利用白岗岩制备硅酸锌结晶釉的研究

蒋述兴 胡晓林

(材料科学与工程学院，桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西桂林 541004)

利用白岗岩制备硅酸锌结晶釉的研究

蒋述兴 胡晓林

(材料科学与工程学院，桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西桂林 541004)

利用白岗岩为主要原料，以氧化锌为结晶剂，以二氧化锰、氧化铜或氧化铁为着色剂，成功制备出了硅酸锌结晶釉。以晶核定位的方法解决了晶花生长杂乱的弊端；根据氧化锌、滑石和着色剂等含量不同对釉面花色的影响设计出了较好的配方；同时发现保温时间也是影响结晶大小的重要因素。用XRD对釉层物相进行分析，证明了所制备的样品是硅酸锌结晶釉。

白岗岩；晶核定位；硅酸锌；结晶釉

0 前言

结晶釉是一种具有较高观赏价值的艺术釉，是将适当配方的陶瓷釉通过人为控制热动力学条件，使釉层内产生晶体并长大从而形成人工晶体装饰的釉层。结晶釉是在我国古色釉的基础上发展起来的艺术釉。远在唐代就有了结晶釉的研究，宋代在色釉的基础上利用氧化还原气氛制出了呈现绚丽多彩的微晶，如天目、茶叶末、铁绣花、葡萄点、芝麻点等名贵的微晶结晶釉[1]。白岗岩是碱长花岗岩的浅色变种之一。化学成分和花岗岩相似，但SiO2含量＞75%，较花岗岩为高，属超酸性岩石。其矿物成分几乎全由长石（70%）、石英（28%）构成，仅有少量黑云母（2%）。目前国内外对白岗岩的利用较少[2]，本文直接利用白岗岩为主要原料成功地制备出硅酸锌结晶釉，这方面的研究未见报道，为白岗岩的实际利用开辟了一条新途径。

1 实验方法

1.1 实验原料

白岗岩、滑石、氧化锌（AR）、二氧化锰（AR）、氧化铜（AR）、氧化铁、羧甲基纤维素钠（又称CMC）。白岗岩、滑石、坯料化学成分见表1，白岗岩XRD图见图1。白岗岩与滑石作为釉的基质，氧化锌作为成晶物质，分析纯的二氧化锰、氧化铜和氧化铁作为着色剂，CMC用来调节釉浆的悬浮性。

从白岗岩XRD图可以看出，白岗岩所含主要矿物成分是长石和石英。

1.2 实验仪器与设备

1.3 结晶釉配方

本实验是在表3提供的基础配方的条件下，通过改变不同物质的含量，对结晶釉制备的影响进行研究。

表1 原料及坯料的化学组成（w%）Tab.1 Chemical composition of raw materials and body

表2 实验设备与仪器Tab.2 Experimental equipment and instruments

表3 结晶釉基础配方（w t%）Tab.3 Basic recipe of crystalline glaze(wt%)

1.4 实验过程

1.4.1 坯体的制备

取适量的工厂用坯泥（坯料化学组成列于表1），用模具将其压制成直径为5cm、厚度为0.5cm的圆片。

1.4.2 釉料的制备

将白岗岩、经煅烧的滑石、经煅烧的氧化锌、羧甲基纤维素钠（CMC）按一定配比放入球磨罐中湿法球磨10～12小时（料球水的质量比为1∶2∶1）陈腐待用。

1.4.3 施釉

本实验采用先刷釉后浸釉的方法，刷釉克服了单纯运用浸釉方法使釉面产生微气泡的缺陷。另外，本实验采用的是定位成核方式，在指定位置预埋40-50目ZnO颗粒作为晶种。将施釉结束的釉片放入烘干箱中干燥。

1.4.4 烧成

结晶釉的成功烧制不仅需要准确的配方，更需要合理的烧成制度。本实验的烧成制度见图2。

2 实验结果与讨论

2.1 氧化锌含量对釉面的影响

ZnO是本实验的结晶剂，其含量的大小对产品结晶效果有很大影响。焦建新等[3]通过研究指出：硅酸矿的生长活化能随ZnO含量的增加而减少。他们认为釉熔体中随着ZnO含量增加，导致成晶物质所需要越过的生长势垒下降，使活化分子数或原子数目增加，从而提高了硅锌矿晶体的生长速度。本实验所添加氧化锌含量分别为16%、18%、20%、22%、24%、26%，所用的着色剂是氧化铁。对应的产品数码照片见图3。

