陶瓷原料与釉料 现代工艺与材料第一节 陶瓷原料与釉料 一、陶瓷原料 陶瓷原料在一定程度上决定了陶瓷的工 艺选择范围，也决定了陶瓷的质量。 陶瓷所用的原料主要来自天然硅酸盐矿 物或岩石风化物。这些资源在地壳中分 布广泛，取之不尽、用之不竭。陶瓷原料分类 可塑性原料：主要来自粘土，起塑化和结合作 用，赋坯体以塑性与注浆成形性能，保证干坯 强度和烧成后的各种使用性能。 瘠性原料：主要有石英、熟料、碎瓷粉等，可 降低坯料的粘性，防止高温变形，冷却后在坯 体中起骨架作用。 熔剂原料 ：主要有长石、伟晶花岗岩、滑石、 白云石、石灰石等，在高温下熔融后可溶解一 部分石英及高岭土分解产物，熔融后的高粘度 玻璃可以起到高温胶结作用。 (一)、粘土 粘土是一种疏松的或呈胶状的紧密含水 铝硅酸盐矿物，具有独特的可塑性和结 合性，调水后能塑造成形，烧后变得致 密坚硬，是最经典的陶瓷原料。1、粘土的主要矿物类型 1）高岭石类 多呈白或浅灰、浅 绿、浅黄、浅红等 颜色，土状光泽， 吸水性强，和水具 有可塑性和滑腻感 。 当加热到1200 1250生成机械强 度高、热稳定性、 化学稳定性都很好 的莫来石结构。 2）蒙脱石类 包括蒙脱石、拜来石、绿脱石或绿高岭石、皂石等， 它们风化而成的土能够吸附大量的水，体积膨胀，呈 胶泥状态，具有强的结合性，故又称膨润土。 主要用作增塑剂，用来提高坯料的可塑性与结合能力 。釉浆中可用它作为悬浮剂使用，但用量不宜过多。 3）伊利石类 包括水云母、绢云母、绿鳞石和海绿石等，具 有较大可塑性、助溶性、悬浮性、附着性。可 作为高岭土、长石使用。 4）水铝英石类 在自然界并不常见，往往少量地包含在其它粘 土中，呈无定形态存在，在水中能形成胶凝层 ，包围在其它粘土颗粒上，从而提高粘土的可 塑性和结合性。 5）叶蜡石类 又名冻石、图章石，是一种硬质粘土，是微细 矿物的集合体，质软，富于脂肪滑腻感，呈致 密块状。不属于粘土矿物，因其某些性质近于 粘土，而划归粘土之列。2、粘土的工艺性能 1）粘土的可塑性 粘土与适量的水混练以后形成的泥团在外力 作用下产生变形但不开裂，当外力去掉后，仍 能保持其形状不变的这种性质称为可塑性。可 塑性是塑性法成形的基础。 2）粘土的结合性 粘土塑性泥团干燥后，变得坚实，具有一定 的强度，能够维持粘土颗粒之间的相互结合而 不散，这种性能称为粘土的结合性。 3）粘土的颗粒度 一般粘土的颗粒在1纳米5微米之间，大部 分在2微米以下，重量20%的粘土颗粒直经在1 微米以下。颗粒度的大小直接影响到粘土的可 塑性、干燥收缩、空隙度和强度，以及烧成收 缩和烧结性等。 4）粘土的吸附性 粘土颗粒能从周围介质中吸附气态物质、液 态物质、有机物质等各种色素的能力称为粘土 的吸附性。粘土的吸附性与它的矿物组成和分 散性有关，蒙脱石粘土的吸附性最强。 5）干燥收缩和烧成收缩 塑性泥料干燥后，因水份蒸发，空隙 减少，颗粒之间的距离缩短而产生的体 积收缩称为干燥收缩。 烧成以后，由于粘土中产生液相填充 在空隙中，以及某些结晶物质生成，又 使体积进一步收缩，称为烧成收缩。 6）粘土烧后的颜色 粘土因有机物质和其它杂质矿物的存 在，被着成各种颜色，如灰、浅灰、黄 、褐、紫、绿、黑等色。对烧后颜色影 响最大的是铁钛化合物。（二）石英 石英是构成地壳的 主要成分，石英占 瓷坯体配方中20 30，在制坯时对 泥料的可塑性起调 节作用，降低坯体 干燥收缩和变形倾 向，缩短干燥时间 ，起瘠化剂作用。、石英在陶瓷坯体中的作用 石英占瓷坯体配方中2030。 在制坯时对泥料的可塑性起调节作用，降低坯 体干燥收缩和变形倾向，缩短干燥时间，起瘠 化剂作用。 