陶瓷構成的基本材質
發布時間：2008-11-06
作者：ccy
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概要：
陶瓷原料主要來自巖石，而巖石大體都是由硅和鋁構成的。陶瓷也是用這類巖石作原料，經過人工加熱使之堅固，很類似火成巖的生成。因此從化學上來說，陶瓷的成分與巖石的成分沒有什么大的區別。如果是硅和鋁所構成的陶瓷，其主要原料有以下幾種：1、石英——化學成分是純粹的二氧化硅（SiO2），又名硅石。這種礦物即使碎成細粉也無粘性，可用來彌補陶瓷原料過粘的缺點。
陶瓷原料主要來自巖石，而巖石大體都是由硅和鋁構成的。陶瓷也是用這類巖石作原料，經過人工加熱使之堅固，很類似火成巖的生成。因此從化學上來說，陶瓷的成分與巖石的成分沒有什么大的區別。如果是硅和鋁所構成的陶瓷，其主要原料有以下幾種：
1、石英——化學成分是純粹的二氧化硅（SiO2），又名硅石。這種礦物即使碎成細粉也無粘性，可用來彌補陶瓷原料過粘的缺點。在780℃以上時便不穩定而變成鱗石英，在1730℃時開始熔融。
2、長石——是以二氧化硅及氧化鋁為主，又夾雜鈉、鉀、鈣等的化合物。因其所含分量多寡不同，又有許多種類。一般有將含長石較多的巖石叫作長石的，也有以它的產地來命名的。現在把長石中具有代表性的幾種和它們的成分列于表1。其中前三種是純粹的理論成分，后一類則含有巖石中所有的不純物質。
鈉長石與鈣長石以各種比例互相熔解，變成多種多樣的長石。這些總稱為“斜長石”，它的性質依其中所含鈉長石與鈣長石的比例而定。還有一種和正長石（鉀長石）為同樣成分而形狀稍有變異的，至今也多誤傳為正長石，其實這種應該叫做“微斜長石”。
3、瓷土（又名“高嶺土”）——瓷土（H4Al2Si2O9）是陶瓷的主要原料。它是以產于世界第一窯廠的中國景德鎮附近的高嶺而得名的。后來由“高嶺”的中國音演變為“Kaolin”，而成為國際性的名詞。純粹的瓷土是一種白色或灰白色，有絲絹般光澤的軟質礦物。
瓷土是由云母和長石變質，其中的鈉、鉀、鈣、鐵等流失，加上水變化而成的，這種作用叫作“瓷土化”或“高嶺土化”。至于瓷土化究竟因何而起，在學術界中雖然還沒有定論，但大略可以認為是長石類由于溫泉或含有碳酸氣的水以及沼地植物腐化時所生的氣體起作用變質而成的。一般瓷土多產于溫泉附近或石灰層周圍，可能就是這個原因。瓷土的熔點約在1780℃左右，實際上因為多少含有不純物質，所以它的熔點略為降低。
純粹的瓷土（高嶺土）存量不多，而且所謂純粹的瓷土，也沒有黏土那樣強的粘度。一般所說的瓷土如果放在顯微鏡下面來觀察，大部分帶有白色絲絹狀的光澤，銀光閃閃，是非常小的結晶，這就是所謂純粹的瓷土。此外，還含有未變質的長石、石英、鐵礦及其他作為瓷土來源的巖石的碎片。
純粹瓷土的成分是：SiO2 46.51%，Al2O3 39.54%，H2O 13.95%, 熔度為1780℃。
陶瓷中最高級的是瓷器。作瓷器用的巖石究竟以哪樣最好？由于瓷器必須是白色。因而就不得不極力避免含有使陶瓷著色的鐵分。含鐵少而以氧化硅及氧化鋁為主要成分的巖石有：花崗巖、花崗斑巖、石英斑巖、石英粗面巖以及由這類巖石分崩而成的水成巖等。
