(jié)晶釉，這方面的研究未見報(bào)道，為白崗巖的實(shí)際利用開辟了一條新途徑。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

白崗巖、滑石、氧化鋅（AR）、二氧化錳（AR）、氧化銅（AR）、氧化鐵、羧甲基纖維素鈉（又稱CMC）。白崗巖、滑石、坯料化學(xué)成分見表1，白崗巖XRD圖見圖1。白崗巖與滑石作為釉的基質(zhì)，氧化鋅作為成晶物質(zhì)，分析純的二氧化錳、氧化銅和氧化鐵作為著色劑，CMC用來調(diào)節(jié)釉漿的懸浮性。

從白崗巖XRD圖可以看出，白崗巖所含主要礦物成分是長(zhǎng)石和石英。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1.3 結(jié)晶釉配方

本實(shí)驗(yàn)是在表3提供的基礎(chǔ)配方的條件下，通過改變不同物質(zhì)的含量，對(duì)結(jié)晶釉制備的影響進(jìn)行研究。

表1 原料及坯料的化學(xué)組成（w%）Tab.1 Chemical composition of raw materials and body

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器Tab.2 Experimental equipment and instruments

表3 結(jié)晶釉基礎(chǔ)配方（w t%）Tab.3 Basic recipe of crystalline glaze(wt%)

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

1.4.1 坯體的制備

取適量的工廠用坯泥（坯料化學(xué)組成列于表1），用模具將其壓制成直徑為5cm、厚度為0.5cm的圓片。

1.4.2 釉料的制備

將白崗巖、經(jīng)煅燒的滑石、經(jīng)煅燒的氧化鋅、羧甲基纖維素鈉（CMC）按一定配比放入球磨罐中濕法球磨10～12小時(shí)（料球水的質(zhì)量比為1∶2∶1）陳腐待用。

1.4.3 施釉

本實(shí)驗(yàn)采用先刷釉后浸釉的方法，刷釉克服了單純運(yùn)用浸釉方法使釉面產(chǎn)生微氣泡的缺陷。另外，本實(shí)驗(yàn)采用的是定位成核方式，在指定位置預(yù)埋40-50目ZnO顆粒作為晶種。將施釉結(jié)束的釉片放入烘干箱中干燥。

1.4.4 燒成

結(jié)晶釉的成功燒制不僅需要準(zhǔn)確的配方，更需要合理的燒成制度。本實(shí)驗(yàn)的燒成制度見圖2。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 氧化鋅含量對(duì)釉面的影響

ZnO是本實(shí)驗(yàn)的結(jié)晶劑，其含量的大小對(duì)產(chǎn)品結(jié)晶效果有很大影響。焦建新等[3]通過研究指出：硅酸礦的生長(zhǎng)活化能隨ZnO含量的增加而減少。他們認(rèn)為釉熔體中隨著ZnO含量增加，導(dǎo)致成晶物質(zhì)所需要越過的生長(zhǎng)勢(shì)壘下降，使活化分子數(shù)或原子數(shù)目增加，從而提高了硅鋅礦晶體的生長(zhǎng)速度。本實(shí)驗(yàn)所添加氧化鋅含量分別為16%、18%、20%、22%、24%、26%，所用的著色劑是氧化鐵。對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)碼照片見圖3。

由圖3看到，隨著ZnO含量增加晶花直徑呈變大趨勢(shì)，當(dāng)ZnO含量超過22%時(shí)，在沒有點(diǎn)種晶核的區(qū)域也產(chǎn)生了析晶現(xiàn)象，說明氧化鋅含量過多導(dǎo)致非點(diǎn)種晶核區(qū)域ZnO有一定過飽和度，從而析出了晶核,產(chǎn)生了不希望得到的晶花。所以氧化鋅含量在18%～22%較為適宜。

2.2 滑石含量對(duì)釉面的影響

滑石成分中的MgO在高溫下提供游離氧，可以降低熔體粘度，在釉料中起到降低熔融溫度的作用[4]。此外，MgO還能提高釉層的化學(xué)穩(wěn)定性，降低釉的膨脹系數(shù)[3]。本實(shí)驗(yàn)所添加滑石含量分別為15%、20%、25%、30%，所用的著色劑是氧化銅。對(duì)應(yīng)的樣品數(shù)碼照片見圖4。

