宜興鈞陶工藝性能的初步研究

吳琳　張茂林　吳軍明　李其江　熊露

摘 要：本文以宜興鈞陶胎體為研究對象，采用能量色散X射線熒光能譜儀、X射線衍射儀、熱膨脹儀等手段，對樣品胎的主、次量元素組成、物相組成和物理性能進行了系統分析，并通過縱向比較綜合分析了各時期宜鈞胎體的工藝特征及性能變化，為復仿制工藝及后期深入研究打下基礎。

關鍵詞：宜鈞；工藝特征；物相組成；燒成溫度；性能

1 引言

宜興地處長江三角洲太湖流域，陶瓷歷史淵源流長。先民們從原始社會新石器時期就開始制陶，迄今為止從未中斷。元、明、清以來，宜興一直是江南地區經濟文化活動中心之一[1-2]。除了眾所周知的紫砂以外，豐富多彩的宜鈞也深得市場歡迎[3]。宜鈞是指宜興生產的一種帶釉的陶器，其制釉方法是在胎上施以黑釉，然后灑以白釉，燒成時兩者發生化學反應形成乳光釉區，并流淌成藍色的兔絲紋，濃處則成乳白，若不流淌則成乳白或藍色乳光點。它所用胎質有兩種，一種是灰白的炻胎，另一種是紫砂胎[4]。宜興鈞陶胎、釉的外觀特征取決于它們的化學組成、所用原料、燒成溫度和燒制工藝。本文主要研究宜興鈞陶胎的物理化學性質，分析鑒別它們的特征，為復仿制工藝及后期深入研究打下基礎。

2 實驗內容

在南京博物院的支持和幫助下，筆者采用現代分析技術，對江蘇宜興古窯址考古發掘出土的三個時期（清初、清早、清中）宜興鈞陶樣品的化學組成、燒成溫度、吸水率等物理性能進行了系統的測試和分析，結合相關文獻，探討并分析不同時期宜興鈞陶工藝性能的特點。

本文采用美國EDAX公司生產的EagleⅢ型能量色散X射線熒光能譜儀測試宜鈞胎的化學組成；采用德國Bruker公司生產的D8-Advance 型X射線衍射儀分析宜鈞胎的物相；采用德國耐馳DIL402C熱膨脹儀測試不同時期宜鈞胎的燒成溫度；利用煮沸法測試分析樣品的吸水率、顯氣孔率。

3 分析與討論

3.1 成分分析

宜鈞樣品胎的化學組成如表1所示（其中QC、QZ和QZH分別代表清初、清早和清中時期樣品）。

從表1可知，各時期宜鈞胎中的主、次量元素含量差異并不大，Al2O3含量在20.81%～28.29%，SiO2含量在59.67%～73.18%。為了更細致地觀察各時期宜鈞樣品胎元素組成的變化，筆者利用spss軟件對宜鈞樣品部分元素做散點圖，如圖1、圖2所示。從圖1和圖2可以看出，不同時期的宜鈞樣品大多數混雜在一起，但是清中時期樣品胎中元素組成相比清初時期更為集中，表明隨著時間的推移，宜鈞胎體配方更為穩定。

根據相關文獻記載，宜興陶土一般分為白泥、甲泥、嫩泥三大類，其中甲泥是一種以紫砂為主的雜色粉砂質黏土，而宜鈞胎體的原料配方有兩類，分別是紫砂泥和白泥。為此，將宜鈞的胎體成分與宜興紫砂泥、白泥原料[4]作對比分析。宜興紫砂泥、白泥的化學組成如表2所示。用SPSS軟件對宜鈞胎、宜興紫砂泥和宜興白泥的主、次量元素含量做因子分析，利用所提取的兩個主因子做散點圖，如圖3所示。從圖3可以看出，宜興白泥與宜興紫砂泥各處在一個區域，宜鈞胎大部分聚集在一個區域，并和宜興白泥混為一類。少數宜鈞胎則與宜興紫砂泥混合在一起。

相關研究表明，宜興紫砂泥和白泥相比，Fe2O3、Al2O3的含量較高[5]。為此作宜鈞胎體、宜興紫砂泥、宜興白泥的Fe2O3、Al2O3和TiO2散點圖，如圖4所示。觀察圖4可發現，在研究的樣品中，大部分的宜均胎體成分與宜興白泥較為接近，少量則與宜興紫砂泥類同，這與圖3的因子分析結果是相符的。宜鈞胎體樣品中有三個樣品Fe2O3的含量相對較高，且Al2O3的含量也同樣偏高，而這三個樣品在圖中正好與宜興紫砂泥在同一個區域內，再次證明含Fe2O3較高的宜鈞樣品胎體應是以當地紫砂泥為主要原料，而其他宜鈞樣品胎體是以當地白泥為原料。

