還原鐵粉在陶瓷泥料中的應(yīng)用研究

吳躍棟

（華南師范大學(xué)，汕尾 516600）

1 前言

在中國陶瓷歷史長河中，鐵元素的身影總是無處不在，從原始陶器開始，鐵便一直被作為著色劑。其中，用于陶瓷泥料或者釉料中的鐵化合物以氧化鐵（Fe2O3）和氧化亞鐵（FeO）為主。相對于兩者而言，還原鐵粉因?yàn)槠浔旧碛兄籽趸?，不易獲取的特點(diǎn)，在陶瓷材料中的應(yīng)用較少。直到現(xiàn)代，精細(xì)工業(yè)與航天科技的發(fā)展，金屬復(fù)合材料作為特種陶瓷的這一種開始了研發(fā)，其中陶瓷/鐵基合金材料就是用還原鐵粉和陶瓷材料為基礎(chǔ)研發(fā)的新型材料。目前國內(nèi)對于還原鐵粉在陶瓷泥料中的應(yīng)用研究也多集中于這方面。

與特種陶瓷的研發(fā)不同，陶藝工作者對于泥料的研究更注重其藝術(shù)語言的表達(dá)，還原鐵粉作為異質(zhì)材料的一種，它的加入使得陶瓷語言更加豐富，拓寬了現(xiàn)代陶藝的形式語言，但目前國內(nèi)對它的研究較少，系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可使陶藝工作者更有效利用還原鐵粉進(jìn)行創(chuàng)作。本文以還原鐵粉與景德鎮(zhèn)高白泥作為主要原料，從配比、目數(shù)、燒成溫度等方面進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，將其材料特性數(shù)據(jù)化，提高該材料的可控性，為陶藝創(chuàng)作工作提供便利。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)選用的基礎(chǔ)泥料為景德鎮(zhèn)高白泥，添加物為純度98%以上的分析純還原鐵粉，還原鐵粉目數(shù)為40目、200目、400目，化學(xué)組成見表1。

表1 高白泥化學(xué)成分分析（%）

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)涵蓋還原鐵粉含量、還原鐵粉目數(shù)、試片放置時間、燒結(jié)溫度、燒成氛圍五個因素，選擇五因素四水平正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。以每30個編號為一組，10個編碼為以小組，按升序排列各小組的添加物分別為40、200、400目還原鐵粉，每小組中還原鐵粉含量為10%-100%，以10%為一個增長點(diǎn)。

試片的燒制分為四種燒成氛圍：氧化燒成，二次氧化燒成，弱還原燒成和強(qiáng)還原燒成。氧化燒成：電窯燒制，燒成溫度為800℃、1130℃、1200℃、1230℃、1260℃；二次氧化燒成：素?zé)?00℃一次后再次進(jìn)行燒成，溫度為1130℃、1200℃、1230℃、1260℃；弱還原燒成：采用電窯內(nèi)加裝匣缽控制氧氣進(jìn)入，形成弱還原氛圍，燒成溫度為800℃、1130℃、1200℃、1230℃、1260℃；強(qiáng)還原燒成：使用煤氣窯燒制，燒成溫度為1260℃。原料調(diào)制完成后放置時間為：24小時、七天、十五天、三十天，詳見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)方案

2.3 樣品制備

實(shí)驗(yàn)?zāi)嗔系闹苽淞鞒倘缦拢簩⒏甙啄喔煞叟c還原鐵粉按照配置比例進(jìn)行混合，配置完成后，加入純凈水調(diào)配至可塑型狀態(tài)，并制成試片。試片共有2種形態(tài)，1種為底面長4cm寬1.3cm、頂面長3.7cm寬1cm的梯形體，用于測試泥巴的收縮率、表面肌理及滲透程度等情況（圖1）。第2種試片為長6cm的溫錐樣式，用于測試泥巴的耐火度（圖2）。

