辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料工艺性能研究及制陶试验
摘 要：本文对辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料（阜新紫砂）工艺性能进行了实验测试，经可塑性测试，阜新紫砂可塑度为0.47，宜兴紫砂可塑度为0.59。进行了注浆性能和塑性成型性能工艺实验，阜新紫砂干燥收缩率为2.76%，宜兴紫砂干燥收缩率为2.98%，阜新紫砂注浆成型和滚压塑性成型性能良好。测试了阜新紫砂和宜兴紫砂烧成温度范围，阜新紫砂烧成温度范围为1090 ～ 1115℃，宜兴紫砂烧成温度范围1150 ～ 1210℃。烧成后紫砂样品采用紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》国家标准，检测紫砂样品铅、镉溶出量，两种紫砂均符合国家标准要求。
关健词：阜新；紫砂；工艺性能
1 前言
紫砂矿土，是一种含氧化铁较高的粘土类矿物，即含铁粘土质粉砂岩，从物相分析角度讲紫砂主要是由石英、高岭石、云母和赤铁矿组成的天然矿物，紫砂不仅具备了制陶所必須的化学组成及矿物组成，而且在物理性能上也完全能够满足制陶工艺要求，因此它不需要添加其它矿物即可单独制陶、成瓷[1]。紫砂器是以紫砂土为原料，经过成型、烧制而成。紫砂器成型方式主要有两种，一种是塑性成型，另一种是注浆成型。高档紫砂器均以塑性成型方式而成，尤其以手工制作的紫砂壶而著名。注浆成型是陶瓷的重要成型方法之一，该成型方式适合批量生产、形状复杂的陶瓷制品，如陶瓷酒瓶。本文对阜新紫砂塑性成型、注浆成型和烧成性能做了系统实验，同时与宜兴紫砂做比较，为阜新紫砂矿开发利用提供指导依据。
2 紫砂土工艺性能研究
本实验所用紫砂原料有3种，包括阜新紫砂矿土、宜兴紫砂矿土中的紫泥和混炼好的宜兴紫泥制壶泥。
2.1 紫砂原料可塑度测试
将阜新和宜兴紫砂土制备成含水率22 ～ 24wt%的塑性泥料，宜兴泥料因数量较少，泥料采用手工反复揉捏，使泥料中空气尽可能排出，阜新紫砂采用真空练泥机处理，处理后的紫砂泥料分别装入自封袋密封，在室温下经4天陈腐。采用湘潭仪器仪表有限公司生产的KS-B可塑性测定仪测试紫砂原料的可塑度，检测结果见表1。
2.2 紫砂原料坯体抗折强度测试
将紫砂原料制备成泥浆，料浆烘干至含水率在8%左右，然后过24目筛造粒。采用液压压机，成型压力为30吨，压制成120 × 60 × 10 mm的长方体试样，试样放入烘箱，经100℃，24 h干燥，采用湘潭仪器仪表有限公司生产的SKZ-500 数显式电动坯料抗折仪，测试紫砂坯体的抗折强度，检测结果见表2。
2.3 紫砂原料注浆成型性能实验
注浆成型工艺是陶瓷生产最传统、最普遍的成型工艺之一，该工艺的优点是投资少，工艺简单，适合批量生产复杂形状陶瓷制品。注浆成型的关键是调浆，调浆一方面要求原料本身具有较好解胶性能，另一方面要选择合适电解质并确定合适加入量。
注浆成型要求泥浆在良好流动性和悬浮性的基础上，水分越小越好，越大、越复杂的器型对泥浆性能要求越高。调浆常用的电解质有水玻璃、碳酸钠、腐植酸钠、三聚磷酸钠等，一般调浆多采用两种或两种以上电解质复配调浆，本实验调浆对水玻璃、碳酸钠和腐植酸钠三种电解质进行试验，调浆水分含量控制为35wt%，调浆性能见表3。