3.2 工藝探析

對宜興鈞陶具有代表性的樣品進行X衍射物相分析，如圖5所示。由圖5可知，清初時期QC-3樣品胎的主要晶相是石英；清早時期，QZ-8樣品胎中主晶相除了有大量的石英，還出現了少量的莫來石，QZ-14樣品胎的主要晶相只有石英；清中時期，QZH-4樣品胎中的主晶相為石英和莫來石。這三期樣品胎體共同點在于都含有石英，不同的是清中期含有一定量的莫來石，早期部分含有少量的莫來石，而初期則沒有，說明這兩個時期的樣品燒制溫度應該高于初期，或者是原料加工更加精細，研磨均勻且顆粒度較小。莫來石的主要成分是3Al2O3·2SiO2，通過表1可以看出，清初時期樣品QC-3胎中的Al2O3含量相對最低的，清中時期樣品QZH-4胎中的Al2O3含量達26.38%，Al2O3含量的增加為莫來石的生成提供了必要條件。除了Al2O3含量的增加，莫來石的生成與否還取決于燒成溫度。

莫來石的形成過程[6]如下：

（1）在600 ℃以前，高嶺石進行脫水。

（2）從600 ℃開始：

Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2（偏高嶺石）+2H2O

（3）在925 ℃以后：

2（Al2O3·2SiO2）→2Al2O3·3SiO2（尖晶石型新結構）+SiO2

（4）在1050～1100 ℃時，尖晶石型新結構開始轉化成莫來石：

3（2Al2O3·3SiO2）→2（3Al2O3·2SiO2）（莫來石）+5SiO2

莫來石是從1050 ℃開始形成的，在1150～1250 ℃溫度范圍內，莫來石會迅速形成，清初時期陶坯的燒成溫度約1090 ℃，雖達到了莫來石的生成溫度，但莫來石晶相的生成量較小，坯體主晶相為石英；清早、清中時期燒成溫度達到了1160 ℃甚至更高，莫來石開始迅速大量生成。莫來石本身具有機械強度高、熱穩定性好、化學穩定性強等性質，它的大量產生能夠賦予陶瓷制品良好的性能。通過觀察樣品的外表特征，也可發現清中時期胎體的致密度、表面光澤度等性能較清初、清早略好。從整體上看，宜鈞各期燒制溫度呈上升趨勢，燒制工藝逐步提升。

本文利用煮沸法測試分析樣品的吸水率、顯氣孔率，同時采用德國耐馳DIL402C熱膨脹儀測試不同時期宜鈞胎的燒成溫度，獲得部分宜鈞胎體的物理性能如表3所示。從表3可以看出，清代宜興鈞陶的吸水率大致在2.60%～9.10%，氣孔率在6.00%～18.17%，體積密度在1.59～2.63 g/cm3。總體來說，清代宜興鈞陶的吸水率和氣孔率較高，體積密度較小。

為了更準確地分析清代各時期宜興鈞陶樣品的體積變化、氣孔率及吸水率規律，利用SPSS軟件繪制三維散點圖和均值表，分別如圖6、表4所示。

從圖6和表4可以看出，隨著時間的發展，宜興鈞陶的吸水率、顯氣孔率均呈下降趨勢，吸水率的均值從清初的6.32%降至4.29%，顯氣孔率也由13.05%降到10.48%。體積密度則與之相反，呈現上升趨勢，清中時期均值最高，達到了2.40 g/cm3。通過數據可以發現，從清初到清中，胎體的燒結程度相應提高，胎質相對更致密。同時，根據表3熱膨脹儀測試胎體的燒成溫度結果可以看出，清代宜興鈞陶樣品的燒成溫度呈現遞增的趨勢，清初、清早的胎體在1090 ℃、1162 ℃左右的溫度下燒制，而清中時期宜興鈞陶的燒成溫度達到了1213 ℃。燒成溫度升高，低共熔體增多，體積收縮，液相增多并逐步填充顆粒間空隙，從而使得氣孔率和吸水率都相應減小，體積密度相應增大，胎體更成熟。結合表3還可發現，三個時期吸水率都在2%～9%區間內，相比一般陶器的吸水率是較低的，因此，在某種程度上可以說，清代宜鈞胎體達到了精陶器[6]的標準。

4 結論

（1） 研究結果表明，宜鈞的吸水率、顯氣孔率隨著時代的變遷而減小，體積密度則隨之增大；清初和清早的宜興鈞陶主要晶相為石英，而清中時期出現了莫來石，這主要是由于清中的燒成溫度較高，達到了1200 ℃，胎體更致密，燒制工藝更成熟。

（2） 根據宜鈞胎的化學組成及物性分析，宜鈞胎體配方采用了宜興當地的白泥和紫砂泥為原料。隨著時代變遷宜鈞胎體原料配方變化不大，但工藝性能更趨穩定。

參考文獻

[1] 陳順珍，陳順濤.簡析紫砂發展史[J].江蘇陶瓷，2007（6）：12～15.

[2] 潘春芳，賀盤發.我國紫砂器的起源和發展[J].江蘇陶瓷，1980（2）：12～16.

[3] 史俊棠.宜興均陶[M].上海：上海古籍出版社，2009（1）：3.

[4] 李家治.中國科學技術史陶瓷卷[M].北京：科學出版社，1998，（13）：417～418.

[5] 江夏.歷代宜興紫砂性能與工藝初探[D].景德鎮：景德鎮陶瓷學院，2011.

[6] 西北輕工業學院，等.陶瓷工藝學[M].北京：輕工業出版社，1982：354～357.