宜兴钧陶工艺性能的初步研究

吴琳　张茂林　吴军明　李其江　熊露

摘 要：本文以宜兴钧陶胎体为研究对象，采用能量色散X射线荧光能谱仪、X射线衍射仪、热膨胀仪等手段，对样品胎的主、次量元素组成、物相组成和物理性能进行了系统分析，并通过纵向比较综合分析了各时期宜钧胎体的工艺特征及性能变化，为复仿制工艺及后期深入研究打下基础。

关键词：宜钧；工艺特征；物相组成；烧成温度；性能

1 引言

宜兴地处长江三角洲太湖流域，陶瓷历史渊源流长。先民们从原始社会新石器时期就开始制陶，迄今为止从未中断。元、明、清以来，宜兴一直是江南地区经济文化活动中心之一[1-2]。除了众所周知的紫砂以外，丰富多彩的宜钧也深得市场欢迎[3]。宜钧是指宜兴生产的一种带釉的陶器，其制釉方法是在胎上施以黑釉，然后洒以白釉，烧成时两者发生化学反应形成乳光釉区，并流淌成蓝色的兔丝纹，浓处则成乳白，若不流淌则成乳白或蓝色乳光点。它所用胎质有两种，一种是灰白的炻胎，另一种是紫砂胎[4]。宜兴钧陶胎、釉的外观特征取决于它们的化学组成、所用原料、烧成温度和烧制工艺。本文主要研究宜兴钧陶胎的物理化学性质，分析鉴别它们的特征，为复仿制工艺及后期深入研究打下基础。

2 实验内容

在南京博物院的支持和帮助下，笔者采用现代分析技术，对江苏宜兴古窑址考古发掘出土的三个时期（清初、清早、清中）宜兴钧陶样品的化学组成、烧成温度、吸水率等物理性能进行了系统的测试和分析，结合相关文献，探讨并分析不同时期宜兴钧陶工艺性能的特点。

本文采用美国EDAX公司生产的EagleⅢ型能量色散X射线荧光能谱仪测试宜钧胎的化学组成；采用德国Bruker公司生产的D8-Advance 型X射线衍射仪分析宜钧胎的物相；采用德国耐驰DIL402C热膨胀仪测试不同时期宜钧胎的烧成温度；利用煮沸法测试分析样品的吸水率、显气孔率。

3 分析与讨论

3.1 成分分析

宜钧样品胎的化学组成如表1所示（其中QC、QZ和QZH分别代表清初、清早和清中时期样品）。

从表1可知，各时期宜钧胎中的主、次量元素含量差异并不大，Al2O3含量在20.81%～28.29%，SiO2含量在59.67%～73.18%。为了更细致地观察各时期宜钧样品胎元素组成的变化，笔者利用spss软件对宜钧样品部分元素做散点图，如图1、图2所示。从图1和图2可以看出，不同时期的宜钧样品大多数混杂在一起，但是清中时期样品胎中元素组成相比清初时期更为集中，表明随着时间的推移，宜钧胎体配方更为稳定。

根据相关文献记载，宜兴陶土一般分为白泥、甲泥、嫩泥三大类，其中甲泥是一种以紫砂为主的杂色粉砂质黏土，而宜钧胎体的原料配方有两类，分别是紫砂泥和白泥。为此，将宜钧的胎体成分与宜兴紫砂泥、白泥原料[4]作对比分析。宜兴紫砂泥、白泥的化学组成如表2所示。用SPSS软件对宜钧胎、宜兴紫砂泥和宜兴白泥的主、次量元素含量做因子分析，利用所提取的两个主因子做散点图，如图3所示。从图3可以看出，宜兴白泥与宜兴紫砂泥各处在一个区域，宜钧胎大部分聚集在一个区域，并和宜兴白泥混为一类。少数宜钧胎则与宜兴紫砂泥混合在一起。

相关研究表明，宜兴紫砂泥和白泥相比，Fe2O3、Al2O3的含量较高[5]。为此作宜钧胎体、宜兴紫砂泥、宜兴白泥的Fe2O3、Al2O3和TiO2散点图，如图4所示。观察图4可发现，在研究的样品中，大部分的宜均胎体成分与宜兴白泥较为接近，少量则与宜兴紫砂泥类同，这与图3的因子分析结果是相符的。宜钧胎体样品中有三个样品Fe2O3的含量相对较高，且Al2O3的含量也同样偏高，而这三个样品在图中正好与宜兴紫砂泥在同一个区域内，再次证明含Fe2O3较高的宜钧样品胎体应是以当地紫砂泥为主要原料，而其他宜钧样品胎体是以当地白泥为原料。

