氧化氣氛制備鐵系結晶釉

王小芳

摘 要：本文主要介紹了鐵系結晶釉的制備，通過正交試驗法及單因素實驗法制備出一種燒成溫度為1310℃晶斑規(guī)則、大小與分布均勻，品質優(yōu)良的鐵系結晶釉。重點研究了石英、Fe2O3、骨灰、菱鎂礦等原料化學組成對鐵系結晶釉的影響，同時還分析了燒成制度對鐵系結晶釉的影響。

關鍵詞：鐵系;結晶釉;化學組成;燒成制度

1 前 言

鐵系結晶釉是陶瓷結晶釉系列中出現最早的一個品種，早在宋代就有關于鐵系結晶釉產品生產的記載，之后還出現了一些極為名貴的鐵系結晶釉產品，如南宋時福建窯所出的“建盞”，清代乾隆時的“茶葉末”和雍正時的“鱔皮綠”所裝飾的產品等[1]。

筆者所在的德化陶瓷產區(qū)，鐵系結晶釉的產品需求量較大，為了有利于該類產品的批量生產，在傳統(tǒng)鐵系結晶釉的基礎上，我們進行進一步的研究。主要運用陶瓷工藝原理和現代制釉技術，合理控制工藝條件，以普通陶瓷礦物原料為主，添加適量的化工原料制釉，在電爐中以氧化氣氛燒制成功晶斑規(guī)則、大小與分布均勻，釉面平滑光潤、品質優(yōu)良的鐵系結晶釉。

2 實驗過程

2.1 坯料

選用德化市場上買來的泥段，加入水玻璃化漿，調節(jié)好泥漿的流動性觸變性等性能，之后用石膏模注漿成型、脫模、干燥及修坯。

2.2 釉料

2.2.1 釉用原料

釉用原料有鉀長石、高嶺土、滑石、石英、石灰石、氧化鐵、骨灰、菱鎂礦等礦物原料。

2.2.2 工藝流程

制備工藝流程如下圖1。

2.2.3 釉料工藝參數

用天平準確稱取各釉用原料，按料：球：水=1：2：0.8的比例，裝入球磨罐在球磨機中濕法快速研磨20 min左右。采用噴釉、浸釉、澆釉等方法施釉。為便于控制釉層厚度，可采取浸釉與噴釉相結合或多次噴釉的方法。釉漿比重控制在1.27 ～ 1.35之間，釉層厚度為0.5 ～ 1.5 mm。

由于所施釉層較厚，為了增強施釉前坯體的強度和吸水率，便于施釉，故采用低溫素燒高溫釉燒的二次燒成工藝。素燒溫度為800 ～ 900℃，釉燒溫度為1300 ～ 1310℃，高溫保溫10 ～ 30 min，燒成周期為4 ～ 5 h。

2.3 實驗方案

根據相關資料，挑因素，選水平，制定實驗方案表。因素水平表、正交試驗表分別見表1及表2。

經過一系列正交試驗，根據以上試驗結果，我們優(yōu)選出了下面幾組配方再做單因素的優(yōu)化實驗，單因素實驗方案表如表3。

3 實驗結果分析與討論

3.1 釉料化學組成對鐵系結晶釉的影響

形成結晶的主要原因是在燒制過程中釉料熔融時產生了液液和骨灰分相，釉液的一部分分離冷卻后成為鐵的微晶體;另一部分冷卻后變成玻璃質形成釉，這一變化是由釉的化學組成所決定的。因此，合理的釉料化學組成是形成鐵紅釉的先決條件。

3.1.1 石英對鐵系結晶釉的影響

石英是釉中二氧化硅的主要來源，把石英加入到釉中，可提高釉面的耐磨性、硬度、白度、透明度以及化學穩(wěn)定性。由實驗可知，當石英含量為24%時，釉面具有高的強度和白度。