由表3中序号1、2可知，单独使用水玻璃作为电解质，不能起到解胶效果，即使一开始流动性很好，很快就会结块，说明浆料触变性很强。表3中可以看出序号3和5采用水玻璃和碳酸钠或腐殖酸钠复合使用，效果较好，由坯体抗折强度比较可以看出，腐殖酸钠还可以提高坯体抗折强度。图1是采用阜新紫砂矿和宜兴紫砂矿采用注浆成型制备的茶碗。
2.4 阜新紫砂料塑性成型实验
阜新紫砂料采用辊压成型进行塑性成型试验，试验工艺如下：球磨 → 制浆 → 压滤 → 真空练泥 → 辊压成型。
宜兴紫砂由于原料数量有限，无法真空练泥，因此没有进行同步比较试验，经辊压成型试验，阜新紫砂料满足塑性辊压成型制备紫砂煲要求。图2是阜新紫砂采用塑性滚压成型制备的紫砂煲（属大型紫砂器）。
2.5 紫砂干燥收缩测试
本试验用注浆成型法制备茶杯，通过测量模具杯口尺寸与紫砂杯坯体干燥后杯口尺寸，来计算紫砂杯注浆干燥收缩率，经试验测定宜兴紫砂杯坯体干燥收缩为2.98%，阜新紫砂杯坯体干燥收缩为2.76%。
2.6 紫砂烧成温度的确定
分别将阜新和宜兴紫砂原料压制成长120 mm、宽60 mm、厚约10 mm的方块试样，在箱式电阻炉中不同温度下，测定试样的体积密度和吸水率，烧成样品体积密度、吸水率随烧成温度变化的关系如图3所示。
通过测量烧结坯体后的体积密度可以确定烧结温度和烧成范围。当坯体到达烧结温度，坯体内的气体迅速排出，体积密度迅速增大，当坯体体积密度到达一定值后，温度继续升高，体积密度变化不再明显，当升高到一定温度后，再升温，体积密度开始减小。体积密度平稳阶段的温度范围即是烧成温度范围。以上过程对应吸水率的变化情况也类似，开始吸水率由大迅速减小，减小到上述确定的烧成范围起点后，吸水率达到低值，继续升温，吸水率保持不变。由图3测试确定阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1090 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃。
2.7 紫砂样品的铅镉溶出量的测定
紫砂陶器按照国标《GBT 10816-2008 紫砂陶器》规定执行，它引用了《GB 12651-2003 与食物接触的陶瓷制品铅、镉溶出量允许极限》，这个标准规定，紫砂产品必须符合GB 12651的要求，对各类陶瓷产品铅镉溶出量都做出了不同的要求，见表4。
在非特殊装饰类的产品中，杯类制品，对铅、镉含量的要求分别是不大于0.5和0.25 mg/L，对除罐以外的大空心产品，要求铅含量不大于1.0 mg/L，镉含量不大于0.25 mg/L。分别用阜新和宜兴紫砂原料制备的紫砂杯，检测其铅镉溶出量，检测结果见表5。
由表5數据可知，两种原料所制成产品的铅镉溶出量均符合国家标准。
3 分析与讨论
3.1 紫砂可塑性分析
从表1可以看出宜兴紫砂可塑度为0.59，阜新紫砂可塑度可塑度（经真空炼泥、4天陈腐）为0.47，宜兴紫砂塑性优于阜新紫砂，主要原因一是宜兴紫砂粒度较细，宜兴紫砂D50为3.77 m，阜新紫砂D50为8.47 m。[2]二是宜兴紫砂中塑性组分含量高，瘠性组分含量少，塑性组分代表是多水高岭石（以Al2O3含量为代表），瘠性组分代表是石英（以SiO2含量为代表）。
通过真空炼练泥可以显著提高泥料的可塑性，经真空炼练后阜新紫砂泥的可塑度由0.36提高到0.47。紫砂泥经过长时间陈腐可塑度也可适当提高，经过4天陈腐阜新紫砂泥可塑度由0.45提高到0.47。
3.2 紫砂料强度分析
