低溫?zé)o鉛砂金釉制備工藝因素的研究

范學(xué)運(yùn) 王艷香 陳靈明 余 熙

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，景德鎮(zhèn)：333001）

1 前言

砂金釉是一種裝飾性很強(qiáng)的藝術(shù)釉，它以獨(dú)有的藝術(shù)風(fēng)格，享有廣泛的聲譽(yù)，頗得消費(fèi)者的青睞。然而，砂金釉又是一種特殊類型的結(jié)晶釉，由于懸浮在玻璃基體之中的晶體對入射光的反射作用，看上去就象金星一樣光輝閃耀，所以稱為金星釉或砂金釉。傳統(tǒng)砂金釉的燒成溫度一般為1350℃，主要應(yīng)用于工藝品及日用陶瓷[1]；然而，砂金釉尤其是適用于低溫?zé)傻纳敖鹩?燒成溫度為1150～1200℃)，其在建筑陶瓷領(lǐng)域內(nèi)使用的研究報(bào)道尚不多見。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對陶瓷裝飾技術(shù)提出了愈來愈高的要求，尤其在彩釉磚生產(chǎn)中，不斷增加花色品種，提高裝飾水平已是一項(xiàng)十分重要的工作[2-3]，因此，砂金釉如果能成功運(yùn)用到建陶中，不僅增添建筑陶瓷裝飾的新品種，提高產(chǎn)品的競爭力，還能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的藝術(shù)欣賞的需求。

本文以氧化鐵為結(jié)晶劑，引入硼砂、碳酸鋇等作助熔劑和結(jié)晶促進(jìn)劑，采用無鉛配料，改變制備及燒制條件，成功研制出了低溫?zé)设F系砂金釉。該釉呈褐底金色結(jié)晶，釉層金光閃耀，異常美麗。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

石英，工業(yè)純，江西省萍鄉(xiāng)市金宇高新材料有限公司；長石，工業(yè)純，湖南平江冬昌長石粉有限公司；硼砂，工業(yè)純，湖南長沙大鵬實(shí)業(yè)有限公司；氧化鐵，工業(yè)純，飛尚非金屬材料有限公司；硝酸鉀、碳酸鋇，均為工業(yè)純，什邡市化工廠。所有原料未進(jìn)一步純化處理。部分原料的化學(xué)組成見表1所示。

2.2 釉料的組成

表1 原料的化學(xué)組成（w t%）Tab.1 The chemical composition of raw materials

表2 砂金釉的化學(xué)組成Tab.2 The chemical composition of gold dust glaze

表3 保溫溫度和保溫時(shí)間對釉面結(jié)晶效果的影響實(shí)驗(yàn)方案Tab.3 The scheme of experiments on the impacts of holding temperature and time on the crystalline glaze

表4 釉層厚度對釉面析晶的影響Tab.4 The impacts of glaze thickness on the crystallization of the glaze

本文是在前期工作成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用燒硼砂為主要熔劑，以石英引入SiO2，以K2O、BaO為助熔劑和結(jié)晶促進(jìn)劑，經(jīng)一系列配方調(diào)整實(shí)驗(yàn)，反復(fù)試燒，確定了呈色穩(wěn)定、藝術(shù)效果較為理想的砂金釉配方，其化學(xué)組成如表2所示，釉式如下。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.3.1 改變燒制條件

為了研究砂金釉燒制條件對砂金釉釉面結(jié)晶效果的影響，考察保溫溫度和保溫時(shí)間與釉面結(jié)晶性能的關(guān)系，設(shè)計(jì)了A，B兩組實(shí)驗(yàn)方案如表3所示。

2.3.2 改變釉層厚度

在上組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取樣品的保溫溫度為1040℃，保溫時(shí)間為75min，研究不同釉層厚度對釉面砂金效果的影響，實(shí)驗(yàn)方案如表4所示。釉層厚度以浸釉時(shí)間計(jì)算。

2.4 樣品表征

采用由中科院提供的型號為KYKY-1000B場發(fā)射掃描電鏡（采集條件：加速電壓：20Kev，分辨率：1024X1024）對樣品的釉層厚度和結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 保溫溫度對釉面砂金效果的影響

