利用寶豐紫砂頁巖制備炻瓷

趙恩慧，邊華英，王學濤

（1.鄭州豫瓷緣文化傳播有限公司，鄭州 450002；2.河南建筑材料研究設計院有限責任公司，鄭州 450002；3.河南省科學院質量檢驗與分析測試研究中心，鄭州 450002；4.白鴿磨料磨具有限公司，鄭州 450199）

1 前言

隨著社會的進步和我國人民生活水平普遍進入小康社會，我國的經(jīng)濟增長階段已經(jīng)由嚴重依賴于工業(yè)經(jīng)濟和房地產(chǎn)經(jīng)濟轉向物質文明、生態(tài)文明和傳統(tǒng)文化并重的高質量發(fā)展階段，在探索實現(xiàn)共同富裕。在這個后疫情時代我們應該珍惜在家門口就業(yè)或創(chuàng)業(yè)的機會，綜合利用好家鄉(xiāng)的礦物質資源將其開發(fā)為高價值產(chǎn)品、特別是手工藝或文創(chuàng)產(chǎn)品，借助“一代一路”和中歐班列將凝集我們勤勞和智慧結晶的東方文化載體—陶瓷產(chǎn)品輸出到世界各地，以供給側改革的方式抓住時代發(fā)展的機遇。本研究旨在利用本地原料寶豐紫砂頁巖制備炻瓷，以促進地域礦物質資源的高價值綜合利用。

2 實驗

2.1 實驗原料

寶豐紫砂頁巖、焦作粘土

2.2 實驗設備

電子秤、球磨機、石膏模、烘箱、馬弗爐、便攜式顯微鏡

2.3 紫砂炻瓷制作

將取得的寶豐紫砂頁巖和焦作粘土按質量比85:15配料，采用剛玉質或尼龍球磨罐和高鋁或瑪瑙研磨球，以料:球:水=1:1:0.8 在輥式球磨機上研磨1～2h 后取出漿體，過60 目篩，以石膏模注漿成型胎體。以純紫砂頁巖為釉料，按料:球:水=1:1:2.5 在輥式球磨機上研磨2～4h 后取出漿體，過200 目篩，移入釉漿桶，以噴釉法施釉。注漿后胎體青坯經(jīng)靜停、陰干至具有一定強度、軟硬不再變形、適合脫模時進行脫模，經(jīng)修坯、施釉、1120～1150℃保溫90～120min 燒成可得到表面光滑具有光澤的紫砂炻瓷瓷件，也可不施釉，制得表面平滑無光的無釉炻瓷瓷件。

3 結果與討論

3.1 成分分析

原料經(jīng)河南建院建筑材料檢測有限公司檢測化學成分分析結果見下表1。

表1 所用本地原料化學成分質量分數(shù)(%)

本研究重在考察原料的制瓷性能，為了簡便起見，不引入相關助劑，將以上本地原料經(jīng)配比或單獨球磨后用作胎料和釉料進行瓷件制作，節(jié)約了研究時間。本研究所用紫砂頁巖釉符合素木洋一的《釉及色料》中記載的亞粘土釉、土釉技術[1]，所謂亞粘土釉或土釉是采用天然粘土或在粘土中加入必要的熔劑而制成的釉，比如美國著名的紐約州奧爾巴尼泥釉粘土很久以來就廣泛用作電瓷釉。

3.2 坯、釉式計算

坯、釉式是一種坯、釉料組成的表示方法，坯、釉料通常為混合物，可以采用示性礦物組成、化學組成或實驗式來表示坯、釉料組成，實驗式表示即采用各氧化物的物質的量的比例來表示，又稱為塞格爾式[1-3]。通常對于坯料取中性氧化物的物質的量之和為1，對于釉料取堿性氧化物的物質的量之和為1。

