砂金釉的研制实验

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1.砂金釉概述
1.1 砂金釉的历史
砂金釉是一种装饰性很强的艺术釉，源于古代的黑色釉。黑色釉的呈色主 要是因为含有大量的氧化铁且釉层较厚， 而大部分矿物原料中都含有大量的铁， 这也是黑色釉早在汉代晚期就已出现的原因，从东汉至隋唐间制瓷工艺不断的 发展，至宋代煤炭已作为一种崭新的能源被大量利用，此时并发明了支圈复烧 技术，种种技术革新为结晶釉产生所需的必要温度制度奠定了基础，这使得黑 釉在入宋以后渐渐脱离了传统的纯黑色，并在唐代花釉的基础上创制出以南方 建窑为首的结晶釉，如油滴1、兔毫2、曜变3等，后被统称为天目釉4，其影响波 及全国，在我国山东、河北、山西、江西等地均有烧制。 天目釉的繁荣，很大一部分是得益于当时斗茶风尚的盛行。这与当时北宋 知识分子注重修心养性和统治阶级讲究宗教情操的文化背景有关，此时茶具、 香炉成为能够代表时下新文化的典型器物，需求量很大。加之天目釉盏能够满 足斗茶技法的表现要求，更被宋徽宗赵佶称为盏中上品，一时博得饮茶一族的 青睐。 砂金釉正在此背景下出现，砂金釉的微晶体通常是 Fe3O2,也有的为 Cr2O3 或 铀酸钠5。砂金釉中氧化铁的析晶，一般认为是氧化铁先在高温下溶解于釉中并 形成铁的过饱和溶液，然后在适当的条件下析出，由于工艺控制的不同，将会 产生不同的釉面效果。因为这个原因才会有“兔毫釉”、“雨点釉”、“铁红 金圈釉”、“砂金釉”的区别。 唐宋以后战事频繁，社会动荡不安，高档瓷器市场萎缩，茶文化也逐渐由 技法复杂的“斗茶”发展为简便易行的“泡茶”，伴随此文化的微妙变化，茶 器也由黑色、酱色渐渐转变为青色、白色，由斗盏渐渐变为广口碗、提梁壶之 类，后发展为以宜兴紫砂器为茶具上品，而以茶盏为主营的天目釉渐渐失去了 市场。蒙古人统一中国后，北方窑场因战火破坏纷纷没落，工匠大批流向南部
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“曜变”是在黑色的底色上散布着深蓝色的星点，星点的四周还围有红、蓝、绿等色彩，共同组成式样 美观、色彩奇特的图案。
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
天目釉为宋代铁黑结晶釉的统称，包括油滴、兔毫、曜变、鹧鸪斑、玳瑁斑等，其特点是高铁、高钙。 的 天目釉属铁系的结晶釉，其釉 着色剂因三氧化铁和二氧化钛的含量较高，并含有五氧化二磷及液相分离 现象，使得烧后的釉具有浑厚凝重、黑里泛青的风格。
1.2.析晶理论
析晶要经过晶体形成与晶体长大两个过程。 晶体的形成要先有晶核的存在， 再以晶核为中心逐渐发育长大。而晶核形成又分为均匀态核化与非均匀态核化 两种情况，均态核化的主要原因是由于热运动引起的组成和结构的起伏，部分 粒子从高的自由焓转变为低的自由焓而成为新相，造成系统自由焓的减少。假 设新相颗粒为球形，则自由焓的变化为：
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毕业设计（论文）
题
目：
砂金釉的研制实验
系 专 学
部： 业： 号：
陶瓷工艺系 材料工程技术 2008261104 王劲草 王 讲 超 师
学生姓名： 指导教师： 职 称：
2011 年 6 月 15 日
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言
本实验意在制备砂金釉并探究其形成机理，但由于经济因素，时间因素的 影响及笔者专业水平和设备条件的限制，导致了我们实验次数不足和结果分析 的有限。实验本身也存在好多问题，例如，喷枪雾化效果不好，使得我们不得 不以调整釉浆的含水率来适应喷釉；箱式电阻炉的温控元件出现故障，使得我 们不能按原计划的温度曲线来调整升温速率；快速球磨机密封性不好，在球磨 过程中出现漏洒现象，影响了配料的准确性等。但不论如何，我们最终成功的 制备出1195℃下烧成的砂金釉，并对结果做了合理的分析，并从本次试验中获 得了大量的收获。在此感谢我的指导老师——王超，在他的规划指导下我得已 完成此毕业论文的设计。感谢潘治彬老师，在论文的结果分析中得到过他的帮 助。 论文中存在很多不足之处，尤其是对一些结果的分析，涉及到大量自己的 推理猜想，因自己专业水平有限，难免会出现错误，敬请大家批评指正。