圖1 泥巴的收縮率、表面肌理及滲透程度

圖2 溫錐樣式

3 結(jié)果與討論

3.1 泥料特性分析

通過對實(shí)驗(yàn)?zāi)嗔系臏y量分析，可以發(fā)現(xiàn)還原鐵粉的含量和目數(shù)變化對泥料的塑限含水量、液限含水量、可塑性、顏色及硬度等特性都有一定的影響。

3.2 試片放置時間

還原鐵粉相較于其他鐵化合物而言，最大特性為易氧化性，故考慮配置后的放置時間為重要影響因素。在氧化燒成環(huán)境中，40目鐵粉隨著放置時間對燒成結(jié)果并沒有太大影響，60%~80%含量的試片種效果略微有些差別，熔點(diǎn)隨著時間的增長略微降低。200目和400目則略有不同，在放置時間為七天到十五天左右時，試片的熔點(diǎn)略有降低，但并不明顯。當(dāng)放置時間到達(dá)三十天時，其熔點(diǎn)卻又沒有繼續(xù)降低。

相比起氧化燒成，還原燒成的試片熔融嚴(yán)重，進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，并無明顯差別，故在強(qiáng)還原燒成氛圍中，放置時間的影響較小或無影響。

表3 泥料特性分析

3.3 還原鐵粉含量及目數(shù)

以氧化氛圍1230℃燒成的試片為例，含量由10%~100%共10個配比，對比三種目數(shù)對泥料的影響。當(dāng)含量在10~50%時，40目的試片為白色底加黑色鐵點(diǎn)凸起向金色底加黑色鐵點(diǎn)凸起轉(zhuǎn)變，200目是由淺鐵紅色向深褐紅色轉(zhuǎn)變，并且并無肌理上的變化，400目則在10%含量就呈現(xiàn)出極深的黃褐色并很快在40%轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏谏?。相比起低含量來說，高含量的試片變化更為有趣，40目的試片從50%就出現(xiàn)了膨脹的現(xiàn)象，并在70%時完全癱軟，在200目的試片上需要到80%才會出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，并且和40目一樣，90%和100%都會恢復(fù)穩(wěn)定。相比起40目和200目而言，400目的試片顯得特別的穩(wěn)定，從50%開始顏色和肌理沒有太大的變化，僅僅在70%和80%出現(xiàn)圓形物體擠出的現(xiàn)象。

相比起顏色和肌理的變化，其收縮率的變化顯得更加的有趣。還原鐵粉的加入，使得該泥巴的收縮率明顯的降低，該泥巴原本在1230℃的收縮率為20%，但當(dāng)鐵粉含量達(dá)到10%時就會降低到15%、15%和13.5%。并且在40目含量到達(dá)50%、200目的含量到達(dá)60%、400目含量到達(dá)70%時其收縮率會降到0%。而后隨著含量增高，泥料出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象。

綜上所述，還原鐵粉的目數(shù)越細(xì)，燒成顏色越深，但燒成越穩(wěn)定，含量對其影響則可歸納為含量越高顏色越深，耐火度越低，但在越過高點(diǎn)后逐漸回落。

3.4 燒成溫度

因40目還原鐵粉效果較為明顯，故本節(jié)以氧化燒成的40目鐵粉試片為例來討論燒成溫度對其影響。整理各個溫度的40目試片可以看出，隨著溫度的增加，試片的熔融狀態(tài)會更加明顯，低含量的試片（10%~50%）隨著溫度的變化，會呈現(xiàn)從黃色斑點(diǎn)到黑色斑點(diǎn)的變化；但高含量的試片在1130℃到1200℃之間為試片的一個較為微妙的溫度，使用1130℃燒成時，并沒有發(fā)生熔融現(xiàn)象，當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時，會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的熔融現(xiàn)象。

3.5 燒成氛圍

對燒成氛圍的設(shè)定共有四種：氧化燒成、二次氧化燒成、弱還原燒成、強(qiáng)還原燒成，該節(jié)以1260℃、40目的試片為例，探討試片的燒成氛圍對于還原鐵粉泥料的影響。整理燒成試片可見，相較于氧化燒成，二次氧化燒成并沒給燒成的整體效果帶來太大的影響，在50%~60%含量時，二次氧化燒成的氣泡現(xiàn)象變?nèi)?，這表明二次氧化燒成使其變得更加穩(wěn)定。

