釉料的配方及计算

第四章釉料的配方及计算1.1釉的概念汉字中的“釉”，由彩和油的偏旁部首组成。“釉”字古通“油”字，宋代编纂的按照汉字字音分韵的字书《集韵·宥韵》中记载，“釉，物有光也，通作油”，说明釉是一种有油状光泽的物体。后来为和“油”相区别，改为“釉”，更进一步表明“釉”的含义是指有油状的光泽同时有颜色的物体。陶瓷制品表面多半穿着一件光滑、平滑、漂亮的外衣，“赤膊上阵”的很少。这件五彩缤纷的外衣就是我们所要介绍的”釉“。釉的本质“釉“的配制与烧成，我国古代是一门很神秘、很具挑战性的学问，古代的许多名窑、名瓷都是以独特的釉来命名的：祭红、郎窑红、唐三彩、兔毫、油滴、窑变花釉、……。但是万变不离其宗，用一句简要的话进行概括：釉是附着在陶瓷坯体表面的一种玻璃或玻璃与晶体混合物的连续粘着层。1.2釉的作用(1)装饰作用：可以使陶瓷表面光滑、明亮、美观，提高陶瓷的艺术、欣赏价值。(2)可以改善瓷胎的各种性能：釉具有不透水、不透气、易洗涤、耐污染、耐腐蚀等优良性能。可以提高陶瓷的化学稳定性、防污性（平滑、表面积减小）力学性能、电学性能等。1.3制造陶瓷时对釉的基本要求有均匀的、光润的、有玻璃光泽的表面（特殊效果的釉除外）不可发生开裂或剥落现象（特殊效果的裂纹釉除外）高温流动性好，釉面易于平滑耐酸碱腐蚀根据实际需要的其他特殊要求2.1釉的特点釉的特点大多数釉是玻璃体，具有普通玻璃的物理化学性质。釉与玻璃的不同点釉层中含有气泡和晶体。釉化学组成中氧化铝较玻璃高。釉的熔融温度范围较宽。产生差异的原因配方不同。烧成制度不同。釉与坯体之间会发生扩散和反应。2.2釉的分类釉的分类方法釉的分类按不同基准有不有的名称，一般可按坯体的种类、制造工艺、组成、性质、显微结构、用途进行分类。我国生产中习惯以主要熔剂种类及外观特征命名釉料，如铅釉，石灰釉，长石釉，乳浊釉，无光釉，颜色釉等。分类的依据釉的名称坯体的种类瓷器釉、炻器釉、陶器釉制造工艺釉料制作方法烧成温度烧釉速率烧成方法生料釉、熔块釉、挥发釉(食盐釉)、自释釉、渗彩釉低温釉(1120ºC)、中温釉(11201300ºC)、高温釉(1300ºC)、易熔釉、难熔釉慢速烧成釉、快速烧成釉一次烧成釉、二次烧成釉组成主要熔剂主要着色剂长石釉、石灰釉（石灰—碱釉、石灰—碱土釉）、锂釉、镁釉、锌釉、铅釉(纯铅釉、铅硼釉、铅碱釉、铅碱土釉)、无铅釉(碱釉、碱土釉、碱硼釉、碱土硼釉)铜红釉、镉硒红釉、铁红釉、铁青釉、玛瑙红釉性质外观特性物理特性透明釉、乳浊釉、虹彩釉、无光釉、半无光釉、金属光泽釉、闪光釉、偏光釉、荧光釉（发光釉）、单色釉、多色釉、变色釉、结晶釉、金星釉、裂纹釉、纹理釉、水晶釉、抛光釉低膨胀釉、半导体釉、耐磨釉、抗菌釉显微结构玻璃态釉、析晶釉、结晶釉、分相釉用途装饰釉、粘接釉、丝网印花釉、商标釉、电瓷釉等长石釉特点(1)釉式中K2O和Na2O的摩尔数(mol)之和不小于0.5。(2)硬度大，光泽度较高，略带乳白色，烧成范围宽。(3)与氧化硅含量较高的坯结合较好。石灰釉特点（古瓷）(1)釉式中CaO的摩尔（mol)数不小于0.5。(2)弹性好，透明度好，还原气氛易烟熏，烧成范围窄。(3)与氧化铝含量较高的坯结合较好。2.3.2几种常见釉举例2.其它种类的釉镁质釉及其特点由滑石等镁质原料引入的熔剂性氧化物MgO在釉式中的含量不小于0.5mol。热膨胀系数小，不易烟熏，有利于白度和透光度的提高，烧成范围宽。对坯体的适应性强。熔块釉低温熔块釉（添加含PbO、B2O3等强熔剂的原料），其中铅釉是古代低温釉陶瓷的最主要种类。高温熔块釉（添加含ZnO、BaO、SrO等熔剂的原料）3制釉的原料天然原料石英、钾钠长石、粘土、滑石、草木灰、石灰石、白云石、铅丹。化工原料4.釉料配方4.1釉料配方的依据－－釉中各氧化物的作用（1）SiO2釉玻璃的主体（50％以上），提高釉的熔融温度和粘度赋予釉高的力学强度，良好的热稳定性、化学稳定性，高的白度和透明度。