適用于衛(wèi)生陶瓷隧道窯燒制的仿鈞釉研究

摘 要：本研究基于對仿鈞釉的化學(xué)組成和物理特性，包括其主要成分、燒制過程中的變化以及所形成的獨特釉質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面的詳細分析。以 Fe2O3、CuO、CoO、Cr2O3為發(fā)色金屬氧化物和納米氧化鈦為主要原料，通過將納米氧化鈦與不同發(fā)色金屬氧化物結(jié)合得到的單色基礎(chǔ)釉面進行正交實驗，結(jié)合衛(wèi)生陶瓷隧道窯燒制氣氛，探究了兩層不同發(fā)色金屬氧化物釉之間形成流紋的原理以及施釉工藝對仿鈞釉的呈色和釉面流紋的影響。

關(guān)鍵詞：氧化物；仿鈞釉；衛(wèi)生陶瓷

1 引言

鈞釉始于唐而盛于宋，在河南禹縣古鈞臺而得名，承載著千年歷史文化及藝術(shù)魅力的瑰寶，宛如陶瓷界中的璀璨星辰。鈞釉在古代采用柴窯燒制，后工業(yè)化時代采用還原氣氛來仿柴窯氣氛燒制，實現(xiàn)入窯一色，出彩萬千，但正是由于燒制條件及變化萬千反而限制了其在衛(wèi)浴行業(yè)的發(fā)展。

為探究一種適用于衛(wèi)生陶瓷隧道窯燒制條件的仿鈞釉，本研究詳細分析了鈞釉的化學(xué)組成和物理特性，包括其主要成分、燒制過程中的變化以及所形成的獨特釉質(zhì)結(jié)構(gòu)，解析其豐富的色彩表現(xiàn)和藝術(shù)效果的原理，并通過原料選取、調(diào)配比例、施釉技巧以及燒制條件等關(guān)鍵環(huán)節(jié)對仿鈞釉的流紋色調(diào)變化和獨特窯變現(xiàn)象展開了探究。

2 實驗

2.1實驗過程

本實驗以 Fe2O3、CuO、CoO、Cr2O3為發(fā)色金屬氧化物與納米氧化鈦為主要原料，探究不同發(fā)色金屬氧化物及工藝對仿鈞釉的呈色、光澤和釉面流紋的影響。實驗釉料采用精制釉用原料，按配方比例稱取原料后，加入0.3%的羧甲基纖維素鈉和水放入球磨罐中，按球石：料：水 =4：2：1 球磨，每 100g干料球磨5min 得到釉漿備用，過120目篩，釉料粒度低于10μm占比為60±3%，采用淋釉/噴釉的方式施釉于坯板上，待自然風(fēng)干后置于隧道窯以室溫～1220℃氧化氣氛燒成：1020～ 1170℃弱氧化，1h；1170～1220℃弱還原，1h，保溫 20min，自然冷卻。

樣品制備基本流程：制備釉料→施底釉→干燥→施面釉→干燥→隧道窯一次燒成

2.2樣品表征及測試

采用徠卡微系統(tǒng)股份公司生產(chǎn)的顯微鏡測試釉層厚度，采用柯尼卡美能達CR-400全自動色度儀測試樣品 L*值、a*值、b*值；采用丹東百特科技有限公司生產(chǎn)的 BT-9300s激光粒度分布儀測試釉漿粒度的粒度分布；采用三恩時儀器有限公司生產(chǎn)的表面光澤度儀測試釉面光澤。

3 實驗結(jié)果及討論

實驗結(jié)果表明，以 Fe2O3、CuO、CoO、Cr2O3發(fā)色金屬氧化物與納米氧化鈦按照一定比例配制得到的釉漿，施釉于坯板并經(jīng)過隧道窯一次燒成，可獲得多種鈞釉效果。不同的金屬氧化物對釉面呈色的影響不同，不同的金屬氧化物釉相互疊加上釉可呈現(xiàn)多種鈞釉效果，且施釉工藝對鈞釉效果也有影響。

3.1 各金屬氧化物對釉面呈色的影響

本實驗主要采用石英、高嶺土、鉀長石、鈉長石、方解石、白云石、硅灰石、氧化鋅和熔塊作為原料，并按照釉料化學(xué)式式1配制成基礎(chǔ)釉漿，再加入不同的發(fā)色金屬氧化物探究各金屬氧化物對釉面呈色的影響。