从表2可以看出宜兴紫砂料强度高于阜新紫砂，这一原因与可塑度分析结果一致，主要是受两种料的粒度和组分影响，但从表2中可以看到宜兴紫砂制壶泥的断裂模数R（N/mm2）为2.49，宜兴紫砂原料断裂模数R（N/mm2）为3.24，出现这一现象的原因是由于宜兴紫砂料太细，容易产生收缩开裂和变形等缺陷，在进行泥料配置过程中需要进行“调砂”处理[3]，通过调砂处理，不但克服了宜兴紫砂变形和开裂等缺陷，而且增加了紫砂制品通气性和质感。阜新紫砂原料中由于存在一定的粗石英颗粒，恰恰可以改善制品的变形和开裂问题。
3.3 紫砂成型性能分析
经过真空练泥后，阜新紫砂采用辊压成型制作紫砂煲（属于较大器型，见图2），阜新紫砂辊压成型性能良好，阜新紫砂可塑度满足塑性成型要求。
通过对阜新紫砂和宜兴紫砂注浆成茶碗实验可知（见图1），阜新紫砂注浆成型性能良好，经过调浆后料浆稳定性好，注浆成型干燥后坯体没有变形和开裂现象。宜兴紫砂通过调浆也可以用于注浆成型，但成型后坯体容易产生变形和开裂现象，其原因主要是宜兴紫砂料粒度细且分布集中，坯体干燥收缩较大。
3.4 紫砂烧成性能分析
从图3可知，阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1085 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃，宜兴紫砂的烧成温度高，烧成范围宽，不同烧成温度，紫砂器体现的色泽和质感差别较大[4]，作为紫砂料Al2O3含量越高，其塑性越好，烧成强度越高[5]，但其烧制温度也越高。
从低温烧结角度考虑，阜新紫砂烧成温度比宜兴紫砂低80 ～ 100℃，阜新紫砂中高温成分Al2O3含量比宜兴紫砂低近8%，而低温助熔成分除了着色氧化物Fe2O3和TiO2外，阜新紫砂中CaO、MgO、K2O、Na2O含量之和为7.67%，宜兴紫砂为3.13%，因此阜新紫砂烧成温度低，烧成范围窄。
从图3可以看到阜新紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.33 ～ 0.048%，宜兴紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.64 ～ 0.47%，说明宜兴紫砂通孔气孔率高于阜新紫砂，宜兴紫砂透气效果比阜新紫砂要好。
4 结论
（1）阜新紫砂可塑度为0.47，宜兴紫砂可塑度为0.59，宜兴紫砂可塑性优于阜新紫砂，阜新紫砂可以满足塑性辊压成型要求。
（2）采用水玻璃和腐殖酸难复配添加比例为1%，或水玻璃和碳酸钠复配添加比例为0.25%，可以将阜新紫砂调成含水率为35%左右的注浆成型用泥浆。
（3）阜新紫砂干燥收缩率为2.76%，宜兴紫砂干燥收缩率为2.98%，阜新紫砂注浆成型性能良好，宜兴紫砂注浆成型后坯体易产生变形和开裂现象。
（4）阜新紫砂烧成温度范围为1090 ～ 1115℃，宜兴紫砂烧成温度范围1150 ～ 1210℃。宜兴紫砂烧成温度高，烧成范围宽。
（5）阜新紫砂和宜兴紫砂铅、镉溶出量符合紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》国家标准。
参考文献
[1] 候佳玉，康葆强，严建华，等.宜兴黄龙山紫砂原料特征的对比研究[J].陶瓷学报，2016，（4）：394-399.
[2] 王艳，辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料性能研究[J].广东建材，2018，（3）：29-32.
