鐵鈦結晶釉的研制

陳琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

鐵鈦結晶釉的研制

陳琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

（華南理工大學材料學院，廣東 廣州 510640）

本實驗采用玻璃粉、石英、滑石、石灰石、TiO2、Fe2O3為原料制備鐵鈦結晶釉，采用正交實驗、單因素實驗，研究了釉料配方中氧化鐵、氧化鈦的量以及燒成溫度、保溫時間、釉層厚度等因素對釉面析晶效果的影響，優化出最佳工藝參數。發現當釉料配方(wt．%)為：氧化鈦 10．2、氧化鐵 4．08、玻璃粉 37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉層厚度為1．0 mm ，燒成溫度為1260 ℃，保溫時間為45 min條件下制備的試樣釉面效果最佳。

鐵鈦結晶釉；釉料配方；燒成制度

0 引 言

結晶釉是在我國古色釉基礎上發展起來的一種人工晶花釉，它是由適當配方的陶瓷釉在燒制過程中，通過人為控制熱力學條件使釉層內產生析晶并長大，從而形成人工合成晶體裝飾的釉層[1]。結晶釉的基本特征是：可以在釉中或釉面析出許多各種形狀的晶花。它的發展歷史非常悠久[2]。結晶釉的種類很多，按選用的結晶劑，可分為鐵系結晶釉、硅酸鋅結晶釉等，各種結晶釉都已有學者涉及并做了大量的工作[3-5]；按燒成溫度可分為高溫、中溫和低溫結晶釉；按晶花大小，可分為粗結晶釉和微結晶釉兩大類；按結晶釉的色彩，分為黑色、白色、藍色、黃色、變色等結晶釉[6-8]。自古以來，結晶釉變幻莫測的藝術效果主要用于藝術陶瓷作品。近幾年來，結晶釉在陶瓷餐具及建筑陶瓷中也得到了廣泛的應用，而在陶瓷馬賽克上的應用仍處于起步階段。

本文通過調整釉的配方組成、著色氧化物的含量、燒成制度、釉層厚度等因素，擬研制陶瓷馬賽克氧化鐵花釉的底釉與面釉及其相應的工藝參數。

1 實驗方案

本實驗以TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、滑石、石灰石等為原料，以料∶球∶水=1∶2∶0．6進行球磨并過250目篩網，以浸釉的方法施釉，然后干燥、燒成。采用正交實驗確定優化配方，后進行單因素實驗，對釉料組成(Fe2O3、TiO2的量)、燒成制度(燒成溫度、保溫時間)等進行實驗，得到最佳的釉料配方和燒成制度。本實驗通過目測對正交實驗樣品進行打分，主要目測釉面析晶效果、釉面的光澤度及平整度，后綜合打分。

(1)釉面析晶效果可以通過觀察釉面的析晶范圍及晶花大小評分；(2)光澤度是通過觀察釉面的光亮程度進行評分；(3)平整度通過觀察釉面氣孔，表面粗糙程度等因素評分。正交試驗設計實驗方案如表1。

2 結果與討論

2.1 正交實驗結果分析

采用正交實驗制備試樣照片如圖 1 所示，正交實驗結果分析如下。

從圖1可以看出，按照正交實驗燒制出來的九組釉樣樣品釉面效果各異，描述如下。

一號樣品半無光，析晶較充分，釉面平整度較差，其原因為樣品的燒成溫度偏低，保溫時間不夠；二號樣品光澤度好，有較大晶花，釉面光滑，其原因為樣品的燒成溫度適宜，保溫時間偏短；三號樣品無光，析晶充分，釉面平整度較差，其原因為燒成溫度低，保溫時間適宜；四號樣品光澤度好，有較多花型葉狀的晶花，釉面光滑，其原因為燒成溫度偏低，保溫時間適宜，效果較好；五號樣品無光，析晶較充分，釉面平整度差，其原因為燒成溫度低，保溫時間短；六號樣品半無光，析晶充分，有較多較大的輻射狀晶花，釉面平整度差，其原因為燒成溫度偏低，保溫時間偏短；七號樣品無光，析晶充分，有較多花型葉狀的晶花重疊，釉面略粗糙，其原因為燒成溫度低，保溫偏短；八號樣品半無光，析晶充分，有大量輻射狀晶花重疊，釉面略粗糙，其原因為燒成溫度偏低；九號樣品無光，析晶充分，有大量輻射狀晶花重疊，釉面粗糙，其原因為保溫時間短。

