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天津钧友之六的博客

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参加工作后就喜欢书画,到九六年已收藏当代天津书画家作品几百幅。九七年后转向钧瓷,收藏当代钧瓷也有几百件,自我戏称“天津钧友之六”。 全国钧瓷收藏家联谊会副会长,天津钧瓷收藏家联谊会会长,负责联系、服务天津的钧友们。

第420篇《钧瓷三大原料及其工艺性能》  

2015-01-28 23:43:29|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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颍水陶钧

   陶瓷粘土、长石、石英是钧瓷制作的三大基础原料,也是钧瓷釉三元配方的前提,对这三大原料的认识及其工艺性能的了解是钧瓷艺术工作者必修的课程,也是对钧瓷釉研究及创新的必要铺垫。


一、黏土类

  黏土是自然界中硅酸盐岩石(主要是长石)经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物,是多种微细矿物和杂质的混合体。自然界的黏土呈白、黄、红、黑、灰等多种颜色,颗粒微细,晶体有片状、管状、球状及六角鳞片状等。将其与水拌和能塑成各类形状,干后形状不变,且有一定机械强度,煅烧后坚硬如石。


 (一)粘土的种类

   黏土的主要矿物为高岭石类(包括高岭石、多水高岭石等)、蒙脱石类(包括蒙脱石、叶腊石等)和伊利石(也称水云母)类三种。

   1、高岭石类  高岭石是一种常见的黏土矿物,国际上将一切利于制瓷的黏土均称为高岭土。它的主要矿物是高岭石。高岭石晶体多呈六角鳞片状,也有粒状、杆状的,轮廓较清楚,晶片往往互相重叠,颗粒平均尺寸为033μm,晶片厚约005μm。二次高岭土中粒子形状不规则,边缘折断,尺寸较小。

地开石、珍珠陶土、多水高岭石的结构与高岭石相近。由于它们结构上各具特点,在性能等方面均有一定的差别。

   2、蒙脱石类  蒙脱石,又称微晶高岭石或胶岭石,以蒙脱石为主要矿物的黏土叫膨润土。呈白色或灰白色,有时因含杂质而呈黄色、浅红色、蓝绿色等。蒙脱石结晶程度差,轮廓不清楚,很难发现其单晶体。晶粒极细小,一般小于05μm,呈不规则的粒状或鳞片形胶状。

 蒙脱石属层状黏土矿物,蒙脱石易粉碎,颗粒细小,可塑性好,干燥收缩较大,干燥强度高,因含杂质多,Al2O3含量低,故烧成温度较低,烧后色泽不理想。在陶瓷生产中用量一般不得超过5%,釉中可掺少许作悬浮剂。

 叶蜡石(也称叶腊石)也是常用的一种黏土矿物。叶蜡石为单斜晶系,呈片状或放射状集合体,有时呈隐晶质致密块体。白色微带浅黄或绿色,玻璃光泽,致密块体呈蜡状光泽。硬度12,密度为28左右,熔点1700℃。叶蜡石通常是由细微鳞片状晶体构成的致密块状,质软而富有脂肪感。叶蜡石中的结晶水较少,在500800℃之间脱水缓慢,总收缩不大、膨胀系数较小,有良好的热稳定性,不烧成熟料即可作耐火材料的原料,也是快速烧成陶瓷产品的理想原料。

  3、伊利石类  伊利石又称水云母(因白云母水化而得名),矿物颗粒很小,常混有其他黏土矿物。它是包括水黑云母、水白云母、蛭石等似云母的一类成分较复杂、分布很广、产量也大得黏土矿物。与白云母比较伊利石含K2O较少,含水较多;与高岭石比较伊利石含K2O较多,而含水较少。所以伊利石是高岭石和白云母的中间产物。

 与白云母及伊利石结构类似的一种矿物成为绢云母,它是在热液或变质作用下形成的细小鳞片状的白云母,但具有丝绢光泽,故而得名绢云母。与白云母相比其SiO2含量稍高,含K2O则比白云母低而比伊利石高,其含水量也介于白云母和伊利石之间。绢云母是白云母和伊利石之间的过渡产物。

 (二)、黏土的工艺性能

  黏土是无机非金属材料制品生产的主要原料之一,了解黏土的工艺性能对合理地选择黏土、科学配方、稳定生产、提高产品质量均起着举足轻重的作用。黏土的工艺性质取决于黏土的化学成分、矿物组成、颗粒组成。黏土原料的几种主要性质如下:

 1、可塑性当黏土与适量的水混练后形成泥团,此泥团在外力作用下产生变形但不开裂,当外力去掉以后,仍能保持其形状不变,黏土的这种性质称为可塑性。处于可塑状态的黏土或坯料是一固、液并存的多相体系。黏土可塑性的大小主要取决于固相及液相的性质和数量。固相的性质主要是指固相物的种类、颗粒形状及大小、颗粒级比以及颗粒的离子交换能力等。液相的性质主要是指液相的粘度及其对固相的浸润能力等。一般而言,固体分散相越细、分散度越高、比表面积越大,可塑性就越好。层状粘土矿物的薄片状粒较杆状、棱角状颗粒的塑性为好。粘土矿物离子交换能力大,则其可塑性较好。可塑性黏土系统中,液相如果粘度较大、且能很好地湿润黏土颗粒,其与黏土混练后可塑性较高。

 2、结合性黏土的结合性是指黏土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团,并且有一定干燥强度的能力。黏土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量,而结合力的大小又与粘土矿物的种类、结构等因素有关。一般而言,可塑性强的黏土其结合力也大。

 3、离子交换性黏土颗粒带有电荷,其来源是〔SiO4〕四面体中的Si4+Al3+取代而出现负电荷,为了保持黏土颗粒表面的电价平衡,黏土颗粒在水系统中则吸附其他异电荷离子。然而,被吸附的离子又会被其他同性电荷的离子置换,发生离子交换。

 黏土离子交换能力的大小除与离子性质有关外,还与黏土矿物的种类、有序度、分散度、黏土中有机物的含量和黏土矿物的结晶程度等因素有关。

 4、触变性黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,黏度会降低,泥浆的流动性会增加,静置后恢复原状。此外,当泥浆放置一段时间后,在原水分不变的情况下会出现变稠和固化现象。这种性质称为触变性。

 影响黏土触变性的因素有许多,如黏土的矿物组成、颗粒大小及形状、水分含量、吸附离子的种类及其水化性,以及泥料(泥浆)的温度等。黏土矿物的遇水膨胀与触变性有关,若水分子仅渗入黏土颗粒之间,则触变性较小,如高岭石和伊利石;若水分子除渗入黏土颗粒之间外还渗入单位晶胞之间,则触变性较大,如蒙脱石的触变性、遇水膨胀性及细度均较高岭石、伊利石的高。黏土颗粒越细,形状愈不规则,触变性也愈大。球状颗粒触变性较小。触变性与吸附离子及离子水化度有关,阳离子价数越小或价数相等半径较小者,触变性亦愈大。含水量小的泥浆较含水量多的泥浆更易产生触变效应。当泥浆温度升高时,因粘度减小,触变现象亦会减弱。

 生产中,希望泥浆有适当的触变性,因为触变性大的泥浆在管道中输送时很不方便,注浆后的产品易变形。如触变性过小,则生坯强度差,影响脱模及精坯的质量。

 在水分不变时,泥料触变性随时间的变化是不均匀的,黏度增加将由快而变慢。在一定含水量范围内,触变性出现最大值。

 5、收缩性黏土泥料在干燥时颗粒间的水分排出,颗粒互相靠拢,引起体积收缩,称为干燥收缩。当黏土泥料煅烧时,由于发生一系列物理化学变化,黏土泥料再度收缩,称为烧成收缩。成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化称总收缩。

黏土原料性质不同,则其收缩亦不同,一般黏土总收缩率波动在5%~20%之间。如收缩太大,在干燥、烧成时会产生有害应力致使产品变形开裂。研究黏土的收缩性质,是设计合理的产品造型、研究模型放大的依据。

 6、烧结性能黏土是由多种矿物组成的物质,它无固定熔点,而是在一个较大的温度范围内逐渐软化。当黏土在煅烧过程中,温度超过800900℃以上时,低共熔物出现,并填充在固体颗粒之间,由于其表面张力的作用,使固体颗粒进一步靠拢,引起体积急剧收缩,气孔率下降,密度提高,这种开始急剧变化时的温度叫开始烧结温度。当温度继续升高时,收缩将不断增大,气孔率不断降低。当密度达到最大值时,称为完全烧结,此时的温度叫烧结温度。