這里所說的花崗石乃至石英粗面巖（即在火成巖中也算是含有氧化硅及氧化鋁特別多而鐵分子少的），都是以石英、長石為主，并含有若干云母及富于鐵分（氧化鐵）的黑綠或黑褐色的礦物。假若仔細觀察這些巖石，便可看到許多像玻璃一般透明的顆粒和像瓷器一樣鮮艷的白色或淡紅色的顆粒。前者是石英、后者是長石。這四種巖石的化學成分雖然相同，但因為長石與石英等顆粒的大小不同，因而形成了不同的巖石。花崗巖全體是由比較大的顆粒（直徑1~7毫米）構成的。石英粗面巖是在看不見顆粒的致密素地中有石英及長石的小粒存在。花崗斑巖及石英斑巖則介乎此二者之間，是在致密的素地內含有大粒的石英。這類巖石構造上的差異，主要在于由熔融的巖漿到冷固的時間長短，其中花崗巖最長，石英粗面巖最短，而花崗斑巖與石英斑巖則是在介乎兩者間的時間內冷固的。陶瓷是以巖石作原料，而所以未能具有巖石般的顆粒，其主要原因是，陶瓷原料不像巖石那樣在高溫下完全熔化，同時所需要的冷固時間也較短，這是天然巖石與人造巖石即陶瓷間的最大區別。有時與石英粗面巖同樣成分之物，以熔融狀態流到地面上而驟然冷固，這樣形成不含有像上述巖石那種用肉眼可見的石英、長石等顆粒，而形成全體一樣的玻璃，即是所謂黑曜石和重晶石。由此可見巖石與陶瓷的本質相同，只有天工與人工的差別罷了。
在花崗巖中含有二氧化硅特多的是半花崗巖和偉晶花巖。前者的長石與石英等的顆粒細小，后者則由特大的長石及石英的顆粒形成。其中有的在某部分集中了同樣物質，而變成純粹的石英脈，或純粹的長石脈，也有的轉變為半花崗巖（有些地方就用原來的半花崗巖作為陶瓷原料）。
釉的本質及成分
當我們看到一件陶瓷器的時候，首先引起注意的與其說是它的造型、式樣或坯體，毋寧說是罩在陶瓷表面上的釉。假如瓷器上沒有掛釉的話，恐怕無論它的造型如何美、式樣如何新，也會失掉這件瓷器的魅力。固然我們夸說陶瓷是一種火的藝術，靠火的作用產生了各種變化，但主要還是釉在火中起了變化。
釉與坯同樣是巖石或土產生的，它與坯的不同點，只是比較容易在火中熔融而已。當窯內烈火的威力使坯達到半熔時，必須使釉的原料完全熔融成液體狀態。冷卻后這種液體凝固而成一種玻璃，這便是釉。
但是，釉一旦被涂到陶瓷坯體表面，就和玻璃大不相同了。因為當釉熔融時，它就同制品的坯體發生相互作用，形成中間層，這一中間層使得從燒結的坯體以迄于釉的玻璃狀的外表部分逐漸發生轉變。釉層的厚度雖然通常總共只有坯體厚度的1~3％，可是它會強烈地改變制品的熱穩定性、介電強度和化學穩定性，以及其他的許多性質。
制釉有兩種方法：一個是把土或巖石原樣不動地調合來用。另一個方法是將土或巖石混合用火使之熔融，然后驟然冷卻作成玻璃，名之為“熔塊”。這樣作成的釉要碎為細粉混入水中，使之成為有粘性的汁液用來掛坯。如果這種漿粘力不足而不易附著在坯上時，可以在漿內混入糊精、甘油或其他有粘性的有機物質，例如海帶的漿糊等。有的坯體露天干燥后立即掛釉，但也有預先在800~900℃低溫下煅燒，即所謂素燒后才掛釉的。
