釉料組成對(duì)骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性及抗折強(qiáng)度的影響*

豆高雅

(榆林康耐雅新材料科技有限公司 陜西 榆林 718100)

前言

骨質(zhì)瓷是一種以骨粉(煅燒處理)為主，同時(shí)加入部分粘土、長石、石英等礦物原料，采用高溫素?zé)?、低溫釉燒二次燒成工藝燒制的軟質(zhì)瓷。瓷坯物相組成主要是磷酸三鈣、鈣長石及一定含量的玻璃相[1]。正是因骨質(zhì)瓷特有的物相組成特點(diǎn)，使其瓷質(zhì)光潔、光澤柔和，具有較好透光度、較高強(qiáng)度及較差熱穩(wěn)定性等。

熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，又稱抗熱震性，是陶瓷制品質(zhì)量高低的重要技術(shù)指標(biāo)之一。骨質(zhì)瓷作為高級(jí)日用細(xì)瓷之一，在國內(nèi)外市場(chǎng)深受青睞，但熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的K2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)瓷及滑石質(zhì)日用細(xì)瓷。通常日用細(xì)瓷對(duì)熱穩(wěn)定性的要求是制品水中交換溫差達(dá)到200 ℃以上，而目前我國實(shí)際生產(chǎn)的骨質(zhì)瓷制品水中交換溫差多在140 ℃以下，即便是優(yōu)質(zhì)的骨質(zhì)瓷水中交換的溫差也只是達(dá)到160 ℃[2]。

造成骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性較低的原因是多方面的，既有配方因素，又有工藝因素。對(duì)此，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究。概括來說，主要是從以下4個(gè)角度研究骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性。

(1)原料配比的影響。骨質(zhì)瓷由骨灰、高嶺土、長石、石英等原料組成，就熱穩(wěn)定性而言，石英、長石、高嶺土的引入量至關(guān)重要。實(shí)踐表明，一般石英引入量在8%～15%；長石在8%～14%；高嶺土在25%～34%為宜。

(2)石英粒度的影響。石英粒度的波動(dòng)對(duì)熱穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響很敏感也很嚴(yán)重，由于石英晶粒的膨脹系數(shù)大于周圍介質(zhì)膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度變化時(shí)，石英由于自身收縮形成張應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋進(jìn)而降低強(qiáng)度。改善途徑是降低石英顆粒細(xì)度，使顆粒小于20 μm，甚至小于10 μm[3]。

(3)瓷體顯微結(jié)構(gòu)的影響。這也是國外研究較多的一項(xiàng)。X射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)分析得出，骨質(zhì)瓷瓷體結(jié)構(gòu)是以較少的玻璃相為基質(zhì)，以大量的磷酸三鈣、鈣長石和少量的殘留石英為結(jié)構(gòu)骨架，構(gòu)成的統(tǒng)一體[4]。一方面，因各相膨脹系數(shù)差別顯著降低了坯體的熱穩(wěn)定性；另一方面，氣孔的數(shù)量、大小和分散狀況也產(chǎn)生較大影響，性能優(yōu)良的骨質(zhì)瓷制品氣孔率在5%～8%，尺寸在1～2 μm，且分布均勻。

(4)坯釉適應(yīng)性的影響。骨質(zhì)瓷坯體的膨脹系數(shù)一般在8×10-6/℃以上，而釉料的膨脹系數(shù)約在6×10-6/℃左右，兩者存在較大差別。因此，當(dāng)制品釉燒冷卻后釉層將承受很大的壓應(yīng)力。若制品結(jié)構(gòu)不均勻或冷卻制度不合理，制品必然產(chǎn)生過大的局部應(yīng)力而引起炸裂或殘存下不均勻的永久應(yīng)力。當(dāng)存在不均勻永久應(yīng)力的制品在使用過程中重新受熱時(shí)，就難以承受局部的應(yīng)力作用而大大降低熱穩(wěn)定性。據(jù)研究，坯釉熱膨脹系數(shù)的差值在(0.8～2.0)×10-6/℃范圍內(nèi)制品熱穩(wěn)定性最佳[5]。

