琉璃瓦用天蓝色釉的研制
1 引言
天蓝色琉璃瓦釉面光亮、透明度很好, 颜色清澈纯 净, 非常漂亮, 多见于一些古典建筑和陈设瓷。鲜艳的 天蓝色用普通陶瓷色料是无法得到的, 它是铜的化合 物在特定组成的熔块釉中呈现出来的, 而且对坯体白 度有一定要求, 以便达到最佳发色效果。本文以氧化铜为着色剂、以废玻璃为主要原料, 通 过加入一些化工原料, 成功研制出适合琉璃瓦装饰的 天蓝色颜色釉, 颜色漂亮、光泽度和透明度好, 而且操 作简单、烧成方便, 可以满足大批量生产的要求。
2 试验
2.1 试验设备
立式快速球磨机 ( 带氧化铝球磨罐及不同大小的 氧化铝球) 、标准筛、烘箱、电子天平、微粒球磨机( 带玛 瑙罐及不同大小的玛瑙球) 、喷釉设施、实验室用高温 电炉、色度仪等。
2.2 试验用原料
试验所用主要原料为平板玻璃废料、氧化锡、碳酸 锂、钾长石、锂辉石、萤石、铅丹、硼砂、高岭土等。试验所用玻璃粉是用普通平板玻璃废料磨细后获 得的。材料来源非常广泛, 碎的平板玻璃、平板玻璃废 料都可以 使 用 。试 验 所 用 玻 璃 废 料 的 化 学 组 成 为 ( wt%) : K2O: 71.6% 、Na2O: 1.0% 、CaO: 9.8% 、MgO: 4.3%、SiO2: 13.3%。玻璃粉制备时, 应首先把废玻璃砸 碎, 使其最大颗粒小于 5 mm, 然后使用快速球磨机将 其磨细。磨到所需细度后( 控制200目筛余小于 0.5%) 应立即将浆料倒出, 否则时间一长会导致由于玻璃料 沉积得太实而无法从球磨罐中倒出。将磨细后的玻璃 料烘干备用。试验所用氧化锡、碳酸锂、氧化铜、铅丹、硼砂等均 为化工纯原料。其余原料的化学组成、杂质含量等指标 也都满足做釉料的要求, 且细度均达到 250 目筛余小 于 0.3%。
2.3 试验过程
按配方仔细称量各原料, 然后倒入玛瑙罐中球磨, 球磨时控制料∶球∶水=1∶2∶0.65, 为保证釉浆的悬浮性和 流动性, 同时加入 0.3%的 CMC。由于各原料已经比较 细, 所以球磨时间控制 15 min～20 min, 球磨好后将釉 浆过 100 目筛备用。试验所用坯体为山东曲阜某琉璃瓦厂正常使用的 坯体, 该坯体外观为土黄色, 为保证发色效果, 在该坯 体上又上了薄薄一层化妆土。施釉采用人工喷釉法, 在 喷釉前将坯体清洁干净。喷釉时要保证一定的釉层厚度, 不能太薄, 一般控 制未烧前釉层厚度为 1.0 mm～1.5 mm。坯体施釉后要 充分干燥才能入窑烧成。烧成使用实验室用智能控制高温硅碳棒电炉, 设 置升温时间为 150 min, 设置烧成温度为 1 080℃, 设 置保温时间为 30 min, 烧成结束后关闭电炉自然冷却。
3 结果与分析
3.1 颜色外观及测量值
釉烧后的试片为深天蓝色, 色调完全不同于使用 钒蓝色料( 组成系统为 Zr- Si- V) 获得的颜色, 其颜色 比钒蓝色釉的颜色更纯净、颜色更蓝、透明度更好, 颜色非常漂亮。将釉烧后的试片采用进口分光式色 度仪测量其 CIE Lab、XYZ 值及 x、y 值。测试条件: C 光源/2。, 各数值取 3 次测试结果的平均值。测量结果 如下:
X=24.49 Y=30.32 Z=70.51
x=0.1954 y=0.2419 L=55.06
a=- 17.00 b=- 37.31 3.2
影响发色的因素 影响天蓝色色釉呈色的因素有很多, 现将试验中 遇到的问题分析如下。
3.2.1 釉料化学组成对发色的影响
