钦州坭兴陶泥料工艺性能研究

周三平 石海信 陈 延 王廷革 王爱荣 陆 婷

(1 钦州市坭兴陶研究中心 广西 钦州 535000)(2钦州学院石油与化工学院 广西 钦州 535011) (3 广西钦州千秋陶业有限公司 广西 钦州 535000)

前言

坭兴陶是采用广西钦州特有的白泥(又称东泥、五花泥、母泥)、红泥(又称西泥、紫红泥、公泥)这2种陶土按不同比例混搭成泥料来制作的[1]。白泥与红泥均属天然矿物，矿藏地分别位于钦江东、西两岸，东、西两岸不同矿层因成矿条件不同，所以陶土成份也有差异。而陶土成分的差异，会直接影响到制陶工艺(炼泥、成形、雕刻、烧制、打磨)及陶器质地。从泥料加工性能来看，泥料的线收缩率及塑限与坭兴陶坯品质量关系较为直接。先看收缩率，目前市面上坭兴陶以圆形器皿为主，因圆形器皿各部分呈曲线，过渡圆滑，收缩率较小，方形器很少见，主要是由于其棱角凸出、各部分过渡突兀，在烧制过程中呈锐角的棱形收缩率大，易开裂[2]。再看塑限，目前泥兴陶加工成形工艺有拉坯成形、泥条成形、泥板成形、注浆成形、印坯成形、捏塑成形、模具成形以及3D打印成形等[3～4]，这些成形的工艺基础有赖于泥料优良的可塑性，而与可塑性关系最密切的衡量指标之一是塑限。因此，探索清楚不同矿藏地陶泥的收缩性及塑限，对于调整制陶泥料配方，减少收缩率，以及练出塑性不同的泥浆以适应各种成形工艺，有着极为重要的现实意义。为了弄清楚泥料收缩率与塑限这些工艺性能，一千多年来，制陶工匠们在实践中不断探索这方面知识，并将其充分运用到实际制陶生产过程中，但这些经验通常只限于师徒之间的口口相传及手手相教授，这就造成了经验传递的偏差，在一定程度上影响了制陶工艺的改进及陶器品质的提升。本课题组针对存在的问题，采用现代测试设备，对采集于钦州坭兴陶地理标志保护区域的陶土的线性收缩率与塑限进行测定，以便为制陶行业及相关科研人员系统地研究泥料性能，改进练泥工艺提供基础数据与科学依据。

1 实验仪器与方法

1.1 实验仪器

FO310C 雅马拓马弗炉，Yamato scientific Chongqing 公司；BJ-800A多功能粉碎机，德清拜杰电器有限公司；DHG-9410A电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；AUY120电子分析天平，日本SHIMADZU公司。

1.2 实验方法

1.2.1 泥样制取

在坭兴陶陶土矿藏地用取样铲去除表面浮土，再挖取不同土层的泥料，去除可见根，每个样品从确定的矿藏区5 m以内的3个采样点挖取并混合而成，样品量约1 000 g，装在真空样品袋中，运回实验室，在电热鼓风干燥箱于50 ℃干燥12 h, 粉碎过100目筛，取出置于玻璃干燥器中，冷却后用塑料袋封存待测。

1.2.2 泥料线收缩率测定方法

参照GB/T 1548-2015 《陶瓷坯泥料线收缩率测定方法》，取1.2.1制作的泥料，加适量去离子水配成可塑性泥料，充分搅拌、捏练，放在铺有湿布的玻璃板上，上面再铺上绸布，用碾棒沿不同方向反复碾滚，使泥团受力均匀，然后将泥块表面滚平，去掉湿绸布，用钢模具制成60 mm×10 mm×10 mm试条3块，小心脱模后置于不锈钢盘上，立即用印模压印两条相互垂直的标线，用精度为0.02 mm的游标卡尺测量相互垂直的两标线长度，取算术平均值(L0)。试条放置在室温下阴干1 d，在阴干过程中注意翻动，防止变形，然后置于105 ℃烘箱中烘至恒重，测量干燥试条两标线长度并计算平均值(L1)。将干燥试条按1.2.3烧成工艺在马弗炉中煅烧，测量冷却的煅烧试条两标线长度并计算平均值(L2)。分别按公式(1)～(3)计算干燥线收缩率Y1、烧成线收缩率Y2和线总收缩率Y3：

×100%

(1)

(2)

(3)