除這些以外，國內(nèi)還有一些新研究結(jié)果。如山東硅酸鹽研究設(shè)計(jì)院通過提高骨質(zhì)瓷中骨粉含量或在骨質(zhì)瓷中引入少量ZrO2和鋯英石進(jìn)行增強(qiáng)、增韌，也提高了骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性(180～20 ℃水中一次不炸)；山東硅苑新材料有限公司成功研制了一種高膨脹生料釉，坯體的坯釉適應(yīng)性較好，熱穩(wěn)定性有一定提高[1]。筆者正是探究釉料組成對(duì)骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 釉料的準(zhǔn)備

1.1.1 在配置釉料時(shí)應(yīng)遵循的原則

(1)美觀性原則。骨質(zhì)瓷作為高級(jí)日用瓷，其美觀的外表是使其作為高檔產(chǎn)品的第一要素。因此，所配釉面必須有美麗的外觀。這就要求釉面的光澤度、透明度要達(dá)到較好的狀態(tài)。配置釉料時(shí)，對(duì)原料的選用、融化溫度、熔體的性質(zhì)和釉面性能等指標(biāo)要通盤考慮。

(2)適應(yīng)性原則。釉料要適應(yīng)坯體，必須有與坯體相匹配的膨脹系數(shù)、良好的彈性和合適的酸堿度。釉料的膨脹系數(shù)要略小于坯體的膨脹系數(shù)，這樣在冷卻時(shí)，形成壓應(yīng)力，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度?！罢浴蹦芴岣弋a(chǎn)品的抗張強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，利于坯釉結(jié)合，因而釉的膨脹系數(shù)應(yīng)近于坯而略低于坯，兩者相差的程度取決于坯體的種類和性質(zhì)。根據(jù)坯體的性能來調(diào)節(jié)釉料的熔融性能。釉的熔融性能包括為了使釉能在坯體上很好鋪展，一般要求釉的成熟溫度接近坯的燒成溫度而略有偏低。

(3)實(shí)用性原則。高級(jí)骨質(zhì)瓷既是藝術(shù)品又是日用品，要求釉面很好的穩(wěn)定性，為避免形成釉泡和針孔等缺陷，釉料應(yīng)具有較高的始熔溫度和不小于30℃的熔化溫度范圍。

(4)安全性原則。釉料的安全包括生產(chǎn)安全和產(chǎn)品安全。生產(chǎn)安全是指生產(chǎn)中所用原料要求盡可能對(duì)人體無毒害，生產(chǎn)過程中盡量減少有毒物等的排放，如鉛鎘等重金屬的使用和排放。產(chǎn)品安全是指產(chǎn)品無鉛鎘等重金屬溶出。

1.1.2 釉料基礎(chǔ)配方

采用實(shí)驗(yàn)室已儲(chǔ)備的熔塊釉。熔塊釉是將原料部分或者全部融化成不溶與水的熔塊，再加工制成釉漿使用。通過制熔塊可將碳酸鈉、碳酸鉀、硼酸、硼酸等可溶性的熔劑物料，以及鉛、鋇等毒性料轉(zhuǎn)變成低溶性和低毒性或無毒性硅酸鹽，防止施釉時(shí)工人中毒和熔劑被坯體吸收，從而擴(kuò)大了釉用原料的種類，并預(yù)先排除了部分原料中的揮發(fā)物和分解氣體，減少產(chǎn)品燒成氣泡的概率。實(shí)驗(yàn)所用釉料的基礎(chǔ)配方化學(xué)組成(見表1)。

表1 熔塊釉化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.1.3 各組分在釉中的作用

(1)SiO2是釉的主要形成物，是釉料的主要成分，它可以有效地提高釉的熔融溫度、高溫黏度、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，降低膨脹系數(shù)。一般由石英引入。

(2)Al2O3玻璃網(wǎng)絡(luò)的中間體，可有效地提高釉的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、熔融溫度、高溫黏度和硬度等，可降低釉的膨脹系數(shù)，可有效地防止龜裂現(xiàn)象，對(duì)釉的光澤度和透明度也有影響。

(3)K2O 是釉料中主要熔劑之一，它可以降低釉Al2O3的膨脹系數(shù)，降低高溫流動(dòng)性，可以使用K2O替代Na2O來提高熔塊的抗水溶性和化學(xué)穩(wěn)定性。一般用鉀長石來引入。

(4)Na2O 是熔塊釉中的堿金屬之一，釉的抗張強(qiáng)度和彈性隨鈉含量的增加而降低，過多使用Na2O會(huì)降低熔塊的化學(xué)穩(wěn)定性。適當(dāng)?shù)卦黾友趸c會(huì)增加膨脹系數(shù)和降低釉的軟化溫度。一般使用鈉長石引入。