（2）Al2O3在釉中的作用类似于SiO2，但是提高熔融温度和高温粘度的能力更强。釉的光泽度的基本划分光泽釉（釉式）中Al2O3/SiO2＝1:6~10无光釉（釉式）中Al2O3/SiO2＝1:3~4（3）CaO釉中是主要熔剂，古代高温釉的主要助熔剂，可以降低釉的粘度，提高釉的流动性和釉面光泽度，对有些色釉可增强釉的着色能力（如铬锡红釉），一般其用量不超过18%，过多会使釉结晶，形成无光釉。CaO与碱金属氧化物相比，能增加釉的抗折强度和硬度，降低釉的膨胀系数，能提高釉的化学稳定性。另外，CaO可改善坯釉结合性。配料中常采用石灰石，其密度小，能增强釉的悬浮性。（5）Li2O、Na2O、K2O都是强熔剂，降低熔融温度和高温粘度，降低化学稳定性和力学强度。助熔能力：Li2ONa2OK2O。Li2O在无铅釉中使用可使釉的热膨胀系数降低，光泽度高，强度和耐酸性有一定的提高。Na2O降低弹性和抗张强度，提高热膨胀系数，光泽度差。K2O常由钾长石引入，比钠长石熔融温度范围宽，粘度大，（6）PbO最强的熔剂，古代低温釉的最主要助熔剂。硅酸铅玻璃折射率高，光泽度高。适量的引入与碱金属氧化物相比可以更好的降低高温粘度，加宽熔融范围；提高强度、光泽度和弹性；降低热膨胀系数。大量使用可使釉的强度和热稳定性降低。（7）其它氧化物：MgO、ZnO、BaO等。（8）骨灰、瓷粉、乳浊剂、色料等骨灰可提高光泽度，促进釉料分相，提高白度。瓷粉取代长石调节釉料，可提高釉的熔融温度，降低釉的高温粘度。减少釉面针孔，提高白度。乳浊剂SnO2、TiO2、ZrO2、锑（Sb）化物、磷酸盐着色剂Co、Fe、Cu等的氧化物、化合物或合成颜料。4.2釉料配方的基本原则（1）满足制品对釉面的性能要求日用瓷、墙地砖、卫生洁具、电瓷等。（2）釉的成熟温度在坯的烧成范围之内一次烧成釉，始熔温度应高，成熟范围应宽。避免干釉和起泡。二次烧成釉，生釉的粘附性要强。（3）坯釉的热膨胀系数及弹性模量等物理性能相适应（4）坯釉的化学组成相适应坯釉的化学组成一般应有一定的差别，酸性坯配碱性釉------碱性坯配酸性釉，常用C.A（酸度系数CA反映坯釉的酸性程度）控制：瓷坯C.A＝1~2瓷釉C.A＝1.8~2.5陶坯C.A＝1.2~1.3陶釉C.A＝1.5~2.5（5）合理选择原料既要保正生产工艺性能和釉面质量，又要经济合理。釉料对釉下彩或釉中彩不致溶解或使其变色。选择配釉的原料时，应全面考虑其对制釉过程、釉浆性能、釉层性能的作用和影响。4.3釉料配方的确定（1）掌握必要的资料（A）坯料的化学和物理性质：组成、加热过程的物理化学变化、烧成温度范围和气氛等。（B）釉的性能要求：光学、力学、电学、热学和化学稳定性等（C）制釉原料的化学组成、纯度、细度及工艺性能。（D）燃料种类、烧成方法和烧成气氛等。（2）釉料配方的确定方法（A）借助成功的经验根据制品的种类特点，查阅资料参考成功的配方，结合可选用原料的组成和性能，生产厂的生产工艺条件，通过计算、调整、试验、性能测试等环节，最后得出各方面性能满意同时又经济合理的最优配方。（B）借助三元系统相图相图特点：只考虑三组分，缓慢升温的平衡过程。釉的特点：多组分系统，快速升温的非平衡过程。成份接近时有釉的的指导意义。（C）利用釉的组成－温度图《陶瓷工艺学》P175图3－3abcSiO2141516Al2O31:202.52.01.51.00.53456789101112131:10Al2O3/SiO2该图对应釉式0.3R2O0.7ROnAl2O3·mSiO2其中：R2O＝K2O+Na2ORO＝CaO+MgO例如：图中a、b、c三点，成熟温度均为1300ºC，釉式如下：点a：0.3R2O0.7RO2.04Al2O3·10.20SiO2点b：0.3R2O0.7RO1.85Al2O3·11.10SiO2点c：0.3R2O0.7RO1.71Al2O3·12.0SiO2（D）参考测温锥的组成进行配方每一个标号的测温锥都有确定的组成。