硅酸鋅結晶釉的試制*

徐和良 張慧娟

(江蘇拜富科技股份有限公司 江蘇 宜興 214221)

結晶釉是用來裝飾瓷器、精陶、釉面磚等產品的一種人工晶花釉。硅酸鋅結晶釉是結晶釉的一種，它可以形成尺寸較大的扇形紋樣的結晶釉，具有結晶性能好、晶型美觀、有復雜的變化性的特點。通過同步引入著色劑，可以制備出各種顏色效果的結晶釉。本實驗在前期研究基礎上采用制釉常用礦物原料，分別研究了釉料基質中氧化鋅、硅鋁摩爾比、硅鈣摩爾比以及氧化銅著色劑對于結晶釉釉面效果的影響。

1 硅酸鋅結晶釉形成機理

結晶釉組成分為三大類，即晶體構成物質、釉料基質、著色劑。在硅酸鋅結晶釉中ZnO、SiO2等為主要成晶物質；釉料基質主要用來調節結晶釉的燒成溫度、粘度和熱膨脹系數。NiO、CuO、Fe2O3、Co2O3、V2O5、MnO2等為著色劑，使釉面、晶花著色。晶花的形成實際是一個析晶過程。因此，釉玻璃熔體析晶首先要有處于過飽和狀態的成晶物質，用來形成晶核；其次是熔體冷卻時，須在該物質的析晶范圍內進行保溫，使晶核發育成長，而選擇不同的保溫時間和保溫制度，又可以控制晶花的大小和形狀。總之要得到優質的結晶釉產品，不但要有合適的釉料配方，還必須制定嚴格的燒成工藝制度。

2 實驗

2.1 實驗所用原料化學組成

釉用原料采用制釉天然礦物為基礎(見表1)。

表1 釉用原料的化學組成

2.2 試樣制備工藝流程及相關參數

實驗中均采取對坯體定位種晶后噴釉的方式，晶種為煅燒后氧化鋅的篩余(40目～60目)，將晶種預埋在坯體的中心。樣品在高溫電阻爐中燒結。

釉漿密度：1.65 g/cm3釉層厚度：1～1.5 mm

圖1 工藝流程圖

2.3 燒成制度

樣品在高溫電阻爐中燒結，5小時升溫到1 000 ℃，再3小時升溫到1 250 ℃，保溫15 min后，快速降溫至1 140 ℃后繼續保溫3小時，之后隨爐冷卻。燒成溫度曲線見圖2。

圖2 燒成溫度曲線圖

3 實驗結果與分析

前期我們做了大量基礎研究，結合正交實驗法得到效果較為理想的硅酸鋅結晶釉，最佳配方組成A3(wt%)為:氧化鋅25%、石英22%、高嶺土4%、鈉長石38%、方解石11%。將此配方作為本次實驗的基礎配方，對氧化鋅含量、硅鋁摩爾比、硅鈣摩爾比及氧化銅加入量對硅酸鋅結晶釉的影響進行研究。

3.1 氧化鋅單因素實驗對硅酸鋅結晶釉釉面效果影響

表2 氧化鋅含量對硅酸鋅結晶釉釉面的影響

氧化鋅含量對硅酸鋅結晶釉的影響最大,在基礎配方的基礎上采用氧化鋅單因素方法研究氧化鋅含量對硅酸鋅結晶釉的影響。實驗表明當釉料中不添加氧化鋅時，此時釉中無晶體析出。隨著氧化鋅含量增加，在高溫時ZnO與SiO2發生反應形成晶核，在冷卻過程中晶核發育成長，最終形成硅酸鋅結晶晶花。如表2，實驗中隨氧化鋅含量的增加硅酸鋅結晶釉的晶花先增大后減小。當氧化鋅含量為25 wt%時，釉面晶花最大，釉面效果最好。隨著氧化鋅含量繼續增加，晶花會變小，且當氧化鋅含量過量，實驗中發現氧化鋅含量大于29 wt%時，由于過高的氧化鋅濃度導致釉熔體的粘度過小，容易形成晶簇，釉面不光滑，甚至縮釉。