(5)Li2O 作為強(qiáng)熔劑，在釉料制造中被廣泛使用。用Li2O 來代替鉛時(shí)，可以大量使用氧化鋁和氧化硅，并能獲得穩(wěn)定性好的高強(qiáng)度釉料，增加釉面抗劃痕的能力。在熔塊制造中，添加少量的鋰化合物就能迅速降低高溫黏度，而且能夠大大降低釉料的膨脹系數(shù)。在陶瓷生產(chǎn)中大多使用碳酸鋰，它微溶于水，不吸濕，不結(jié)塊，正常條件下易于保存，可直接用于生料釉。一般加入量不超過3%。

(6)BaO 的特性類似于鉛。BaO有較高的折射率，可以增加釉面的光澤度，對(duì)釉料的彈性和機(jī)械強(qiáng)度能產(chǎn)生有利的效果。在燒成過程中，能夠減少氣氛對(duì)釉面的影響。

(7)ZnO 多用于高溫釉中，在高溫階段少量的氧化鋅是重要的助熔劑，它可以擴(kuò)大釉料的熔融范圍，提高彈性模量，降低熱膨脹系數(shù)，減少龜裂現(xiàn)象，提高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。使用量一般控制在10%以內(nèi)。

(8)B2O3是骨質(zhì)瓷熔塊釉的重要成分，即是強(qiáng)助熔劑，又是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體，它可以與硅酸鹽形成低熔點(diǎn)的混合物，降低釉的熔融溫度，低溫時(shí)形成高黏度熔體，隨溫度升高，使釉熔融體黏度降低，流動(dòng)性增大，對(duì)熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性有較強(qiáng)的提高作用。在使用氧化硼時(shí)，要注意“硼反?，F(xiàn)象”，這是指在氧化硼含量為12%左右時(shí)，釉的性能會(huì)隨硼的加入有明顯的改變。一般用硼酸、硼砂引入。

(9)TiO2可以提高釉的折射率、密度、色散能力和電阻率，在一定范圍內(nèi)可降低熱膨脹系數(shù)，提高熱穩(wěn)定性，在釉中其光學(xué)常數(shù)與氧化鉛相似，但密度較低，化學(xué)穩(wěn)定性較高[7]。

1.1.4 使用的幾組改進(jìn)配方

本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄坑粤辖M成對(duì)骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性的影響，于是依據(jù)各氧化物在釉料中的作用，先后選取了5種氧化物進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。這5種氧化物分別為Li2O、B2O3、ZnO[8]、Al2O3、TiO2，為敘述方便，進(jìn)行分組如下：第一組(1#)是基礎(chǔ)釉料配方，進(jìn)行空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)，后五組(2#～6#)分別是在基礎(chǔ)釉料配方中各加入一種氧化物，以便于與其它組相比較。由于基礎(chǔ)釉漿已由實(shí)驗(yàn)室提供，而第2#～6#實(shí)驗(yàn)都是以60 ml原釉漿為基礎(chǔ)，各加入2 g氧化物制得新釉漿。因此需測(cè)定氧化物加入的百分含量。

氧化物加入量的測(cè)定方法如下：

先烘干400 ml燒杯，稱其自重G1；再用量筒稱量60 ml釉料，倒入燒杯中；將燒杯放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干釉漿中的水分；待完全烘干后測(cè)燒杯和釉漿干重G2。那么60 ml釉漿中加入2 g氧化物所占百分比為：

(1)

代入G1=52.138； G2=122.702，得氧化物所占百分比為2.7 %，再換成百分組成得各組釉料化學(xué)組成(見表2)。

1.2 膨脹系數(shù)的計(jì)算

釉的線膨脹系數(shù)(α)為體膨脹系數(shù)(a)的1/3，即3α=a，釉的體膨脹系數(shù)可用加和法則進(jìn)行估算，其公式為：

a=a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn

(2)

其中，a1，a2，a3…，an為各氧化物的體膨脹系數(shù)，常數(shù)； x1，x2，x3，…xn為各氧化物的含量，%。

坯體膨脹系數(shù)也采用加和法進(jìn)行估算，實(shí)驗(yàn)所用骨質(zhì)瓷坯體已由實(shí)驗(yàn)室提供，其化學(xué)組成見表2，各氧化物在0～100 ℃的體膨脹系數(shù)常數(shù)(見表3)。