某标定温度组成的锥料作为釉料时，该釉的烧成温度应当比标定温度高4~5个锥号。例如：欲设计1350ºC成熟的釉，试确定参考釉式。1350ºC锥号SK12（测温锥标号）12－（4~5）＝7~8参考SK7、SK8的组成SK7：0.3K2O0.7CaO0.7Al2O3·7.0SiO2SK8：0.3K2O0.7CaO0.8Al2O3·8.0SiO24.4釉料配方的计算基本计算方法和步骤与坯料的计算相同。写实验式时，坯中以R2O3（中性氧化物）之和为1，而釉式则以R2O+RO（碱性氧化物）之和作为1。例：试求下列釉料配方的釉式已知某陶瓷厂用生石灰配制石灰釉，所用原料配比为：石英22%，钾长石52%，高岭土12%，生石灰14%，求该釉的釉式。（假设所有原料均为纯原料，可以按照理论分子式计算含量。，其中高岭土按照高岭石的分子式Al2O3·2SiO2·2H2O计算，钾长石按照K2O·Al2O3·6SiO2计算，而生石灰为100%的CaO）解：1，求出并例表表示各配料中氧化物的含量石英钾长石高岭土生石灰核计22%52%12%14%100%理论含量实际含量理论含量实际含量理论含量实际含量理论含量实际含量SiO2100%2264.7%33.64446.54%5.58561.229%Al2O318.4%9.56839.50%4.7414.308％K2O16.9%8.7888.788%CaO100%1414%I.L.13.96%1.6751.675%2.计算各种氧化物的釉式系数SiO2Al2O3K2OCaO含量61.29914.3088.78814分子量60.1101.994.256.1去除烧减后含量62.3414.558.9414.24摩尔分子数1.0370.1430.0950.254釉式系数2.9710.4100.2720.7283.写出釉式22320.2720.4102.9710.728KOAlOSiOCaO4.5我国部分古瓷釉式的分布规律我国古陶瓷研究工作者总结了对历代古瓷釉的化学分析结果，得到以下釉式分布规律。种类窑口RO2/R2O3R2O3/(R2O+RO)黑釉瓷建阳窑4.4~5.01.26~0.92吉州天目釉5.0~7.00.70~0.46定窑黑釉5.0~7.00.88~0.70宋以前黑釉5.0~7.00.46~0.30其它黑釉5.0~7.00.92~0.52青瓷唐宋青瓷釉5.0~8.00.84~0.39唐宋以前青釉瓷5.0~8.00.39~0.18枢府釉7.4~8.40.96~0.80钧釉（绝大部分）9.0~12.00.50~0.34白釉瓷邢窑5.0~7.40.86~0.53定窑5.0~7.41.40~0.80德化窑5.0~7.40.87~0.49巩县窑5.0~7.40.72~0.55景德镇青花7.0~8.40.86~0.50注：唐宋青瓷主要指官、哥、汝、耀、龙泉、影青等；唐宋以前则主要指洪州窑和越窑。5介绍几个古陶瓷科学研究文献中常见的名词相：系统的一部分，这部分的性质和成分是均匀的，其物理、化学性质是一致的，同时又可以和系统的其它部分相区别。冰在融化的时候存在两个相，固相和液相。瓷釉中通常可以见到玻璃体、气泡和析出的晶体，它们分别是不同的相。析晶：高温熔融时由于原料分解、重新化合生成新的化合物，这些化合物在冷却过程中，在一定条件下以结晶体形式从胎、釉中析出。这种现象称为“析晶”。如胎中的莫来石晶体、釉中的钙长石晶体，其形成过程叫做析晶。液相分离：某些具有特定化学组成的高温釉在熔融过程中，在一定的物理-化学平衡条件下会分离为化学组成和物理性质都不同的两种液相，一种为连续相，一种为许多微细小珠悬浮在连续相中，这种现象称为液相分离。这种现象生成的釉叫做“分相釉”。古瓷中有不少高温釉属于这类分相釉，如钧釉、天目釉等。