宜興鈞陶工藝性能的初步研究

吳琳　張茂林　吳軍明　李其江　熊露

摘 要：本文以宜興鈞陶胎體為研究對(duì)象，采用能量色散X射線熒光能譜儀、X射線衍射儀、熱膨脹儀等手段，對(duì)樣品胎的主、次量元素組成、物相組成和物理性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并通過縱向比較綜合分析了各時(shí)期宜鈞胎體的工藝特征及性能變化，為復(fù)仿制工藝及后期深入研究打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：宜鈞；工藝特征；物相組成；燒成溫度；性能

1 引言

宜興地處長(zhǎng)江三角洲太湖流域，陶瓷歷史淵源流長(zhǎng)。先民們從原始社會(huì)新石器時(shí)期就開始制陶，迄今為止從未中斷。元、明、清以來，宜興一直是江南地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化活動(dòng)中心之一[1-2]。除了眾所周知的紫砂以外，豐富多彩的宜鈞也深得市場(chǎng)歡迎[3]。宜鈞是指宜興生產(chǎn)的一種帶釉的陶器，其制釉方法是在胎上施以黑釉，然后灑以白釉，燒成時(shí)兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成乳光釉區(qū)，并流淌成藍(lán)色的兔絲紋，濃處則成乳白，若不流淌則成乳白或藍(lán)色乳光點(diǎn)。它所用胎質(zhì)有兩種，一種是灰白的炻胎，另一種是紫砂胎[4]。宜興鈞陶胎、釉的外觀特征取決于它們的化學(xué)組成、所用原料、燒成溫度和燒制工藝。本文主要研究宜興鈞陶胎的物理化學(xué)性質(zhì)，分析鑒別它們的特征，為復(fù)仿制工藝及后期深入研究打下基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在南京博物院的支持和幫助下，筆者采用現(xiàn)代分析技術(shù)，對(duì)江蘇宜興古窯址考古發(fā)掘出土的三個(gè)時(shí)期（清初、清早、清中）宜興鈞陶樣品的化學(xué)組成、燒成溫度、吸水率等物理性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，探討并分析不同時(shí)期宜興鈞陶工藝性能的特點(diǎn)。

本文采用美國(guó)EDAX公司生產(chǎn)的EagleⅢ型能量色散X射線熒光能譜儀測(cè)試宜鈞胎的化學(xué)組成；采用德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的D8-Advance 型X射線衍射儀分析宜鈞胎的物相；采用德國(guó)耐馳DIL402C熱膨脹儀測(cè)試不同時(shí)期宜鈞胎的燒成溫度；利用煮沸法測(cè)試分析樣品的吸水率、顯氣孔率。

3 分析與討論

3.1 成分分析

宜鈞樣品胎的化學(xué)組成如表1所示（其中QC、QZ和QZH分別代表清初、清早和清中時(shí)期樣品）。

從表1可知，各時(shí)期宜鈞胎中的主、次量元素含量差異并不大，Al2O3含量在20.81%～28.29%，SiO2含量在59.67%～73.18%。為了更細(xì)致地觀察各時(shí)期宜鈞樣品胎元素組成的變化，筆者利用spss軟件對(duì)宜鈞樣品部分元素做散點(diǎn)圖，如圖1、圖2所示。從圖1和圖2可以看出，不同時(shí)期的宜鈞樣品大多數(shù)混雜在一起，但是清中時(shí)期樣品胎中元素組成相比清初時(shí)期更為集中，表明隨著時(shí)間的推移，宜鈞胎體配方更為穩(wěn)定。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，宜興陶土一般分為白泥、甲泥、嫩泥三大類，其中甲泥是一種以紫砂為主的雜色粉砂質(zhì)黏土，而宜鈞胎體的原料配方有兩類，分別是紫砂泥和白泥。為此，將宜鈞的胎體成分與宜興紫砂泥、白泥原料[4]作對(duì)比分析。宜興紫砂泥、白泥的化學(xué)組成如表2所示。用SPSS軟件對(duì)宜鈞胎、宜興紫砂泥和宜興白泥的主、次量元素含量做因子分析，利用所提取的兩個(gè)主因子做散點(diǎn)圖，如圖3所示。從圖3可以看出，宜興白泥與宜興紫砂泥各處在一個(gè)區(qū)域，宜鈞胎大部分聚集在一個(gè)區(qū)域，并和宜興白泥混為一類。少數(shù)宜鈞胎則與宜興紫砂泥混合在一起。

相關(guān)研究表明，宜興紫砂泥和白泥相比，F(xiàn)e2O3、Al2O3的含量較高[5]。為此作宜鈞胎體、宜興紫砂泥、宜興白泥的Fe2O3、Al2O3和TiO2散點(diǎn)圖，如圖4所示。觀察圖4可發(fā)現(xiàn)，在研究的樣品中，大部分的宜均胎體成分與宜興白泥較為接近，少量則與宜興紫砂泥類同，這與圖3的因子分析結(jié)果是相符的。宜鈞胎體樣品中有三個(gè)樣品Fe2O3的含量相對(duì)較高，且Al2O3的含量也同樣偏高，而這三個(gè)樣品在圖中正好與宜興紫砂泥在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，再次證明含F(xiàn)e2O3較高的宜鈞樣品胎體應(yīng)是以當(dāng)?shù)刈仙澳酁橹饕?，而其他宜鈞樣品胎體是以當(dāng)?shù)匕啄酁樵稀?/p>

