铁钛结晶釉的研制

陈琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

铁钛结晶釉的研制

陈琦峰，金世遇，王 慧，曾令可

（华南理工大学材料学院，广东 广州 510640）

本实验采用玻璃粉、石英、滑石、石灰石、TiO2、Fe2O3为原料制备铁钛结晶釉，采用正交实验、单因素实验，研究了釉料配方中氧化铁、氧化钛的量以及烧成温度、保温时间、釉层厚度等因素对釉面析晶效果的影响，优化出最佳工艺参数。发现当釉料配方(wt．%)为：氧化钛 10．2、氧化铁 4．08、玻璃粉 37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉层厚度为1．0 mm ，烧成温度为1260 ℃，保温时间为45 min条件下制备的试样釉面效果最佳。

铁钛结晶釉；釉料配方；烧成制度

0 引 言

结晶釉是在我国古色釉基础上发展起来的一种人工晶花釉，它是由适当配方的陶瓷釉在烧制过程中，通过人为控制热力学条件使釉层内产生析晶并长大，从而形成人工合成晶体装饰的釉层[1]。结晶釉的基本特征是：可以在釉中或釉面析出许多各种形状的晶花。它的发展历史非常悠久[2]。结晶釉的种类很多，按选用的结晶剂，可分为铁系结晶釉、硅酸锌结晶釉等，各种结晶釉都已有学者涉及并做了大量的工作[3-5]；按烧成温度可分为高温、中温和低温结晶釉；按晶花大小，可分为粗结晶釉和微结晶釉两大类；按结晶釉的色彩，分为黑色、白色、蓝色、黄色、变色等结晶釉[6-8]。自古以来，结晶釉变幻莫测的艺术效果主要用于艺术陶瓷作品。近几年来，结晶釉在陶瓷餐具及建筑陶瓷中也得到了广泛的应用，而在陶瓷马赛克上的应用仍处于起步阶段。

本文通过调整釉的配方组成、着色氧化物的含量、烧成制度、釉层厚度等因素，拟研制陶瓷马赛克氧化铁花釉的底釉与面釉及其相应的工艺参数。

1 实验方案

本实验以TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、滑石、石灰石等为原料，以料∶球∶水=1∶2∶0．6进行球磨并过250目筛网，以浸釉的方法施釉，然后干燥、烧成。采用正交实验确定优化配方，后进行单因素实验，对釉料组成(Fe2O3、TiO2的量)、烧成制度(烧成温度、保温时间)等进行实验，得到最佳的釉料配方和烧成制度。本实验通过目测对正交实验样品进行打分，主要目测釉面析晶效果、釉面的光泽度及平整度，后综合打分。

(1)釉面析晶效果可以通过观察釉面的析晶范围及晶花大小评分；(2)光泽度是通过观察釉面的光亮程度进行评分；(3)平整度通过观察釉面气孔，表面粗糙程度等因素评分。正交试验设计实验方案如表1。

2 结果与讨论

2.1 正交实验结果分析

采用正交实验制备试样照片如图 1 所示，正交实验结果分析如下。

从图1可以看出，按照正交实验烧制出来的九组釉样样品釉面效果各异，描述如下。

一号样品半无光，析晶较充分，釉面平整度较差，其原因为样品的烧成温度偏低，保温时间不够；二号样品光泽度好，有较大晶花，釉面光滑，其原因为样品的烧成温度适宜，保温时间偏短；三号样品无光，析晶充分，釉面平整度较差，其原因为烧成温度低，保温时间适宜；四号样品光泽度好，有较多花型叶状的晶花，釉面光滑，其原因为烧成温度偏低，保温时间适宜，效果较好；五号样品无光，析晶较充分，釉面平整度差，其原因为烧成温度低，保温时间短；六号样品半无光，析晶充分，有较多较大的辐射状晶花，釉面平整度差，其原因为烧成温度偏低，保温时间偏短；七号样品无光，析晶充分，有较多花型叶状的晶花重叠，釉面略粗糙，其原因为烧成温度低，保温偏短；八号样品半无光，析晶充分，有大量辐射状晶花重叠，釉面略粗糙，其原因为烧成温度偏低；九号样品无光，析晶充分，有大量辐射状晶花重叠，釉面粗糙，其原因为保温时间短。

综合各个釉样的效果，正交实验的结果如表2所示。

由表2可知，四因素、三水平的正交实验，各个因素、水平对釉样变化起的作用大小不同。为了直观起见，用因素的水平作横坐标，评分即K平均值作纵坐标，画出因素与评分关系图，如图 2所示。

综上所述最优的水平组合为D2B1A2C2。

即为4#釉样配料，烧成制度为：烧成温度为1260 ℃，保温时间为45 min。

同时，根据表3中极差R的大小，可知各因素对釉面析晶效果影响的主次分布。从主到次顺序：D-B-A-C。

从正交实验结果分析可以看出，保温时间对釉面效果影响较大，其次是氧化铁用量，再就是釉料中氧化钛含量，烧成温度对其影响较小。

2.2 工艺因素对釉面效果的影响

2．2．1 保温时间对釉面效果的影响

保持4#釉样配料，烧成温度为最优的1260 ℃。只改变釉料在析晶温度1150 ℃的保温时间，考察保温时间对釉样析晶效果的影响。保温时间为：30 min、45 min、60 min。通过实验得出釉样效果如图3。

表1 实验方案Tab.1 The experiment plan

由图 3可见，1#釉样有析晶，且析晶较充分，晶体并不是特别大。2#釉样析晶充分，晶体较大。3#釉样有析晶但析晶过于充分。说明随着保温时间的增加，釉熔体析晶越来越充分，使得晶体长大。产生这一现象的原因：在晶核形成及晶体生长的交叉温度区进行保温，保温时间越长析晶越多，则保温30 min、45 min、60 min三种条件下析晶越来越多，1#析晶较充分，而3#析晶过于充分，2#析晶效果较好。