[3] 朱泽伟，沈亚琴.宜兴紫砂矿料[M].北京：地址出版社，2009：209.
[4] RICE P M.Pottery Analysis [M].The University of Chicago Press.1987：335-336.
[5] 徐晶，严义云，严群，等.焙烧温度和硅铝比对稀土尾矿陶粒性能的影响[J].陶瓷学报，2014，（6）：598-602.
关健词：阜新；紫砂；工艺性能
1 前言
紫砂矿土，是一种含氧化铁较高的粘土类矿物，即含铁粘土质粉砂岩，从物相分析角度讲紫砂主要是由石英、高岭石、云母和赤铁矿组成的天然矿物，紫砂不仅具备了制陶所必須的化学组成及矿物组成，而且在物理性能上也完全能够满足制陶工艺要求，因此它不需要添加其它矿物即可单独制陶、成瓷[1]。紫砂器是以紫砂土为原料，经过成型、烧制而成。紫砂器成型方式主要有两种，一种是塑性成型，另一种是注浆成型。高档紫砂器均以塑性成型方式而成，尤其以手工制作的紫砂壶而著名。注浆成型是陶瓷的重要成型方法之一，该成型方式适合批量生产、形状复杂的陶瓷制品，如陶瓷酒瓶。本文对阜新紫砂塑性成型、注浆成型和烧成性能做了系统实验，同时与宜兴紫砂做比较，为阜新紫砂矿开发利用提供指导依据。
2 紫砂土工艺性能研究
本实验所用紫砂原料有3种，包括阜新紫砂矿土、宜兴紫砂矿土中的紫泥和混炼好的宜兴紫泥制壶泥。
2.1 紫砂原料可塑度测试
将阜新和宜兴紫砂土制备成含水率22 ～ 24wt%的塑性泥料，宜兴泥料因数量较少，泥料采用手工反复揉捏，使泥料中空气尽可能排出，阜新紫砂采用真空练泥机处理，处理后的紫砂泥料分别装入自封袋密封，在室温下经4天陈腐。采用湘潭仪器仪表有限公司生产的KS-B可塑性测定仪测试紫砂原料的可塑度，检测结果见表1。
2.2 紫砂原料坯体抗折强度测试
将紫砂原料制备成泥浆，料浆烘干至含水率在8%左右，然后过24目筛造粒。采用液压压机，成型压力为30吨，压制成120 × 60 × 10 mm的长方体试样，试样放入烘箱，经100℃，24 h干燥，采用湘潭仪器仪表有限公司生产的SKZ-500 数显式电动坯料抗折仪，测试紫砂坯体的抗折强度，检测结果见表2。
2.3 紫砂原料注浆成型性能实验
注浆成型工艺是陶瓷生产最传统、最普遍的成型工艺之一，该工艺的优点是投资少，工艺简单，适合批量生产复杂形状陶瓷制品。注浆成型的关键是调浆，调浆一方面要求原料本身具有较好解胶性能，另一方面要选择合适电解质并确定合适加入量。
注浆成型要求泥浆在良好流动性和悬浮性的基础上，水分越小越好，越大、越复杂的器型对泥浆性能要求越高。调浆常用的电解质有水玻璃、碳酸钠、腐植酸钠、三聚磷酸钠等，一般调浆多采用两种或两种以上电解质复配调浆，本实验调浆对水玻璃、碳酸钠和腐植酸钠三种电解质进行试验，调浆水分含量控制为35wt%，调浆性能见表3。
由表3中序号1、2可知，单独使用水玻璃作为电解质，不能起到解胶效果，即使一开始流动性很好，很快就会结块，说明浆料触变性很强。表3中可以看出序号3和5采用水玻璃和碳酸钠或腐殖酸钠复合使用，效果较好，由坯体抗折强度比较可以看出，腐殖酸钠还可以提高坯体抗折强度。图1是采用阜新紫砂矿和宜兴紫砂矿采用注浆成型制备的茶碗。
2.4 阜新紫砂料塑性成型实验
阜新紫砂料采用辊压成型进行塑性成型试验，试验工艺如下：球磨 → 制浆 → 压滤 → 真空练泥 → 辊压成型。
