建筑陶瓷裝飾用虹彩釉的研制

鮑志蕾，張軍劍，張 濤，邱輝輝

(江西陶瓷工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引 言

虹彩釉是一種在釉面產(chǎn)生顏色漸變，似彩虹一般的現(xiàn)代藝術(shù)釉。目前已被廣泛應(yīng)用于藝術(shù)、建筑陶瓷。虹彩釉析晶一般有錳-鉛-鋅系、鋰-鉛-鋅-鈦-釩系、錳-鉛-鋰系、鋰-鉛-硼系等，其中錳-鉛-鋅系產(chǎn)生虹彩現(xiàn)象機(jī)理是黑錳礦(Mn3O4)在高溫下析晶[1-3]。而且該體系下的虹彩釉燒成溫度在1150-1250 ℃，可滿足目前建筑陶瓷生產(chǎn)特點(diǎn)。因此，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可滿足建筑陶瓷裝飾要求的虹彩釉的制備研究，主要研究了釉料配方組成、釉層厚度和燒成工藝等對(duì)虹彩釉面效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)以鉛熔塊、ZnO、MnO2、NH4VO3、鉀長(zhǎng)石、石英、高嶺土作為制備虹彩釉的基礎(chǔ)原料。以鉀長(zhǎng)石、石英、高嶺土作為定量，考察鉛熔塊、NH4VO3、MnO2、ZnO四種原料的正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化配方。然后以單因素實(shí)驗(yàn)，分析燒成溫度、保溫時(shí)間、施釉厚度分別產(chǎn)生的影響，最終確定優(yōu)化的最終配方及工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的釉料制備，以料 : 球 : 水 = 1 : 2 : 0．7進(jìn)行快速球磨20-30 min，并能全部通過(guò)325目篩網(wǎng)控制釉的細(xì)度；采用浸釉的施釉工藝，在50 ℃溫度下干燥1 h，最后進(jìn)行燒制。

由于虹彩釉的評(píng)判主要靠觀察表面的虹彩效果、顏色漸變、析晶情況，故本實(shí)驗(yàn)通過(guò)目測(cè)對(duì)樣品進(jìn)行打分。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及評(píng)分如表2所示，通過(guò)正交分析發(fā)現(xiàn)，虹彩釉原料配方組成對(duì)釉面效果影響具有一定程度的影響。通過(guò)對(duì)表2正交實(shí)驗(yàn)得到的效果評(píng)分的結(jié)果進(jìn)行正交極差分析，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 原料的化學(xué)組成(wt.%)Tab.1 The chemical composition of raw materials (wt.%)

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及評(píng)分Tab.2 Design options and grades of the orthogonal experiments

表3 各因素極差分析Tab.3 Range analysis of various factors

經(jīng)過(guò)對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及釉面效果的分析，可以確定四種原料對(duì)虹彩效果的影響主次：MnO2(D) ＞鉛熔塊(A) ＞ ZnO(B) ＞ NH4VO3(C)，MnO2是最大影響因素。對(duì)于Mn-Pb-Zn-V系虹彩釉，在釉中析出大量的黑錳礦晶體(Mn3O4)，并且黑錳礦以三角錐晶體形狀生長(zhǎng)于釉中，同時(shí)(101)晶面與釉面平行。產(chǎn)生虹彩釉的的主要原因是黑錳礦晶體生成后緊密結(jié)合，在晶體錐面間的凹部充滿含有鉛的玻璃，當(dāng)光透過(guò)和反射相互作用，而出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。故從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以驗(yàn)證，MnO2含量在9-12%時(shí)，隨著含量增大，效果愈佳。但MnO2對(duì)釉面虹彩現(xiàn)象的影響是在一個(gè)特定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到15%時(shí)，虹彩效果會(huì)逐漸消失。主要原因是雖然黑錳礦晶體(Mn3O4)析出過(guò)多，在釉中已經(jīng)過(guò)飽和，且晶體發(fā)育過(guò)大，釉面不平整，導(dǎo)致失去虹彩效果。通過(guò)因素結(jié)果分析，確定最優(yōu)的水平組合為A3B1C2D2。