將6種發(fā)色金屬氧化物以相同比例加入基礎(chǔ)釉漿中，經(jīng)過隧道窯一次性燒成后，可使釉面呈現(xiàn)不同顏色。釉面的顏色通過色差儀進行檢測，其中L*表示白度，數(shù)值越大表示越接近白色；a*值表示紅綠色調(diào)，數(shù)值越大則表示偏紅，越小則表示偏綠；b*值表示黃藍色調(diào)，數(shù)值越大表示偏黃，數(shù)值越小表示偏藍。

納米氧化鈦具有乳濁作用，且鈦原子在釉中以白色的榍石晶相存在，故加入3%的納米二氧化鈦使得釉面呈現(xiàn)乳白色[1]，L*達到83.60；隧道窯的氧化氣氛促進了Fe3+離子的生成，所以使得其釉面呈現(xiàn)黃棕色[2-3]，b*值達到28.26；氧化氣氛有利于無色的Cu+向藍色的Cu2+轉(zhuǎn)化，且強堿條件下進一步促進Cu+的氧化，故在富含堿金屬的釉料中加入氧化銅經(jīng)過氧化氣氛燒成后可呈現(xiàn)翠綠色[4]，a*值達到-5.87；氧化鈷與氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅等經(jīng)過反應(yīng)可生成發(fā)色較穩(wěn)定的四配位二價鈷，而二價鈷處于四配位時呈深藍色調(diào)[5] ，b*值達到-12.12；氧化鉻發(fā)色的Cr3+離子呈橄欖綠色，且Cr3+離子具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，經(jīng)過隧道窯燒成后，釉面仍能呈現(xiàn)橄欖綠色[6]，a*值為0.27。

3.2 各金屬氧化物對鈞釉釉面效果的影響

納米級別的氧化鈦不僅具有乳濁作用，在高溫中還可以與各發(fā)色氧化物形成穩(wěn)定的有色結(jié)晶物，故在仿鈞瓷釉中產(chǎn)生流紋具有不可替代效果，可促進雙層釉錯位流動，使釉面呈現(xiàn)更加明顯的顆粒流紋，豐富流紋顏色。故本研究采用了納米二氧化鈦為主要乳濁劑和析晶劑，與其它發(fā)色金屬氧化物進行不同比例搭配展開研究。

為探究納米氧化鈦與其他發(fā)色金屬氧化物的搭配效果，納米氧化鈦的含量均為5%，而氧化鐵、氧化銅、氧化鉻和氧化鈷的含量分別為3%、3%、2%和1%。氧化鈷的添加含量較少是因為氧化鈷是一種重要的過渡金屬氧化物，具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)使它的發(fā)色能力強，鋪展能力強，發(fā)色穩(wěn)定，在富含堿金屬的釉料可呈現(xiàn)明顯的深藍色，因此在本實驗中氧化鈷的添加量應(yīng)小于1.5%。

釉面呈色效果、光澤度和色差儀檢測結(jié)果均表明，納米氧化鈦的加入，對氧化鐵、氧化銅、氧化鈷和氧化鉻單種釉面發(fā)色和光澤度產(chǎn)生了影響。釉漿中納米氧化鈦含量由3%升至5%，提高了光澤度，L*無明顯變化；而在發(fā)色金屬氧化物釉漿中加入納米氧化鈦，增強了釉漿的乳濁作用，各釉面的L*值均增大，同時還提高了釉面光澤度，其中氧化銅的釉加入納米氧化鈦對其釉面光澤度提高最多，數(shù)值增加了22。氧化鐵的釉面由透明黃棕色變?yōu)椴煌该鞯臏\黃棕色，b*值降低了14.81；氧化銅的釉面由翠綠色變?yōu)楹{色，a*值降低了6.93，b*值降低了1.34；氧化鈷的釉面由深藍色變?yōu)闇\藍色，L*值增加了43.40， b*值僅增加了0.36，變化較小，進一步說明了氧化鈷的藍色發(fā)色穩(wěn)定；氧化鉻的釉面橄欖綠色略微變淺，L*值增加了2.99，a*值增加了1.58。

基于以上呈色效果，通過施雙層釉以實現(xiàn)鈞釉的流紋效果。底釉和面釉的配方分別以式2和式3進行配制，以表2的金屬氧化物混合的比例，將A、B和C加入底釉配方得到3種底釉A0、B0和C0，C、D和E加入面釉配方得到3種面釉C1、D1和E1，再進行施釉搭配。施釉方式為，底釉和面釉均全覆蓋坯體表面，施釉厚度為底釉：面釉=2：1。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，底釉斷截面厚度為0.6±0.1mm，面釉斷截面厚度為0.3±0.1mm。

