龍泉青瓷胎體的燒結研究

摘 要：龍泉青瓷白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種胎體含鐵量不同，導致胎體的燒結過程和結果各不相同。因四種胎體均含有氧化鐵，低共熔氧化物是相同的，則低共熔點溫度是相同的，因此開始燒結的溫度是一致的；而在燒結過程中，由于各胎體的含鐵量不同，導致燒結速度和燒結程度各不相同，在K2O-Al2O3-SiO2三元相圖上顯示為低共熔點液相增長的速度和生成的液相量不同，在燒成收縮率-溫度曲線圖上表現為收縮速度和收縮率不同，鐵胎的含鐵量最高，液相增長的速度最快，液相生成量最多，燒結速度最快，完全燒結溫度最低，燒結時收縮率最大；哥窯胎次之；朱砂胎再次；白胎的含鐵量最低，液相增長的速度最慢，液相生成量最少，燒結速度最慢，完全燒結溫度最高，燒結時收縮率最小。

關鍵詞：龍泉青瓷；白胎；朱砂胎；哥窯胎；鐵胎；燒結；液相量；收縮率

1 引言

龍泉窯以燒制青瓷而聞名，始于五代，盛于南宋。龍泉青瓷釉色青瑩、溫潤如玉，以粉青、梅子青而著稱于世。龍泉窯因坯體不同而分為哥窯和弟窯，哥窯所用坯體為哥窯胎或鐵胎，胎質黑灰，釉燒后呈現“紫口鐵足” 的效果，其顯著特征為釉面開片，呈“金絲鐵線”狀；弟窯所用坯體為白胎或朱砂胎，釉面不開片，“朱砂底”為其顯著的特征。造成龍泉青瓷如此眾多的藝術效果的根本原因，在于獨特的龍泉窯胎體和釉料，這取決于龍泉本地的瓷土。悠久的龍泉青瓷燒制歷史，決定了龍泉青瓷必取材于龍泉本地，龍泉本地豐富的瓷土資源是龍泉青瓷得以傳承一千多年的必要保證，龍泉本地幾乎囊括了含鐵量從低到高的各種瓷土，如幾乎不含鐵的黃壇瓷土和嶺根瓷土，含鐵1%～2%左右的西源瓷土，其中尤以龍泉紫金土聞名遐邇，其含鐵量從5%到20%不等。正是由于這些品種豐富的瓷土，成就了龍泉青瓷的多姿多彩。龍泉窯四大系列胎體是按照含鐵量不同而劃分的，白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎含鐵量逐漸遞增。正是由于含鐵量不同，使得各種胎體呈現不同的燒結溫度、燒結范圍和燒結程度，從而影響陶瓷制品的顯微結構，進而影響陶瓷制品的形狀、裂紋和呈色等外觀性狀的表現。

本文從哥窯和弟窯之白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種胎體的原料配方化學組成入手，對其進行燒結試驗，并結合K2O-Al2O3-SiO2三元相圖，詳細分析胎體燒結過程中的物理化學變化，從而總結出含鐵量對胎體燒結的影響規律[1]。

2 實驗和結果

2.1胎體的化學組成

對龍泉窯的四種胎體分別進行燒結試驗，坯泥選取龍泉白泥、龍泉朱砂泥、龍泉哥窯泥和龍泉鐵胎泥。各胎體坯泥化學組成見表1，并由此計算出各坯泥的化學式。

從各坯料的化學式可以看出，實驗所用胎體的堿金屬K2O+ Na2O含量差別不大，大致在3.5%～4.5%之間；Al2O3含量及硅鋁比相差較大，Al2O3含量在20.5%～26.5%之間不等， SiO2/Al2O3在2.0～6.0之間；而各胎體差別最大的是含鐵量，白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎含鐵量逐漸遞增，從1.18%變化至7.17%。

2.2 胎體的制備流程

坯料→濕法球磨→過100目篩→干燥成泥→成型→素燒（850℃）。

2.3 胎體的燒結實驗

（1）對于白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種不同的坯料，用相同成型方法各制作一批圓形杯子坯體，素燒至850℃，成為素燒胎。對于其中一種胎體，取兩只杯子素燒胎，入窯燒制，兩杯子并排放置在窯門洞口，且口沿無縫隙接觸，用高溫顯微鏡觀察整個燒制過程中兩只杯子間距的變化。

（2）根據胎體的特性，并結合龍泉本地的燒制經驗，制定本試驗的燒成制度：低中溫階段采用氧化氣氛燒制，常溫-500℃，用時3小時；500-830℃，用時2小時；830-850℃，用時2小時；850℃開始改用還原氣氛燒制，升溫速率保持1.5℃/分鐘，燒成溫度為1350℃；熄火后，前半程快速降溫，后半程自然降溫，詳見圖1。