 从黏土试样完全烧结开始,温度继续上升,会出现一个体积密度及收缩较稳定的阶段。持续一段时间后,如再继续升温,试样中的液相不断增多,以至于不能维持试样原有形状而变形,此时因发生一系列化学变化,使试样内气孔率增大,出现了膨胀现象。出现此情况的最低温度就叫软化温度。通常将烧结温度到软化温度之间试样处于相对衡定的阶段的温度区间称作烧结范围。黏土的烧结范围对无机非金属材料制品生产来说是一个十分重要的特性,它直接影响到配方、窑炉种类、烧成制度等的确定。

 7、耐火度

 耐火度系黏土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用的稳定性。

 黏土的耐火度主要取决于黏土的化学成分,如黏土中Al2O3含量多则耐火度较高,含碱类氧化物多则耐火度较低。一般常用Al2O3SiO2的比值来判断黏土耐火度的高低。比值大、耐火度高,烧成温度范围宽。反之,耐火度就低,烧成温度范围窄。

 耐火度的测定是将欲测黏土制成高30毫米、下底边长为8毫米、上顶边长为2毫米的截头三角锥,干燥后,以一定升温速度加热,当加热到锥顶端软化弯倒至底平面时的温度,即为该试样的耐火度。

  (三)、禹州黏土类矿藏分布

  钧瓷发源地禹州境内的高岭土是含有青色鱼子状颗粒的白色塑性黏土,属二次黏土,可塑性好,干燥强度高。二氧化硅含量为40%左右,氧化铝含量为44%左右。产于石炭系燧石灰岩下部,矿层百2米左右,主要分布于阎庄、仝庄、老庄、大涧、华沟一带,以及扒村、浅井、党沟、庄沟等地。总储量约1200万吨。

  钧瓷生产所用的地方性黏土主要有:碱石(焦宝石类)、富山土、岘口红土、紫木节(俗称黑毛土、干子土)、铁足土、白土、铝矾土、罗王土、软土、硬土、阳坡土、阴坡土、仝庄土、火石坡土、刘家沟土、西寺土、槐树湾土、黄矸土、豆腐石(浮石)、旱水泉土、五花土、青矸等,这些黏土类原料在禹州分布广、储量大,保证了钧瓷生产的最基本条件。

 

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                                                   平顶山学院陶瓷研究所藏钧瓷制作原料 石英

  二、石英类

  二氧化硅在地壳中的相对含量(又称为元素丰度)约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多,大部分以硅酸盐矿物形成岩石。钧瓷生产中所用的二氧化硅原料主要是结晶状的矿石——石英。

 (一)、石英的种类

  由于地质产状不同,石英呈现为多种状态,其中最纯的石英称为水晶。因水晶产量很少,除了制造石英玻璃外,一般无机非金属材料制品无法采用。在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、燧石等。

 1、脉石英,由含二氧化硅的熔融岩浆充填于地壳表层的岩隙中经急冷凝固成致密结晶态的石英,这些呈脉状分布的火成岩就称为脉石英。含SiO2大于99%,杂质很少,外观呈白色,半透明,有油脂光泽,具有贝壳状断口,硬度高,是陶瓷釉料和优质玻璃的好原料。

 2、砂岩,石英颗粒被胶结物结合而成的碎屑沉积岩。砂岩成分较复杂,根据胶结物质的不同可分为黏土质、石膏质、石灰质、云母质及硅质砂岩等。砂岩多呈白、黄、红等颜色,SiO2含量在90%~95%之间。

 3、石英岩,硅质砂岩经地质变化石英颗粒又重新结晶的一种变质岩。又叫再结晶硅岩,含SiO2量一般在97%以上,外观多呈灰白色,有鲜明光泽,硬度高,断面致密。

 4、石英砂,由花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后,在水流冲击淘汰后自然聚积而成。可分为河砂、湖砂、山砂等数种,因其粒细,不用破碎,可大大简化工艺过程、降低成本。但因其杂质含量多,成分波动大,一般采用时需进行控制。

 5、燧石,含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层或岩石中的隐晶质SiO2,属沉积岩。呈层状、结核状、钟乳状、葡萄状等。以钟乳状、葡萄状产出者即为玉髓。多呈浅灰、深灰、白色,因其硬度高,可作球磨机内村及研磨介质等。

