APP下载

辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料工艺性能研究及制陶试验

2018-11-07王艳

佛山陶瓷 2018年8期
关键词:阜新坯体宜兴

摘 要:本文对辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料(阜新紫砂)工艺性能进行了实验测试,经可塑性测试,阜新紫砂可塑度为0.47,宜兴紫砂可塑度为0.59。进行了注浆性能和塑性成型性能工艺实验,阜新紫砂干燥收缩率为2.76%,宜兴紫砂干燥收缩率为2.98%,阜新紫砂注浆成型和滚压塑性成型性能良好。测试了阜新紫砂和宜兴紫砂烧成温度范围,阜新紫砂烧成温度范围为1090 ~ 1115℃,宜兴紫砂烧成温度范围1150 ~ 1210℃。烧成后紫砂样品采用紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》国家标准,检测紫砂样品铅、镉溶出量,两种紫砂均符合国家标准要求。

关健词:阜新;紫砂;工艺性能

1 前言

紫砂矿土,是一种含氧化铁较高的粘土类矿物,即含铁粘土质粉砂岩,从物相分析角度讲紫砂主要是由石英、高岭石、云母和赤铁矿组成的天然矿物,紫砂不仅具备了制陶所必須的化学组成及矿物组成,而且在物理性能上也完全能够满足制陶工艺要求,因此它不需要添加其它矿物即可单独制陶、成瓷[1]。紫砂器是以紫砂土为原料,经过成型、烧制而成。紫砂器成型方式主要有两种,一种是塑性成型,另一种是注浆成型。高档紫砂器均以塑性成型方式而成,尤其以手工制作的紫砂壶而著名。注浆成型是陶瓷的重要成型方法之一,该成型方式适合批量生产、形状复杂的陶瓷制品,如陶瓷酒瓶。本文对阜新紫砂塑性成型、注浆成型和烧成性能做了系统实验,同时与宜兴紫砂做比较,为阜新紫砂矿开发利用提供指导依据。

2 紫砂土工艺性能研究

本实验所用紫砂原料有3种,包括阜新紫砂矿土、宜兴紫砂矿土中的紫泥和混炼好的宜兴紫泥制壶泥。

2.1 紫砂原料可塑度测试

将阜新和宜兴紫砂土制备成含水率22 ~ 24wt%的塑性泥料,宜兴泥料因数量较少,泥料采用手工反复揉捏,使泥料中空气尽可能排出,阜新紫砂采用真空练泥机处理,处理后的紫砂泥料分别装入自封袋密封,在室温下经4天陈腐。采用湘潭仪器仪表有限公司生产的KS-B可塑性测定仪测试紫砂原料的可塑度,检测结果见表1。

2.2 紫砂原料坯体抗折强度测试

将紫砂原料制备成泥浆,料浆烘干至含水率在8%左右,然后过24目筛造粒。采用液压压机,成型压力为30吨,压制成120 × 60 × 10 mm的长方体试样,试样放入烘箱,经100℃,24 h干燥,采用湘潭仪器仪表有限公司生产的SKZ-500 数显式电动坯料抗折仪,测试紫砂坯体的抗折强度,检测结果见表2。

2.3 紫砂原料注浆成型性能实验

注浆成型工艺是陶瓷生产最传统、最普遍的成型工艺之一,该工艺的优点是投资少,工艺简单,适合批量生产复杂形状陶瓷制品。注浆成型的关键是调浆,调浆一方面要求原料本身具有较好解胶性能,另一方面要选择合适电解质并确定合适加入量。

注浆成型要求泥浆在良好流动性和悬浮性的基础上,水分越小越好,越大、越复杂的器型对泥浆性能要求越高。调浆常用的电解质有水玻璃、碳酸钠、腐植酸钠、三聚磷酸钠等,一般调浆多采用两种或两种以上电解质复配调浆,本实验调浆对水玻璃、碳酸钠和腐植酸钠三种电解质进行试验,调浆水分含量控制为35wt%,调浆性能见表3。

由表3中序号1、2可知,单独使用水玻璃作为电解质,不能起到解胶效果,即使一开始流动性很好,很快就会结块,说明浆料触变性很强。表3中可以看出序号3和5采用水玻璃和碳酸钠或腐殖酸钠复合使用,效果较好,由坯体抗折强度比较可以看出,腐殖酸钠还可以提高坯体抗折强度。图1是采用阜新紫砂矿和宜兴紫砂矿采用注浆成型制备的茶碗。

