欽州坭興陶泥料工藝性能研究

周三平 石海信 陳 延 王廷革 王愛榮 陸 婷

(1 欽州市坭興陶研究中心 廣西 欽州 535000)(2欽州學(xué)院石油與化工學(xué)院 廣西 欽州 535011) (3 廣西欽州千秋陶業(yè)有限公司 廣西 欽州 535000)

前言

坭興陶是采用廣西欽州特有的白泥(又稱東泥、五花泥、母泥)、紅泥(又稱西泥、紫紅泥、公泥)這2種陶土按不同比例混搭成泥料來制作的[1]。白泥與紅泥均屬天然礦物，礦藏地分別位于欽江東、西兩岸，東、西兩岸不同礦層因成礦條件不同，所以陶土成份也有差異。而陶土成分的差異，會直接影響到制陶工藝(煉泥、成形、雕刻、燒制、打磨)及陶器質(zhì)地。從泥料加工性能來看，泥料的線收縮率及塑限與坭興陶坯品質(zhì)量關(guān)系較為直接。先看收縮率，目前市面上坭興陶以圓形器皿為主，因圓形器皿各部分呈曲線，過渡圓滑，收縮率較小，方形器很少見，主要是由于其棱角凸出、各部分過渡突兀，在燒制過程中呈銳角的棱形收縮率大，易開裂[2]。再看塑限，目前泥興陶加工成形工藝有拉坯成形、泥條成形、泥板成形、注漿成形、印坯成形、捏塑成形、模具成形以及3D打印成形等[3～4]，這些成形的工藝基礎(chǔ)有賴于泥料優(yōu)良的可塑性，而與可塑性關(guān)系最密切的衡量指標(biāo)之一是塑限。因此，探索清楚不同礦藏地陶泥的收縮性及塑限，對于調(diào)整制陶泥料配方，減少收縮率，以及練出塑性不同的泥漿以適應(yīng)各種成形工藝，有著極為重要的現(xiàn)實意義。為了弄清楚泥料收縮率與塑限這些工藝性能，一千多年來，制陶工匠們在實踐中不斷探索這方面知識，并將其充分運用到實際制陶生產(chǎn)過程中，但這些經(jīng)驗通常只限于師徒之間的口口相傳及手手相教授，這就造成了經(jīng)驗傳遞的偏差，在一定程度上影響了制陶工藝的改進(jìn)及陶器品質(zhì)的提升。本課題組針對存在的問題，采用現(xiàn)代測試設(shè)備，對采集于欽州坭興陶地理標(biāo)志保護區(qū)域的陶土的線性收縮率與塑限進(jìn)行測定，以便為制陶行業(yè)及相關(guān)科研人員系統(tǒng)地研究泥料性能，改進(jìn)練泥工藝提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與科學(xué)依據(jù)。

1 實驗儀器與方法

1.1 實驗儀器

FO310C 雅馬拓馬弗爐，Yamato scientific Chongqing 公司；BJ-800A多功能粉碎機，德清拜杰電器有限公司；DHG-9410A電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；AUY120電子分析天平，日本SHIMADZU公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 泥樣制取

在坭興陶陶土礦藏地用取樣鏟去除表面浮土，再挖取不同土層的泥料，去除可見根，每個樣品從確定的礦藏區(qū)5 m以內(nèi)的3個采樣點挖取并混合而成，樣品量約1 000 g，裝在真空樣品袋中，運回實驗室，在電熱鼓風(fēng)干燥箱于50 ℃干燥12 h, 粉碎過100目篩，取出置于玻璃干燥器中，冷卻后用塑料袋封存待測。