（3）從900℃開始，每升高50℃，熄火降溫，準確量取兩杯子間距，同時量取每個杯子的直徑作為輔助測量，杯子間距或杯子直徑差值即為杯子的收縮值。收縮值比杯子的直徑即為收縮率。

（4）對于不同的胎體分別如上進行試驗。

2.4 胎體的燒結實驗結果

通過對白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種不同胎體的燒結試驗，分別測得各種胎體的收縮率與溫度的關系并繪制曲線圖，詳見表2和圖2。

3 分析和討論

3.1 坯體的燒結原理

溫度達到低共熔點時，低熔物開始出現，低熔物液相填充在未熔顆粒之間的空隙中，并因其表面張力的作用，將未熔顆粒進一步靠近，使體積急劇收縮，氣孔率下降，密度提高，這種體積開始劇烈變化的溫度稱為開始燒結溫度。隨著溫度的繼續升高，坯體的氣孔率不斷降低，收縮不斷增大，當其密度達到最大狀態時（一般以吸水率等于或小于5%為標志），稱為完全燒結，相當于此時的溫度叫燒結溫度。從完全燒結開始，溫度繼續上升，會出現一個穩定階段，在此階段中，體積密度和收縮等不發生顯著變化。持續一段時間后，由于坯體中的液相不斷增多，以至于不能維持坯體試樣的形狀而變形，同時也會因發生一系列高溫化學反應，使坯體試樣的氣孔率反而增大，出現膨脹 [2]。

對于具體的陶瓷坯體可假設其基本配方：高嶺土50%、長石25%、石英25%，相當于化學組成：K2O 4.54%、Al2O3 26.18%、SiO2 69.28%。在陶瓷燒制過程中，隨著溫度的升高，坯體進行各種各樣的物理化學反應：升溫至500℃左右時，高嶺石中結晶水逸出，并轉變為偏高嶺石；溫度570℃左右時，石英進行晶型轉換；溫度970℃時，偏高嶺石脫去殘余羥基，并分解為結構狀態欠佳的莫來石和缺陷態尖晶石，同時析出非晶態游離SiO2；溫度1125℃時，尖晶石相與無定形SiO2反應，生成莫來石，如果在高溫下保持足夠時間，多余的SiO2最終將轉變為方石英；溫度1150℃時，鉀長石分解為白榴石和無定形SiO2。當溫度低于低共融溫度985℃時，坯體處于固相燒結階段，最終形成的晶體為鉀長石、莫來石和石英，當溫度達到低共融溫度985℃時，出現液相，坯體進行液相燒結，鉀長石逐漸熔融并消失，最終坯體由液相、莫來石晶體、石英或方石英晶體組成[3-4]。

陶瓷坯體的燒結可以依據“K2O-Al2O3-SiO2”三元系統相圖來進行分析[5]。從三元相圖上可以看出，在低共熔點985℃，系統出現液相，且在此溫度點，液相逐漸增多，最終長石中的K2O全部溶于液相中，此時，可根據杠桿原理計算出液相量占比為50%左右，而高于此溫度點，液相量增長較為緩慢，詳見圖3和表3。對照陶瓷燒結原理以及燒成收縮率-溫度曲線圖，開始燒結溫度即燒成收縮率-溫度曲線圖燒成收縮率開始變大的溫度對應三相圖上的低共熔點溫度985℃，而完全燒結溫度即燒成收縮率-溫度曲線圖收縮率最大的溫度亦對應三相圖上低共熔點溫度985℃，由此可見三相圖上的低共熔點溫度985℃即為燒結溫度，只是三相圖中的低共熔點溫度是不變的，而燒成收縮率-溫度曲線圖燒結溫度是有一定范圍的，這主要是因為三相圖是根據冷卻階段長時間保溫析晶達到平衡狀態而得到結果的，而燒結過程卻是一個升溫過程，兩者并不是可逆的，燒結過程中，低共融反應是通過固體顆粒表面接觸來進行的，顆粒內部并未能進行反應，固只能通過升高溫度才能使之反應，因此燒結曲線的燒結溫度范圍對應著三相圖的低共熔點溫度，也就是說，三相圖的低共熔點溫度即是燒結溫度，三相圖并不能反映坯體的實際燒結溫度，但卻能計算出坯體燒結出現的液相量，即能反映坯體液相增長的速度。

3.2 龍泉青瓷胎體的燒結

龍泉青瓷胎體的化學成分較為復雜，含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2等多種氧化物，其中K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3為熔劑型氧化物，熔劑型氧化物的助熔能力：1mol K2O相當于1 mol Na2O，1mol CaO相當于1/6 mol K2O、1mol MgO相當于1/6 mol K2O、1mol FeO相當于1/6 mol K2O[6]。根據熔劑型氧化物的助熔能力，把各胎體化學組成中的熔劑型氧化物均折算成K2O，見表4。