2.4 阜新紫砂料塑性成型实验

阜新紫砂料采用辊压成型进行塑性成型试验,试验工艺如下:球磨 → 制浆 → 压滤 → 真空练泥 → 辊压成型。

宜兴紫砂由于原料数量有限,无法真空练泥,因此没有进行同步比较试验,经辊压成型试验,阜新紫砂料满足塑性辊压成型制备紫砂煲要求。图2是阜新紫砂采用塑性滚压成型制备的紫砂煲(属大型紫砂器)。

2.5 紫砂干燥收缩测试

本试验用注浆成型法制备茶杯,通过测量模具杯口尺寸与紫砂杯坯体干燥后杯口尺寸,来计算紫砂杯注浆干燥收缩率,经试验测定宜兴紫砂杯坯体干燥收缩为2.98%,阜新紫砂杯坯体干燥收缩为2.76%。

2.6 紫砂烧成温度的确定

分别将阜新和宜兴紫砂原料压制成长120 mm、宽60 mm、厚约10 mm的方块试样,在箱式电阻炉中不同温度下,测定试样的体积密度和吸水率,烧成样品体积密度、吸水率随烧成温度变化的关系如图3所示。

通过测量烧结坯体后的体积密度可以确定烧结温度和烧成范围。当坯体到达烧结温度,坯体内的气体迅速排出,体积密度迅速增大,当坯体体积密度到达一定值后,温度继续升高,体积密度变化不再明显,当升高到一定温度后,再升温,体积密度开始减小。体积密度平稳阶段的温度范围即是烧成温度范围。以上过程对应吸水率的变化情况也类似,开始吸水率由大迅速减小,减小到上述确定的烧成范围起点后,吸水率达到低值,继续升温,吸水率保持不变。由图3测试确定阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1090 ~ 1115℃和1150 ~ 1210℃。

2.7 紫砂样品的铅镉溶出量的测定

紫砂陶器按照国标《GBT 10816-2008 紫砂陶器》规定执行,它引用了《GB 12651-2003 与食物接触的陶瓷制品铅、镉溶出量允许极限》,这个标准规定,紫砂产品必须符合GB 12651的要求,对各类陶瓷产品铅镉溶出量都做出了不同的要求,见表4。

在非特殊装饰类的产品中,杯类制品,对铅、镉含量的要求分别是不大于0.5和0.25 mg/L,对除罐以外的大空心产品,要求铅含量不大于1.0 mg/L,镉含量不大于0.25 mg/L。分别用阜新和宜兴紫砂原料制备的紫砂杯,检测其铅镉溶出量,检测结果见表5。

由表5數据可知,两种原料所制成产品的铅镉溶出量均符合国家标准。

3 分析与讨论

3.1 紫砂可塑性分析

从表1可以看出宜兴紫砂可塑度为0.59,阜新紫砂可塑度可塑度(经真空炼泥、4天陈腐)为0.47,宜兴紫砂塑性优于阜新紫砂,主要原因一是宜兴紫砂粒度较细,宜兴紫砂D50为3.77 m,阜新紫砂D50为8.47 m。[2]二是宜兴紫砂中塑性组分含量高,瘠性组分含量少,塑性组分代表是多水高岭石(以Al2O3含量为代表),瘠性组分代表是石英(以SiO2含量为代表)。

通过真空炼练泥可以显著提高泥料的可塑性,经真空炼练后阜新紫砂泥的可塑度由0.36提高到0.47。紫砂泥经过长时间陈腐可塑度也可适当提高,经过4天陈腐阜新紫砂泥可塑度由0.45提高到0.47。

3.2 紫砂料强度分析

从表2可以看出宜兴紫砂料强度高于阜新紫砂,这一原因与可塑度分析结果一致,主要是受两种料的粒度和组分影响,但从表2中可以看到宜兴紫砂制壶泥的断裂模数R(N/mm2)为2.49,宜兴紫砂原料断裂模数R(N/mm2)为3.24,出现这一现象的原因是由于宜兴紫砂料太细,容易产生收缩开裂和变形等缺陷,在进行泥料配置过程中需要进行“调砂”处理[3],通过调砂处理,不但克服了宜兴紫砂变形和开裂等缺陷,而且增加了紫砂制品通气性和质感。阜新紫砂原料中由于存在一定的粗石英颗粒,恰恰可以改善制品的变形和开裂问题。

