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紫砂陶器,简称紫砂,是具有中国传统特色的一类陶瓷产品,尤以宜兴紫砂最为著名。紫砂集实用性、功能性、观赏性、艺术性和收藏性为一体,深受人们喜爱。近年来,随着茶文化的不断发展,紫砂使用的不断扩大,以及紫砂收藏的不断提升,紫砂产品尤其是紫砂壶越来越受世人所关注。宜兴紫砂的产生和发展根本原因是拥有得天独厚的矿物资源条件:在紫砂生产集中区丁蜀镇的黄龙山等地,盛产工艺性能十分优异的紫砂矿物原料。但是,随着该矿物资源长期规模化开采和宜兴紫砂产品需求不断增长,尤其是当地政府禁采限制,紫砂矿物原料的供给正面临巨大的挑战,寻找新的紫砂矿物原料已成紫砂产业可持续发展的重大问题之一。四川荣县陶土资源丰富,由于缺少研究,目前主要用于生产容量501000 L的各种规格低附加值酿酒陶罐。随着国家经济形势的发展,采用当地原料生产具有高附加值的紫砂产品,对实现产品升级换代,资源高效利用和促进当地经济社会发展都具有重要意义。本论文采用多种现代岩矿测试分析技术(XRD、XRF、SEM、薄片分析、热分析等),对比研究了四川荣县陶土与宜兴紫砂泥料的矿物岩石特征,并进行了紫砂陶瓷工艺对比试验,发现荣县陶土具有紫砂陶器应用的工艺性质和条件,可能作为一种具有高附值开发利用价值的紫砂矿物资源;对荣县紫砂应用几个关键技术进行了探索,并进行了荣县紫砂紫泥泥料、紫砂绿泥泥料和紫砂红泥泥料的制备。通过大量的实验和测试数据分析,取得了如下研究成果和进展:(1)宜兴紫砂泥料的ω(SiO2)61.63%,ω(Al2O3)25.86%,ω(Fe2O3)7.63%,ω(K2O)2.44%,四者之和达97.56%,而有害成分CaO含量低(0.69%),MgO,Na2O,P2O5,SO3等含量都很低;宜兴紫砂泥料含石英、高岭石、伊利石和赤铁矿这四种主要矿物,其中石英含量为30%35%(大小25150μm),高岭石含量为35%40%,伊利石含量为23%28%,赤铁矿含量为4%6%,石英+高岭石+伊利石+赤铁矿的矿物组合是宜兴紫砂矿物原料的一个重要特征。另外,宜兴紫砂泥料粒级构成是:泥料的粗颗粒(450150μm)占35%,细颗粒部分(<75μm)占50%,而且不同粒级物料的化学成分和矿物成分都相同或相似,说明是采用相同矿物原料加工而成。(2)宜兴紫砂泥料可塑性指数为11.63属中等可塑性,能赋予紫砂良好的成型条件。在烧成温度1000℃1250℃这个温度范围内,宜兴紫泥紫砂的烧失量变化不大,收缩率随着温度的升高而增大,后开始膨胀;吸水率随温度的升高而减小,紫砂陶器的烧成颜色随温度的升高而变深。在优化烧成温度下,1150℃1200℃烧成的宜兴紫泥紫砂,烧失量为6.02%8.30%,线收缩率为5.84%7.04%,体积收缩率为15.54%19.98%,吸水率为0.82%1.59%,烧成颜色为紫红色紫黑色;烧成后的紫砂坯体中可见短柱状200nm500nm的莫来石,能赋予宜兴紫砂良好的强度,坯体中多见13μm的开气孔和闭气孔,能赋予宜兴紫砂良好的透气性能。(3)荣县紫砂矿物原料具有与宜兴紫泥泥料相似的化学成分、矿物成分和结构构造,其中化学成分ω(SiO2)64.29%,ω(Al2O3)22.72%,ω(Fe2O3)6.51%,ω(K2O)3.81%,四者之和达97.33%,而有害成分CaO含量低(0.35%);矿物组合为石英35%40%,高岭石25%30%,伊利石30%35%,赤铁矿3%5%,二者含量相似;组成结构为块状构造,粉砂泥质结构,石英分布比较均匀,石英颗粒大小为10250μm。(4)添加同质粗颗粒熟料(<450μm),能略微降低荣县紫砂的烧成收缩,但效果不明显,熟料的添加大大降低了泥料的可塑性,不利于成型;在细颗粒泥料(<105μm)中添加细颗粒熟料(<75μm),不仅不能降低荣县紫砂的烧成收缩,反而随着熟料添加的增多,烧成收缩增大;通过控制原料粒度加工成具有一定粒级配比的泥料,能有效的降低荣县紫砂的烧成收缩,泥料颗粒越大,烧成收缩越小,但可塑性又随着颗粒的增大而降低,我们最终采用过60目(300μm)的筛来加工制壶用的泥料。(5)采用荣县紫砂矿物原料第一层矿可直接加工成紫砂紫泥泥料,泥料的可塑性指数为13.15,属中等可塑性;优化烧成温度为1175℃,在此温度下,荣县紫泥紫砂的烧失量为5.65%,烧成线收缩率为7.76%,体积收缩率约为19.4%,吸水率为0.96%;所得紫砂样品呈浅紫红色,具团粒结构(100200μm)和气孔构造(35μm),这些特征以及物相等都与宜兴紫泥紫砂相同或者相似。(6)采用荣县紫砂矿物原料第三层矿挑选出的绿色部分可直接加工成绿泥泥料,泥料可塑性指数为17.64,为高可塑性泥料,优于宜兴紫泥泥料;优化烧成温度较高为1200℃,在此温度下,绿泥紫砂烧失量为5.15%,干燥线收缩为3.77%,烧成线收缩为7.26%,体积收缩率约为18.15%,吸水率为1.58%,烧成颜色为米黄色。(7)采用荣县紫砂矿物原料第三层矿挑选出的红色部分加工成红泥泥料,泥料可塑性较低(可塑性指数为5),通过添加5%的嫩泥配方后,可塑性指数可提高至9.50,具有中等可塑性,能满足做紫砂壶和小型紫砂花盆的成型要求;在1175℃的优化烧成温度下,荣县红泥紫砂的烧失量为4.26%,烧成线收缩率为5.65%,体积收缩率约为14.13%,吸水率为1.94%,烧成颜色为浅红色。