表4 各氧化物體膨脹系數(shù)常數(shù)(×107)

代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得各組釉料以及坯體的膨脹系數(shù)，并計(jì)算坯釉線膨脹系數(shù)差值，如表5所示。

表5 坯釉膨脹系數(shù)比較(10-6/℃)

從以上數(shù)據(jù)表可得出，利用加和法則估算得出的釉的膨脹系數(shù)比坯體小，則冷卻時(shí)坯體的收縮大于釉的收縮，釉層受到正壓力，是“正釉”[9]。坯釉膨脹系數(shù)的差值在(1.65～2.08)×10-6/ ℃，兩者存在的差別還是比較大的。

1.3 釉漿制備及施釉工藝

1.3.1 釉漿制備

1#是基礎(chǔ)釉漿，只需攪拌就可直接施釉。2#～6#需先球磨，使加入的氧化物具有一定的細(xì)度，并與原釉漿混合均勻。采用的是XM-4行星快速研磨機(jī)，行星磨研磨效率較高，因?yàn)榍蚰ブ懈髑蚰ス薏粌H沿圓周旋轉(zhuǎn)，還會(huì)繞自身軸線自轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)中按60 ml釉漿、2 g氧化物、100 g球石、4 ml水的配比加料。將球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為650 r/min，球磨2 h即可達(dá)到要求細(xì)度。球磨結(jié)束后，將泥漿過200目篩，篩下來的釉漿倒入已編號(hào)的燒杯中，備用。

1.3.2 施釉工藝

為了測(cè)定試樣的最佳燒成溫度、熱穩(wěn)定性、釉面白度、抗折強(qiáng)度等性能，總實(shí)驗(yàn)每組施釉至少10個(gè)試樣。采用單面浸釉的方法，施釉厚度在0.15～0.25 mm左右。施釉時(shí)需不斷攪拌釉漿，同時(shí)使釉料在坯體上盡可能分布均勻。施完釉后先讓其在空氣中干燥，再放到電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥12 h。

1.3.3 對(duì)素?zé)黧w的基本要求

素?zé)黧w的質(zhì)量直接影響制品的施釉質(zhì)量。施釉前對(duì)素?zé)饕獓?yán)格揀選，素?zé)鲬?yīng)達(dá)到以下基本要求：

(1)坯體燒結(jié)較好，無欠燒或過燒現(xiàn)象。

(2)素?zé)黧w表面清潔，無浮灰、油跡、氧化鋁粘結(jié)物等。為了提高坯體質(zhì)量，改善坯釉適應(yīng)性，施釉前已先將素坯進(jìn)行預(yù)燒，燒結(jié)溫度設(shè)為500 ℃,時(shí)間為8 h。

1.4 燒成

燒成采用對(duì)比法，即將試樣放在不同溫度下燒成，得出各組制品的最佳燒成溫度。采用的是SX-10-13型箱式電阻爐。試樣先按照設(shè)定的升溫曲線進(jìn)行升溫和保溫，在達(dá)到燒成溫度以后，則在爐中緩慢的自然冷卻。其中燒結(jié)升溫曲線以及燒成試樣釉面情況如下所列。

(1)燒成溫度為1 170 ℃時(shí)的燒成溫度、釉面情況如圖1、表6所示。

圖1 1 170 ℃時(shí)的燒成曲線

表6 在1 170 ℃燒成時(shí)的燒成情況

由表6可見，在1 170 ℃燒成時(shí)釉面缺陷很多，坯釉適應(yīng)性很差。分析可能原因是燒成溫度太高，另外，施釉過程太慢，施釉太薄。于是降低燒成溫度，并盡量減少操作帶來的缺陷，進(jìn)行了第二次燒成。

(2)重新確定燒成溫度為1 150 ℃時(shí)的燒成曲線、釉面情況，如圖2、表7所示。

圖2 1 150 ℃時(shí)的燒成曲線

表7 在1 150 ℃燒成時(shí)的燒成結(jié)果

從這次的燒成結(jié)果來看， 制品的釉面質(zhì)量較1 170 ℃時(shí)有所改善，其中1#、3#都比較理想；2#、5#仍有少量氣泡；6#較差，需進(jìn)一步調(diào)整燒結(jié)溫度；4#釉面發(fā)黃，分析原因可能是TiO2含量較高。