綜合各個釉樣的效果，正交實驗的結果如表2所示。

由表2可知，四因素、三水平的正交實驗，各個因素、水平對釉樣變化起的作用大小不同。為了直觀起見，用因素的水平作橫坐標，評分即K平均值作縱坐標，畫出因素與評分關系圖，如圖 2所示。

綜上所述最優的水平組合為D2B1A2C2。

即為4#釉樣配料，燒成制度為：燒成溫度為1260 ℃，保溫時間為45 min。

同時，根據表3中極差R的大小，可知各因素對釉面析晶效果影響的主次分布。從主到次順序：D-B-A-C。

從正交實驗結果分析可以看出，保溫時間對釉面效果影響較大，其次是氧化鐵用量，再就是釉料中氧化鈦含量，燒成溫度對其影響較小。

2.2 工藝因素對釉面效果的影響

2．2．1 保溫時間對釉面效果的影響

保持4#釉樣配料，燒成溫度為最優的1260 ℃。只改變釉料在析晶溫度1150 ℃的保溫時間，考察保溫時間對釉樣析晶效果的影響。保溫時間為：30 min、45 min、60 min。通過實驗得出釉樣效果如圖3。

表1 實驗方案Tab.1 The experiment plan

由圖 3可見，1#釉樣有析晶，且析晶較充分，晶體并不是特別大。2#釉樣析晶充分，晶體較大。3#釉樣有析晶但析晶過于充分。說明隨著保溫時間的增加，釉熔體析晶越來越充分，使得晶體長大。產生這一現象的原因：在晶核形成及晶體生長的交叉溫度區進行保溫，保溫時間越長析晶越多，則保溫30 min、45 min、60 min三種條件下析晶越來越多，1#析晶較充分，而3#析晶過于充分，2#析晶效果較好。

2．2．2 燒成溫度對釉面效果的影響

由以上實驗結果，確定4#樣配料為最優配方，45min為最佳保溫時間。在此基礎上，釉樣配料不變，其他工藝參數不變，改變燒成溫度，考察燒成溫度對釉樣析晶的影響。燒成溫度為：1240 ℃、1260 ℃、1280 ℃。通過實驗，得出釉樣效果如圖4所示。

圖1 正交實驗制備的樣品照片Fig.1 Photographs of the samples prepared by the orthogonal experiment

由圖 4可知，1#釉樣有析晶，釉面平滑光澤，但析晶晶粒偏小。3#釉樣釉面光澤度較高，有析晶，晶粒較大，但分相現象比較明顯。產生這一現象的原因：隨著溫度的升高晶粒長大，溫度低晶粒小，溫度高晶粒大，但溫度過高晶粒會熔融(如3#)使釉面效果變差，則1260 ℃為最佳燒成溫度。

2．2．3 氧化鐵用量對釉面效果的影響

根據以上正交實驗結果分析得出，最優釉樣配方為4#釉樣配方，燒成溫度為1260 ℃，保溫時間為45 min。在此基礎上，保持釉樣中其他組分不變，改變氧化鐵的用量，考察氧化鐵用量對釉面效果的影響。氧化鐵用量分別為：2、4、6、8、10。通過實驗得出釉面效果如圖5所示。