1.2.2 泥料線收縮率測定方法

參照GB/T 1548-2015 《陶瓷坯泥料線收縮率測定方法》，取1.2.1制作的泥料，加適量去離子水配成可塑性泥料，充分?jǐn)嚢琛⒛缶?，放在鋪有濕布的玻璃板上，上面再鋪上綢布，用碾棒沿不同方向反復(fù)碾滾，使泥團受力均勻，然后將泥塊表面滾平，去掉濕綢布，用鋼模具制成60 mm×10 mm×10 mm試條3塊，小心脫模后置于不銹鋼盤上，立即用印模壓印兩條相互垂直的標(biāo)線，用精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺測量相互垂直的兩標(biāo)線長度，取算術(shù)平均值(L0)。試條放置在室溫下陰干1 d，在陰干過程中注意翻動，防止變形，然后置于105 ℃烘箱中烘至恒重，測量干燥試條兩標(biāo)線長度并計算平均值(L1)。將干燥試條按1.2.3燒成工藝在馬弗爐中煅燒，測量冷卻的煅燒試條兩標(biāo)線長度并計算平均值(L2)。分別按公式(1)～(3)計算干燥線收縮率Y1、燒成線收縮率Y2和線總收縮率Y3：

×100%

(1)

(2)

(3)

1.2.3 試條燒成工藝

按先慢后快，達(dá)到燒成溫度后保溫，然后再緩慢降溫的燒成工藝進(jìn)行。具體燒成工藝曲線見圖1。

圖1 坭興陶泥料試條燒成曲線Fig.1 Firing curve of test strip of nixing clay

1.2.4 泥料塑限測定方法

采用滾搓法[5]測定。取1.2.1制作的泥料100 g，放在不銹鋼盤中加適量去離子水拌勻，濕潤過夜，取濕潤泥料放在手中揉捏至不粘手、捏扁，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時，表示含水量接近塑限；取接近塑限含水量的泥料8～10 g，用手握成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，手掌用力要均勻，土條要滾壓實無空心，土條長度小于手掌寬度。當(dāng)土條搓成3 mm時產(chǎn)生裂縫，并開始斷裂，此時試樣的含水量達(dá)到塑限含水量。取直徑3 mm有裂縫的土條3～5 g，用分析天平稱重(G0)，然后將該土條放入105 ℃烘箱中干燥至恒重(Gs)。按公式(4)計算塑限(Wp)。

×100%

(4)

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Origin 2016軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 泥料基本情況

泥料采集地點見表1。

表1 不同礦藏地泥樣Tab.1 Mud samples from different mineral deposits

從表1可知，采樣點地理位置包含了欽南區(qū)的沙埠鎮(zhèn)、康熙嶺鎮(zhèn)、黃屋屯鎮(zhèn)，欽北區(qū)大垌鎮(zhèn)這些行政區(qū)域內(nèi)欽江流域東、西兩岸的陶礦，具有一定的廣泛性和代表性。

2.2 泥料線收縮率測定結(jié)果與分析

白泥、紅泥及白泥與紅泥按不同配方混合后泥料線性收縮率測定結(jié)果見表2。

表2 欽州坭興陶不同來源陶土礦泥料線性收縮率(%)Tab.2 Linear shrinkage of clay from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

注：1. 數(shù)據(jù)為 ，n=3，同一列中字母相同表示差異不顯著(P<0.05)。2. B**H**代表二元混合泥料，其中B取位于欽江東岸沙埠鎮(zhèn)丁屋村泥料(B1)，H取位于欽江西岸黃屋屯鎮(zhèn)高坳底泥料(H4)，B與H右下角數(shù)字分別表示白泥與紅泥所占質(zhì)量比(表3與此相同)。