(3)最后確定燒成溫度為1130℃時(shí)的燒成曲線、釉面情況如圖3、表8所示。

在1 130 ℃燒成溫度下，2#、6#都釉面缺陷減少，比較理想； 5#有少量氣泡，但比在1 120 ℃燒成時(shí)更光滑；1#、3#不如在1 150 ℃燒成效果好；4#釉面仍有些發(fā)黃，但較光滑。

圖3 1 130 ℃時(shí)的燒成曲線

表8 在1 130 ℃燒成時(shí)的燒成結(jié)果

綜上所示，設(shè)定1#、3#燒成溫度為1 150 ℃，2#、4#、5#、6#燒成溫度為1 130 ℃。雖然按此燒成曲線燒出的制品仍有不少缺陷，但由于時(shí)間關(guān)系，還是照此曲線燒制。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 熱穩(wěn)定性測(cè)定

(1)實(shí)驗(yàn)原理熱穩(wěn)定性是指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，又稱抗熱震性。由于陶瓷材料在加工和使用過程中，經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境溫度起伏的熱沖擊，因此，熱穩(wěn)定性是陶瓷材料的一個(gè)重要性能。

陶瓷的抗熱震性是其力學(xué)性能和熱學(xué)性能對(duì)應(yīng)于各種受熱條件的綜合表現(xiàn)。熱震破壞分為兩大類：一類是一次性破壞，稱為熱沖擊斷裂；另一類是在熱沖擊循環(huán)作用下，材料先是開裂、剝落，然后碎裂或變質(zhì)，經(jīng)至整體破壞，稱為熱震損傷。產(chǎn)品的破壞是由于冷卻時(shí)的張應(yīng)力或加熱時(shí)的切應(yīng)力所致。瓷體各組分的膨脹系數(shù)之間差別很大時(shí)，會(huì)促進(jìn)瓷體的破損[10]。

(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(最高工作溫度300 ℃)、托盤、儲(chǔ)水槽、溫度計(jì)、紅墨水。

(3)實(shí)驗(yàn)步驟將進(jìn)行熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的試樣(瓷片)進(jìn)行編號(hào)，每組5個(gè)試樣；先將瓷片置于托盤中，再放入干燥箱內(nèi)加熱到160 ℃，保溫30 min；然后取出，迅速浸入染有紅色的水中急冷(測(cè)量水溫20 ℃)，10 min后取出擦干，觀察有無裂紋；無損傷的試樣每隔10 ℃重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，直至觀察到試樣發(fā)生龜裂，以產(chǎn)生龜裂的前一次加熱溫度來表征其熱穩(wěn)定性[11]。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄第一組：實(shí)驗(yàn)記錄如下表，1#是基礎(chǔ)配方。試樣在170 ℃測(cè)試后釉面都產(chǎn)生至少一條明顯的裂紋，其中試樣15在160 ℃測(cè)試時(shí)就能觀察到裂紋，可能原因時(shí)釉面上有一些氣泡、棕眼等缺陷，降低了熱穩(wěn)定性。

表9 1#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

第二組：2#是在基礎(chǔ)配方中添加了Li2O，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明試樣的抗熱震性最高溫度提高到190 ℃，試樣22在180 ℃時(shí)產(chǎn)生裂紋，可能原因是釉面不夠光滑，有些小氣泡。

表10 2#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

表11 3#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

第三組：3#是在基礎(chǔ)配方中添加了B2O3，實(shí)驗(yàn)表明它對(duì)熱穩(wěn)定性有較強(qiáng)的提高作用，抗熱震性最高溫度提高到了200 ℃，而且實(shí)驗(yàn)效果較顯著。

第四組：4#是在基礎(chǔ)配方中添加了TiO2，5個(gè)試樣釉面都不同程度的發(fā)黃。實(shí)驗(yàn)表明其熱穩(wěn)定性稍有提高，在180 ℃時(shí)可觀察到裂紋，其中試樣45在180 ℃時(shí)無明顯裂隙，在190 ℃時(shí)產(chǎn)生兩條明顯裂隙。猜測(cè)如果再改進(jìn)TiO2加入量和燒成制度，可能會(huì)得到更滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表12 4#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