3.1.2 氧化鐵對鐵系結晶釉的影響

鐵在硅酸鹽熔體中存在著低價鐵離子Fe2+、高價鐵離子Fe3+兩種價態(tài)，而且兩種價態(tài)往往總是存在，存在的比例依氧化-還原條件而不同。鐵在瓷釉中的著色效果，主要表現在玻璃相中。Fe2+和 Fe3+在玻璃相中存在著平衡關系：Fe2O3=2FeO+1/2O2 ，還原條件下，形成的FeO溶于釉熔體中，能和SiO2能生成FeSiO3，使釉中著色變化從青色到暗灰色。氧化條件下，容易析出a-Fe2O3，分散在釉的熔體中，使釉的著色變化由黃色到紅褐色，當Fe2O3發(fā)生富集或偏析時，就會形成花斑或晶體，鐵的氧化分散溶解在釉中時，引起釉色變化。氧化氣氛有利Fe2O3的存在，FeO被氧化成Fe2O3，釉色向紅色方向發(fā)展，反應式為：FeO+O2→Fe2O3，反應進行的越完全釉色越紅，上述的反應都是在釉熔融前進行的。

鐵系結晶釉實際上是鐵的化合物的過飽和溶液與骨灰的液相分相結合成磁鐵礦的小晶聚合體，鐵氧化物富聚和骨灰分相在高溫下發(fā)生分相產生鐵紅金斑，隨著溫度升高反應不斷加劇、氧化分解到一定程度，骨灰分相產生結晶。由實驗可知，當氧化鐵含量為10%時，晶花明顯。

3.1.3 骨灰對鐵系結晶釉的影響

骨灰可做助熔劑，其助熔作用較緩慢，可使釉面光澤度提高，色調柔潤，同時可促使液相分離，形成結晶釉。由實驗可知，當骨灰含量為9%時，釉面光澤度較好，形成結晶釉。分析原因主要是骨灰里面主要含有P2O5對鐵釉有結晶分相的作用，促使液相分離，形成結晶釉。

3.1.4 菱鎂礦對鐵系結晶釉的影響

菱鎂礦用作釉的熔劑，能擴大釉的熔融溫度范圍，在還原焰燒成時，能增加釉的白度，防止釉面龜裂，但用量不可太多，否則釉面光澤不良，甚至引起禿釉。由實驗可知，當菱鎂礦含量為6%時，擴大釉的熔融溫度范圍，且釉面效果較好。

3.2 燒成制度對鐵系結晶釉的影響

試驗中，最高燒成溫度定為 1300 ～ 1310℃。當最高溫度設定為1310℃時，保溫時間為30 min時，釉面光澤度比較高，釉面效果呈色最好，晶花斑最明顯。當燒成溫度更高時，氧化鐵會分解，生成氧化亞鐵和氧氣，使釉中的氧化鐵減少，氧化亞鐵增加，釉色向暗紅色發(fā)展，同時晶花隨之減少。

4 結 論

（1）釉中要有適量的鐵含量。當釉中含有8 ～ 10%的Fe2O3時就會形成鐵的飽和液，利于鐵紅晶斑的形成。

（2）釉中骨灰含量增加到9%時，促使液相分離，有利于形成結晶釉。

（3）釉層要有一定的厚度，以0.8 ～ 1.2mm為宜。

（4）燒成制度要合理。低溫階段可快速升溫，高溫1200℃以上要緩慢升溫，最佳燒成溫度1310℃，且在最高溫保溫30 min，能夠保證釉面平整光亮，結晶體規(guī)則整齊。

參考文獻

[1] 施建球， 沈暗娣. 隧道窯燒成鐵系結晶釉的研制[J]. 江蘇陶瓷， 2003， 36（4）：34-35.

[2] 張云洪. 陶瓷工藝技術[M]. 化學工業(yè)出版社， 2006.

[3] 李家駒.陶瓷工藝學[M]. 輕工業(yè)出版社， 2001.