平定紫砂泥料燒結制度研究分析

摘 要：針對山西省平定縣紫砂原料的節能、高效利用，本文運用現代測試分析技術，研究了紫砂原礦的成分特征，制備了紫砂泥料，探究了紫砂的燒結機制，通過控制燒成條件來探究平定紫砂泥料的結構特點，并進行了對紫砂泥料的性能進行測試分析，在保證性能優良的條件下，盡可能降低燒結溫度，起到節約能源的作用，有利于促進當地企業經濟的發展。實驗結果表明：燒結溫度1150℃、保溫1h時制得紫砂試片的沒有較大裂紋出現，并且氣孔較小，綜合性能最優。此時紫砂試片體積密度為2.28g/cm3，燒結后的線性收縮率為9.85%。

關鍵詞：平定紫砂；燒結溫度；保溫時間

1 前言

作為我國的優秀傳統藝術品的紫砂工藝美術品具有較強的藝術性和較高的實用性，深受眾多喜歡紫砂制品的鑒賞者收藏觀賞。山西省平定縣具有悠久的砂器歷史文化，被稱為“砂器之鄉”。擁有的紫砂原礦儲量豐富，發展潛力巨大。

關于紫砂制品方面的研究主要集中在產品的造型設計[1]、文化底蘊[2]、制品工藝[3]等理念方面。對紫砂制品的工藝研究方面，研究方向大多集中在宜興紫砂原料的成分分析研究[3-6]、紫砂泥料的制備工藝[7-9]等方面，且國內的研究相當豐富，但對平定紫砂研究的報道很少。

本文針對山西省平定縣紫砂原料的工藝技術、原料特點以及紫砂制品裝飾，運用現代測試分析技術，研究了紫砂原礦的成分特征，制備了紫砂泥料，探究了紫砂的燒結機制，通過控制燒成條件來探究平定紫砂泥料的結構特點，并對紫砂泥料的性能進行測試分析，在保證性能優良的條件下，盡可能降低燒結溫度，起到節約能源的作用，有利于促進當地企業經濟的發展。

2 實驗

紫砂泥料原礦來源于陽泉平定紫砂研究所。對紫砂原礦料先進行破碎，再用球磨機進行粉碎，最后得到一定目數規格的的紫砂粉料。按照圖1工藝路線進行泥料樣品制備。

采用英國Malvern Panalytical公司Aeris型 X 射線衍射儀（ XRD，Cu K α射線，步長 0.02°，40 kV，30 mA） 對樣品進行物相分析；采用日本JEOL公司的JSM-IT200 掃描電子顯微鏡觀察樣品支撐劑的表面微觀結構。按照國家行業標準QB/T 1642-2012《陶瓷坯體顯氣孔率和體積密度測試方法》測試樣品體積密度。測試樣品燒結前后直徑變化分析泥料收縮率。

3 結果分析

3.1溫度對紫砂泥料的影響

原料的物理性能會直接影響到成品的質量高低，而收縮率和體積密度是物理性能中較為重要的性能指標，紫砂泥料最獨特的一個優點是其氣孔結構的形成，燒結溫度不同會對氣孔的形成帶來一定的影響，因此在本實驗中對紫砂泥料氣孔形成原因進行了探究，收縮性的大小，體積密度的大小，都會影響其氣孔結構，實驗選取不同燒結溫度對紫砂泥料試片進行燒結，并計算了5組不同紫砂泥料的燒成收縮和體積密度的變化，獲得了如下的檢測結果（見圖2），并可發現其大體性能規律，證實了以下幾方面的性能：干燥收縮小，紫砂泥料從泥漿到試片干燥結束收縮率較小，硬度較大，不容易產生扭曲變形。

圖3為5個不同溫度下掃描電鏡圖。通過對比分析不同溫度下紫砂碎片顆粒的掃描圖片結果，統一選取在放大倍數為1000倍時的掃描結果，可發現在1110℃時，顯微結構中的氣孔最多且分布較廣，隨著溫度升高，可以發現在1170℃時氣孔有明顯變少，且表面逐漸變得較光滑，尤其是在1190℃時，可觀察到表面幾乎無氣孔，致密度最佳。從圖中能觀察到燒結后的紫砂泥料帶有雙重氣孔結構，這是因為紫砂泥料中各種礦物的收縮率不同，在礦物的彼此結合面上會產生氣孔，各氣孔之間一部分會相通，一部分呈閉合狀態，泥團內部與外部都有一定數量的氣孔，由于水表面的張力，水分不能透過這些小孔滲入坯體，而水蒸氣可以透過氣孔，形成了紫砂泥料特有的透氣性。