宜兴紫砂由于原料数量有限，无法真空练泥，因此没有进行同步比较试验，经辊压成型试验，阜新紫砂料满足塑性辊压成型制备紫砂煲要求。图2是阜新紫砂采用塑性滚压成型制备的紫砂煲（属大型紫砂器）。
2.5 紫砂干燥收缩测试
本试验用注浆成型法制备茶杯，通过测量模具杯口尺寸与紫砂杯坯体干燥后杯口尺寸，来计算紫砂杯注浆干燥收缩率，经试验测定宜兴紫砂杯坯体干燥收缩为2.98%，阜新紫砂杯坯体干燥收缩为2.76%。
2.6 紫砂烧成温度的确定
分别将阜新和宜兴紫砂原料压制成长120 mm、宽60 mm、厚约10 mm的方块试样，在箱式电阻炉中不同温度下，测定试样的体积密度和吸水率，烧成样品体积密度、吸水率随烧成温度变化的关系如图3所示。
通过测量烧结坯体后的体积密度可以确定烧结温度和烧成范围。当坯体到达烧结温度，坯体内的气体迅速排出，体积密度迅速增大，当坯体体积密度到达一定值后，温度继续升高，体积密度变化不再明显，当升高到一定温度后，再升温，体积密度开始减小。体积密度平稳阶段的温度范围即是烧成温度范围。以上过程对应吸水率的变化情况也类似，开始吸水率由大迅速减小，减小到上述确定的烧成范围起点后，吸水率达到低值，继续升温，吸水率保持不变。由图3测试确定阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1090 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃。
2.7 紫砂样品的铅镉溶出量的测定
紫砂陶器按照国标《GBT 10816-2008 紫砂陶器》规定执行，它引用了《GB 12651-2003 与食物接触的陶瓷制品铅、镉溶出量允许极限》，这个标准规定，紫砂产品必须符合GB 12651的要求，对各类陶瓷产品铅镉溶出量都做出了不同的要求，见表4。
在非特殊装饰类的产品中，杯类制品，对铅、镉含量的要求分别是不大于0.5和0.25 mg/L，对除罐以外的大空心产品，要求铅含量不大于1.0 mg/L，镉含量不大于0.25 mg/L。分别用阜新和宜兴紫砂原料制备的紫砂杯，检测其铅镉溶出量，检测结果见表5。
由表5數据可知，两种原料所制成产品的铅镉溶出量均符合国家标准。
3 分析与讨论
3.1 紫砂可塑性分析
从表1可以看出宜兴紫砂可塑度为0.59，阜新紫砂可塑度可塑度（经真空炼泥、4天陈腐）为0.47，宜兴紫砂塑性优于阜新紫砂，主要原因一是宜兴紫砂粒度较细，宜兴紫砂D50为3.77 m，阜新紫砂D50为8.47 m。[2]二是宜兴紫砂中塑性组分含量高，瘠性组分含量少，塑性组分代表是多水高岭石（以Al2O3含量为代表），瘠性组分代表是石英（以SiO2含量为代表）。
通过真空炼练泥可以显著提高泥料的可塑性，经真空炼练后阜新紫砂泥的可塑度由0.36提高到0.47。紫砂泥经过长时间陈腐可塑度也可适当提高，经过4天陈腐阜新紫砂泥可塑度由0.45提高到0.47。
3.2 紫砂料强度分析
从表2可以看出宜兴紫砂料强度高于阜新紫砂，这一原因与可塑度分析结果一致，主要是受两种料的粒度和组分影响，但从表2中可以看到宜兴紫砂制壶泥的断裂模数R（N/mm2）为2.49，宜兴紫砂原料断裂模数R（N/mm2）为3.24，出现这一现象的原因是由于宜兴紫砂料太细，容易产生收缩开裂和变形等缺陷，在进行泥料配置过程中需要进行“调砂”处理[3]，通过调砂处理，不但克服了宜兴紫砂变形和开裂等缺陷，而且增加了紫砂制品通气性和质感。阜新紫砂原料中由于存在一定的粗石英颗粒，恰恰可以改善制品的变形和开裂问题。