第五組：5#是在基礎(chǔ)配方中添加了ZnO，燒出的試樣釉面不夠光滑，都有些小氣泡，熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不是很理想，試樣51、53氣泡較多，在170 ℃測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了裂紋，最好的效果在180 ℃時(shí)炸裂。另外，本組試樣在燒成結(jié)束后從爐中取出時(shí)的溫度大約220 ℃，可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。

表13 5#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

第六組：最后一組是在基礎(chǔ)配方中添加了Al2O3，燒出試樣釉面光滑，均勻，缺陷較少。但熱穩(wěn)定性提高不多，試樣在180 ℃時(shí)全部產(chǎn)生至少2條裂隙，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著。

表14 6#熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄

1.5.2 白度測(cè)定

白度是白色陶瓷產(chǎn)品的一項(xiàng)重要的物理指標(biāo)，陶瓷產(chǎn)品的白度取決于坯、釉的組成和燒成氣氛等，每組測(cè)定兩個(gè)試樣的白度。

實(shí)驗(yàn)儀器為白度儀。測(cè)試步驟為：先將試樣放在測(cè)試臺(tái)上，對(duì)準(zhǔn)光孔壓?。话聪?“執(zhí)行”鍵后，進(jìn)行第一次測(cè)量，顯示器右邊顯示 “1”，蜂鳴器響，測(cè)試結(jié)束；再次按下“執(zhí)行”鍵，儀器再次進(jìn)行測(cè)試，顯示的測(cè)量次數(shù)為“2”，依次類推，測(cè)定5次；按下“顯示”鍵顯示測(cè)試結(jié)果，這個(gè)測(cè)定結(jié)果為所測(cè)次數(shù)的總平均數(shù)，即得到樣品的白度。測(cè)試結(jié)果見表15。

表15 白度測(cè)定結(jié)果

從測(cè)定結(jié)果可見，試樣白度較低。按照國標(biāo)白度應(yīng)不低于80[12]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有一個(gè)試樣符合要求。

1.5.3 抗折強(qiáng)度測(cè)定

選取長寬合適的骨質(zhì)瓷素坯，每組2個(gè)試樣，單面施釉，做燒成樣品抗折強(qiáng)度測(cè)試。先用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣寬度B及厚度H，然后進(jìn)行抗折實(shí)驗(yàn)。

先調(diào)整好試驗(yàn)機(jī)和抗折活動(dòng)支架跨距；將試樣長條平放在支架上，保證試樣兩端面與下支輥的距離相同，施壓點(diǎn)放在1/2 L處，與支架平行；試驗(yàn)時(shí)，按下開始按鈕，試驗(yàn)機(jī)以均勻平穩(wěn)的速度均勻加荷，直至試件折斷；記錄最大破壞荷重P0，磚的抗折強(qiáng)度Pa按(3)計(jì)算，結(jié)果精確到0.01，取每組2個(gè)試樣的平均值，記錄結(jié)果。

(3)

式中:Pa為抗折強(qiáng)度，(kg/cm2)；P為折斷荷重，(kg)；L為兩支承點(diǎn)跨距，等于6 cm；B為試件寬度，(cm)；H為試件高度，(cm)。

為了與素坯抗折強(qiáng)度做比較，實(shí)驗(yàn)中還測(cè)定了兩個(gè)只經(jīng)素?zé)呐黧w進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，它們的抗折性能測(cè)試結(jié)果(見表16)。

表16 抗折強(qiáng)度結(jié)果

續(xù)表16

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，釉燒后的試樣抗折強(qiáng)度有所提高。將幾組試樣作比較，其中6#提高最多， 5#最差。可能原因是5#試樣有些彎曲，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。

2 結(jié)果與討論

本次實(shí)驗(yàn)主要是探討釉料組成對(duì)骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性的影響，通過調(diào)整配方，改善坯釉適應(yīng)性，從而提高熱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)還測(cè)定了試樣的白度和抗折強(qiáng)度，通過對(duì)比各組數(shù)據(jù)結(jié)果，得到總實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表17)：

表17 試樣各實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 熱穩(wěn)定性

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，添加入各氧化物后的燒成試樣熱穩(wěn)定性都有一定程度的提高，證明熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想。單從熱穩(wěn)定性來看，加入Li2O 和B2O3提高效果最好；加入ZnO幾乎沒有提高。但還應(yīng)考慮到一些釉面缺陷以及操作過程中的一些失誤對(duì)熱穩(wěn)定性的影響。