3.2 硅鋁摩爾比對硅酸鋅結晶釉的影響

在A3配方基礎上，保持其他組分不變，考察不同硅鋁摩爾比對硅酸鋅結晶釉的影響。由表3可以看出：當硅鋁比為7.3∶1時，釉的L值最大，L=84.00，出現乳白色，光澤度高。SiO2的含量直接影響硅酸鋅結晶釉的生長，當其少于15%時，會直接溶解在釉熔體中，15%～24%時，SiO2會存在未溶解的部分進而形成結晶，當SiO2的含量24%～35%時，則會出現乳濁效果。但結晶釉中，晶體的生長是Al2O3/SiO2綜合的影響，適宜的Al2O3/SiO2比例能提高釉面穩定性、硬度和彈性，降低膨脹系數等。處于高Al2O3低SiO2比例區域，會形成乳濁效果的尖晶石結構，而低Al2O3高SiO2區域，則會形成無光釉。

3.3 硅鈣摩爾比對硅酸鋅結晶釉的影響

在A3配方基礎上，保持其他組分不變，考察不同硅鈣摩爾比對硅酸鋅結晶釉的影響。由表4可以看出：當硅鈣比為5.4∶1時，形成無光釉。當鈣摻入量過多時，會有結晶，導致釉層失透，形成無光釉。

3.4 氧化銅著色劑單因素實驗對硅酸鋅結晶釉的影響

由表5與表6可知，隨著摻入CuO含量增多，C2～C6號試樣無結晶區域的釉面a值在CuO含量為2 wt%時達到最小，顏色綠度最大；但摻入CuO量在2 wt%以上,a值逐漸增大，逐漸出現了銅鏡狀釉面，反光效果明顯，影響了釉面a值。b值在CuO含量為2 wt%時達到最大，但摻入CuO的量多于2 wt%時，b值逐漸減小，跟高含量的CuO產生鏡面效果有關，釉面L值逐漸降低，釉面的明度降低了、光澤度增加，說明隨著CuO的增加會引起結晶釉明度的降低。

由表6與表7可以對比看出，隨著摻入的CuO含量的增多，C2～C6號試樣釉面結晶區域的a值逐漸增加，對比無結晶區域的a值，并未出現先減后增的趨勢，可能CuO在硅酸鋅結晶中的色度相對比較穩定，b值跟無結晶區域一樣，CuO含量為2 wt%時達到最大；但摻入的CuO的加入量在2 wt%以上，b值逐漸減小，L值的大小與趨勢兩區域基本相同，說明摻入CuO有結晶區域的釉面與無結晶區域的釉面的明度基本一致。

表3 不同硅鋁比的色度及釉面效果

表4 不同硅鈣比的色度及釉面效果

表5 氧化銅著色劑含量對硅酸鋅結晶釉釉面效果的影響

表6 不同氧化銅含量樣品的無結晶區域的色度值

表7 不同氧化銅含量樣品的結晶區域的色度值

本實驗得到以下結論：(1)隨著氧化鋅含量的增加，釉中硅酸鋅晶體逐漸增大，當添加氧化鋅含量為25 wt%時，其晶花最大，含量繼續增加晶花減小至無晶花；(2)隨著硅鋁摩爾比過小，會出現乳濁效果，過大會抑制結晶，當硅鋁摩爾比為9∶1左右時，其釉面正常，有結晶；(3)隨著硅鈣摩爾比的減小，釉面形成無光釉，硅鈣摩爾比稍大于7∶1時釉面正常。(4)隨著氧化銅加入量的增加，結晶釉的顏色由淺綠到翠綠，當添加的氧化銅含量為2 wt%時呈色鮮艷度最好釉面漂亮，含量繼續增加至4 wt%以上時釉面顏色轉暗且出現鏡面效果。