3.3 紫砂成型性能分析
经过真空练泥后，阜新紫砂采用辊压成型制作紫砂煲（属于较大器型，见图2），阜新紫砂辊压成型性能良好，阜新紫砂可塑度满足塑性成型要求。
通过对阜新紫砂和宜兴紫砂注浆成茶碗实验可知（见图1），阜新紫砂注浆成型性能良好，经过调浆后料浆稳定性好，注浆成型干燥后坯体没有变形和开裂现象。宜兴紫砂通过调浆也可以用于注浆成型，但成型后坯体容易产生变形和开裂现象，其原因主要是宜兴紫砂料粒度细且分布集中，坯体干燥收缩较大。
3.4 紫砂烧成性能分析
从图3可知，阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1085 ～ 1115℃和1150 ～ 1210℃，宜兴紫砂的烧成温度高，烧成范围宽，不同烧成温度，紫砂器体现的色泽和质感差别较大[4]，作为紫砂料Al2O3含量越高，其塑性越好，烧成强度越高[5]，但其烧制温度也越高。
从低温烧结角度考虑，阜新紫砂烧成温度比宜兴紫砂低80 ～ 100℃，阜新紫砂中高温成分Al2O3含量比宜兴紫砂低近8%，而低温助熔成分除了着色氧化物Fe2O3和TiO2外，阜新紫砂中CaO、MgO、K2O、Na2O含量之和为7.67%，宜兴紫砂为3.13%，因此阜新紫砂烧成温度低，烧成范围窄。
从图3可以看到阜新紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.33 ～ 0.048%，宜兴紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.64 ～ 0.47%，说明宜兴紫砂通孔气孔率高于阜新紫砂，宜兴紫砂透气效果比阜新紫砂要好。
4 结论
（1）阜新紫砂可塑度为0.47，宜兴紫砂可塑度为0.59，宜兴紫砂可塑性优于阜新紫砂，阜新紫砂可以满足塑性辊压成型要求。
（2）采用水玻璃和腐殖酸难复配添加比例为1%，或水玻璃和碳酸钠复配添加比例为0.25%，可以将阜新紫砂调成含水率为35%左右的注浆成型用泥浆。
（3）阜新紫砂干燥收缩率为2.76%，宜兴紫砂干燥收缩率为2.98%，阜新紫砂注浆成型性能良好，宜兴紫砂注浆成型后坯体易产生变形和开裂现象。
（4）阜新紫砂烧成温度范围为1090 ～ 1115℃，宜兴紫砂烧成温度范围1150 ～ 1210℃。宜兴紫砂烧成温度高，烧成范围宽。
（5）阜新紫砂和宜兴紫砂铅、镉溶出量符合紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》国家标准。
参考文献
[1] 候佳玉，康葆强，严建华，等.宜兴黄龙山紫砂原料特征的对比研究[J].陶瓷学报，2016，（4）：394-399.
[2] 王艳，辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料性能研究[J].广东建材，2018，（3）：29-32.
[3] 朱泽伟，沈亚琴.宜兴紫砂矿料[M].北京：地址出版社，2009：209.
[4] RICE P M.Pottery Analysis [M].The University of Chicago Press.1987：335-336.
[5] 徐晶，严义云，严群，等.焙烧温度和硅铝比对稀土尾矿陶粒性能的影响[J].陶瓷学报，2014，（6）：598-602.