前一個方法叫作“生坯掛釉”，在我國多有使用。而國外瓷器則一般是用后面所謂“素燒”方法。因此，對一件瓷器的鑒別，首先看它是生掛還是素燒，便可大略知道是中國所制或國外所制。不過這也只能作為一種較為便利的線索，當然為一般精通陶瓷的人們所熟知。有些日本仿制的我國古瓷，故意作成使人一看便認為是生掛的樣子，如果只靠這一點便作決定，往往是很容易上當的。
掛釉時，若是素燒坯，普通多是很快地把它放入調好的釉汁中立刻就提出來，這樣釉便吸著在坯的表面，和用刷或筆涂的一樣勻平。若是茶碗一類，就要夾著碗足很快地放進釉中，急忙上下兩三次，叫作“浸釉法”。若是龐然大物，可以用杓子一類東西盛釉從周圍溜掛，一般叫“澆釉法”或“溜釉法”。
生坯掛釉時，若是里外一次掛釉，很容易使坯體破壞，所以要在里面注釉并加以轉動，待干燥后外面再行浸掛或溜掛。也有用刷和筆來涂掛的，這種方法多用于色釉，例如明朝初期的青花器足內往往出現刷紋，可以看出是曾經使用過這種方法。此外，雖還有“噴掛”的方法，但是主要用于極大或極薄的器物上。例如所謂“脫胎器”似乎能夠透視的薄瓷器，就是除去使用這種方法以外別無其他掛釉法的。這種方法是：先在里面噴上釉，干燥后將外面的坯體削薄，然后再噴釉在外面。如宋代有名的郊壇窯的作品，就是坯薄釉厚，甚至釉的厚度竟有坯的一至三倍左右。若仔細觀察這些作品的碎片，顯而易見是掛釉兩層至三層的，所以說這類瓷器大約使的就是噴掛法。再如康熙時代的桃花紅便與郎窯紅不同，根據當時住在景德鎮有名的旦特克爾氏信中所載，也是用“噴釉法”作成的。
景德鎮的瓷器多是在掛釉以后方將器足削去。相反，日本瓷器都是在全部成形后再掛釉。所以細看江西瓷的外足釉與坯的分界，釉是以鋒利的切線斷然而止的，這一點與日本制品迥然有別。古瓷中明代制品多留有削足的痕跡，而清代所作除劣等品外，大都在切削過的足端用濡筆或布加以揩拭，因而足底面總是帶有一種柔軟、滑潤之感。試看清代瓷器中有仿明代制品很相似的，但從未見有模仿這種削足之癖。有時雖然很難用肉眼判斷，然而如果用放大鏡一看便可大體了然。當我們鑒別明瓷與清瓷的時候，固然一般都可由它們的器形、釉色以及圖樣等各方面綜合來看，不過有時也會陷于迷惑而莫知所是。此時如能注意一下這種削足之癖，便會成為鑒定上的一個有力線索。
凡是掛釉的陶瓷坯體入窯煅燒時，坯與窯中所含的水分和其他揮發物需要散失而開始收縮，同時坯體受熱又產生熱膨脹。當到在一定溫度時，坯體內一部分成分開始熔化生成液體填補坯體內的孔隙而再度收縮。而釉也產生熱膨脹與收縮。當釉的收縮比坯的收縮大時，釉上便生出裂痕，當釉的收縮比坯小時，容易產生“脫釉”。有些揮發物在溫度較高時才開始揮發，為了防止釉熔化以后還有氣體外逸，產生氣泡，所以在釉開始溶化以前燒窯的溫度不要急速提高，要慢慢地煅燒，以待氣體出盡，這樣在氣體出盡以后再升溫，直到釉完全溶化。假如此時升溫過急，就容易產生坯泡或釉泡。
要選配一種能和制品坯體很符合的釉，實際上并不是一件容易的事情。如蘇聯E.N。奧爾洛夫(Op Ob)院士曾經指出，選配釉的主要困難如下：