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，以青白瓷系为主的景德镇迎合了统治阶级崇尚洁白的爱好而迅速成为全国制 瓷中心，完善了在唐代就已出现的青花瓷，并大量外销。入明清以后，瓷器更 是进入繁荣鼎盛的时期，时人不仅注重瓷质的坚韧洁白，还注重釉色的装饰， 并不断的创造出适合当时文化特色的各种艺术珍品。清末以后的瓷器大多仿古 ，瓷器的发展逐渐没落。 经上述历史我们看出，砂金釉自宋代产生并迅速达到鼎盛，以后的岁月里 就渐渐湮没无闻，它的发展和大部分事物一样，都明显打上了时代的烙印。在 技术层面上可能是因为古代瓷器大都施高温釉，砂金釉作为一种结晶釉需要扁 平的器形以防止较厚的釉层在高温时发生流釉，即器形的不断发展限制了砂金 釉的进一步发展；砂金釉之类的天目系结晶釉，因当时窑炉测温技术不能够满 足烧成温度的准确控制，而使得成品率不高，技术水平显得过于复杂，设也是 阻碍其进一步发展的重要原因。直至近现代时期砂金釉等结晶釉才初现端倪。 1847 年法国人 Ebelman 就开始研究砂金釉，20 世纪初，丹麦、德国、美国 和日本对砂金釉进行了研究。 我国沈阳制陶厂在 1979 年首次将金星釉应用到釉 面砖中，成果大受欢迎，然而存在严重的铅溶出问题，不利于身体健康。 1987 年赵宗昱对金星釉装饰效果与结晶特性的关系进行了研究， 试验表明： 当烧成温度偏低时，析出晶粒较小，更甚者，肉眼无法分辨；当烧成温度偏高 时，析出晶粒较大，更甚者釉面粗糙，使漫反射增强，釉面出现无光或乳浊效 果。1994 年程贤春成功研制出低温快烧无铅釉。2000 年吴明对赤铁矿砂晶釉进 行了研究，得出在黄褐或黑褐色釉玻璃底面上析出的晶体，其主结晶相为 α -Fe2O3 晶体， 其类型、 晶粒尺寸和相对数量依据釉的组成烧成制度和窑炉气氛性 质而变化。2007 年黄定策分别对蓝彩砂金釉和绿彩砂金釉在燃气梭式窑中烧制 进行过研究，结果表明，在梭式窑中烧制的蓝彩釉和绿彩釉适合作为精陶产品 的装饰釉。 目前铁砂金釉有向铬系、铜系发展的趋势，这是因为随着烧成温度的降低， 用氧化铬或氧化铜置换部分氧化铁，会使得砂金釉的色彩种类更加丰富。
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3.拟定初步配方
拟定出如下 4 组初步配方：
编号 硼熔块 石英 玻璃粉 长石 氧化铁 碳酸钡 苏州土 碳酸钠 1# 50 15 10 / 15 2 5 3 2# 45 10 20 / 15 2 3 3 3# 40 5 30 / 15 2 3 3 4# 40 5 20 10 15 2 3 3
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非均态核化在异相界面上（杂质颗粒、气泡边界等）进行，是在和相接触 的固体界面上生成的，如图1所示。这种促进核化的固体表面是通过表面能的作 用使核化的势垒减少的，假设核的形状为球的一部分，其曲率半径为R，核在固 体表面上的半径为r,液体—核（LX）、核—固体（XS）和液体—固体（LS）的 各界面能分别为γLX、γXS、γLS ，液体—核界面的面积为ALX，形成新界面 的自由焓变化为：
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以 Fe3O2 为晶体的砂金釉，晶粒较大，最细的发黄光，最粗的发红光，背景釉层呈红黄色，以 Cr2O3 为晶 体的砂金釉，晶粒更细小，背景釉层呈绿色。这些析出的晶体相互孤立，且结晶数量愈多透明性愈差。 前 者有金星釉之称，后者有猫眼釉之称。
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4.配制釉浆
取四个搪瓷杯，分别标注 1#、2#、3#、4#。根据 1#初步配方，用天平准确 称取各原料配制成 200g 釉料，放入快速球磨机中，加水 110ml，加球石 400g （球石可适量多加，以缩短球磨时间，料、球、水的总体积约占快速球磨罐容 积的 80%），研磨 12～14 分钟。釉浆过 250 目筛后放入 1#搪瓷杯中备用。同理 制取 2#、3#、4#釉浆分别放入 2#、3#、4#搪瓷杯中备用。用喷枪分别吸取四个 搪瓷杯中的釉浆均匀的喷在干净坯体的表面上，釉层厚度约 1～2mm，将施釉后 的四个坯体相应的标上 1#、2#、3#、4#，自然晾干备用。