結合表1 分析結果，計算得坯式如下：

采用紫砂頁巖單一原料球磨后作為釉漿，計算得釉式如下：

3.3 燒成溫度曲線

本研究制品為陶炻質產(chǎn)品，燒成溫度不超過1200℃，根據(jù)系列試驗探索，最終確定燒成溫度曲線如下圖1 所示。

圖1 燒成溫度曲線

通常陶瓷的燒成時間占整個生產(chǎn)周期的1/3～1/4，燒成階段占總生產(chǎn)成本的40%，為了實現(xiàn)低碳節(jié)能科學制定燒成曲線十分必要。制定燒成曲線應注意以下幾點[2]：首先，在室溫～300℃為殘余水分蒸發(fā)階段，如欲快速升溫宜控制入窯水分＜2%，否則當溫度升高至120℃時水分大量汽化膨脹，當坯體內部壓力超過制品的抗張強度時易于脹裂形成缺陷，尤其對于厚壁瓷件更應注意緩慢升溫；其次，在300℃～950℃階段，為瓷件內結構水的排除、碳酸鹽的分解、碳和有機物、硫化物的氧化、石英晶型轉化和少量液相的形成階段，應緩慢升溫使反應充分完成；然后，在950℃～最高燒成溫度階段，是瓷件的燒結、?；纱善?，需要較多熱量發(fā)生反應，應緩慢升溫、并在高溫下適當保溫以促使瓷件燒結、釉層充分?；?；最后，在最高燒成溫度保溫結束后進行降溫冷卻，直至降到100℃以下取出制品。注意從最高燒成溫度至800℃宜快速降溫以避免瓷件高溫?；笏苄宰冃?、避免晶粒長大使制品強度劣化，800℃至500℃緩慢降溫以避免石英晶型轉化引起的體積膨脹對制品造成破壞，500℃之后可以隨爐或直接打開爐門風冷快速降溫。本研究采用如圖1 所示燒成曲線，以本地原料在前述工藝流程操作下成功燒制了形狀保持性好，表面光潔，品相好符合銷售特征的炻瓷瓷件。

3.4 形貌表征

所得瓷件外觀及釉面顯微結構圖片見圖2、圖3。

圖2 瓷件外觀形貌

圖3 瓷件表面顯微結構形貌

由圖可見，當表面經(jīng)過修整后不施釉進行無釉燒成時得到無光紫砂炻瓷，而在施釉后燒成則可得到表面光滑致密具有玻璃光澤的色釉炻瓷瓷件，從圖3)a、圖3)b顯微結構可見無釉炻瓷胎體中微粒之間尚有一定空隙、具有一定數(shù)量的小孔洞，組織不夠致密，而以紫砂泥漿裝飾后燒制的瓷件表面形成一種具有玻璃光澤的紫紅色釉層組織，表面雖有少量氣泡和凸起裸眼觀察并不明顯。

3.5 機理分析

根據(jù)表1 分析結果可知釉層成份相對比胎體具有更高含量的低熔性能的K2O、Fe2O3、CaO、MgO 成分，并且球磨制漿時使得釉漿具有更細的顆粒特點，故釉層熔融溫度低于胎體，在與無釉紫砂瓷件在相同的溫度制度下燒成時能夠得到具有玻璃光澤和質感、更耐污、易潔的釉玻璃層結構的瓷件，但同時其燒成收縮也略大于無釉產(chǎn)品(參見圖2)。雖然紫砂頁巖磨細后可以單獨用于制備炻瓷瓷件，但是，為了得到相對致密光滑的瓷件需要在燒結溫度的上限燒制，而單純采用紫砂頁巖的胎體易于變形不利于形狀保持，所以，本研究采用了簡單的二元配方引入少量焦作粘土作為制胎成型料，可操作性強、易于批量化生產(chǎn)。而圖3)b 顯示釉表面有微小的凸起甚至氣孔缺陷，但是，這些在裸眼觀察時并不明顯。這種缺陷是由于一些內部分解產(chǎn)生的氣體排出時釉層已經(jīng)玻化熔融、形成了連續(xù)致密的高粘玻化層、阻礙了內部氣體的排出所致，通過精確控制燒成溫度和保溫時間可以減少這種缺陷的產(chǎn)生。

4 結論

利用河南省當?shù)卦蠈氊S紫砂頁巖與焦作粘土按85∶15 的質量比配料球磨制漿，過60 目篩作為胎料料漿，采用單一原料紫砂頁巖以高水料比球磨后過200 目篩作為釉漿，以注漿法成型胎體，經(jīng)青坯陰干、脫模、修坯、干燥后施紫砂頁巖釉，于1120～1150℃保溫90～120min 燒成，制得表面具有紫紅色釉玻璃質感、光亮、易于清潔的炻瓷。本紫砂頁巖胎、釉技術可經(jīng)配方調整后用于制作琉璃瓦、西式瓦[4-6]，具有根據(jù)當?shù)卦咸厣C合利用礦物質資源、節(jié)約生產(chǎn)成本產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、實現(xiàn)高質量發(fā)展的意義。