從圖4中可以看出原礦物主要含有石英、莫來石、云母、鐵質等幾種主要礦物。可以看出，樣品的主晶相均為石英，其他物相組成上存在一定的差異。總體而言，陽泉平定的紫砂原料礦是以石英相為主，其次是莫來石、白云母和鐵質原料。從圖中可以看出，在2θ為26.58°時衍射峰最高，說明紫砂泥料中的主晶相為SiO2；而對應的20.83°出現較為突出的衍射峰，可以說明紫砂泥料中的次晶相為Fe2O3；其他的小峰值對應的晶相為2Al2O3·SiO2、KAl2（AlSi3O10）（OH）2。

3.2保溫時間對紫砂泥料性能的影響

紫砂試片燒結保溫時間與收縮率的變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出體積密度和收縮率的變化：隨著保溫時間的延長，測得的體積密度先呈下降后上升，變化范圍在2.28～2.47g/cm3，此時透氣性較好；收縮率呈上升趨勢，收縮率決定樣品結構致密性，收縮率越大制品越致密。

試片的微觀形貌如圖6所示。圖6中分別為保溫時間0h、0.5h、1h時制備紫砂試片斷面的表面SEM圖（500倍），從圖6（a）到圖6（c），可以十分清楚地看出，保溫時間越長，制品的致密度越好，這是因為在燒結過程中，顆粒的重排，使得一些大氣孔消失，晶界增大，空隙進一步縮小，晶粒長大，制品強度提高，由此說明在保溫時間為1h時紫砂試片致密性好，此時的紫砂試片的透氣性較好。

4.結論

（1）隨著溫度上升，燒成收縮率逐漸減小，在1170℃時干燥收縮率最大，同時體積密度數值相對集中，隨著保溫時間的升高，紫砂試片的體積密度呈先降后升變化趨勢，收縮率呈上升趨勢。

（2）通過XRD衍射分析可知，紫砂試片內的主晶相石英相、莫來石相、白云母、鐵質等；溫度對紫砂泥料物相的影響不大。

（3）通過掃描電鏡觀察分析可知，燒結溫度對紫砂泥料顯微結構的影響較大，隨著溫度的上升，泥料表面不僅變得光滑平整，泥料中的氣孔也有明顯的變化。

綜合可知：燒結溫度1150℃、保溫1h時制得的紫砂試片沒有較大裂紋出現，并且氣孔較小，綜合性能最優。此時紫砂試片體積密度為2.28g/cm3，燒結后的線性收縮率為9.85%。

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Research and Analysis on the Sntering System of Pingding Purple Sand

DU Run-ping1，BAI Pin-bo23，GUO Jing-yan1

（ 1. Shanxi Institute of Technology，Yang quan045000；2. Yangquan Changqing Fracturing Petroleum Co.Ltd， Yang quan 0452003.Pingding Purple Sand Research Institute，Yang quan 045200）

Abstract： In response to the energy-saving and efficient utilization of purple sand raw materials in Pingding County， Shanxi Province， this article uses modern testing and analysis technology to study the composition characteristics of purple sand raw ore， prepare purple sand mud， explore the sintering mechanism of purple sand， and explore the structural characteristics of Pingding purple sand mud by controlling the sintering conditions. The performance of purple sand mud is tested and analyzed， and the sintering temperature is minimized while ensuring excellent performance， It plays a role in energy conservation and is conducive to promoting the economic development of local enterprises. The experimental results show that the purple sand specimens prepared at a sintering temperature of 1150 ℃ and insulation for 1 hour do not exhibit significant cracks， and have smaller pores， resulting in the best overall performance. At this point， the bulk density of the purple sand test piece is 2.28g/cm3， and the linear shrinkage rate after sintering is 9.85%.

Keywords： Pingding purple sand clays；Sintering temperature；Holding time