結晶釉之結晶原理與影響因素

摘要:本文通過分析結晶釉所用原料、配方與燒成，結合實驗情況來分析結晶釉的結晶原理，以及結晶釉中可能影響其結晶的各種因素，并提出了在傳統“升、頓、追、降、保、降”的六字燒成法的基礎上增加“再升、再降、再保”三道工序的新燒成方法。

關健詞:結晶釉;結晶原理;燒成制度;晶體生長

1前 言

結晶釉是一種人工晶體花釉，是在基礎釉上引入了結晶劑，通過對其進行燒成控制，在釉層中形成各種形狀花紋晶體的釉料。古往今來，美觀大方的結晶釉產品一直都是許多學者研究的對象。早在宋代我國就成功研制出了“星盞”、“茶葉末”、“鐵銹花”等結晶釉，但直至二十世紀五六十年代以后，結晶釉才進入了商品化生產的發展階段。本文從結晶釉的使用原料、結晶釉配方和燒成方法三個方面來研究結晶釉的結晶原理。

2試 驗

2.1 結晶釉的成分

結晶釉一般是在含氧化鋁較低的釉料中加入結晶劑(如ZnO、MnO₂、TiO₂等)，使之達到過飽和析晶而獲得的。由于釉的基本組成是鋁硅酸鹽，可用通式RO·XAl₂O₃·YSiO₂表示，當Al₂O₃和SiO₂含量都較少而且SiO₂/Al₂O₃比例較大時，就容易析晶，可得到輝石類礦物和正硅酸鹽的橄欖石類等礦物晶體。一般控制SiO₂含量為40%～50%，Al₂O₃含量為10%以下，SiO₂∶Al₂O₃=12∶1～15∶1。

2.2 結晶釉配方

釉的高溫粘度對結晶的影響很大，高溫粘度越大，則越不易析晶，晶體長大也很困難。因此，宜選用高溫熔體粘度低的釉料，以促進析晶及晶體長大，如可采用以下配方:玻璃粉33%、石英5%、長石10%、白云石5%、R2熔塊20%、氧化鋅25%、高嶺土2%。

釉料組成直接影響著釉面析晶的效果。結晶釉料常用玻璃粉，它主要用于調節釉的高溫粘度與析晶溫度，粘度的大小直接束縛著成晶質點在熔體中的擴散遷移。在不同的粘度下，晶體的生長速度是不同的，由式(1)可以推算出晶體大小:

R=2DKtC (1)式中:

R——晶體半徑;

D——擴散系數;

K——溫度常數;

t——時間;

C——成晶物質在熔體中的溶度。

但是，當粘度小到泰曼析晶理論的T晶以下對應的粘度以后，則隨熔體粘度的減少，晶體不但不長大，反而會因溶解于玻璃質熔體中而變小。由此，所需要晶體的大小，可以通過改變保溫時間，或改變保溫溫度從而改變成晶物質在熔體中的溶度來控制晶體的生長發育。由改變保溫溫度來控制，容易發生晶核熔融或產生大量晶核的現象，不利于研究控制，所以，通常是設定一個最為合適的溫度，通過延長或縮短保溫時間來控制晶體的生長發育。如上述配方中，在1160℃保溫時，晶體大小和保溫時間的關系如表1所示。

從泰曼析晶理論可知:任何釉熔體的析晶，首先要形成一定尺寸大小(臨界尺寸)的晶核，如果是達不到臨界尺寸的小核(核胚)，即使形成了也是很不穩定的。要形成大的晶核，則需要相當的原子或離子，從熔體中一個個排列到核胚的一定位置上來。一般來講，晶核數量越多則晶花越多，但當數量太多時，因為每個晶核都按照自己的結晶習性生長，會形成眾多的小晶體，互相重疊、擁擠，無法長大為晶花。因此，只有當晶核數量適中時，才可以長成完整美麗的晶花。

結晶釉中的結晶劑，一般在釉熔體中的溶解度小，溶解速度較慢，所以其在釉中含量不高時，就可以達到過飽和狀態而形成晶核，長大為晶花。不同種類的結晶釉所用的結晶劑是不同的，例如:硅鋅礦結晶釉的結晶劑是ZnO;輝結晶釉的結晶劑是金屬氧化物，如TiO₂、ZnO、Fe₂O₃等;當然還有一些是金屬元素的鹽類，如MgCO₃、石灰石(CaCO₃)等。

筆者經過多次研究實驗，發現當釉式為式(1)所示時， 此時SiO₂/Al₂O₃大概在13.5左右，使用白云石、碳酸鋇來調節釉的性能和燒成溫度，所得釉料的高溫流動性很好。結晶劑的含量則需要根據結晶釉的結晶方式的不同而改變，如硅酸鋅結晶釉，若要得到較好的定位結晶時則少加，氧化鋅加入量大概為23%～28%;如要得到無規則大量結晶時則可以多加，氧化鋅添加量甚至可以在40%以上。