（1）釉的易熔性造成了它的流動并被坯體所吸收（假如坯體在釉熔融中仍具有大的氣孔率時）。就是這種作用，使得燒成要在遠超過釉的熔融度下進行。
（2）假使所選的釉是難熔的，那么它就不會形成帶有光澤的平滑的表面，而是被小的突起和凹陷所覆蓋，使得釉色黯然無光。如果燒成溫度低于要求時，雖是正確配成的釉也得到與此同樣的結果；
（3）若是釉具有比坯體大得多的膨脹系數，那么當冷卻時，它壓縮得比坯體更猛，結果就出現巨大的內應力，這種內應力會導致在釉層上形成龜裂（如為薄胎制品時），或甚至使坯體破壞；
（4）如果釉的膨脹系統比坯體小得多，將會發生相反的現象，即當冷卻時，釉比胚體收縮得較慢而發生剝離現象。因此，當選配釉時，必須力圖使釉和坯體的膨脹系數盡可能地相符合，而釉的熔融溫度則必須與坯體的燒成溫度相適應。
假使我們把雪與砂糖混淆起來，在這種情況下，無論弄得如何細，砂糖仍是砂糖，雪仍是雪，兩者有著顯然的分別。可是如果加熱使雪變成水，而砂糖也熔化在里面的時候，就會成為一種既非雪又不是糖的新物質。陶瓷的釉恰好與這個例子相似。就是說，任憑怎樣地把巖石碎成細粉而加以混合，也不會有什么變化。若是經過加熱，礦石和巖石的粉末就會熔融成一個整體。這便是玻璃，用來施掛在陶瓷坯上，特意給它取個名字叫做“釉”。不過，雪與砂糖混合溶化后只產生形態上的變化，而巖石混合熔化后不僅形態改變而性質也完全改變了。
在制釉時，硅酸是釉的主體，而鹽基則作為媒熔劑，主要的鹽基是：氧化鈉、氧化鉀、氧化鈣、氧化鎂以及氧化鋁等。氧化鋁為中性則因情況的不同，有時起酸的作用，有時起鹽基的作用。
釉料的著色劑有鐵、銅、鈷、錳、金、銻以及其他金屬，此外，還有含磷酸鈣[Ca3(PO4)2]的，不過這種原料只要稍加一些在釉里，就會多少消失釉的光澤。 這是要混在植物灰中而進入釉內的，像羊齒草類就是含有磷酸鈣特別多的植物。景德鎮所用的是一種名為“鳳尾草”的羊齒植物灰。
灰中含有多量的硅酸（SiO2），因此用灰就必然會帶有硅酸。而灰中尤以禾本科植物的灰含硅酸較多。當需要硅酸時，就特意來利用稻殼灰或草木灰。
氧化鈣在釉料中是助熔劑，可以降低釉的熔融溫度，使之在較低溫度下玻化。釉中需要的氧化鈣，現在主要利用石灰石（CaCO3），從前卻多用植物或谷殼與石灰混合煅燒成灰，俗稱“釉灰”，這種灰約含30~50％的氧化鈣。據我國有些科學工作者對古陶瓷所作的分析結果看來，早在公元前16~11世紀的商代就已制成石灰釉。其中氧化鈣的含量多介于16％至20％之間。到南宋時期以后又改用了石灰——堿釉。
鈉、鉀在巖石和土內的含量較少，因此也有利用灰來獲取的。草木灰溶于水就是灰水，如果加以煮煉便會得到白色粉末，其中含有多量氧化鉀。如煮煉海草灰的水溶液時，便可得到氧化鈉。而現在陶瓷器坯釉原料中需要的鉀、鈉，主要來源是利用長石。
氧化鎂有的取自菱苦土礦（碳酸鎂）和白云石（碳酸鈣、鎂），也有利用滑石（硅酸鎂）的。因我國的石灰石往往含有多量的碳酸鎂，所以在我國陶瓷中使用石灰時，自然就會加進了鎂的成分。
鉛和鋅過去是用天然出產的碳酸鉛（白鉛礦）及硅酸鋅（異極礦），而現在多用純粹的氧化鉛或氧化鋅來配釉。