3.2 工艺探析

对宜兴钧陶具有代表性的样品进行X衍射物相分析，如图5所示。由图5可知，清初时期QC-3样品胎的主要晶相是石英；清早时期，QZ-8样品胎中主晶相除了有大量的石英，还出现了少量的莫来石，QZ-14样品胎的主要晶相只有石英；清中时期，QZH-4样品胎中的主晶相为石英和莫来石。这三期样品胎体共同点在于都含有石英，不同的是清中期含有一定量的莫来石，早期部分含有少量的莫来石，而初期则没有，说明这两个时期的样品烧制温度应该高于初期，或者是原料加工更加精细，研磨均匀且颗粒度较小。莫来石的主要成分是3Al2O3·2SiO2，通过表1可以看出，清初时期样品QC-3胎中的Al2O3含量相对最低的，清中时期样品QZH-4胎中的Al2O3含量达26.38%，Al2O3含量的增加为莫来石的生成提供了必要条件。除了Al2O3含量的增加，莫来石的生成与否还取决于烧成温度。

莫来石的形成过程[6]如下：

（1）在600 ℃以前，高岭石进行脱水。

（2）从600 ℃开始：

Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2（偏高岭石）+2H2O

（3）在925 ℃以后：

2（Al2O3·2SiO2）→2Al2O3·3SiO2（尖晶石型新结构）+SiO2

（4）在1050～1100 ℃时，尖晶石型新结构开始转化成莫来石：

3（2Al2O3·3SiO2）→2（3Al2O3·2SiO2）（莫来石）+5SiO2

莫来石是从1050 ℃开始形成的，在1150～1250 ℃温度范围内，莫来石会迅速形成，清初时期陶坯的烧成温度约1090 ℃，虽达到了莫来石的生成温度，但莫来石晶相的生成量较小，坯体主晶相为石英；清早、清中时期烧成温度达到了1160 ℃甚至更高，莫来石开始迅速大量生成。莫来石本身具有机械强度高、热稳定性好、化学稳定性强等性质，它的大量产生能够赋予陶瓷制品良好的性能。通过观察样品的外表特征，也可发现清中时期胎体的致密度、表面光泽度等性能较清初、清早略好。从整体上看，宜钧各期烧制温度呈上升趋势，烧制工艺逐步提升。

本文利用煮沸法测试分析样品的吸水率、显气孔率，同时采用德国耐驰DIL402C热膨胀仪测试不同时期宜钧胎的烧成温度，获得部分宜钧胎体的物理性能如表3所示。从表3可以看出，清代宜兴钧陶的吸水率大致在2.60%～9.10%，气孔率在6.00%～18.17%，体积密度在1.59～2.63 g/cm3。总体来说，清代宜兴钧陶的吸水率和气孔率较高，体积密度较小。

为了更准确地分析清代各时期宜兴钧陶样品的体积变化、气孔率及吸水率规律，利用SPSS软件绘制三维散点图和均值表，分别如图6、表4所示。

从图6和表4可以看出，随着时间的发展，宜兴钧陶的吸水率、显气孔率均呈下降趋势，吸水率的均值从清初的6.32%降至4.29%，显气孔率也由13.05%降到10.48%。体积密度则与之相反，呈现上升趋势，清中时期均值最高，达到了2.40 g/cm3。通过数据可以发现，从清初到清中，胎体的烧结程度相应提高，胎质相对更致密。同时，根据表3热膨胀仪测试胎体的烧成温度结果可以看出，清代宜兴钧陶样品的烧成温度呈现递增的趋势，清初、清早的胎体在1090 ℃、1162 ℃左右的温度下烧制，而清中时期宜兴钧陶的烧成温度达到了1213 ℃。烧成温度升高，低共熔体增多，体积收缩，液相增多并逐步填充颗粒间空隙，从而使得气孔率和吸水率都相应减小，体积密度相应增大，胎体更成熟。结合表3还可发现，三个时期吸水率都在2%～9%区间内，相比一般陶器的吸水率是较低的，因此，在某种程度上可以说，清代宜钧胎体达到了精陶器[6]的标准。

4 结论

（1） 研究结果表明，宜钧的吸水率、显气孔率随着时代的变迁而减小，体积密度则随之增大；清初和清早的宜兴钧陶主要晶相为石英，而清中时期出现了莫来石，这主要是由于清中的烧成温度较高，达到了1200 ℃，胎体更致密，烧制工艺更成熟。

（2） 根据宜钧胎的化学组成及物性分析，宜钧胎体配方采用了宜兴当地的白泥和紫砂泥为原料。随着时代变迁宜钧胎体原料配方变化不大，但工艺性能更趋稳定。

参考文献

[1] 陈顺珍，陈顺涛.简析紫砂发展史[J].江苏陶瓷，2007（6）：12～15.

[2] 潘春芳，贺盘发.我国紫砂器的起源和发展[J].江苏陶瓷，1980（2）：12～16.

[3] 史俊棠.宜兴均陶[M].上海：上海古籍出版社，2009（1）：3.

[4] 李家治.中国科学技术史陶瓷卷[M].北京：科学出版社，1998，（13）：417～418.

[5] 江夏.历代宜兴紫砂性能与工艺初探[D].景德镇：景德镇陶瓷学院，2011.

[6] 西北轻工业学院，等.陶瓷工艺学[M].北京：轻工业出版社，1982：354～357.