2.3 結晶釉的燒成

大部分結晶釉的燒成都采用傳統的“升、頓、追、降、保、降”六字燒成法，其掌握較為困難，在保溫階段常因為晶體內含有的潛熱的散發，往往達不到預期的效果。同一配方，采用不同的燒成曲線，晶花形狀是不同的。如硅酸鋅結晶釉，當溫度降至結晶溫度范圍，并有足夠的結晶保溫時間時，由于結晶潛熱的放出，使局部溫度波動太大，忽而達到熔點，忽而降到熔點以下，結果局部釉面回升到熔點，使一部分晶體被釉熔解，所得到的晶花只是晶體碎片。這種晶花往往呈樹枝狀、針狀，若要得到放射狀、蜘蛛網狀的晶花，則需在結晶溫度范圍稍為偏高的溫度下，把保溫時間拉長;而若要得到圓形晶花，須在結晶溫度范圍偏下限的溫度下進行保溫，保溫時間拉長。一般來說，達到最高溫度時須盡快降溫至保溫溫度，降溫速度越快越好，快速降溫有利于晶核的產生。

筆者經多次實驗，在結晶釉以往的燒成基礎上增加了“再升、再降、再保”三道燒成工序，即:升、頓、追、降、保、再升、再降、再保、降。主要是針對晶核內殘余的潛熱的散發，通過再升、再降、再保三道工序，可以進一步減少晶核內多余潛熱的發散。同時，可以熔解一部分較小的晶核，使晶核數量不至于太多，以免晶核擁擠而使晶花長不大，如本實驗中硅酸鋅的燒成曲線與傳統燒成曲線的對比見圖1。

3影響結晶釉結晶的因素

3.1高溫粘度對晶體長大的影響

晶體的生長受熔體粘度制約，粘度的大小直接束縛著成晶質點在熔體中的擴散遷移，粘度越大，擴散速度越慢，但當粘度小到泰曼析晶理論的T晶以下對應的粘度以后，則隨著熔體粘度的減小，晶體不但不長大，反而會因溶解于熔體中而減小。

3.2雜質對晶體長大的影響

由于雜質的存在，產生相界面，晶體的長大就會受到異相界面的制約。只有能量足夠大、運動速度足夠時成晶質點才有可能穿過相界面粘附到晶核上去。如雜質對晶核是潤濕的，則會將晶核包裹起來，使成晶質點無法粘附到晶核上去，則晶核無法長大。

3.3釉層厚薄不勻對晶體的影響

由于釉層厚薄不勻使得部分釉面熱能相對集中，而溶解少量的新生成的晶花邊緣，從而呈現網狀晶花。使用浸釉法釉漿較為均勻，只要操作得當，一般很少出現厚薄不均的現象;而使用淋釉法釉漿極易產生厚薄不均的現象，從而影響釉面的結晶。

3.4燒成對晶體的影響

燒成對晶體的影響主要體現在兩個方面:

(1) 最高燒成溫度對晶體的影響

最高燒成溫度對晶體的生長影響很大，尤其是對結晶劑均勻分布于釉中的結晶釉。若溫度偏高，由于結晶劑均勻存在與釉中，其燒成范圍很小，只有10℃左右，很容易造成晶核熔于釉中，無法得到晶體。而若溫度過低，則燒成后釉面粗糙亞光，晶體很小。

(2) 保溫溫度對晶體的影響

如保溫溫度過高，則剛形成的晶核會隨之熔于釉中或部分熔于釉中，造成無晶花或不完整的晶花碎片;而保溫溫度過低，則會使得釉面稠化，結出的晶花小，而且，溫度過低還會形成許多晶核，產生晶花重疊現象。

4結 論

(1) 結晶釉一般都是在含鋁量相對較低的基礎釉中加入結晶劑(如ZnO、MnO₂、TiO₂等)，使之達到過飽和而獲得的;

(2) 結晶釉一般都要求是高溫粘度較低的釉料，便于晶體長大;

(3) 結晶釉的燒成一般采用“升、頓、追、降、保、降”的六字燒成法，在傳統的六字燒成法的基礎上，增加“再升、再降、再保”三道工序后，有利于散發晶體內的潛熱，從而得到發育良好的晶花。

參考文獻

[1] 李家駒.陶瓷工藝學[M].北京:中國輕工業出版社，1999.

[2] 張玉南.陶瓷藝術釉工藝學[M].江西景德鎮陶瓷學校，2009.