3.2 工藝探析

對(duì)宜興鈞陶具有代表性的樣品進(jìn)行X衍射物相分析，如圖5所示。由圖5可知，清初時(shí)期QC-3樣品胎的主要晶相是石英；清早時(shí)期，QZ-8樣品胎中主晶相除了有大量的石英，還出現(xiàn)了少量的莫來石，QZ-14樣品胎的主要晶相只有石英；清中時(shí)期，QZH-4樣品胎中的主晶相為石英和莫來石。這三期樣品胎體共同點(diǎn)在于都含有石英，不同的是清中期含有一定量的莫來石，早期部分含有少量的莫來石，而初期則沒有，說明這兩個(gè)時(shí)期的樣品燒制溫度應(yīng)該高于初期，或者是原料加工更加精細(xì)，研磨均勻且顆粒度較小。莫來石的主要成分是3Al2O3·2SiO2，通過表1可以看出，清初時(shí)期樣品QC-3胎中的Al2O3含量相對(duì)最低的，清中時(shí)期樣品QZH-4胎中的Al2O3含量達(dá)26.38%，Al2O3含量的增加為莫來石的生成提供了必要條件。除了Al2O3含量的增加，莫來石的生成與否還取決于燒成溫度。

莫來石的形成過程[6]如下：

（1）在600 ℃以前，高嶺石進(jìn)行脫水。

（2）從600 ℃開始：

Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2（偏高嶺石）+2H2O

（3）在925 ℃以后：

2（Al2O3·2SiO2）→2Al2O3·3SiO2（尖晶石型新結(jié)構(gòu)）+SiO2

（4）在1050～1100 ℃時(shí)，尖晶石型新結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)化成莫來石：

3（2Al2O3·3SiO2）→2（3Al2O3·2SiO2）（莫來石）+5SiO2

莫來石是從1050 ℃開始形成的，在1150～1250 ℃溫度范圍內(nèi)，莫來石會(huì)迅速形成，清初時(shí)期陶坯的燒成溫度約1090 ℃，雖達(dá)到了莫來石的生成溫度，但莫來石晶相的生成量較小，坯體主晶相為石英；清早、清中時(shí)期燒成溫度達(dá)到了1160 ℃甚至更高，莫來石開始迅速大量生成。莫來石本身具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等性質(zhì)，它的大量產(chǎn)生能夠賦予陶瓷制品良好的性能。通過觀察樣品的外表特征，也可發(fā)現(xiàn)清中時(shí)期胎體的致密度、表面光澤度等性能較清初、清早略好。從整體上看，宜鈞各期燒制溫度呈上升趨勢(shì)，燒制工藝逐步提升。

本文利用煮沸法測(cè)試分析樣品的吸水率、顯氣孔率，同時(shí)采用德國(guó)耐馳DIL402C熱膨脹儀測(cè)試不同時(shí)期宜鈞胎的燒成溫度，獲得部分宜鈞胎體的物理性能如表3所示。從表3可以看出，清代宜興鈞陶的吸水率大致在2.60%～9.10%，氣孔率在6.00%～18.17%，體積密度在1.59～2.63 g/cm3?？傮w來說，清代宜興鈞陶的吸水率和氣孔率較高，體積密度較小。

為了更準(zhǔn)確地分析清代各時(shí)期宜興鈞陶樣品的體積變化、氣孔率及吸水率規(guī)律，利用SPSS軟件繪制三維散點(diǎn)圖和均值表，分別如圖6、表4所示。

從圖6和表4可以看出，隨著時(shí)間的發(fā)展，宜興鈞陶的吸水率、顯氣孔率均呈下降趨勢(shì)，吸水率的均值從清初的6.32%降至4.29%，顯氣孔率也由13.05%降到10.48%。體積密度則與之相反，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，清中時(shí)期均值最高，達(dá)到了2.40 g/cm3。通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，從清初到清中，胎體的燒結(jié)程度相應(yīng)提高，胎質(zhì)相對(duì)更致密。同時(shí)，根據(jù)表3熱膨脹儀測(cè)試胎體的燒成溫度結(jié)果可以看出，清代宜興鈞陶樣品的燒成溫度呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，清初、清早的胎體在1090 ℃、1162 ℃左右的溫度下燒制，而清中時(shí)期宜興鈞陶的燒成溫度達(dá)到了1213 ℃。燒成溫度升高，低共熔體增多，體積收縮，液相增多并逐步填充顆粒間空隙，從而使得氣孔率和吸水率都相應(yīng)減小，體積密度相應(yīng)增大，胎體更成熟。結(jié)合表3還可發(fā)現(xiàn)，三個(gè)時(shí)期吸水率都在2%～9%區(qū)間內(nèi)，相比一般陶器的吸水率是較低的，因此，在某種程度上可以說，清代宜鈞胎體達(dá)到了精陶器[6]的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

（1） 研究結(jié)果表明，宜鈞的吸水率、顯氣孔率隨著時(shí)代的變遷而減小，體積密度則隨之增大；清初和清早的宜興鈞陶主要晶相為石英，而清中時(shí)期出現(xiàn)了莫來石，這主要是由于清中的燒成溫度較高，達(dá)到了1200 ℃，胎體更致密，燒制工藝更成熟。

（2） 根據(jù)宜鈞胎的化學(xué)組成及物性分析，宜鈞胎體配方采用了宜興當(dāng)?shù)氐陌啄嗪妥仙澳酁樵?。隨著時(shí)代變遷宜鈞胎體原料配方變化不大，但工藝性能更趨穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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