在烧成过程中石英的加热膨胀，可部分补偿坯 体收缩；高温时部分石英参与化学反应，生成 莫来石；部分石英溶于液相，从而增加熔体粘 度，增进抗变形能力；而未熔化的石英则与莫 来石构成架，防止弯曲、变形等，使瓷器具有 机械强度，增加瓷器透光度和白度。2、石英在釉中的作用 在釉料中石英是玻璃相的主要来源，增 加石英含量可以使釉熔融温度与粘度提 高，同时减少釉的热膨胀系数，提高釉 的机械强度、硬度、耐磨性和耐化学浸 蚀性的指标。3、陶瓷工业对石英类 原料的质量要求 在陶瓷工业石英类原料一般要求二氧化 硅含量大于 97，氧化铁和二氧化钛小 于0.5，杂质成分愈少愈好。 不论块状、砂状或粉状矿石，经1350 煅烧后要求色洁白或无色。（三） 长 石 化学成分为不含水的碱金属与碱土金属 铝硅酸盐，主要是钾、钠、钙和少量钡 的铝硅酸盐，有的含有微量的铯、铷、 锶等金属离子。 长石掺入量视矿石化学成分及配方而异 ，一般胎料加入2030，釉料中加入 1035。 长石最重要的性质是有宽的熔融范围， 较高的高温粘度，和良好的熔解其它物 质的能力。 二、釉料 釉是一种近似于玻璃的物质，覆盖于陶瓷器物 的表面。 它利用某些天然矿物和化工原料，按一定的比 例配制，经高温作用熔融后覆盖于坯体表面， 具有抗酸碱性强（氢氟酸和热碱除外）、不透 气、不透水、质地致密、光滑、有光泽、硬度 大等性能。 同时呈现多种色彩及光亮、析晶、乳浊、消光 、裂纹、窑变等视觉效果。（一）、釉料的组成及其作用 1、 配釉常用的天然矿物 1）石英 2）长石 3）高岭石类 4）石灰石和方解石 5）萤石（氟石） 2、助熔剂 助熔剂的作用是促进高温化学反应；加 速高熔点晶体结构键的断裂，生成低共 熔点化合物。 调整釉层物理化学性质(如机械性质、膨 胀系数、粘度、化学稳定性等)的作用。 常用的助熔剂 1）、硼砂 2）、铅丹 3）、锌白（氧化锌） 4）、碳酸镁 5）、钠和钾 6）、碳酸钡 7）、骨灰 3、着色剂 釉色泽丰富，变化万千，主要通过添加 金属氧化物着色剂来实现。不同的金属 氧化物着色效果各具特色，其中的规律 十分复杂。（二）、釉的分类 1、玻璃釉 即“透明釉”，釉层薄而 透明如玻璃状，故名 。 釉内几乎不含任何未 熔物、析晶、气泡和 两液分相，在显微镜 下酷似一池清水，釉 面光洁平滑。 如东汉至西晋的越窑 釉，北方早期的邢窑 、定窑、巩窑，以及 景德镇的青白瓷釉。 2、析晶釉 这类釉在烧成过程中 会大量析出钙长石针 晶，针晶的大小约数 个微米，大于可见光 波长，由于可见光在 这些针晶上的反射、 散射作用，使釉具有 乳浊的玉质感，似玉 非玉胜于玉。如南宋 官窑、龙泉窑及汝窑 等。 3、分相釉 这类釉具有某一特定范围内的化学组成，在烧 成过程中，在一定物理化学平衡条件下，釉液 会分离成两个成分不同、互不混溶的液相。 一相以无数的孤立小液滴(直径100nm)分散于 另一个连续相之中；或两相自身连通、相互穿 插的结构而存在。 如钧窑瓷的颜色(蓝色)就是这些孤立小液滴对 入射可见光产生瑞利散射的结果。邛崃窑青瓷 是中国最早的分相釉。 4、分相析晶釉 与分相釉的作用不同。一般是经过液相 分离，使某一组成在液滴相中富集而导 致析晶。 有学者提出：由于析晶使析晶附近的液 相分相。 如福建建窑产的“建盏”釉，南宋官窑、汝 窑都有分相析晶。 5、开片釉或纹片釉 釉的膨胀系数明显大于胎；瓷器经高温 冷却至200以下时，釉的收缩量将大大 超过胎，因釉已硬化，弹性甚小，受到 较大张应力。其积累到一定程度，超过 釉本身的抗张强度，导致釉的开裂。 常见开片釉有：北宋官窑、汝窑、修内 司窑、郊坛下窑、传世哥窑、龙泉仿官 窑以及景德镇的仿官、仿哥、郎窑红等 。（三）、常见釉料 1、灰釉：把植物烧成 灰后，用狼萁灰或榨 木灰、稻草灰、谷壳 灰等与水一块捣洗后 陈腐、过筛、磨碎、 干燥后就可以备用。 