优良的基础釉配方是获得漂亮的天蓝色色釉的 关键因素。本试验是利用氧化铜在特定组成的釉料中 获得的, 因此, 釉料的化学组成是影响发色的主要原 因。釉料中氧化锡含量的多少对试片色调的影响有 重要影响。氧化锡含量太低时, 色调偏绿, 颜色也比较 纯净; 氧化锡含量高时, 色调偏浅、透明度不好。试验 证实, 控制氧化锡含量( 质量百分含量) 在 5%～7%是 比较合适的。釉料中碳酸锂含量对试片色调和釉面质量都有 重要影响。碳酸锂在一定范围内变化时, 对色调影响 较小。超过此范围, 碳酸锂加入量太少时, 色调偏绿, 得不到天蓝色; 碳酸锂加入量太多时, 釉面开裂严重, 且很容易析晶和部分无光泽。适宜的碳酸锂含量为 16 wt%～24 wt%。在釉料中加入硼砂、铅丹时, 都会使试片的色调 偏绿。在釉料中加入少量的氟化物有利于天蓝色的呈 色。氧化铜加入量对试片色调有决定性影响。氧化铜 加入量高时, 色调偏绿、颜色发污; 氧化铜加入量太少 时, 色调太浅, 蓝调不够。试验中发现, 控制氧化铜加 入量在 2 wt%～5 wt%比较合适。
3.2.2 坯体色调对发色的影响
坯体颜色对天蓝色有直接影响, 一般来说, 坯体 越白越对发色有利。直接施釉于琉璃瓦坯体时, 烧成 后试片的颜色为蓝绿色, 颜色也不够纯净。釉层很厚 时, 虽然也可以获得天蓝色, 但釉面开裂严重且颜色 也不够纯净、釉面有流动纹。所以, 对于坯体颜色不白 的琉璃瓦, 需要再单独上一层白色化妆土以获得满意 的天蓝色。同一配方在不同坯体上同时烧成时, 颜色 外观有较大差别, 对比值如下: 白坯体: L= 55.06 a=- 17.00 b=- 37.31 白偏灰坯体: L=46.49 a= – 14.77 b=- 32.14 土黄色坯体: L=42.64 a=- 12.72 b=- 29.85
3.2.3 烧成制度对发色的影响
试验发现, 烧成温度太高时( >1 100℃) , 釉面很容 易部分无光, 光亮度和平整度都很差; 烧成温度太低 时( <1 050℃) , 釉面质量不好, 或者有大量针孔, 或者 釉面熔融差, 或者釉面不亮。比较恰当的烧成温度范 围是 1 060℃～1 090℃, 在此范围内, 釉面质量和光泽 度都非常好。保温时间的长短对发色影响较小, 但对釉面质量 有大的影响。保温时间太短( 如<15 min) 时, 釉面熔融 不好, 且会有针孔等缺陷出现; 保温时间太长( 如>40 min) 时, 釉面亮度会变差, 且釉的边缘会析晶。综合考 虑, 保温时间为 20 min～30 min 是比较合适的。该天蓝色釉很适合氧化气氛烧成, 不适合还原气 氛烧成。同时, 该天蓝色釉也不适合快速烧成、快速冷 却的烧成工艺, 适合普通慢速烧成工艺。
3.3 试验中遇到的裂釉问题
试验所采用的基础釉配方组成范围是: 玻璃粉 65%～75%、氧化锡 4%～8%、碳酸锂 15%～25%、氧化铜 2%～6%。由于釉料中所含钾、钠、锂等碱金属氧化物非 常多, 致使釉料的膨胀系数比较小, 而琉璃瓦坯体的 膨胀系数一般较大。由于坯体、釉料之间的膨胀系数 相差过大, 所以烧成后釉面出现开裂现象。为解决裂釉的问题, 笔者做了相关调整试验。结 果证实, 在上述釉料配方中加入 5%- 10%的高膨胀熔 块可有效解决裂釉的问题。
4 试验结论
a.采用废玻璃粉为基础原料, 以氧化铜为发色物 质, 通过添加适量的氧化锡和碳酸锂, 可获得非常漂 亮的天蓝色色釉。
b.该天蓝色釉只适合装饰白色坯体。
c. 该天蓝色釉只适合在氧化气氛下慢速烧成, 不 适合在还原气氛下烧成, 也不能采用快速烧成工艺。
d.该天蓝色釉易裂釉, 需根据坯体情况调整釉料 的膨胀系数以防釉面开裂。