樣品在不同保溫溫度下，保溫75 min，所產(chǎn)生的釉面砂金效果如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)保溫溫度在1040℃以下時(shí)，隨著保溫溫度的提高，釉層中析出的晶體數(shù)量逐漸增多，晶體越來越大，釉面越來越平整。而當(dāng)保溫溫度高于1040℃時(shí)，釉層析出的晶體逐漸變大但數(shù)量減少。

眾所周知：熔體析晶，首先必須成核，然后才能生長。圖2是晶體的成核速度（Iv）與晶體生長速度（u）曲線[4]。分析圖2可知：溫度過高或過低對成核與生長都不利，只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能有最大的成核和生長速率。成核速率與晶體生長速率兩曲線的重疊區(qū)為析晶區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)保溫最有利于析晶；但是進(jìn)一步分析在析晶區(qū)中的析晶情況可知，隨著溫度的提高，質(zhì)點(diǎn)獲得的動(dòng)能增大，成核速率越來越小，而晶體生長速率卻越來越大，因此當(dāng)試樣在900～940℃相對較低的溫度下保溫時(shí)，雖然此時(shí)晶體成核速率較大，可獲得較多的晶核，但晶體生長速率較小，且熔體的粘度較大，不利于晶體的析出，因而釉面宏觀可見的晶體小而少；保溫溫度升高時(shí)則會(huì)因晶體生長速率的增大，晶核和晶體得以長大，釉面宏觀可見晶體逐漸增多變大；而在高于1040℃保溫時(shí)，由于晶體成核速率逐漸減小，甚至有部分晶核被熔體熔解了，造成晶核數(shù)量的減少，晶體數(shù)量也隨之減少，但此時(shí)熔體粘度較低，晶體生長速率大，因而產(chǎn)生了圖4中A6、A7的釉面現(xiàn)象，釉層中晶體增大但數(shù)量越來越少。

圖1 不同保溫溫度下樣品保溫75 mi n的釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.1 The photos of samples heated for 75min at different temperatures

圖2 晶體的成核速度（I v）與晶體生長速度（u）曲線Fig.2 The curves of the rate of crystal nucleation(Iv) and crystal growth(u)

可見，保溫溫度對釉面析晶效果產(chǎn)生了很大的影響，由圖1及樣品的宏觀觀察可知，樣品在1040℃保溫時(shí)，析出的晶體較多，晶體分布均勻，砂金效果好。

3.2 保溫時(shí)間對釉面砂金效果的影響

在A組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了1040℃作為析晶保溫溫度點(diǎn)，進(jìn)行保溫時(shí)間對釉面結(jié)晶效果的影響實(shí)驗(yàn)，各樣品的釉面砂金效果如圖3所示。

觀察圖3的釉面照片可知，當(dāng)保溫30min、45min、60min時(shí)，釉面析出了少量的晶體；保溫75 min，析出的晶體數(shù)量適中，釉面平整光滑；當(dāng)保溫120min以上時(shí)，釉面由于保溫時(shí)間過長，晶體析出太多，出現(xiàn)晶體堆疊的現(xiàn)象，特別是保溫180min時(shí)，因析出的晶體過多過大造成釉面凹凸不平，釉面失去光澤，由此表明：隨著保溫時(shí)間的延長，釉層析出的晶體越來越多，而且晶體越來越大。

由圖3和釉面宏觀觀察可知，在1040℃保溫75min時(shí)，釉面砂金效果較為理想。

3.3 釉層厚度對釉面砂金效果的影響

圖4是釉層厚度不同的試樣在1040℃，保溫75min的釉面效果照片。由圖4的釉面照片可以看出：當(dāng)浸釉時(shí)間小于7s時(shí)，都能生長出美麗的砂金，釉面呈金黃色，但浸釉時(shí)間太短時(shí)，由于釉層厚度太薄，不能覆蓋坯體的顏色，且釉面并不光滑；浸釉時(shí)間在5～7s時(shí)，釉面光滑，且釉層中布滿耀眼的金星，砂金效果好；而當(dāng)浸釉時(shí)間大于7s時(shí)晶體數(shù)量逐漸減少，釉面逐漸變成黑褐色，浸釉時(shí)間為15s時(shí)，釉面只能觀察到幾個(gè)亮點(diǎn)。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是：當(dāng)釉層過薄時(shí)，釉層在高溫下熔融后，液相量不足，一方面不能提供足夠的質(zhì)點(diǎn)，晶花難以生長，透過釉層可見坯色，另一方面也因液相量不足不能將形成的晶體覆蓋，從而造成釉面不平整不光滑的現(xiàn)象。

