氧化气氛制备铁系结晶釉

    王小芳

    

    摘 要：本文主要介绍了铁系结晶釉的制备，通过正交试验法及单因素实验法制备出一种烧成温度为1310℃晶斑规则、大小与分布均匀，品质优良的铁系结晶釉。重点研究了石英、Fe2O3、骨灰、菱镁矿等原料化学组成对铁系结晶釉的影响，同时还分析了烧成制度对铁系结晶釉的影响。

    关键词：铁系;结晶釉;化学组成;烧成制度

    1 前 言

    铁系结晶釉是陶瓷结晶釉系列中出现最早的一个品种，早在宋代就有关于铁系结晶釉产品生产的记载，之后还出现了一些极为名贵的铁系结晶釉产品，如南宋时福建窑所出的“建盏”，清代乾隆時的“茶叶末”和雍正时的“鳝皮绿”所装饰的产品等[1]。

    笔者所在的德化陶瓷产区，铁系结晶釉的产品需求量较大，为了有利于该类产品的批量生产，在传统铁系结晶釉的基础上，我们进行进一步的研究。主要运用陶瓷工艺原理和现代制釉技术，合理控制工艺条件，以普通陶瓷矿物原料为主，添加适量的化工原料制釉，在电炉中以氧化气氛烧制成功晶斑规则、大小与分布均匀，釉面平滑光润、品质优良的铁系结晶釉。

    2 实验过程

    2.1 坯料

    选用德化市场上买来的泥段，加入水玻璃化浆，调节好泥浆的流动性触变性等性能，之后用石膏模注浆成型、脱模、干燥及修坯。

    2.2 釉料

    2.2.1 釉用原料

    釉用原料有钾长石、高岭土、滑石、石英、石灰石、氧化铁、骨灰、菱镁矿等矿物原料。

    2.2.2 工艺流程

    制备工艺流程如下图1。

    2.2.3 釉料工艺参数

    用天平准确称取各釉用原料，按料：球：水=1：2：0.8的比例，装入球磨罐在球磨机中湿法快速研磨20 min左右。采用喷釉、浸釉、浇釉等方法施釉。为便于控制釉层厚度，可采取浸釉与喷釉相结合或多次喷釉的方法。釉浆比重控制在1.27 ～ 1.35之间，釉层厚度为0.5 ～ 1.5 mm。

    由于所施釉层较厚，为了增强施釉前坯体的强度和吸水率，便于施釉，故采用低温素烧高温釉烧的二次烧成工艺。素烧温度为800 ～ 900℃，釉烧温度为1300 ～ 1310℃，高温保温10 ～ 30 min，烧成周期为4 ～ 5 h。

    2.3 实验方案

    根据相关资料，挑因素，选水平，制定实验方案表。因素水平表、正交试验表分别见表1及表2。

    经过一系列正交试验，根据以上试验结果，我们优选出了下面几组配方再做单因素的优化实验，单因素实验方案表如表3。

    3 实验结果分析与讨论

    3.1 釉料化学组成对铁系结晶釉的影响

    形成结晶的主要原因是在烧制过程中釉料熔融时产生了液液和骨灰分相，釉液的一部分分离冷却后成为铁的微晶体;另一部分冷却后变成玻璃质形成釉，这一变化是由釉的化学组成所决定的。因此，合理的釉料化学组成是形成铁红釉的先决条件。

    3.1.1 石英对铁系结晶釉的影响

    石英是釉中二氧化硅的主要来源，把石英加入到釉中，可提高釉面的耐磨性、硬度、白度、透明度以及化学稳定性。由实验可知，当石英含量为24%时，釉面具有高的强度和白度。

    3.1.2 氧化铁对铁系结晶釉的影响

    铁在硅酸盐熔体中存在着低价铁离子Fe2+、高价铁离子Fe3+两种价态，而且两种价态往往总是存在，存在的比例依氧化-还原条件而不同。铁在瓷釉中的着色效果，主要表现在玻璃相中。Fe2+和 Fe3+在玻璃相中存在着平衡关系：Fe2O3=2FeO+1/2O2 ，还原条件下，形成的FeO溶于釉熔体中，能和SiO2能生成FeSiO3，使釉中着色变化从青色到暗灰色。氧化条件下，容易析出a-Fe2O3，分散在釉的熔体中，使釉的着色变化由黄色到红褐色，当Fe2O3发生富集或偏析时，就会形成花斑或晶体，铁的氧化分散溶解在釉中时，引起釉色变化。氧化气氛有利Fe2O3的存在，FeO被氧化成Fe2O3，釉色向红色方向发展，反应式为：FeO+O2→Fe2O3，反应进行的越完全釉色越红，上述的反应都是在釉熔融前进行的。

    铁系结晶釉实际上是铁的化合物的过饱和溶液与骨灰的液相分相结合成磁铁矿的小晶聚合体，铁氧化物富聚和骨灰分相在高温下发生分相产生铁红金斑，随着温度升高反应不断加剧、氧化分解到一定程度，骨灰分相产生结晶。由实验可知，当氧化铁含量为10%时，晶花明显。

    3.1.3 骨灰对铁系结晶釉的影响

    骨灰可做助熔剂，其助熔作用较缓慢，可使釉面光泽度提高，色调柔润，同时可促使液相分离，形成结晶釉。由实验可知，当骨灰含量为9%时，釉面光泽度较好，形成结晶釉。分析原因主要是骨灰里面主要含有P2O5对铁釉有结晶分相的作用，促使液相分离，形成结晶釉。

    3.1.4 菱镁矿对铁系结晶釉的影响

    菱镁矿用作釉的熔剂，能扩大釉的熔融温度范围，在还原焰烧成时，能增加釉的白度，防止釉面龟裂，但用量不可太多，否则釉面光泽不良，甚至引起秃釉。由实验可知，当菱镁矿含量为6%时，扩大釉的熔融温度范围，且釉面效果较好。

    3.2 烧成制度对铁系结晶釉的影响

    试验中，最高烧成温度定为 1300 ～ 1310℃。当最高温度设定为1310℃时，保温时间为30 min时，釉面光泽度比较高，釉面效果呈色最好，晶花斑最明显。当烧成温度更高时，氧化铁会分解，生成氧化亚铁和氧气，使釉中的氧化铁减少，氧化亚铁增加，釉色向暗红色发展，同时晶花随之减少。

    4 结 论

    （1）釉中要有适量的铁含量。当釉中含有8 ～ 10%的Fe2O3时就会形成铁的饱和液，利于铁红晶斑的形成。

    （2）釉中骨灰含量增加到9%时，促使液相分离，有利于形成结晶釉。

    （3）釉层要有一定的厚度，以0.8 ～ 1.2mm为宜。

    （4）烧成制度要合理。低温阶段可快速升温，高温1200℃以上要缓慢升温，最佳烧成温度1310℃，且在最高温保温30 min，能够保证釉面平整光亮，结晶体规则整齐。

    参考文献

    [1] 施建球， 沈暗娣. 隧道窑烧成铁系结晶釉的研制[J]. 江苏陶瓷， 2003， 36（4）：34-35.

    [2] 张云洪. 陶瓷工艺技术[M]. 化学工业出版社， 2006.

    [3] 李家驹.陶瓷工艺学[M]. 轻工业出版社， 2001.