釉面結(jié)果表明，不同的底釉和面釉互相搭配可實現(xiàn)流紋效果，且呈現(xiàn)出不同的色彩。其中A0與C1搭配呈現(xiàn)出湖藍背底白色流紋效果，A0與D1搭配未呈現(xiàn)流紋效果，A0與E1搭配呈現(xiàn)橄欖綠背底白色流紋；B0與C1搭配呈現(xiàn)出磚紅色背底淺綠色面流紋效果，B0與D1搭配呈現(xiàn)出棕色背底深藍色面流紋效果，B0與E1搭配呈現(xiàn)濃黃、磚紅色、橘色交錯的流紋效果；C0與C1搭配呈現(xiàn)出翠藍、果綠、黃白色交錯的流紋效果，C0與D1搭配未能呈現(xiàn)流紋效果，C0與E1搭配呈現(xiàn)青色、墨綠色、嫩綠色交錯的流紋效果。

具有流紋效果的底釉和面釉均含有納米氧化鈦、氧化鐵和氧化銅，這是由于氧化鈦、氧化鐵及氧化銅不僅可以發(fā)色，還均屬于強助熔原料，在1100℃左右能快速熔融，形成致密玻璃相層，再繼續(xù)升溫后，坯釉中的氣體排出時產(chǎn)生開口釉泡，使底釉呈現(xiàn)出來，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，隨著底面釉流動熔平，形成穩(wěn)定的底面色交替流紋效果。然而，含有氧化鈷的面釉與B0搭配時具有流紋效果，但與A0和C0搭配卻沒有實現(xiàn)流紋效果。這是由于氧化鈷與二氧化硅在高溫下生成穩(wěn)定的Co2SiO4深藍色晶體，在鈦釉或鈦銅釉做底層釉時，面釉中的鈦鈷釉和鈦銅鈷釉均未能呈現(xiàn)流紋；而在含鐵釉中，鈷會侵蝕含鐵釉表面，造成底釉表面凹凸粗糙，部分底釉進入面釉中，底面交融形成致密且流紋較短效果，因此產(chǎn)生的流紋長度也遠低于鈦銅及鈦鉻等做面釉產(chǎn)生的流紋。

3.3 施釉工藝對鈞釉釉面效果的影響

研究表明，底釉與面釉的施釉厚度比例和施釉覆蓋方式的不同對釉面效果也有明顯的影響。在不改變施釉覆蓋方式的基礎(chǔ)上，將施釉厚度改為底釉：面釉=1：2，探究施釉工藝對仿鈞釉釉面效果的影響。

通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，底釉斷截面厚度為0.25±0.1mm，面釉斷截面厚度為0.5±0.1mm。改變了施釉厚度比例，釉面呈現(xiàn)出面釉色或者少量流紋色的效果，其原因主要為，面釉中的鈦乳濁能力隨面釉厚度增加而加強，使面釉覆蓋力提升，且因面釉厚，底釉只有少部分可以通過氣體排出到面釉表層形成流紋，導(dǎo)致釉面呈現(xiàn)全面釉色或少量流紋色。

4總結(jié)

通過在基礎(chǔ)釉漿中加入不同的發(fā)色金屬氧化物，獲得了不同單一顏色的釉面，且加入納米氧化鈦會提高富含F(xiàn)e2O3、CuO、CoO和Cr2O3釉面的乳濁性和減弱發(fā)色，單層釉不會發(fā)生流紋現(xiàn)象。當(dāng)兩種不同配比金屬氧化物相互疊加后，容易出現(xiàn)流紋效果，氧化鈦、氧化鐵及氧化銅均能調(diào)節(jié)釉面表面的效果和紋路。

通過對比厚度對流紋的影響對比，當(dāng)?shù)子耘c面釉的釉重比為1：2左右時，由于面釉中的鈦乳濁能力隨面釉厚度增加而加強，提升了面釉覆蓋力，且因面釉厚，底釉只有少部分可以通過氣體排出到面釉表層形成流紋，導(dǎo)致釉面呈現(xiàn)全面釉色或少量流紋色；而當(dāng)?shù)子耘c面釉的釉重比為2：1左右時，流紋更加均勻，具有可工業(yè)生產(chǎn)的藝術(shù)效果，且可穩(wěn)定地在衛(wèi)生陶瓷隧道窯燒制而成，實現(xiàn)了仿均釉在衛(wèi)生陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用。

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