至于氧化硅和氧化鋁，因為是構成土和巖石的主要成分，在使用這些原料時已經自然含有不少。除非特別需要氧化硅時，才利用純粹含硅的石英。我國宋朝有名的汝窯，據有的書中記載說是使用瑪瑙。其實瑪瑙也是一種純粹的二氧化硅，與石英的構造稍有不同。雖然有些人不免懷疑是否有過特意使用這種珍貴品的事實，但仔細想來，一般所出的瑪瑙并非全部可用作裝飾，剩下的無用部分仍可以用作釉料，例如，現在景德鎮就有利用瑪瑙來配制顏色釉的。
上面所說的草木灰或谷灰，含有多量的二氧化硅，同時還含有少量的氧化鋁、氧化鈣、鈉、鉀等，再與石灰混合配以適量的瓷土就可作成釉。我國古代陶瓷中有些就是由窯灰的自然降落積在坯體上而化合成釉的；也有故意多掛灰而使其自然成釉的；此外還有掛以灰漿而成釉的。尤其后來才發現。只用灰不但容易流釉，而且發生皺紋或出現斑點，或因鈣結晶成斑而無光澤，結果感到十分乏趣。于是逐漸留意到混用石英或長石之類含有硅酸較多的物質時，便沒有這種缺點，因而發明了長石釉。如唐朝的邢窯、越窯，宋朝的定窯、影青，汝窯、龍泉窯和明朝的景德鎮窯瓷器等，都是由此逐步發展而成，它給予東方乃至整個世界人類以莫大實惠，是無庸諱言的。
陶瓷化妝法
多數的瓷器是在坯上直接掛釉，但也有先在坯上掛以化妝土而后再掛釉的。我國古來華北一帶的民窯差不多都是沿用這個方法。
在制作陶器時，有的坯面粗糙，有的燒成后坯面出現污點，或是坯體燒成后顏色不好。為了彌補這些缺欠，使人一見好象純白色的陶器，或者便于充分顯出透明的釉色，就要用精選的鐵分少的白色瓷土細密地掛在坯上，這也可以叫作“化妝法”。
我國古時的一部分彩陶、唐三彩和過去被認為是邢窯的白瓷，以及磁州窯與早期定窯的出品，都是掛有化妝土的著名陶瓷。高火度的石灰釉瓷器，根據目前出土的標本殘片看來，在某些隋代青瓷中也發現有使用化妝土的現象。但在唐代河北臨城的邢窯和曲陽窯的一部分白瓷精品多是精選原料，已經沒有掛化妝土的必要。在宋代磁州窯系統中，有在化妝土上剔刻圖樣的。另外也有用化妝的粘土在器物表面畫上白色圖樣的。這種粘土，磁州謂之“白堿”，因其缺乏粘性，也有混以酸性成分多的長石類，而使粘性增加的。又因其熔融點過高，所以也有混以長石使之降低熔點的。
明朝善于在青色琉璃釉或柿紅釉上描畫白色圖樣有所謂“堆花”的，也是用白堿類的稠液和揮發性溶劑一類的東西在器物上描畫圖樣。還有所謂“法花”的。即在圖樣周圍用粘土作邊線，這又是白堿的另一種應用了。此外，如造型極大的壺和復雜的器物等，都是在作成兩三段之后把它們一個個接合起來的，這種接合用的糊，就是白堿。試看明朝所制的壺或花瓶，雖是極小的東西，也由兩三段接合而成。但是清朝的制品，即或是相當大的器物，普通仍是用轆轤一氣拉成。這一點在區分兩個朝代的器物時，是個非常有用的線索。例如雍正時代所仿的明朝瓷器，無論其銘款如何逼真，然而一般很少有能仿至這種接合狀態的。
火的作用
燒窯時由于溫度的上升速度、火焰的性質以及冷卻方法等之不同，雖用同樣的原料在同一溫度下燒制，也會出現各種不同的結果。所以說燒窯這件事，窯內自不用說，就連風向和氣壓的變化。乃至空氣的溫度各方面，都必須充分加以注意。