2.2 施釉厚度的影響分析

在結(jié)晶釉體系的虹彩釉中，施釉厚度起到十分關(guān)鍵的作用，它會(huì)影響釉中黑錳礦晶體的析晶與長(zhǎng)大，進(jìn)而影響虹彩效果。本實(shí)驗(yàn)在最優(yōu)配方基礎(chǔ)上，探討了不同施釉厚度對(duì)虹彩釉效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。當(dāng)釉面厚度在0．2 mm時(shí)，釉未出現(xiàn)虹彩效果，主要是因?yàn)橛詫舆^(guò)薄導(dǎo)致形成的晶體極度細(xì)小，并且釉層較薄，光線通過(guò)后，難以產(chǎn)生虹彩的必要條件。隨著釉層的厚度增加，虹彩效果愈加明顯。當(dāng)釉層厚度達(dá)到0．6 mm時(shí)，虹彩現(xiàn)象達(dá)到最佳效果。當(dāng)釉層繼續(xù)增厚，一方面實(shí)際已產(chǎn)生的虹彩效果被過(guò)厚的釉層掩蓋；另一方面，上釉較厚釉中容易產(chǎn)生氣孔、氣泡、開裂等缺陷，將影響光的反射和折射。

表4 上釉厚度對(duì)虹彩效果的影響Tab.4 Effects of different glaze thicknesses on iridescent glaze results

圖1 不同燒成溫度下實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖Fig.1 Experimental specimens obtained at different firing temperatures

2.3 燒成制度的影響分析

黑錳礦的產(chǎn)生需要滿足特定的燒成條件，包含升溫至最高溫階段、高溫保溫階段、自然冷卻至析晶溫度、降溫保溫階段以及最終冷卻階段。Mn-Pb-Zn-V系虹彩釉的燒成溫度通常在1180-1220 ℃，剛好為一般建筑陶瓷普遍燒制的溫度，黑錳礦的析晶溫度范圍在820-880 ℃[4-5]。燒成溫度影響釉面熔融狀態(tài)，同時(shí)也會(huì)影響釉中析晶。本實(shí)驗(yàn)在最優(yōu)配方基礎(chǔ)上，探討了不同燒成溫度(1160 ℃、1180 ℃、1200 ℃、1220 ℃、1240 ℃)對(duì)虹彩釉效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

當(dāng)燒成溫度為1180 ℃時(shí)，釉面光亮，但是黏度較大，熔融效果不佳；晶體數(shù)量不多，出現(xiàn)不明顯的顏色漸變，略有虹彩現(xiàn)象。當(dāng)燒成溫度達(dá)到1200 ℃時(shí)，釉面光亮，晶體大量出現(xiàn)，數(shù)量較多，且分布均勻。所以在圖1中體現(xiàn)虹彩效果好，釉中閃爍著金、紅、黃、棕、綠色的虹彩漸變。當(dāng)燒成溫度為1220 ℃時(shí)，釉面變得明亮，這是鉛玻璃熔體高溫熔融反應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)的原因。在該溫度下，晶體數(shù)量依舊較多，但是晶體有長(zhǎng)大及重疊現(xiàn)象，虹彩效果略有降低，且不均勻。當(dāng)繼續(xù)升高溫度達(dá)到1240 ℃時(shí)，釉面變得光亮且透，顏色加深出現(xiàn)深棕色，只有少量結(jié)晶產(chǎn)生，而且出現(xiàn)流釉，幾乎失去虹彩效果。綜上所述，最佳燒成溫度應(yīng)該控制在1200℃。以此為基礎(chǔ)，探討了降溫析晶溫度及保溫時(shí)間的影響，發(fā)現(xiàn)冷卻至860 ℃，保溫15 min有助于虹彩現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3 結(jié) 論

(1)采用正交實(shí)驗(yàn)探討鉛熔塊、ZnO、NH4VO3、MnO2四種原料對(duì)虹彩釉效果的影響。其中，MnO2是影響釉面虹彩效果的主要影響因素，MnO2高于15%時(shí)，黑錳礦晶體(Mn3O4)析出過(guò)多，在釉中已經(jīng)過(guò)飽和，且晶體發(fā)育過(guò)大，釉面不平整，導(dǎo)致失去虹彩效果。

(2)施釉厚度及燒成制度影響釉中黑錳礦晶體的析晶與長(zhǎng)大，厚度0．6 mm虹彩現(xiàn)象達(dá)到顯著效果；燒成溫度1200 ℃、析晶保溫溫度860 ℃、保溫時(shí)間15 min時(shí)，有助于虹彩現(xiàn)象的產(chǎn)生。