對表2數(shù)據(jù)，可從以下三方面分析：

1)白泥收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。B1、B2與B3泥料沒有顯著性差異，其余各泥料的干燥線收縮率有顯著性差異；B1泥樣干燥線收縮率最大，達(dá)(9.12±0.10)%，B6泥樣干燥線收縮率最小，僅為(3.94±0.14)%，若不考慮標(biāo)準(zhǔn)偏差(下同)，最大與最小線收縮率相差5.18%。②燒成線收縮率(Y2)。B2與B3無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異，B1泥樣燒成線收縮率最大，達(dá)(9.74±0.04)%，B6泥樣燒成線收縮率最小，為(1.32±0.13)%，最大與最小燒成線收縮率差值為8.42%。③線總收縮率(Y3)。B2與B3無顯著性差異，其余各泥樣有顯著性差異；B1泥樣線總收縮率最大，為(17.97±0.09)%，B6泥樣線總收縮率最小，為(5.21±0.17)%，最大與最小線總收縮率差值12.76%。由此可見，不同礦藏地白泥的收縮率各不相同，傳統(tǒng)采泥地丁屋村(B1)泥料收縮率還是較大的，使用時須注意充分考慮其收縮率對坯品及燒成品的影響。僅從收縮率角度考慮，位于沙埠鎮(zhèn)船埠環(huán)村的B6泥樣收縮率最小，具有較好的利用價值。

2)紅泥收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。不同礦藏地泥料的干燥線收縮率均有顯著性差異；H2泥樣干燥線收縮率最大，達(dá)(5.16±0.03)%，H4泥樣干燥線收縮率最小，僅為(2.41±0.12)%，最大與最小線收縮率相差2.75%。②燒成線收縮率(Y2)。H3與H4無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異；H2泥樣燒成線收縮率最大，達(dá)(8.32±0.04)%，H1泥樣燒成線收縮率最小，為(1.14±0.08)%，最大與最小燒成線收縮率差值為7.18%。③線總收縮率(Y3)。H5與H6無顯著性差異，其余各泥樣有顯著性差異，H2泥樣線總收縮率最大，為(13.05±0.05)%，H1泥樣線總收縮率最小，為(4.57±0.13)%，最大與最小線總收縮率差值8.48%。由此可見，不同礦藏地紅泥的收縮率各不相同，傳統(tǒng)采泥地丁屋村(H1)線總泥料收縮率最小，但牛頭灣(H2)泥料線總收縮率還是較大的，使用時也要注意考慮其收縮率對坯品及燒成品的影響。僅從收縮率角度考慮，傳統(tǒng)采泥地丁屋村紅泥泥樣收縮率最小，具有極佳的利用價值，要保護與珍惜，避免過度開采，使這一珍貴泥料過早采完。另外，白泥與紅泥相比，白泥線總收縮率最大與最小相差12.76%，紅泥為8.48%，由此可見，紅泥的線總收縮率相對較低，也較穩(wěn)定。

3)二元泥料收縮率。①干燥線收縮率(Y1)。B50H50與B55H45這二種配方的泥料沒有顯著性差異，其余各配方泥料的干燥線收縮率有顯著性差異；B45H55泥樣干燥線收縮率最大，達(dá)(5.76±0.16)%，B60H40泥樣干燥線收縮率最小，僅為(5.22±0.18)%，最大與最小線收縮率相差0.54%。②燒成線收縮率(Y2)。B50H50與B55H45無顯著性差異，其余各泥樣燒成線收縮率有顯著性差異，B45H55泥樣燒成線收縮率最大，達(dá)(8.63±0.08)%，B50H50泥樣燒成線收縮率最小，為(1.21±0.11)%，最大與最小燒成線收縮率差值為7.42%。③線總收縮率(Y3)。各泥樣均有顯著性差異，B45H55泥樣線總收縮率最大，為(13.89±0.13)%，B50H50泥樣線總收縮率最小，為(6.44±0.13)%，最大與最小線總收縮率差值7.45%。從收縮率角度看，傳統(tǒng)泥料配方"白泥軟為肉，紅泥硬為骨，相互按6∶4比例混合塑造燒制成形"有一定道理，這一配方干燥線收縮率最小，燒成線收縮率與線總收縮率均不是最大。