由圖5可見，1#樣有花型葉狀晶體析出，且晶粒數量適宜，但晶粒偏小、釉面顏色偏白。2#有花型葉狀晶體析出，3#、4#樣析晶較多且晶粒較大并有晶粒重疊現象。產生這一現象的原因：隨著氧化鐵用量的增加，釉料析晶效果越來越好，但當氧化鐵加入量過多時，如3#、4#釉樣，氧化鐵與氧化鈦強烈作用使得3#、4#釉樣析晶過于充分，使釉面光澤度和平整度效果下降，且顏色隨著氧化鐵含量的增加逐漸變深。從釉料析晶效果、釉面光澤度、釉面平整度綜合分析，可得出2#效果比較優。

2．2．4 氧化鈦用量對釉面效果的影響

表2 正交實驗的結果評分Tab.2 The analysis of the test results

圖2 因素與評分關系圖Fig.2 Factor and score relationship

圖3 保溫時間對釉面效果的影響Fig.3 Effect of holding time on quality of glaze

由上面的實驗結果，確定加4%的氧化鐵釉樣為最優釉樣，在此釉樣配方基礎上，保持其他組分不變，改變釉樣中氧化鈦的用量，考察氧化鈦用量對釉樣析晶的影響。氧化鈦用量如下：5．2、7．7、10．2、12．7、15．2。通過實驗得出釉樣的效果如圖6所示。

由圖6可見，1#樣有失透現象，釉內有細微析晶；2#釉析晶較1#多，有大晶花出現。3#析晶充分，但晶粒之間有復合現象，影響了釉面的美觀程度，4#樣析晶過于充分，但釉表面更加粗糙。產生這一現象的原因：隨著氧化鈦用量的增加，釉料析晶越來越多，但當氧化鈦加入量過多時，析晶過于充分，氧化鈦主要起析晶劑作用，使得釉樣析晶較多，晶粒與晶粒之間疊加，析晶層較厚，導致整個釉面都有析晶，影響光澤度。總體分析，這四組實驗析晶效果不如2#試樣，即加4%氧化鐵，10．2%氧化鈦的釉樣好。

圖4 燒成溫度對釉面效果的影響Fig.4 Effect of fi ring temperature on quality of glaze

圖5 氧化鐵用量對釉面效果的影響Fig.5 Effect of adding content of Fe2O3on quality of glaze

圖6 氧化鈦用量對釉面效果的影響Fig.6 Effect of adding content of TiO2on quality of glaze

3 結 論

采用TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、燒滑石、石灰石為原料，制備鐵鈦結晶釉。當釉料配方為(wt．%)：氧化鈦 10．2、氧化鐵 4．08、玻璃粉37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉層厚度為1．0 mm ；燒成溫度為1260 ℃；保溫時間為45 min條件下制備的試樣釉面效果最佳，樣品光澤度好，有較多花型葉狀的晶花，釉面光滑。

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Preparation of the Fe2O3-TiO2Crystalline Glaze

CHEN Qifeng, JIN Shiyu, WANG Hui, ZENG Lingke
(South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

In the experiment, Fe2O3- TiO2crystalline glaze was prepared, using titanium oxide, ironic oxide, glass powder, quartz, talcum, limestone, etc. as raw materials. By means of orthogonal experiments and single factor experiments, effects of ironic oxide content, titanium oxide content, fi ring temperature and holding time and some other technological factors on the quality of the glaze were studied, and the formula and fi ring system for the crystalline glaze were optimized. Results show the formula of the glaze is as follows (wt%): titanium oxide 10.2, glass power 37.76, quartz 20.41, talcum 7.14, limestone 20.41. When the glaze thickness is 1.0mm, the fi ring temperature is 1260°C, and the holding time is 45 minute, the glaze obtained has the best quality.

Fe2O3- TiO2crystalline glaze; glaze formula; fi ring system

date:2016-12-12. Revised date: 2016-12-15.

TQ174.4+3

A

1006-2874(2017)03-0006-06

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.03.002

2016-12-12。

2016-12-15。

廣東省教育部產學研項目(2012B091100379)。

Correspondent author:.ZENG Lingke, male, Professor.

曾令可，男，教授。

E-mail:lingke@scut.edu.cn