3.3 紫砂成型性能分析

经过真空练泥后,阜新紫砂采用辊压成型制作紫砂煲(属于较大器型,见图2),阜新紫砂辊压成型性能良好,阜新紫砂可塑度满足塑性成型要求。

通过对阜新紫砂和宜兴紫砂注浆成茶碗实验可知(见图1),阜新紫砂注浆成型性能良好,经过调浆后料浆稳定性好,注浆成型干燥后坯体没有变形和开裂现象。宜兴紫砂通过调浆也可以用于注浆成型,但成型后坯体容易产生变形和开裂现象,其原因主要是宜兴紫砂料粒度细且分布集中,坯体干燥收缩较大。

3.4 紫砂烧成性能分析

从图3可知,阜新紫砂和宜兴紫砂原料的烧结温度范围分别在1085 ~ 1115℃和1150 ~ 1210℃,宜兴紫砂的烧成温度高,烧成范围宽,不同烧成温度,紫砂器体现的色泽和质感差别较大[4],作为紫砂料Al2O3含量越高,其塑性越好,烧成强度越高[5],但其烧制温度也越高。

从低温烧结角度考虑,阜新紫砂烧成温度比宜兴紫砂低80 ~ 100℃,阜新紫砂中高温成分Al2O3含量比宜兴紫砂低近8%,而低温助熔成分除了着色氧化物Fe2O3和TiO2外,阜新紫砂中CaO、MgO、K2O、Na2O含量之和为7.67%,宜兴紫砂为3.13%,因此阜新紫砂烧成温度低,烧成范围窄。

从图3可以看到阜新紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.33 ~ 0.048%,宜兴紫砂在烧成温度范围内吸水率在0.64 ~ 0.47%,说明宜兴紫砂通孔气孔率高于阜新紫砂,宜兴紫砂透气效果比阜新紫砂要好。

4 结论

(1)阜新紫砂可塑度为0.47,宜兴紫砂可塑度为0.59,宜兴紫砂可塑性优于阜新紫砂,阜新紫砂可以满足塑性辊压成型要求。

(2)采用水玻璃和腐殖酸难复配添加比例为1%,或水玻璃和碳酸钠复配添加比例为0.25%,可以将阜新紫砂调成含水率为35%左右的注浆成型用泥浆。

(3)阜新紫砂干燥收缩率为2.76%,宜兴紫砂干燥收缩率为2.98%,阜新紫砂注浆成型性能良好,宜兴紫砂注浆成型后坯体易产生变形和开裂现象。

(4)阜新紫砂烧成温度范围为1090 ~ 1115℃,宜兴紫砂烧成温度范围1150 ~ 1210℃。宜兴紫砂烧成温度高,烧成范围宽。

(5)阜新紫砂和宜兴紫砂铅、镉溶出量符合紫砂陶器《GBT 10816-2008 紫砂陶器》国家标准。

参考文献

[1] 候佳玉,康葆强,严建华,等.宜兴黄龙山紫砂原料特征的对比研究[J].陶瓷学报,2016,(4):394-399.

[2] 王艳,辽宁阜蒙县下湾子紫砂原料性能研究[J].广东建材,2018,(3):29-32.

[3] 朱泽伟,沈亚琴.宜兴紫砂矿料[M].北京:地址出版社,2009:209.

[4] RICE P M.Pottery Analysis [M].The University of Chicago Press.1987:335-336.

[5] 徐晶,严义云,严群,等.焙烧温度和硅铝比对稀土尾矿陶粒性能的影响[J].陶瓷学报,2014,(6):598-602.

猜你喜欢

阜新坯体宜兴
浅谈辽宁省高速公路(阜新段)不动产确权登记
凝胶注模成型制备TiB2-C复合多孔坯体的研究
阜新元代大玄真宫祖碑碑文新录
宜兴釉陶
“陶”醉心田 点赞新宜兴
“陶”醉心田 点赞新宜兴
阜新皮革产业开发区再获殊荣
阜新刘家区煤层气井调剖堵水研究与实践
圆桌