總的來說，不同礦藏地的白泥、紅泥其收縮率各不相同，紅泥收縮率總體比白泥要小些，也穩(wěn)定一些；白泥與紅泥按不同比例搭配后的的收縮率也各不相同，傳統(tǒng)配方是較為粗糙的配法，在具體制陶時，要根據(jù)陶器造型、制坯工藝先行試驗，確定最佳來源地泥料及最好配方，以便燒制出品質(zhì)絕佳的陶器。

2.3 泥料塑限測定結(jié)果與分析

白泥、紅泥及混合泥料塑限測定結(jié)果見表3。

表3欽州坭興陶不同來源陶土礦泥料塑限(%)

Tab.3 Plastic limit of clay minerals from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

泥樣塑限Wp泥樣塑限WpB131.09±2.24aH111.57±3.22aB231.88±0.53aH220.18±2.22bB328.11±0.58bH320.03±2.14bB433.85±1.07cH415.92±0.75cB528.94±1.05dH519.95±0.72dB621.35±0.31eH616.58±0.56dB40H6020.69±0.57aB55H4523.83±1.49bB45H5523.25±1.10bB60H4023.44±1.36bB50H5021.83±0.75b

對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分析：

1)白泥塑限。B1與B2塑限沒有顯著性差異，其余不同礦藏地泥料的塑限存在顯著性差異，其中塑限最大的為B4泥樣，達(dá)到(33.85±1.07)%，最小的為B6泥樣，僅(21.35 ±0.31)%，二者相差12.50%。從塑限來看，沙埠鎮(zhèn)東邊塘村的白泥(B4)具有較高的開采利用價值，傳統(tǒng)白泥礦藏地沙埠鎮(zhèn)丁屋村的泥料(B1)塑限大于30%，塑性較好，而位于沙埠鎮(zhèn)船埠環(huán)村的白泥(B6)塑性較差，作為坭興陶泥料使用價值較低。

2)紅泥塑限。H2與H3，H5與H6這二組泥料塑限沒有顯著性差異，其余不同礦藏地泥料的塑限存在顯著性差異，其中塑限最大的為H2泥樣，達(dá)到(20.18±2.22)%，最小的為H1泥樣，僅(11.57±3.22)%，二者相差8.61%。從塑限來看，大垌鎮(zhèn)牛頭灣的紅泥(H2)具有較高的開采利用價值，而位于沙埠鎮(zhèn)丁屋村的紅泥(H1)可塑性較差。另外，從塑限來看，白泥與紅泥相比，白泥可塑性均比紅泥要高。

3)二元泥料塑限。B45H55、B50H50、 B55H45與B60H40這四種比例的泥料塑限無顯著性差異。經(jīng)過二元組合后，各泥料的塑限均大于20%，塑性普遍變好，證明由塑性較好的白泥(B1)與塑性較差的紅泥(H4)二元組合后，既保留了白泥塑性好的工藝特點，又能改善紅泥塑性差難拌和的問題，從塑限的角度進(jìn)一步解釋了“坭興陶東泥軟為肉，西泥硬為骨，骨肉相互支撐”這一組合配方的優(yōu)點。

3 結(jié)論

1)不同礦藏地的白泥、紅泥其收縮率各不相同。白泥線總收縮率在(5.21±0.17)%～(17.97±0.09)%范圍內(nèi)，紅泥線總收縮率在(4.57±0.13)%～(13.05±0.05)%之間；紅泥收縮率總體比白泥要小些，也穩(wěn)定一些；白泥與紅泥按不同比例搭配后的的收縮率各不相同，制作陶器時，要根據(jù)陶器造型、制坯工藝先行試驗，以確定最佳礦藏地泥料及最好配方。

2)不同礦藏地白泥與紅泥的塑限各不相同。白泥塑限在(21.35±0.31)%～(33.85±1.07)%之間，紅泥塑限在(11.57±3.22)%～(20.18±2.22)%之間；將白泥與紅泥按不同比例組合成二元泥料后的塑限也各不相同，在(20.69±0.57)%～(23.83±1.49)%之間，二元組合泥料的塑限較高、較為穩(wěn)定，塑性也較有保證。