2.2 白度

實(shí)驗(yàn)測(cè)出的試樣白度都較低，效果最好的是添加Al2O3后白度在80以上，但仍不夠高，分析原因可能主要有以下幾個(gè)方面：

(1)坯、釉組成影響；

(2)施釉前素坯上有些殘留的臟點(diǎn)難以清除；

(3)裝窯不慎，窯具中一些碎粒渣落在試樣上，經(jīng)燒成后與釉層黏結(jié)造成“落渣”缺陷；

(4)燒成氣氛的影響，釉在反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生一氧化碳?xì)怏w，影響白度；

(5)燒制的升溫速度不太合適，制品產(chǎn)生一些缺陷影響白度。

2.3 抗折強(qiáng)度

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，相對(duì)于素坯，釉燒后試樣的抗折強(qiáng)度有所提高，但提高得不多，可能是因?yàn)閱蚊媸┯?，效果不是很好，另外釉面還有一些缺陷，對(duì)抗折也產(chǎn)生了一定的影響。

2.4 出現(xiàn)的缺陷

2.4.1 起泡

在釉面上形成氣泡是由于所用的粉末原料中含有大量的空氣，在水中也溶有空氣和微小的氣泡，因而在粉碎或攪拌時(shí)混入了空氣，升溫過程中氣泡沒有全部被排除。

在制品邊緣形成一連串的小泡，是由于釉料中可溶性鹽類過多，干燥時(shí)隨水分的蒸發(fā)，積聚于制品的邊緣和棱角處，降低了這部分釉的熔點(diǎn)，使之提前熔化，從而當(dāng)坯體分解放出氣體時(shí)，這些部位的氣體就無法排除，形成一連串小泡[13]。

2.4.2 缺釉

產(chǎn)品局部表面無釉的現(xiàn)象。原因有上釉前坯體上灰塵、油垢、落渣等未能清除干凈；裝燒時(shí)釉層被擦脫；施釉薄厚不均，釉漿過稠，坯與釉之間分層；釉的高溫黏度和表面張力過大等。

“花釉”缺釉是由于上釉操作不當(dāng)，釉漿不均勻，坯體各處濕度不一，燒后釉面具有厚薄明顯不均的花痕[14]。

2.4.3 落渣(臟點(diǎn))

裝窯不慎，或窯具質(zhì)量差，急冷急熱時(shí)窯具開裂都會(huì)使碎粒渣落在試樣上，經(jīng)燒成后與釉層黏結(jié)造成“落渣”缺陷。為此，裝窯前應(yīng)清掃窯具和產(chǎn)品。如果能采用裝匣缽燒成的方法進(jìn)行釉燒，能減少這一缺陷。

2.4.4 色黃

瓷器表面發(fā)黃是由于升溫太快、釉熔融過早，而使氧化鐵未能充分還原所引起的[14]。在還原后期采用氧化氣氛或冷卻時(shí)在氧化介質(zhì)中冷卻過慢，會(huì)使Fe2+再度氧化成Fe3+，而使瓷器表面發(fā)黃。釉料中含TiO2量較高時(shí)，也會(huì)在燒成后釉面發(fā)黃。實(shí)驗(yàn)中主要是添加TiO2的那一組試樣發(fā)黃，因此，色黃可能是與TiO2含量較高有關(guān)。

3 結(jié)論

從以上分析可看出，將2#～6#與1#實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比，從熱穩(wěn)定性角度來看，3#效果最好，水中交換溫差提高到170 ℃，坯釉適應(yīng)性也較好，但白度和抗折都不是很好；2#水中交換溫差提高到160 ℃，白度和抗折強(qiáng)度也略有提高；其次是6#配方，熱穩(wěn)定性提高了10 ℃，白度和抗折強(qiáng)度都有明顯提高，尤其白度，是試樣中最高的，且坯釉適應(yīng)性較好；再次是4#配方，熱穩(wěn)定性也提高了10 ℃，但白度和抗折強(qiáng)度都有所降低，而且釉面發(fā)黃，不是很理想；最后，5#的熱穩(wěn)定性沒有提高，白度和抗折也特別低，坯釉適應(yīng)性也較差，是個(gè)失敗的配方。

綜上所述，利用調(diào)整釉料組成提高骨質(zhì)瓷熱穩(wěn)定性的方法是可行的，但還應(yīng)控制好生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，才會(huì)燒出比較滿意的制品