弱還原燒成相較于氧化燒成耐火度大大地降低了，從50%含量開始產(chǎn)生嚴(yán)重熔融，并在70%開始腐蝕墊片，但與此同時也出現(xiàn)了如同絲綢一般的光澤質(zhì)感。比之更甚的是強(qiáng)還原燒成，10%含量時就開始出現(xiàn)熔融狀態(tài)，含量達(dá)到30%時泥料已全部熔融。由此可見，還原氣氛會使其耐火度降低，并出現(xiàn)絲綢光澤質(zhì)感。

4 還原鐵粉的陶藝創(chuàng)作實(shí)踐

4.1 還原鐵粉在陶藝創(chuàng)作中的若干應(yīng)用分析

4.1.1 作為化妝土使用

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，還原鐵粉配置的泥巴在含量低時會出現(xiàn)變化豐富的顏色，視覺效果較好，除了可以直接作為陶瓷泥料使用之外，還可以作為化妝土使用；而在還原氛圍中時會出現(xiàn)特殊的質(zhì)感效果，這種效果在現(xiàn)有的陶瓷材料中較為少見，并且視覺效果較好，因?yàn)槠淠突鸲容^低，無法單獨(dú)使用，所以作為化妝土來使用是一種較好的解決辦法。

4.1.2 作為高溫顏料使用

高目數(shù)的還原鐵粉在燒成過程中，表現(xiàn)出了非常強(qiáng)的發(fā)色能力，作為高溫顏料來使用是一個不錯的選擇，因?yàn)槠浒l(fā)色較強(qiáng)，以及有一定的揮發(fā)性，在高溫?zé)傻臅r候會形成強(qiáng)烈的顏色對比，加以控制便能做出類似山水畫暈染的效果。

4.1.3 作為熏燒料使用

在弱還原燒成過程中，出現(xiàn)了墊片被熏染上金色變化的現(xiàn)象，并且隨著溫度和配比的不同熏染的效果和顏色也不盡相同，在還原氣氛較弱和還原鐵粉含量的時候，墊片會熏染上淡淡的金色，而當(dāng)含量較高的時候，會變成黑金色以及暗紅色。并且，高目數(shù)的還原鐵粉相比起低目數(shù)的還原鐵粉而言，其熏染效果更佳明顯，極容易出現(xiàn)黑色以及暗紅色，而低目數(shù)的還原鐵粉則更容易出現(xiàn)淡淡的金色。

4.2 還原鐵粉在陶藝作品中的應(yīng)用實(shí)踐

這兩件作品是將還原鐵粉作為熏燒料使用的，在熏燒的過程中使用了石棉作為隔擋，以制造出暈染變化的效果，燒制配方為：

作品一（圖3）：80%的40目還原鐵粉配比泥料，使用總重量為200g，燒成溫度為1130℃。

圖3 作品一

作品二（圖4）：80%的400目還原鐵粉配比泥料，使用總重量為200g，燒成溫度為1130℃。

圖4 作品二

作品一中白色的部分為石棉格擋部分，并沒有被熏染到，但也有著淡淡的灰色，其余部分為直接接觸還原鐵粉泥料部分，泥料為干粉直接撒入匣缽之中，因熏燒料總量較多，顏色偏重，并且在作品的上部有少許的粘連。

相比起作品一，作品二的發(fā)色更重，并且伴有紅色鐵銹的顏色，整體的作品給人感覺更加的沉穩(wěn)。

5 結(jié)論

從以上的實(shí)驗(yàn)、分析中可以看出：還原鐵粉相較于氧化鐵等原料有著發(fā)色明顯、效果強(qiáng)烈的特點(diǎn)，適合用于非標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷藝術(shù)創(chuàng)作。