非均匀成核的成核功与均匀成核的成核功比较如图2所示。
通过前面的分析可知，非均匀成核要比均匀成核容易，因此在熔体条件具 备的情况下，非均态核化应该是晶核形成的主要形式。当稳定晶核形成后，在 一定的温度和过饱和度的条件下，晶体按一定的速度生长。原子或分子加入到 晶核上的速度取决于熔体和界面条件，也就是晶体—熔体之间的界面对结晶动 力学和结晶形态有决定性影响。当析出的晶体和熔体组成相同时，晶体生长类 似扩散过程，其生长速度取决于分子或原子从熔体（液相）中分出并向界面扩 散和反向扩散的速度差；当析出的晶体和熔体组成不同时，在结晶进行过程中， 液相形成晶体的成分逐渐变少，晶体进一步成长时，其成分必须在液相中经过 长距离扩散才能到达晶体表面上，其成长速度由扩散速度决定。
“油滴”是在黑色的釉面上满布着银灰色的圆晶点，如满天星斗散落在黑色的夜空，也像平静的水面洒 下了油滴，别具风格。
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“兔毫”是在提高油滴烧成温度的基础上形成的。在高于油滴的烧成温度下烧制时，形成油滴的铁结晶 的 和釉都向下流动，由于流速 不同，在黒釉中突出美丽的褐黄、蓝绿、淡棕或铁锈色的毫毛状筋脉和流纹， 其状如兔毫。
摘
要
本文以氧化铁为结晶剂，引入硼熔块、玻璃粉、长石等作助熔剂，碳酸钡 为结晶促进剂， 通过改变配方及烧成制度等， 成功研制出了最高烧成温度为1195 ℃的铁系砂金釉，其釉层为红褐色，中间闪烁着金红色的晶体，异常美丽。 关键词： 氧化铁 结晶剂 助熔剂 铁系砂金釉 晶体
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5.釉的烧成
结晶釉需要急冷保温才能使过饱和的晶花析出， 因此制定如下图所示的烧 成曲线图。 对电炉进行程序设定， 从室温～300℃， 升温时间 40min， 保温 5min； 300℃～900℃， 升温时间 75min， 保温 5min；900℃～1200℃， 升温时间 45min， 保温 10min。然后降至 1080℃，降温时间 10min，再保温 1h。保温结束后，让 其自然冷却。将烧成后的制品冷却到 100℃的以下取出。 将施釉的坯体放入箱式电阻炉中部，关上炉门，打开交流电源，设定电炉 参数，打开电源开关进行釉的烧成。
1.3 分相理论
分相理论认为，分相可能对晶体形成与长大存在影响，原因有分相可为成 核提供驱动力；分相产生的界面可为成核提供核位；分相后其中一相中原子迁 移率可提高；分相后晶核剂可富集于某一项中，晶核剂作用加强等。分相后组 成变化是促进成核的最主要因素。在由CaO-MgO-Fe2O3-Al2O3-SiO2系统组成的 亚稳分解相中，Fe2O3绝大部分富集于微相中，随着铁含量的进一步提高，导致 过饱和而析出红色α-Fe2O3晶体，分相有助于析晶的基本规律也逐渐用于分析 砂金釉的形成机理的研究中。
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2.实验设计
2.1 坯体的制备
坯体采用注浆成型制取，泥浆来自实验室，其化学组成如下：
注浆成型工艺流程如下：先搅匀泥浆，倒入石膏模中。待泥浆液面下降后 适量添浆。当石膏模边吸附的泥坯厚度达到2-3 mm后回浆。回浆时双手应固紧 石膏模，将石膏模口下底上的竖起，使浆液徐徐倒出，出浆时应固定姿势直至 浆液完全倒出。等到坯体干燥到具有一定强度时脱模，然后将脱模后的坯体置 于室内自然风干，风干后的坯体再进行干修和湿修等操作。实验过程中，因窑 炉空间和坯体数量的限制，我们将部分风干后的坯体碎成试片以备使用。修工 良好的坯体用于最后烧制成功的砂金釉，修工存在缺陷坯体以及试片用于试验 阶段的砂金釉试烧。
2.2 釉料制备
1.实验所需设备
快速研磨机 箱式电阻炉 喷枪 塑料盆 搪瓷缸
2.实验所需原料
①工业纯氧化铁 工业纯碳酸钠 工业纯碳酸钡 ②石英 方解石 望城长石 3#苏州土 玻璃粉 组成如下：
③硼熔块：质量百分组成约为：石英 10%、硼砂 40%、铅丹 20%、长石 30%， 熔块熔融温度为 1100℃。