灰釉通常在高温还原 中烧成效果尤佳，若 在灰釉中加入其他矿 物和发色剂，就可以 配制极为柔和而华丽 的有色斑点釉。宋元灰釉三角罐 2、结晶釉：制成底釉作为基础釉，加入 结晶剂和发色剂，为调整熔融温度，加 入玻璃粉，硼砂和铅丹作为熔剂，此外 还可加入少量的氧化铝和五氧化二钒， 促成晶种生长。 3、开片釉：在釉中添加收缩率高的原料 ，使坯釉烧成收缩不一致，如加入钠的 成份，釉的收缩率高于坯而产生冰裂、 龟裂状。出窑后在开裂的线中涂上氧化 金属，色彩便渗入其中，若再次烧成， 出窑后再上色，则会产生两种色彩各异 的裂纹效果。 4、土釉：全部以粘土为原料，粘土的成 分是由长石、石英、高岭土所组成。土 釉烧成温度宽，而且很稳定。由于特殊 的组成，即能产生意想不到的效果，在 传统中被世人称赞的天目釉、油滴釉、 兔毫釉、乌金釉和鸠鸪釉都同属土釉。 5、闪光釉：加入金属盐或碳酸盐，在釉 形成后产生一种闪光金属般的釉面感觉 。 6、盐釉：将食盐从火孔中投入窑内，盐 即刻变成雾化，盐内的钠和坯中的钠同 坯中的氧化硅化合成釉质。第二节 陶瓷窑炉 一、陶瓷的烧成 对坯体来说，烧成过程就是将成形后的 生坯在一定条件下进行热处理，经过一 系列物理化学变化，得到具有一定矿物 组成和显微结构，达到所要求的理化性 能指标的成坯。 烧制陶瓷的设备称为“窑炉”。 烧成条件对产品性能的影响 1烧成温度 2保温时间 3升、降温速度 4烧成气氛 二、陶瓷窑炉 原始陶器一般就地取土,质地粗糙，平地 堆烧而成，大致烧成温度在700C左右。 甑皮岩：680； 巫山大溪文化：750830； 宜都红花套下层(大溪文化)：600 700。 云南傣族地区至今仍有这种平地露天堆 烧方法。 1、龙窑 主要分布于我国南方地区。 以粘土、砖或砖坯依倾斜的山坡构筑而 成，由下自上，呈长条形，象龙蛇状， 故名龙窑，也称蛇窑、蜈蚣窑。 窑室分窑头、窑床、窑尾三部分。 龙窑焰抽力大，升温快，同时装烧面积 大，产量高。 龙窑使用时间：商周以降，明清至今。龙窑优点 建筑方便，装烧量大，产量高； 温度升降速度快，容易维持还原气氛 ，适合于焙烧胎体薄，高温下粘度小的 石灰釉瓷器。龙窑是青瓷的摇篮。五百年未断火的龙窑 广东佛山南风古灶 2、登窑 也称阶级窑，阶梯窑，由龙窑演化而来 。依附山的坡度，由下往上，建造一个 个倒焰式窑，连接成一体，形成梯状。 优点：利用了余热，充分提高了热效率 ，同时也缩减了烧制时间，窑的规模有4- 7室，最多可达20室。 主要由窑室、燃烧室和烟囱三部分组成 。 登窑3、柴窑 景德镇柴窑 4、圆窑 也称煤窑，窑顶呈半球体，窑身呈圆柱 体。 沿着圆形开有两个对称窑门，周围设有 多个燃烧口，是间歇式烧成。 制品需装入匣体内，然后入窑，罗叠成 柱状，封住窑门后烧制。 煤烧圆窑耗煤量大，烧成时间长，劳动 强度大，质量不易控制，尤其是冒出的 浓烟，危害性大，现在已经逐步淘汰。 煤烧圆窑5、电炉 以电为能源，低温 800度左右常用电 热丝，而烧制1100 度以上，则采用硅 碳棒导热。 普通电炉适合于 800度左右釉面彩 饰的烧烤。 6、隧道窑 窑体呈隧道状，铺有运行铁轨，陶瓷制 品装在窑车上，窑车连续进入，经过预 热区、烧成区、冷却区，然后出窑。 隧道中部烧成区两侧设有数个点火口。 连续烧制，最适合产业陶瓷的大批量生 产。 隧道窑 隧道窑入口 7、辊道窑 近年发展起来的快烧陶瓷工业窑炉，是 靠链轮和螺旋齿轮传动，辊棒输送制品 ，达到全自动化，燃料为柴油或煤气。 耗能比传统窑炉低，在实现快烧的基础 上，也保证了质量和产量的提高。 最长的辊道窑达到了80米，主要用于建 筑陶瓷烧制。辊道窑 8、梭式窑