日用陶瓷無鉛光澤釉的實(shí)驗(yàn)分析

張 雷

（江蘇省陶瓷研究所有限公司，宜興 214221）

1 前言

陶瓷在我國有著悠久的歷史，數(shù)千年的發(fā)展使陶瓷成了中國歷史的一個(gè)重要組成部分。而釉是瓷器最直接的外觀特征，是構(gòu)成瓷器的重要因素。顏色釉是覆蓋在陶瓷制品表面的具有某種固有色澤的有色玻璃質(zhì)薄層，因其制備工藝簡(jiǎn)單、成品率高、呈色穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地生產(chǎn)使用。近百年來的工業(yè)化發(fā)展早已使得陶瓷制品可以大規(guī)模生產(chǎn)，陶瓷產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶并滲透到人們生活的方方面面。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的持續(xù)提高，人們對(duì)物質(zhì)條件和精神需求越來越重視；陶瓷產(chǎn)品不僅對(duì)質(zhì)量的要求愈來愈嚴(yán)格，產(chǎn)品的美觀和品味也受到越來越多的關(guān)注。對(duì)陶瓷生產(chǎn)而言，優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品不僅能夠增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，占據(jù)更多的市場(chǎng)份額，其陶瓷生產(chǎn)配方和工藝的進(jìn)步也切實(shí)關(guān)系到現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)商的自身利益。

本實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)注漿成型坯體，采用天然礦物原料、熔塊、化工原料相結(jié)合的方式，以鈷、釩及其色料為主要發(fā)色劑和不同的玻璃組成系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，探究無鉛光澤釉的影響因素。確定燒成最高溫度在1140℃至1160℃之間，燒成周期在8個(gè)小時(shí)以下的無鉛光澤釉料的配方。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)以鉀長(zhǎng)石、方解石、燒滑石、高嶺土、石英等天然礦物為主，通過硼熔塊、333熔塊等預(yù)制熔塊引入硼、鉛等易溶于水或者有毒、有害原料，以陶瓷色料海碧藍(lán)、釩鋯藍(lán)為主要著色劑，深灰、變色藍(lán)為調(diào)色劑。其化學(xué)組成及規(guī)格如表1所示。

表1 原料化學(xué)組成（wt%）

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備及規(guī)格如表2所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)以常規(guī)的陶瓷釉料制備方法，選擇適當(dāng)原料分為兩層確定實(shí)驗(yàn)配方：基礎(chǔ)配方的確定和色料含量的確定。

通過查閱資料，以適合1140℃燒成的基礎(chǔ)玻璃系統(tǒng) Ca-Zn-B、Ca-B、Ca-Mg-B、Ca-Mg-Zn-B、Mg-Zn-B、Ca-Zn-Pb、Ca-Pb、Ca-Mg-Pb、Ca-Mg-Zn-Pb、Mg-Zn-Pb等為基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)整配方中不同原料的組分來調(diào)整玻璃系統(tǒng)的基本組成，達(dá)到調(diào)節(jié)釉面效果和確定基礎(chǔ)配方的目的。因本實(shí)驗(yàn)中所使用的色料由金屬氧化物、礦化劑和載色母體在高溫下煅燒制得，其結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且配方實(shí)驗(yàn)的燒成溫度遠(yuǎn)低于色料合成溫度；故將色料作為外加成分，不加入玻璃系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成。在調(diào)色階段，主要通過調(diào)節(jié)海碧藍(lán)、釩鋯藍(lán)這其中一種或幾種陶瓷色料的含量以控制釉層呈色。

2.3 工藝流程

2.3.1 坯體的成形

采用注漿料和石膏模具注漿成形，經(jīng)修坯后素?zé)齻溆?。流程如圖1所示。

2.3.2 釉料的制備

按照配方要求使用電子天平準(zhǔn)確稱量配料，加入干料質(zhì)量0.8%的稀釋劑硅酸鈉并按照料球水比例為1∶2∶0.7裝磨進(jìn)行球磨，快速球磨8min后過80目篩后倒出釉漿，流程如圖2所示。

2.3.3 上釉及燒成

圖2 釉料制備流程示意圖

表3 燒成制度

采用噴釉的方法，對(duì)注漿成型的陶瓷罐素坯分別施釉，干燥后使用電窯爐在1140℃全氧化氣氛下燒成。燒成制度如圖3和表3所示。

3 實(shí)驗(yàn)過程

低溫陶瓷制品能夠熔融的無機(jī)化合物主要有：硼、鉛、鈉、鋰等。因?yàn)檠趸c膨脹系數(shù)過大，在釉料中不可過多引入，而鋰長(zhǎng)石價(jià)格持續(xù)攀升，生產(chǎn)成本過大，故本節(jié)無鉛釉配方實(shí)驗(yàn)使用硼為主要低溫熔劑。