根據折算后的化學組成，把各胎體的組成點標于三相圖上，此時三相圖上的低共熔點是多成分的共融，低共熔點溫度低于985℃，同理根據杠桿原理計算出各胎體在低共熔點溫度即燒結溫度下的液相量，鐵胎的鐵含量最高，助熔作用最強，液相增加的速度最快，液相量最大，其次是哥窯胎、再次是朱砂胎，而白胎最低，詳見圖4和表5。

從燒結收縮率-溫度曲線圖可以看出，各胎體開始燒結的溫度是一致的，均為900℃，由于FeO含量不同，使得各胎體的燒結速度不同，導致完全燒結溫度不同，且燒結時收縮率亦不同，鐵胎的燒結溫度最低，燒結時收縮率最大，哥窯胎次之，朱砂胎再次，而白胎的燒結溫度最高，燒結時收縮率最小，詳見表6。

4 結論

（1）龍泉青瓷白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種胎體均含有氧化鐵，低共熔點溫度是相同的，因此開始燒結的溫度是一致的。

（2）龍泉青瓷白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種胎體氧化鐵含量不同，則胎體顆粒固固反應、固液反應的速度不同，因此各胎體燒結速度不同，在三相圖上反映為低共熔點上液相增長的速度不同，在燒成收縮率-溫度曲線圖上顯示為完全燒結的溫度不同。

（3）龍泉青瓷白胎、朱砂胎、哥窯胎和鐵胎四種胎體氧化鐵含量不同，導致最終燒結的結果不同，在三相圖上反映為低共熔點生成的液相量不同，在燒成收縮率-溫度曲線圖上顯示為完全燒結時的收縮率不同。

參考文獻

[1] 劉干平，談梅英，李劉旒.龍泉窯鐵胎青瓷產品的燒制技藝[J]. 中國陶瓷工業 ， 2023，30（5）：74-79

[2] 馬鐵成. 陶瓷工藝學（第二版） [M]. 北京： 中國輕工業出版社， 2011.

[3] 樂福新.影響陶瓷坯體燒結的因素分析[J].陶瓷研究 ， 2001，16（4）：15-17.

[4] 周海球.熱分析技術在陶瓷材料燒結過程中的應用研究[D]. 湖南大學碩士學位論文 ， 2012.

[5]白志民，鄧雁希.硅酸鹽物理化學[M].北京：化學工業出版社，2018.

[6] 裴秀娟，石振江，金寶元. 日用陶瓷工廠技術員手冊[M]. 北京： 化學工業出版社， 2001：108-114.

Research on the Sintering of Longquan Celadon Carcass

LIU Gan-ping1， JIN Qi-xue2， LI Feng3 ， CHEN Liang-liang4， HU Hua-min5， TANG Shao-long6， ZENG Ri-kang1， LIAO Jun-wei7

（1. Longquan Dingqing Celadon Fang，Longquan 323700;2. Longquan Celadon Fish Scale Research Institute，Longquan 323700;3. Longquan Li Sheng and Celadon Museum，Longquan 323700;4.Longquan Celadon Sword Industry Bureau，Longquan 323700;5. Zhejiang Celadon and Daily Ceramics Product Quality Inspection Center，Longquan 323700;6. Longquan Tang Shaolong Celadon Material Store，Longquan 323700;7. Longquan Liao Sheng Celadon Studio，Longquan 323700）

Abstract： The iron content of the four carcasses of Longquan celadon white tire， cinnabar tire， Geyao tire and iron tire is different， resulting in different sintering processes and results of the carcass. Since the four carcasses contain iron oxide， the low eutectic oxide is the same， the low melting point temperature is the same， so the temperature at which the sintering begins is the same; In the sintering process， due to the different iron content of each carcass， the sintering speed and sintering degree of each carcass are different， which are shown on the K2O-Al2O3-SiO2 ternary phase diagram as the growth rate of the liquid phase at low accommodation point and the amount of liquid phase generated， and the shrinkage rate and shrinkage rate are different on the sintering shrinkage-temperature curve， the iron content of the iron tire is the highest， the liquid phase growth rate is the fastest， the liquid phase generation is the largest， the sintering speed is the fastest， the complete sintering temperature is the lowest， and the shrinkage rate is the largest during sintering. Brother kiln tire is second; Cinnabar tires again; The white tire has the lowest iron content， the slowest growth rate of liquid phase， the least amount of liquid phase generation， the slowest sintering speed， the highest complete sintering temperature， and the smallest shrinkage during sintering.

Keywords： Longquan celadon; White tires; Cinnabar tires; Brother kiln tire; Iron tires; Sinter; Liquid phasor; Shrinkage