如何使這種溫度能夠按照自己的意圖而上升，并且能善于巧用火焰，這在燒瓷技術當中是最重要、最困難的。因此，在從前燒窯工人中間流傳著所謂“一燒、二土、三細工”的諺語，而且過去曾有許多窯廠保持著在燒窯前先供酒祭神，然后再點火的迷信習慣，如今不少古窯址仍有窯神碑、廟的遺存便是左證。現在當然可采用科學方法進行燒窯了。
一般說來，燒成的溫度在最初較低，到后來由于從無窯到有窯，又因為窯的結構逐步改進和燒窯技術的發展，所以燒成溫度逐漸提高
下面談談在燒陶瓷器時金屬與氧的關系，以及因此而產生的顏色的變化。差不多所有的金屬在某種特殊的狀態下，都以一定的比例與氧結合，而生成一種新的物質，這種現象便叫作“氧化”，這種物質叫作“氧化物”。如果使用和這個相反的某種方法，從氧化物中把結合著的氧取出一部分或者全部，作成比以前所含氧的比例減少，或是恢復到完全沒有氧的原來金屬狀態，這種現象便叫作“還原”。
鐵為地球上最多的物質之一，大概一般的巖石和土中都有它的存在，從而陶瓷器的原料中幾乎沒有不含一點鐵分的，完全不含鐵分的原料極難得到。因此自古以來便利用這種鐵作出了各式各樣的顏色，即使說釉色的半數以上都是由鐵作成的也未為不可。
鐵是在鐵1對氧0.286或0.43的比例下與氧結合的。在第一種情況下產生的叫做“氧化亞鐵”（FeO），呈青綠色。后者叫做“三氧化二鐵”（Fe2O3），呈黑褐色或赤色。此外還有由氧化亞鐵與三氧化二鐵等量混合而用Fe3O4化學式來表示的，這就是黑色的所謂“磁鐵礦”。
銅對于釉的著色來說，也不次于鐵而現出各種顏色。無論是中國或日本的古代釉色，都離不開鐵和銅的范圍。銅在銅1對氧0.126或0.253的比例下與氧結合。前者叫做氧化亞銅(Cu2O)，呈赤色，后者叫作氧化銅(CuO)，呈綠色。所謂“綠青”乃是碳酸銅。特別是在中國和日本的陶瓷器中，銅作為氧化亞銅而存在的很少，多含有單純的銅或氧化銅。
一般用來增減與釉中所含的鐵、銅等金屬結合的氧的比例方法，是在燒陶瓷器時增加或減少入窯的空氣。如果使窯的通風良好而加以燃燒，空氣中的氧便與木柴或煤中的碳結合變為碳酸氣。但是這時氧還有剩余，因為釉中金屬在高熱下極容易發生變化，所以剩余的氧便容易和這些金屬結合起來。例如釉中有鐵和銅或氧化亞鐵、氧化亞銅等存在時，氧便與之結合而成氧比例較多的三氧化二鐵或氧化銅。當如此充分地供給氧而燃燒薪炭時，附近的物質便與氧結合，用化學的語言來說便是“氧化”。所以把這種狀態的火焰叫做“氧化焰”。
相反地在燒窯時如果不給與充分的空氣，便會由于缺氧而在窯內產生一氧化碳與碳化氫等。因為這些氣體與氧化合而變成碳酸氣的傾向很強，若是空氣中殘留著氧，便立刻與氧化合成碳酸氣。但如果空氣中的氧不足時，就會奪取結合在釉內金屬中的氧而成碳酸氣，并且把釉中的氧化金屬變為含氧比例最少或完全無氧的物質。例如含有三氧化二鐵或氧化銅時，便會奪去其中的氧而變成氧化亞鐵或氧化亞銅。乃至沒有氧化的銅。用化學的術語來說，也就是把氧化物還原了。這樣與煅燒的物質相比，通風不良的煅燒方法即是使用缺少氧分的燒法時，由于從薪炭或煤中所生的煤氣發生還原作用，所以把它叫做“還原焰”。