由图3看到，随着ZnO含量增加晶花直径呈变大趋势，当ZnO含量超过22%时，在没有点种晶核的区域也产生了析晶现象，说明氧化锌含量过多导致非点种晶核区域ZnO有一定过饱和度，从而析出了晶核,产生了不希望得到的晶花。所以氧化锌含量在18%～22%较为适宜。

2.2 滑石含量对釉面的影响

滑石成分中的MgO在高温下提供游离氧，可以降低熔体粘度，在釉料中起到降低熔融温度的作用[4]。此外，MgO还能提高釉层的化学稳定性，降低釉的膨胀系数[3]。本实验所添加滑石含量分别为15%、20%、25%、30%，所用的着色剂是氧化铜。对应的样品数码照片见图4。

由图4可以看到随着滑石含量的增加，晶花半径有所增加；当滑石含量过多（达到25%以上时）则对晶花的完整性造成影响。是因为高温下滑石中的氧化镁有助熔作用，使釉熔体粘度下降，从而使结晶釉较容易析晶，但氧化镁含量过多会产生额外的晶斑，并且生成的晶花会部分熔化。所以滑石含量在20%附近较为适宜，此时的晶花大而完整光亮。

2.3 保温时间对晶花的影响

王迎军等[5]研究中发现：不同组成的釉料在不同的过冷度下，硅锌矿的生长速度各不相同，但晶体半径R与生长时间t成正比。所以可根据晶花大小要求确定保温时间的长短。如图5是保温时间分别为30min、60min、90min的样品数码照片，对应的晶花尺寸分别为0.9cm、1.6cm、2.2cm。所用的着色剂是二氧化锰。

2.4 X R D分析

将样品釉片的坯体部分尽量磨去，剩下晶花部分，并用玛瑙研钵研细至200目以下，做X射线衍射分析，X射线衍射图见图6。从图中可以看出，除去残余坯体中的莫来石晶相和原料中未融化的石英晶相，结晶釉的主晶相为硅酸锌。因此所制得的结晶釉为硅酸锌结晶釉。

3 结论

（1）实验证明利用白岗岩为主要原料制备硅酸锌结晶釉是可行的。

（2）制定出结晶釉的配方：白岗岩含量在58%～60%，ZnO含量在18%～22%，滑石含量在20%左右能获得质量较好的结晶釉。

（3）保温时间对晶花大小有较大影响,随着保温时间增加,晶花半径逐渐增大。

（4）通过X射线衍射分析得出，所制备的结晶釉为硅酸锌结晶釉。

1 张凤岐,结晶釉工艺.上海:上海科学技术出版社.1981.1～3

2 金达表,张兄明等.高纯石英的加工工艺研究.中国非金属矿工业导报,2004,6(22):44～48

3 焦建新,苏良赫.硅锌矿结晶釉的结晶研究-釉熔体中球粒结晶动力学探讨.硅酸盐学报,1988,16(1):19～26.

4 李家驹.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社.2001

5 王迎军,刘康时.结晶釉中硅锌矿晶体的核化与生长.中国陶瓷,1986,89(6):1～9

Preparation of Zinc Silicate Crystalline Glaze with Alaskite

JIANG Shuxing HU Xiaolin
(Key Laboratory of New Processing Technology for Nonferrous Metals and Materials,Ministry of Education,College of Materials Science and Engineering,Guilin University of Technology,Guilin,Guangxi 541004,China)

Zinc silicate crystalline glaze was prepared with alaskite as principal raw material,ZnO as nucleation agent,and MnO2,CuO or Fe2O3as coloring agent.The problem of the disorderly growth of crystals was solved by localizing crystal nuclei.An optimal recipe was designed after considering the influence of the content of ZnO,talcum and coloring agents on glazing effect and a fancy crystalline glaze was prepared.It was found that holding time was an important factor affecting the size of the crystallization.Analyzing the phase of the glaze layer by XRD proved that the prepared sample was zinc silicate crystalline glaze.

alaskite;crystal nucleus locating;zinc silicate;crystalline glaze

on Mar. 31, 2012

T Q 1 7 4.4+3

A

1000-2278（2012）03-0335-04

2012-03-31

蒋述兴，E-mail:jiangsx2002@yahoo.com.cn

JIANG Shuxing, E-mail: jiangsx2002@ yahoo.com.cn