利用宝丰紫砂页岩制备炻瓷

赵恩慧，边华英，王学涛

（1.郑州豫瓷缘文化传播有限公司，郑州 450002；2.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，郑州 450002；3.河南省科学院质量检验与分析测试研究中心，郑州 450002；4.白鸽磨料磨具有限公司，郑州 450199）

1 前言

随着社会的进步和我国人民生活水平普遍进入小康社会，我国的经济增长阶段已经由严重依赖于工业经济和房地产经济转向物质文明、生态文明和传统文化并重的高质量发展阶段，在探索实现共同富裕。在这个后疫情时代我们应该珍惜在家门口就业或创业的机会，综合利用好家乡的矿物质资源将其开发为高价值产品、特别是手工艺或文创产品，借助“一代一路”和中欧班列将凝集我们勤劳和智慧结晶的东方文化载体—陶瓷产品输出到世界各地，以供给侧改革的方式抓住时代发展的机遇。本研究旨在利用本地原料宝丰紫砂页岩制备炻瓷，以促进地域矿物质资源的高价值综合利用。

2 实验

2.1 实验原料

宝丰紫砂页岩、焦作粘土

2.2 实验设备

电子秤、球磨机、石膏模、烘箱、马弗炉、便携式显微镜

2.3 紫砂炻瓷制作

将取得的宝丰紫砂页岩和焦作粘土按质量比85:15配料，采用刚玉质或尼龙球磨罐和高铝或玛瑙研磨球，以料:球:水=1:1:0.8 在辊式球磨机上研磨1～2h 后取出浆体，过60 目筛，以石膏模注浆成型胎体。以纯紫砂页岩为釉料，按料:球:水=1:1:2.5 在辊式球磨机上研磨2～4h 后取出浆体，过200 目筛，移入釉浆桶，以喷釉法施釉。注浆后胎体青坯经静停、阴干至具有一定强度、软硬不再变形、适合脱模时进行脱模，经修坯、施釉、1120～1150℃保温90～120min 烧成可得到表面光滑具有光泽的紫砂炻瓷瓷件，也可不施釉，制得表面平滑无光的无釉炻瓷瓷件。

3 结果与讨论

3.1 成分分析

原料经河南建院建筑材料检测有限公司检测化学成分分析结果见下表1。

表1 所用本地原料化学成分质量分数(%)

本研究重在考察原料的制瓷性能，为了简便起见，不引入相关助剂，将以上本地原料经配比或单独球磨后用作胎料和釉料进行瓷件制作，节约了研究时间。本研究所用紫砂页岩釉符合素木洋一的《釉及色料》中记载的亚粘土釉、土釉技术[1]，所谓亚粘土釉或土釉是采用天然粘土或在粘土中加入必要的熔剂而制成的釉，比如美国著名的纽约州奥尔巴尼泥釉粘土很久以来就广泛用作电瓷釉。

3.2 坯、釉式计算

坯、釉式是一种坯、釉料组成的表示方法，坯、釉料通常为混合物，可以采用示性矿物组成、化学组成或实验式来表示坯、釉料组成，实验式表示即采用各氧化物的物质的量的比例来表示，又称为塞格尔式[1-3]。通常对于坯料取中性氧化物的物质的量之和为1，对于釉料取碱性氧化物的物质的量之和为1。