2．2．2 烧成温度对釉面效果的影响

由以上实验结果，确定4#样配料为最优配方，45min为最佳保温时间。在此基础上，釉样配料不变，其他工艺参数不变，改变烧成温度，考察烧成温度对釉样析晶的影响。烧成温度为：1240 ℃、1260 ℃、1280 ℃。通过实验，得出釉样效果如图4所示。

图1 正交实验制备的样品照片Fig.1 Photographs of the samples prepared by the orthogonal experiment

由图 4可知，1#釉样有析晶，釉面平滑光泽，但析晶晶粒偏小。3#釉样釉面光泽度较高，有析晶，晶粒较大，但分相现象比较明显。产生这一现象的原因：随着温度的升高晶粒长大，温度低晶粒小，温度高晶粒大，但温度过高晶粒会熔融(如3#)使釉面效果变差，则1260 ℃为最佳烧成温度。

2．2．3 氧化铁用量对釉面效果的影响

根据以上正交实验结果分析得出，最优釉样配方为4#釉样配方，烧成温度为1260 ℃，保温时间为45 min。在此基础上，保持釉样中其他组分不变，改变氧化铁的用量，考察氧化铁用量对釉面效果的影响。氧化铁用量分别为：2、4、6、8、10。通过实验得出釉面效果如图5所示。

由图5可见，1#样有花型叶状晶体析出，且晶粒数量适宜，但晶粒偏小、釉面颜色偏白。2#有花型叶状晶体析出，3#、4#样析晶较多且晶粒较大并有晶粒重叠现象。产生这一现象的原因：随着氧化铁用量的增加，釉料析晶效果越来越好，但当氧化铁加入量过多时，如3#、4#釉样，氧化铁与氧化钛强烈作用使得3#、4#釉样析晶过于充分，使釉面光泽度和平整度效果下降，且颜色随着氧化铁含量的增加逐渐变深。从釉料析晶效果、釉面光泽度、釉面平整度综合分析，可得出2#效果比较优。

2．2．4 氧化钛用量对釉面效果的影响

表2 正交实验的结果评分Tab.2 The analysis of the test results

图2 因素与评分关系图Fig.2 Factor and score relationship

图3 保温时间对釉面效果的影响Fig.3 Effect of holding time on quality of glaze

由上面的实验结果，确定加4%的氧化铁釉样为最优釉样，在此釉样配方基础上，保持其他组分不变，改变釉样中氧化钛的用量，考察氧化钛用量对釉样析晶的影响。氧化钛用量如下：5．2、7．7、10．2、12．7、15．2。通过实验得出釉样的效果如图6所示。

由图6可见，1#样有失透现象，釉内有细微析晶；2#釉析晶较1#多，有大晶花出现。3#析晶充分，但晶粒之间有复合现象，影响了釉面的美观程度，4#样析晶过于充分，但釉表面更加粗糙。产生这一现象的原因：随着氧化钛用量的增加，釉料析晶越来越多，但当氧化钛加入量过多时，析晶过于充分，氧化钛主要起析晶剂作用，使得釉样析晶较多，晶粒与晶粒之间叠加，析晶层较厚，导致整个釉面都有析晶，影响光泽度。总体分析，这四组实验析晶效果不如2#试样，即加4%氧化铁，10．2%氧化钛的釉样好。

图4 烧成温度对釉面效果的影响Fig.4 Effect of fi ring temperature on quality of glaze

图5 氧化铁用量对釉面效果的影响Fig.5 Effect of adding content of Fe2O3on quality of glaze

图6 氧化钛用量对釉面效果的影响Fig.6 Effect of adding content of TiO2on quality of glaze

3 结 论

采用TiO2、Fe2O3、玻璃粉、石英、烧滑石、石灰石为原料，制备铁钛结晶釉。当釉料配方为(wt．%)：氧化钛 10．2、氧化铁 4．08、玻璃粉37．76、石英 20．41、滑石 7．14、石灰石 20．14；釉层厚度为1．0 mm ；烧成温度为1260 ℃；保温时间为45 min条件下制备的试样釉面效果最佳，样品光泽度好，有较多花型叶状的晶花，釉面光滑。

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Li Li, et al． Ceamics Science & Art, 2012(3): 39-41．

Preparation of the Fe2O3-TiO2Crystalline Glaze

CHEN Qifeng, JIN Shiyu, WANG Hui, ZENG Lingke
(South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

In the experiment, Fe2O3- TiO2crystalline glaze was prepared, using titanium oxide, ironic oxide, glass powder, quartz, talcum, limestone, etc. as raw materials. By means of orthogonal experiments and single factor experiments, effects of ironic oxide content, titanium oxide content, fi ring temperature and holding time and some other technological factors on the quality of the glaze were studied, and the formula and fi ring system for the crystalline glaze were optimized. Results show the formula of the glaze is as follows (wt%): titanium oxide 10.2, glass power 37.76, quartz 20.41, talcum 7.14, limestone 20.41. When the glaze thickness is 1.0mm, the fi ring temperature is 1260°C, and the holding time is 45 minute, the glaze obtained has the best quality.

Fe2O3- TiO2crystalline glaze; glaze formula; fi ring system

date:2016-12-12. Revised date: 2016-12-15.

TQ174.4+3

A

1006-2874(2017)03-0006-06

10.13958/j.cnki.ztcg.2017.03.002

2016-12-12。

2016-12-15。

广东省教育部产学研项目(2012B091100379)。

Correspondent author:.ZENG Lingke, male, Professor.

曾令可，男，教授。

E-mail:lingke@scut.edu.cn