1.2.3 试条烧成工艺

按先慢后快，达到烧成温度后保温，然后再缓慢降温的烧成工艺进行。具体烧成工艺曲线见图1。

图1 坭兴陶泥料试条烧成曲线Fig.1 Firing curve of test strip of nixing clay

1.2.4 泥料塑限测定方法

采用滚搓法[5]测定。取1.2.1制作的泥料100 g，放在不锈钢盘中加适量去离子水拌匀，湿润过夜，取湿润泥料放在手中揉捏至不粘手、捏扁，当出现裂缝时，表示含水量接近塑限；取接近塑限含水量的泥料8～10 g，用手握成椭圆形，放在毛玻璃板上用手掌滚搓，手掌用力要均匀，土条要滚压实无空心，土条长度小于手掌宽度。当土条搓成3 mm时产生裂缝，并开始断裂，此时试样的含水量达到塑限含水量。取直径3 mm有裂缝的土条3～5 g，用分析天平称重(G0)，然后将该土条放入105 ℃烘箱中干燥至恒重(Gs)。按公式(4)计算塑限(Wp)。

×100%

(4)

1.2.5 数据统计分析

实验数据采用Excel软件进行统计分析，用Origin 2016软件作图。

2 结果与讨论

2.1 泥料基本情况

泥料采集地点见表1。

表1 不同矿藏地泥样Tab.1 Mud samples from different mineral deposits

从表1可知，采样点地理位置包含了钦南区的沙埠镇、康熙岭镇、黄屋屯镇，钦北区大垌镇这些行政区域内钦江流域东、西两岸的陶矿，具有一定的广泛性和代表性。

2.2 泥料线收缩率测定结果与分析

白泥、红泥及白泥与红泥按不同配方混合后泥料线性收缩率测定结果见表2。

表2 钦州坭兴陶不同来源陶土矿泥料线性收缩率(%)Tab.2 Linear shrinkage of clay from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

注：1. 数据为 ，n=3，同一列中字母相同表示差异不显著(P<0.05)。2. B**H**代表二元混合泥料，其中B取位于钦江东岸沙埠镇丁屋村泥料(B1)，H取位于钦江西岸黄屋屯镇高坳底泥料(H4)，B与H右下角数字分别表示白泥与红泥所占质量比(表3与此相同)。

对表2数据，可从以下三方面分析：

1)白泥收缩率。①干燥线收缩率(Y1)。B1、B2与B3泥料没有显著性差异，其余各泥料的干燥线收缩率有显著性差异；B1泥样干燥线收缩率最大，达(9.12±0.10)%，B6泥样干燥线收缩率最小，仅为(3.94±0.14)%，若不考虑标准偏差(下同)，最大与最小线收缩率相差5.18%。②烧成线收缩率(Y2)。B2与B3无显著性差异，其余各泥样烧成线收缩率有显著性差异，B1泥样烧成线收缩率最大，达(9.74±0.04)%，B6泥样烧成线收缩率最小，为(1.32±0.13)%，最大与最小烧成线收缩率差值为8.42%。③线总收缩率(Y3)。B2与B3无显著性差异，其余各泥样有显著性差异；B1泥样线总收缩率最大，为(17.97±0.09)%，B6泥样线总收缩率最小，为(5.21±0.17)%，最大与最小线总收缩率差值12.76%。由此可见，不同矿藏地白泥的收缩率各不相同，传统采泥地丁屋村(B1)泥料收缩率还是较大的，使用时须注意充分考虑其收缩率对坯品及烧成品的影响。仅从收缩率角度考虑，位于沙埠镇船埠环村的B6泥样收缩率最小，具有较好的利用价值。

2)红泥收缩率。①干燥线收缩率(Y1)。不同矿藏地泥料的干燥线收缩率均有显著性差异；H2泥样干燥线收缩率最大，达(5.16±0.03)%，H4泥样干燥线收缩率最小，仅为(2.41±0.12)%，最大与最小线收缩率相差2.75%。②烧成线收缩率(Y2)。H3与H4无显著性差异，其余各泥样烧成线收缩率有显著性差异；H2泥样烧成线收缩率最大，达(8.32±0.04)%，H1泥样烧成线收缩率最小，为(1.14±0.08)%，最大与最小烧成线收缩率差值为7.18%。③线总收缩率(Y3)。H5与H6无显著性差异，其余各泥样有显著性差异，H2泥样线总收缩率最大，为(13.05±0.05)%，H1泥样线总收缩率最小，为(4.57±0.13)%，最大与最小线总收缩率差值8.48%。由此可见，不同矿藏地红泥的收缩率各不相同，传统采泥地丁屋村(H1)线总泥料收缩率最小，但牛头湾(H2)泥料线总收缩率还是较大的，使用时也要注意考虑其收缩率对坯品及烧成品的影响。仅从收缩率角度考虑，传统采泥地丁屋村红泥泥样收缩率最小，具有极佳的利用价值，要保护与珍惜，避免过度开采，使这一珍贵泥料过早采完。另外，白泥与红泥相比，白泥线总收缩率最大与最小相差12.76%，红泥为8.48%，由此可见，红泥的线总收缩率相对较低，也较稳定。