结合表1 分析结果，计算得坯式如下：

采用紫砂页岩单一原料球磨后作为釉浆，计算得釉式如下：

3.3 烧成温度曲线

本研究制品为陶炻质产品，烧成温度不超过1200℃，根据系列试验探索，最终确定烧成温度曲线如下图1 所示。

图1 烧成温度曲线

通常陶瓷的烧成时间占整个生产周期的1/3～1/4，烧成阶段占总生产成本的40%，为了实现低碳节能科学制定烧成曲线十分必要。制定烧成曲线应注意以下几点[2]：首先，在室温～300℃为残余水分蒸发阶段，如欲快速升温宜控制入窑水分＜2%，否则当温度升高至120℃时水分大量汽化膨胀，当坯体内部压力超过制品的抗张强度时易于胀裂形成缺陷，尤其对于厚壁瓷件更应注意缓慢升温；其次，在300℃～950℃阶段，为瓷件内结构水的排除、碳酸盐的分解、碳和有机物、硫化物的氧化、石英晶型转化和少量液相的形成阶段，应缓慢升温使反应充分完成；然后，在950℃～最高烧成温度阶段，是瓷件的烧结、玻化成瓷期，需要较多热量发生反应，应缓慢升温、并在高温下适当保温以促使瓷件烧结、釉层充分玻化；最后，在最高烧成温度保温结束后进行降温冷却，直至降到100℃以下取出制品。注意从最高烧成温度至800℃宜快速降温以避免瓷件高温玻化后塑性变形、避免晶粒长大使制品强度劣化，800℃至500℃缓慢降温以避免石英晶型转化引起的体积膨胀对制品造成破坏，500℃之后可以随炉或直接打开炉门风冷快速降温。本研究采用如图1 所示烧成曲线，以本地原料在前述工艺流程操作下成功烧制了形状保持性好，表面光洁，品相好符合销售特征的炻瓷瓷件。

3.4 形貌表征

所得瓷件外观及釉面显微结构图片见图2、图3。

图2 瓷件外观形貌

图3 瓷件表面显微结构形貌

由图可见，当表面经过修整后不施釉进行无釉烧成时得到无光紫砂炻瓷，而在施釉后烧成则可得到表面光滑致密具有玻璃光泽的色釉炻瓷瓷件，从图3)a、图3)b显微结构可见无釉炻瓷胎体中微粒之间尚有一定空隙、具有一定数量的小孔洞，组织不够致密，而以紫砂泥浆装饰后烧制的瓷件表面形成一种具有玻璃光泽的紫红色釉层组织，表面虽有少量气泡和凸起裸眼观察并不明显。

3.5 机理分析

根据表1 分析结果可知釉层成份相对比胎体具有更高含量的低熔性能的K2O、Fe2O3、CaO、MgO 成分，并且球磨制浆时使得釉浆具有更细的颗粒特点，故釉层熔融温度低于胎体，在与无釉紫砂瓷件在相同的温度制度下烧成时能够得到具有玻璃光泽和质感、更耐污、易洁的釉玻璃层结构的瓷件，但同时其烧成收缩也略大于无釉产品(参见图2)。虽然紫砂页岩磨细后可以单独用于制备炻瓷瓷件，但是，为了得到相对致密光滑的瓷件需要在烧结温度的上限烧制，而单纯采用紫砂页岩的胎体易于变形不利于形状保持，所以，本研究采用了简单的二元配方引入少量焦作粘土作为制胎成型料，可操作性强、易于批量化生产。而图3)b 显示釉表面有微小的凸起甚至气孔缺陷，但是，这些在裸眼观察时并不明显。这种缺陷是由于一些内部分解产生的气体排出时釉层已经玻化熔融、形成了连续致密的高粘玻化层、阻碍了内部气体的排出所致，通过精确控制烧成温度和保温时间可以减少这种缺陷的产生。

4 结论

利用河南省当地原料宝丰紫砂页岩与焦作粘土按85∶15 的质量比配料球磨制浆，过60 目筛作为胎料料浆，采用单一原料紫砂页岩以高水料比球磨后过200 目筛作为釉浆，以注浆法成型胎体，经青坯阴干、脱模、修坯、干燥后施紫砂页岩釉，于1120～1150℃保温90～120min 烧成，制得表面具有紫红色釉玻璃质感、光亮、易于清洁的炻瓷。本紫砂页岩胎、釉技术可经配方调整后用于制作琉璃瓦、西式瓦[4-6]，具有根据当地原料特色综合利用矿物质资源、节约生产成本产生良好的经济效益、实现高质量发展的意义。