利用白崗巖制備硅酸鋅結晶釉的研究

蔣述興 胡曉林

(材料科學與工程學院，桂林理工大學有色金屬及材料加工新技術教育部重點實驗室，廣西桂林 541004)

利用白崗巖制備硅酸鋅結晶釉的研究

蔣述興 胡曉林

(材料科學與工程學院，桂林理工大學有色金屬及材料加工新技術教育部重點實驗室，廣西桂林 541004)

利用白崗巖為主要原料，以氧化鋅為結晶劑，以二氧化錳、氧化銅或氧化鐵為著色劑，成功制備出了硅酸鋅結晶釉。以晶核定位的方法解決了晶花生長雜亂的弊端；根據氧化鋅、滑石和著色劑等含量不同對釉面花色的影響設計出了較好的配方；同時發現保溫時間也是影響結晶大小的重要因素。用XRD對釉層物相進行分析，證明了所制備的樣品是硅酸鋅結晶釉。

白崗巖；晶核定位；硅酸鋅；結晶釉

0 前言

結晶釉是一種具有較高觀賞價值的藝術釉，是將適當配方的陶瓷釉通過人為控制熱動力學條件，使釉層內產生晶體并長大從而形成人工晶體裝飾的釉層。結晶釉是在我國古色釉的基礎上發展起來的藝術釉。遠在唐代就有了結晶釉的研究，宋代在色釉的基礎上利用氧化還原氣氛制出了呈現絢麗多彩的微晶，如天目、茶葉末、鐵繡花、葡萄點、芝麻點等名貴的微晶結晶釉[1]。白崗巖是堿長花崗巖的淺色變種之一。化學成分和花崗巖相似，但SiO2含量＞75%，較花崗巖為高，屬超酸性巖石。其礦物成分幾乎全由長石（70%）、石英（28%）構成，僅有少量黑云母（2%）。目前國內外對白崗巖的利用較少[2]，本文直接利用白崗巖為主要原料成功地制備出硅酸鋅結晶釉，這方面的研究未見報道，為白崗巖的實際利用開辟了一條新途徑。

1 實驗方法

1.1 實驗原料

白崗巖、滑石、氧化鋅（AR）、二氧化錳（AR）、氧化銅（AR）、氧化鐵、羧甲基纖維素鈉（又稱CMC）。白崗巖、滑石、坯料化學成分見表1，白崗巖XRD圖見圖1。白崗巖與滑石作為釉的基質，氧化鋅作為成晶物質，分析純的二氧化錳、氧化銅和氧化鐵作為著色劑，CMC用來調節釉漿的懸浮性。

從白崗巖XRD圖可以看出，白崗巖所含主要礦物成分是長石和石英。

1.2 實驗儀器與設備

1.3 結晶釉配方

本實驗是在表3提供的基礎配方的條件下，通過改變不同物質的含量，對結晶釉制備的影響進行研究。

表1 原料及坯料的化學組成（w%）Tab.1 Chemical composition of raw materials and body

表2 實驗設備與儀器Tab.2 Experimental equipment and instruments

表3 結晶釉基礎配方（w t%）Tab.3 Basic recipe of crystalline glaze(wt%)

1.4 實驗過程

1.4.1 坯體的制備

取適量的工廠用坯泥（坯料化學組成列于表1），用模具將其壓制成直徑為5cm、厚度為0.5cm的圓片。

1.4.2 釉料的制備

將白崗巖、經煅燒的滑石、經煅燒的氧化鋅、羧甲基纖維素鈉（CMC）按一定配比放入球磨罐中濕法球磨10～12小時（料球水的質量比為1∶2∶1）陳腐待用。

1.4.3 施釉

本實驗采用先刷釉后浸釉的方法，刷釉克服了單純運用浸釉方法使釉面產生微氣泡的缺陷。另外，本實驗采用的是定位成核方式，在指定位置預埋40-50目ZnO顆粒作為晶種。將施釉結束的釉片放入烘干箱中干燥。

1.4.4 燒成

結晶釉的成功燒制不僅需要準確的配方，更需要合理的燒成制度。本實驗的燒成制度見圖2。

2 實驗結果與討論

2.1 氧化鋅含量對釉面的影響

ZnO是本實驗的結晶劑，其含量的大小對產品結晶效果有很大影響。焦建新等[3]通過研究指出：硅酸礦的生長活化能隨ZnO含量的增加而減少。他們認為釉熔體中隨著ZnO含量增加，導致成晶物質所需要越過的生長勢壘下降，使活化分子數或原子數目增加，從而提高了硅鋅礦晶體的生長速度。本實驗所添加氧化鋅含量分別為16%、18%、20%、22%、24%、26%，所用的著色劑是氧化鐵。對應的產品數碼照片見圖3。