3)二元泥料收缩率。①干燥线收缩率(Y1)。B50H50与B55H45这二种配方的泥料没有显著性差异，其余各配方泥料的干燥线收缩率有显著性差异；B45H55泥样干燥线收缩率最大，达(5.76±0.16)%，B60H40泥样干燥线收缩率最小，仅为(5.22±0.18)%，最大与最小线收缩率相差0.54%。②烧成线收缩率(Y2)。B50H50与B55H45无显著性差异，其余各泥样烧成线收缩率有显著性差异，B45H55泥样烧成线收缩率最大，达(8.63±0.08)%，B50H50泥样烧成线收缩率最小，为(1.21±0.11)%，最大与最小烧成线收缩率差值为7.42%。③线总收缩率(Y3)。各泥样均有显著性差异，B45H55泥样线总收缩率最大，为(13.89±0.13)%，B50H50泥样线总收缩率最小，为(6.44±0.13)%，最大与最小线总收缩率差值7.45%。从收缩率角度看，传统泥料配方"白泥软为肉，红泥硬为骨，相互按6∶4比例混合塑造烧制成形"有一定道理，这一配方干燥线收缩率最小，烧成线收缩率与线总收缩率均不是最大。

总的来说，不同矿藏地的白泥、红泥其收缩率各不相同，红泥收缩率总体比白泥要小些，也稳定一些；白泥与红泥按不同比例搭配后的的收缩率也各不相同，传统配方是较为粗糙的配法，在具体制陶时，要根据陶器造型、制坯工艺先行试验，确定最佳来源地泥料及最好配方，以便烧制出品质绝佳的陶器。

2.3 泥料塑限测定结果与分析

白泥、红泥及混合泥料塑限测定结果见表3。

表3钦州坭兴陶不同来源陶土矿泥料塑限(%)

Tab.3 Plastic limit of clay minerals from different sources of Nixing pottery in Qinzhou(%)

泥样塑限Wp泥样塑限WpB131.09±2.24aH111.57±3.22aB231.88±0.53aH220.18±2.22bB328.11±0.58bH320.03±2.14bB433.85±1.07cH415.92±0.75cB528.94±1.05dH519.95±0.72dB621.35±0.31eH616.58±0.56dB40H6020.69±0.57aB55H4523.83±1.49bB45H5523.25±1.10bB60H4023.44±1.36bB50H5021.83±0.75b

对表3数据进行如下分析：

1)白泥塑限。B1与B2塑限没有显著性差异，其余不同矿藏地泥料的塑限存在显著性差异，其中塑限最大的为B4泥样，达到(33.85±1.07)%，最小的为B6泥样，仅(21.35 ±0.31)%，二者相差12.50%。从塑限来看，沙埠镇东边塘村的白泥(B4)具有较高的开采利用价值，传统白泥矿藏地沙埠镇丁屋村的泥料(B1)塑限大于30%，塑性较好，而位于沙埠镇船埠环村的白泥(B6)塑性较差，作为坭兴陶泥料使用价值较低。

2)红泥塑限。H2与H3，H5与H6这二组泥料塑限没有显著性差异，其余不同矿藏地泥料的塑限存在显著性差异，其中塑限最大的为H2泥样，达到(20.18±2.22)%，最小的为H1泥样，仅(11.57±3.22)%，二者相差8.61%。从塑限来看，大垌镇牛头湾的红泥(H2)具有较高的开采利用价值，而位于沙埠镇丁屋村的红泥(H1)可塑性较差。另外，从塑限来看，白泥与红泥相比，白泥可塑性均比红泥要高。

3)二元泥料塑限。B45H55、B50H50、 B55H45与B60H40这四种比例的泥料塑限无显著性差异。经过二元组合后，各泥料的塑限均大于20%，塑性普遍变好，证明由塑性较好的白泥(B1)与塑性较差的红泥(H4)二元组合后，既保留了白泥塑性好的工艺特点，又能改善红泥塑性差难拌和的问题，从塑限的角度进一步解释了“坭兴陶东泥软为肉，西泥硬为骨，骨肉相互支撑”这一组合配方的优点。

3 结论

1)不同矿藏地的白泥、红泥其收缩率各不相同。白泥线总收缩率在(5.21±0.17)%～(17.97±0.09)%范围内，红泥线总收缩率在(4.57±0.13)%～(13.05±0.05)%之间；红泥收缩率总体比白泥要小些，也稳定一些；白泥与红泥按不同比例搭配后的的收缩率各不相同，制作陶器时，要根据陶器造型、制坯工艺先行试验，以确定最佳矿藏地泥料及最好配方。

2)不同矿藏地白泥与红泥的塑限各不相同。白泥塑限在(21.35±0.31)%～(33.85±1.07)%之间，红泥塑限在(11.57±3.22)%～(20.18±2.22)%之间；将白泥与红泥按不同比例组合成二元泥料后的塑限也各不相同，在(20.69±0.57)%～(23.83±1.49)%之间，二元组合泥料的塑限较高、较为稳定，塑性也较有保证。