由圖4可以看到隨著滑石含量的增加，晶花半徑有所增加；當(dāng)滑石含量過多（達(dá)到25%以上時(shí)）則對(duì)晶花的完整性造成影響。是因?yàn)楦邷叵禄械难趸V有助熔作用，使釉熔體粘度下降，從而使結(jié)晶釉較容易析晶，但氧化鎂含量過多會(huì)產(chǎn)生額外的晶斑，并且生成的晶花會(huì)部分熔化。所以滑石含量在20%附近較為適宜，此時(shí)的晶花大而完整光亮。

2.3 保溫時(shí)間對(duì)晶花的影響

王迎軍等[5]研究中發(fā)現(xiàn)：不同組成的釉料在不同的過冷度下，硅鋅礦的生長(zhǎng)速度各不相同，但晶體半徑R與生長(zhǎng)時(shí)間t成正比。所以可根據(jù)晶花大小要求確定保溫時(shí)間的長(zhǎng)短。如圖5是保溫時(shí)間分別為30min、60min、90min的樣品數(shù)碼照片，對(duì)應(yīng)的晶花尺寸分別為0.9cm、1.6cm、2.2cm。所用的著色劑是二氧化錳。

2.4 X R D分析

將樣品釉片的坯體部分盡量磨去，剩下晶花部分，并用瑪瑙研缽研細(xì)至200目以下，做X射線衍射分析，X射線衍射圖見圖6。從圖中可以看出，除去殘余坯體中的莫來石晶相和原料中未融化的石英晶相，結(jié)晶釉的主晶相為硅酸鋅。因此所制得的結(jié)晶釉為硅酸鋅結(jié)晶釉。

3 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)證明利用白崗巖為主要原料制備硅酸鋅結(jié)晶釉是可行的。

（2）制定出結(jié)晶釉的配方：白崗巖含量在58%～60%，ZnO含量在18%～22%，滑石含量在20%左右能獲得質(zhì)量較好的結(jié)晶釉。

（3）保溫時(shí)間對(duì)晶花大小有較大影響,隨著保溫時(shí)間增加,晶花半徑逐漸增大。

（4）通過X射線衍射分析得出，所制備的結(jié)晶釉為硅酸鋅結(jié)晶釉。

1 張鳳岐,結(jié)晶釉工藝.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1981.1～3

2 金達(dá)表,張兄明等.高純石英的加工工藝研究.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)報(bào),2004,6(22):44～48

3 焦建新,蘇良赫.硅鋅礦結(jié)晶釉的結(jié)晶研究-釉熔體中球粒結(jié)晶動(dòng)力學(xué)探討.硅酸鹽學(xué)報(bào),1988,16(1):19～26.

4 李家駒.陶瓷工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社.2001

5 王迎軍,劉康時(shí).結(jié)晶釉中硅鋅礦晶體的核化與生長(zhǎng).中國陶瓷,1986,89(6):1～9

Preparation of Zinc Silicate Crystalline Glaze with Alaskite

JIANG Shuxing HU Xiaolin
(Key Laboratory of New Processing Technology for Nonferrous Metals and Materials,Ministry of Education,College of Materials Science and Engineering,Guilin University of Technology,Guilin,Guangxi 541004,China)

Zinc silicate crystalline glaze was prepared with alaskite as principal raw material,ZnO as nucleation agent,and MnO2,CuO or Fe2O3as coloring agent.The problem of the disorderly growth of crystals was solved by localizing crystal nuclei.An optimal recipe was designed after considering the influence of the content of ZnO,talcum and coloring agents on glazing effect and a fancy crystalline glaze was prepared.It was found that holding time was an important factor affecting the size of the crystallization.Analyzing the phase of the glaze layer by XRD proved that the prepared sample was zinc silicate crystalline glaze.

alaskite;crystal nucleus locating;zinc silicate;crystalline glaze

on Mar. 31, 2012

T Q 1 7 4.4+3

A

1000-2278（2012）03-0335-04

2012-03-31

蔣述興，E-mail:jiangsx2002@yahoo.com.cn

JIANG Shuxing, E-mail: jiangsx2002@ yahoo.com.cn