3.1 配方設(shè)計(jì)

通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)并結(jié)合參考書籍，現(xiàn)以硼、鈣、鈉為主要熔劑，鋅為助熔劑，設(shè)計(jì)下列實(shí)驗(yàn)配方以確定無鉛硼釉的基本配方。配方如表4所示。

圖3 燒成溫度曲線

表4 實(shí)驗(yàn)配方（wt%）

圖4 試樣燒成圖片

3.2 試樣效果

表4中配方經(jīng)施釉燒成后效果如圖4所示。

3.3 結(jié)果分析

A1和A2試樣燒成后釉面光滑平整，試片中央部位顏色明顯區(qū)別于邊緣。經(jīng)計(jì)算，A1試樣基礎(chǔ)釉配方的高溫理論黏度為158.8Pa·S，A2試樣基礎(chǔ)釉配方的高溫理論黏度為166Pa·S；兩個(gè)試樣的理論高溫黏度遠(yuǎn)低于馬鐵成學(xué)者提及的200Pa·S，故其釉面有明顯的因流釉產(chǎn)生的流紋和顏色不均。A3試樣表面有較大的針孔，據(jù)分析因方解石加入量過多和施釉缺陷形成。A4試樣釉面顏色與海碧藍(lán)色料發(fā)色有較大誤差，釉面發(fā)白且有較多細(xì)小針孔，系施釉缺陷引起。

3.4 配方調(diào)整

通過對(duì)照其他未添加碳酸鋇的組別，釉面亮度無明顯區(qū)別，為了降低生產(chǎn)成本和減少有毒化工藥品的污染，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)配方中不再添加碳酸鋇。在A4配方基礎(chǔ)上逐量增加鉀長(zhǎng)石質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低鋅含量，適量調(diào)整硼含量，提高釉熔體中Al2O3含量，以提高釉熔體高溫黏度。同時(shí)，增加釩鋯藍(lán)色料，釩鋯藍(lán)顏色基礎(chǔ)釉中通過鈉長(zhǎng)石或玻璃粉引入氧化鈉或增加鉀長(zhǎng)石含量或把鉀長(zhǎng)石換為白云石，增加釉熔體表面張力，降低高溫黏度，以促進(jìn)釉面更加平滑。其配方如表5所示。

表5中配方經(jīng)施釉燒成后效果如下圖5所示。

3.5 結(jié)果分析

A1-1、A2-1和A4-1配方均已達(dá)到成品要求。A1-1色料含量更多，其硼分相效果也更顯著，A2-1只含有A1-1一半的色料，但是其發(fā)色效果卻比A1-1更加明顯。經(jīng)過分析和查閱資料，釉料中鉀長(zhǎng)石含量提高能夠明顯地促進(jìn)海碧藍(lán)色料的呈色，同時(shí)由于長(zhǎng)石帶入一定量的鋁含量從而增加了分相的難度，使得釉面呈色更加均勻。A3-1配方中采用鈉長(zhǎng)石取代鉀長(zhǎng)石，釉層明顯開裂。因?yàn)殁c在常用釉料氧化物中的膨脹系數(shù)最大，同時(shí)降低釉料高溫黏度使其黏附在坯體上的釉熔體下滑，釉層薄而膨脹系數(shù)大，導(dǎo)致釉層在冷卻時(shí)受到的拉應(yīng)力超過了釉層強(qiáng)度使其開裂。A4-1試樣使用方解石取代白云石后釉面發(fā)白，有乳濁效果，不如白云石為原料的釉層有玻璃質(zhì)感。

表5 實(shí)驗(yàn)配方（wt%）

圖5 試樣燒成圖

4 結(jié)論

釉料中硼、鉛和鈉等熔劑成分的含量直接影響到釉面的平整度，試樣中熔塊含量在25%以下時(shí)，釉體表面均有明顯氣孔。對(duì)于光澤釉，在保證釉料高溫黏度不至流釉的情況下，釉料配方中的氧化鋁含量應(yīng)盡可能地少，以提高釉面光澤度。

表6 光澤釉配方范圍（wt%）

綜上所述，在1140℃至1160℃之間燒成的成熟的光澤顏色釉配方可以大致確定如表6中所示范圍。