  (二)、石英的性质

石英的外观因种类不同多呈乳白色、灰白色、半透明状,其断面具玻璃或脂肪光泽,莫氏硬度为7。密度波动于222265。在常压下石英有7种结晶态和一个玻璃态,这些晶态在常压和在一定的温度条件下其结晶形态、结构会互相转化,并伴有体积会发生变化。一般说来,石英原料在温度升高时,其比重减少,结构松散,体积膨胀;当冷却时,其比重增大,体积收缩。

 (三)、禹州石英类矿藏分布

 钧瓷产地禹州市主要石英原料有石英岩、禹州砂石、石英粉砂岩、玛瑙石、皮砂石等。

 1、石英岩  石英岩的二氧化硅含量在98%以上,氧化铝、微量碱金属氧化物、碱土金属氧化物、氧化铁含量较低,是陶瓷原料中的脊性优质原料。主产于浅井乡以北的书堂山和赵老庵附近的灰灰莱沟。两处的元古界变质岩中矿体厚度均在100米以上,长度为3000米,总储量约2亿吨。

 2、禹州砂石  禹州砂石呈白色,砂料结构,主要用于坯体,可代替石英和少量白石,二氧化硅含量为92%,氧化钾、氧化钠含量为3%左右,氧化铁含量为114%左右。矿体主要分布于白塔山到大刘山以及云盖山、五旗山、官山、杏山坡、乾鸣山等地的二叠系含煤地层中,矿体厚度一般为25米,总储量为4亿吨。

 3、石英粉砂岩  石英粉砂岩外观呈青白色,含少量云母,二氧化硅含量为67%左右,含铁量低。矿体厚度为12米,主要分布于神垕、官山、方山等地的二叠系含煤地层中,总储量为1500万吨。

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                                                     平顶山学院陶瓷研究所藏钧瓷制作原料 长石

 三、长石类原料

 长石是熔剂性原料。在陶瓷坯料、釉料和玻璃配合料中作为熔剂的基本组分。

(一)、长石的种类及一般性质

长石是地壳中分布极广的造岩矿物,约占地壳总重量的50%,广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。从化学组成来看,它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐,主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。自然界中长石的种类很多,归纳起来都是由钾长石、钠长石、钙长石和钡长石4种简单的长石组合而成。

 钾长石,这种矿物有两种形态:正长石和微斜长石。具有很宽的熔融范围,在大约1200℃以不连贯的形式熔化,并转变成白榴石(K2O·Al2O3·4SiO2)和氧化硅。在1000℃正长石和石英结合形成低共熔物。加热到1200℃,钾长石熔融形成黏稠玻璃体。

 钠长石,在自然界中以钠长石矿物存在,不同于呈现淡红色和黄色的正长石,钠长石呈白色。与钾长石相比较,能迅速烧结和熔融,并能大量溶解石英和黏土。钠长石的熔点为1100℃。条纹长石是钠长石和微斜长石的混合物,当微斜长石为主要成分时为条纹长石,如果钠长石占主导地位则为反条长石。两种形式的长石都有较低的熔融温度。

钙长石,自然界中存在钙长石矿物。钠长石和钙长石可以同晶型混合,它们的同晶混合物叫作斜长石。在斜长石中钙长石相对含量少于10%为钠长石;钙长石含量10%~30%为钠钙长石;30%~50%为中长石;50%~70%为拉长石(富玄武岩);70%~90%为培长石。

 (二)、禹州长石类矿藏分布

 禹州烧制钧瓷主要用以下几种当地原料作为长石使用:

 1、瓷石  产于元古界变质岩地层中的一种外观呈淡肉红色的岩石,二氧化硅含量为76%左右,氧化钾、氧化钠含量为6%~8%。矿体主要分布于官山、李村等地,总储量2100万吨。

 2、高钾铝页岩  产于石炭系地层中,和铝土矿共生,外观红白色,属非晶质结构。主要代替长石,用于坯料和釉料中。二氧化硅含量为55%左右,氧化钾含量为6%~12%。禹州市矿体主要分布于方山一带,总储量2400万吨。

 3、碗药石  禹州当地产的一种釉石,也叫本药,粉碎后可直接成原始碗釉,故名碗药。主要产地在鸠山乡的碗药山,储量颇丰,它在钧釉中起基础釉的作用。

 另外还有黄长石、红长石等,在禹州境内皆有储矿。


 (作者系 中陶协艺术陶瓷委员会常务理事)

  【日志插图图片系天津钧友之六拍摄】
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