由圖3看到，隨著ZnO含量增加晶花直徑呈變大趨勢，當ZnO含量超過22%時，在沒有點種晶核的區域也產生了析晶現象，說明氧化鋅含量過多導致非點種晶核區域ZnO有一定過飽和度，從而析出了晶核,產生了不希望得到的晶花。所以氧化鋅含量在18%～22%較為適宜。

2.2 滑石含量對釉面的影響

滑石成分中的MgO在高溫下提供游離氧，可以降低熔體粘度，在釉料中起到降低熔融溫度的作用[4]。此外，MgO還能提高釉層的化學穩定性，降低釉的膨脹系數[3]。本實驗所添加滑石含量分別為15%、20%、25%、30%，所用的著色劑是氧化銅。對應的樣品數碼照片見圖4。

由圖4可以看到隨著滑石含量的增加，晶花半徑有所增加；當滑石含量過多（達到25%以上時）則對晶花的完整性造成影響。是因為高溫下滑石中的氧化鎂有助熔作用，使釉熔體粘度下降，從而使結晶釉較容易析晶，但氧化鎂含量過多會產生額外的晶斑，并且生成的晶花會部分熔化。所以滑石含量在20%附近較為適宜，此時的晶花大而完整光亮。

2.3 保溫時間對晶花的影響

王迎軍等[5]研究中發現：不同組成的釉料在不同的過冷度下，硅鋅礦的生長速度各不相同，但晶體半徑R與生長時間t成正比。所以可根據晶花大小要求確定保溫時間的長短。如圖5是保溫時間分別為30min、60min、90min的樣品數碼照片，對應的晶花尺寸分別為0.9cm、1.6cm、2.2cm。所用的著色劑是二氧化錳。

2.4 X R D分析

將樣品釉片的坯體部分盡量磨去，剩下晶花部分，并用瑪瑙研缽研細至200目以下，做X射線衍射分析，X射線衍射圖見圖6。從圖中可以看出，除去殘余坯體中的莫來石晶相和原料中未融化的石英晶相，結晶釉的主晶相為硅酸鋅。因此所制得的結晶釉為硅酸鋅結晶釉。

3 結論

（1）實驗證明利用白崗巖為主要原料制備硅酸鋅結晶釉是可行的。

（2）制定出結晶釉的配方：白崗巖含量在58%～60%，ZnO含量在18%～22%，滑石含量在20%左右能獲得質量較好的結晶釉。

（3）保溫時間對晶花大小有較大影響,隨著保溫時間增加,晶花半徑逐漸增大。

（4）通過X射線衍射分析得出，所制備的結晶釉為硅酸鋅結晶釉。

1 張鳳岐,結晶釉工藝.上海:上海科學技術出版社.1981.1～3

2 金達表,張兄明等.高純石英的加工工藝研究.中國非金屬礦工業導報,2004,6(22):44～48

3 焦建新,蘇良赫.硅鋅礦結晶釉的結晶研究-釉熔體中球粒結晶動力學探討.硅酸鹽學報,1988,16(1):19～26.

4 李家駒.陶瓷工藝學.北京:中國輕工業出版社.2001

5 王迎軍,劉康時.結晶釉中硅鋅礦晶體的核化與生長.中國陶瓷,1986,89(6):1～9

Preparation of Zinc Silicate Crystalline Glaze with Alaskite

JIANG Shuxing HU Xiaolin
(Key Laboratory of New Processing Technology for Nonferrous Metals and Materials,Ministry of Education,College of Materials Science and Engineering,Guilin University of Technology,Guilin,Guangxi 541004,China)

Zinc silicate crystalline glaze was prepared with alaskite as principal raw material,ZnO as nucleation agent,and MnO2,CuO or Fe2O3as coloring agent.The problem of the disorderly growth of crystals was solved by localizing crystal nuclei.An optimal recipe was designed after considering the influence of the content of ZnO,talcum and coloring agents on glazing effect and a fancy crystalline glaze was prepared.It was found that holding time was an important factor affecting the size of the crystallization.Analyzing the phase of the glaze layer by XRD proved that the prepared sample was zinc silicate crystalline glaze.

alaskite;crystal nucleus locating;zinc silicate;crystalline glaze

on Mar. 31, 2012

T Q 1 7 4.4+3

A

1000-2278（2012）03-0335-04

2012-03-31

蔣述興，E-mail:jiangsx2002@yahoo.com.cn

JIANG Shuxing, E-mail: jiangsx2002@ yahoo.com.cn