圖3 在1040℃保溫不同時(shí)間的樣品釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.3 The photos of samples held at 1040℃for different times

圖4 釉層厚度不同的試樣在1040℃保溫75 mi n的釉面數(shù)碼照片F(xiàn)ig.4 The photos of samples of different thickness heated 75min at 1040℃

圖5 浸釉時(shí)間為7 s釉層斷面的S E M照片F(xiàn)ig.5 The SEM photos of the glaze cross-section after 7s dipping

為了進(jìn)一步觀察不同厚度的釉層中晶體分布狀況，選擇浸釉時(shí)間為7s和15s的兩個(gè)試樣進(jìn)行釉層斷面掃描。

圖5是浸釉時(shí)間為7s時(shí)釉層斷面的SEM圖。從圖5（A）可知，釉層的燒后厚度在400μm左右，圖5（B）可見，析出的晶體為短柱狀，大小約為1～2μm，晶體懸浮于釉層中；圖6是浸釉時(shí)間為15s時(shí)釉層斷面的SEM照片。由圖6（A）可知：釉層的燒后厚度大約為1400～1500μm；觀察圖6（B）可知，此時(shí)釉層中分散著少量1μm以下大小的短柱狀晶體。由此表明：釉層厚度增加，釉中析出的晶體變小數(shù)量減少，這與圖4中的照片以及宏觀觀察到的釉面結(jié)晶效果是一致的。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是：高溫下釉與坯體之間的相互滲透或相互反應(yīng)，造成了釉熔體組成的改變，且釉層比較薄時(shí)，釉層在煅燒時(shí)組分的改變比厚釉層相對變動(dòng)大[5]，從而導(dǎo)致釉的高溫粘度因釉層厚薄不同而改變，由于石英玻璃的粘度比硼氧玻璃大的多，稍薄的釉層中石英熔體成分減少明顯，釉層的高溫粘度小，晶體成核生長的阻力小，所以在同樣的燒成條件下，釉層中可見較多相對大一些的晶體，釉面宏觀可見較多砂晶；而厚釉層中石英熔體成分減少的比例相對小一些，釉層高溫粘度大，不利于晶體的成核和生長，因此獲得的晶體少而小。而隨著釉層厚度的增加，釉面逐漸呈黑褐色，主要是因?yàn)橛詫雍穸仍黾雍蟠蟛糠值腇e2O3并沒有形成晶體，而是存在于釉熔體中，起著色的作用，故釉面逐漸變成黑褐色。

圖6 浸釉時(shí)間為15 s釉面斷面的S E M照片F(xiàn)ig.6 The SEM photos of the glaze cross-section after 15s dipping

可見，砂金釉的制備對釉層厚度的要求較嚴(yán)格，釉層厚度對釉面質(zhì)量影響較大，當(dāng)釉層厚度大約在燒后400μm左右時(shí)能產(chǎn)生較好的釉面砂金效果。

4 結(jié)論

(1)該砂金釉配方具有較寬的析晶溫度范圍，在900～1080℃都有不同程度的析晶，保溫溫度越高析出的晶體越少，保溫時(shí)間越長，析出的晶體越多越大，在1040℃，保溫75min可獲得非常美麗，釉面光亮的黃棕底砂金釉。

(2)釉層厚度對釉面砂金效果產(chǎn)生顯著影響，該配方適合的釉層厚度為燒后400μm左右，釉層厚度在400～1500μm時(shí)，析出晶體數(shù)量逐漸減少。

1劉小娟.低溫快燒結(jié)晶釉的研制.碩士學(xué)位論文.武漢理工大學(xué),2008

2石棋,李月明.建筑陶瓷工藝學(xué).武漢:武漢理工大學(xué)出版社, 2007

3李家駒主編.陶瓷工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社,2001

4陳佩文.無極材料科學(xué)基礎(chǔ).武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1996

5顧幸勇.硅酸鹽測試技術(shù).景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院,1994