科技探秘紫砂原料

06-23

科技探秘紫砂原料

江蘇省宜興市位於長江下游的太湖之濱。宜興陶瓷燒造起源於7000年前，最早在唐代宜興就已經成為了遠近聞名的茶壺產地。到了明代中期，宜興紫砂壺得以興盛發展、獨樹一幟。近百年來，宜興紫砂作品在國際上屢獲大獎，並且遠銷世界很多個國家，可以說宜興紫砂將中國的陶器之美髮展到了極致，在中國古陶瓷科技發展史中佔有重要的位置。

宜興地理位置

紫砂壺是宜興紫砂器的代表，其製作歷經採礦、風化、粉碎、過篩、加水攪拌、陳腐、成型、燒成等步驟，而宜興紫砂器能夠從明清一直興盛到現在，與其得天獨厚的原料是分不開的。宜興本地陶土礦品種主要可以分為白泥、甲泥和嫩泥三大類，紫砂礦料產於甲泥的礦層之中。其中只有紫砂礦料被用來製作上等的紫砂壺，而其它種類的礦料只能用來製作日用陶缸、陶罐等。紫砂礦料又根據原料或燒成之後器物的顏色可細分為紫泥類、紅泥類、綠泥類。

宜興市丁蜀鎮的黃龍山是自古以來著名的優質紫砂原料出產地和採掘地，該礦區現已被列為江蘇省文物保護單位。而據報道「紫砂礦」在我們國家很多地方都有出產。那麼其它地區的紫砂原料與宜興黃龍山原料相比有何共性與特性？

宜興市丁蜀鎮黃龍山礦址

紫砂原料主要分為紫泥類、綠泥類和紅泥類，各種原料性質不盡相同，因此被人們稱為「五色土」。其中紫泥類原料是紫砂礦料中產量最大、最典型的原料，為了便於對比研究，筆者選取采自於三個不同地區的紫泥類原料進行化學成分、物相組成及岩相分析，探尋宜興黃龍山紫砂原料的本質，並且對上述三個地區紫泥原料的特點作出評價，為深入宜興紫砂器的與原料的選擇應用建立基礎。

一、紫砂原料樣品

試驗用樣品分別為采自於宜興黃龍山、宜興張渚及浙皖交界地區的紫泥類原料3塊，這些原料均為市面上的制壺原料。

宜興黃龍山紫砂原礦

宜興張渚紫砂原礦

浙皖交界地區紫砂原礦

二、化學成分分析

下表是原料樣品化學成分結果。從表中可以看出，各地紫泥類原料 $Al_{2}O_{3}$ 含量較高、在22~25%左右，介於高嶺土與瓷石之間；而硅鋁摩爾比較低、在4.10~4.90之間，較高的 $Al_{2}O_{3}$ 含量以及較低的硅鋁比顯示出原料較高的耐火度與熱穩定性。

含量較高的 $Fe_{2}O_{3}$ 是紫砂原料的另一特點，達到了7~9%，這也是紫砂器的呈現紫色的原料基礎。此外， $Fe_{2}O_{3}$ 也具有一定的助熔作用，根據 $SiO_{2}$ - $Al_{2}O_{3}$ - $Fe_{2}O_{3}$ 三元相圖，在氧化氣氛中燒成時燒成到1400℃左右而不產生大量液相，考慮到原料中還含有 $K_{2}O$ 、 $Na_{2}O$ 等助熔物，因此燒成溫度低於1400℃。

三、物相分析

下圖是三地紫泥類原料樣品的X射線衍射圖譜，從結果中可以看出三個不同地區紫泥類原料中所含物相種類基本一致，主要礦物均為石英、高嶺石、雲母類、以及少量的赤鐵礦。這與前人研究「紫砂原料的礦物組成屬於含鐵的粘土-石英-雲母系」一致，也成為紫砂原料的礦物本質及物相組成的特點之一。

紫泥原料類樣品的X射線衍射圖譜

一般來說，傳統陶瓷原料的組成需要包含三個物相方面的要素——能夠提供瘠化作用的石英類原料、具有可塑性的粘土類原料、以及熔劑原料。石英是所有紫泥原料中主要礦物之一，主要可起到骨架作用。高嶺石屬於粘土礦物，可賦予紫砂泥料可塑性和燒結性。含有較多雲母類礦物是紫砂原料的主要特徵之一，雲母類礦物（包括白雲母碎屑及鱗片狀水雲母）不僅可以承擔與高嶺石類似的粘土類原料的作用，更因其富含鉀、而起到熔劑原料的作用。此外，赤鐵礦的存在也是紫砂原料的重要特點之一，其不僅可以起到助熔的作用，並且因含有赤鐵礦，紫砂器的顏色可以隨著燒成溫度及氣氛的少許不同，而呈現出從紫紅到深紫等不同的色調。總之，紫砂原料物相的定性組成包含傳統陶瓷原料所需的所有物相要素，使其具備了可以單獨使用、而不必添加任何其他原料即可燒製成紫砂器的基礎。

各個地區紫泥原料物相種類及其含量（wt%）

上面這個表是所有樣品的物相定量分析結果，從結果中可以看出三個不同地區紫泥原料中石英含量在24~36%，高嶺石含量為27~31%，雲母類礦物含量為23~37%，三種礦物質量百分比的總和占原料物相組成的85%以上。紫砂原料的這種礦物質量百分比組成的特點，與中國傳統絹雲母質陶瓷胎體較為相似。中國南方地區早期陶瓷胎體為一元配方、瓷石單獨燒成；景德鎮窯工自元代開始將高嶺土摻入了瓷石中來制胎，使用了瓷石-高嶺土二元配方，胎體的礦物系統為石英-高嶺石-絹雲母三元系統。之前已有學者總結中國傳統絹雲母質瓷胎，並將其物相組成畫入石英-高嶺石-絹雲母三角圖中，在此範圍內的物相組成均可成瓷。絹雲母、伊利石、白雲母等同屬雲母類礦物，三者晶體結構相似，故在X衍射圖譜中無法辨別。現將該三角圖中的絹雲母改寫為雲母類，並將紫砂原料中主要礦物組分——石英、雲母類、高嶺石的定量成分歸一、並畫入圖中（如下面圖中的a、b、c），便可發現三地紫泥類原料與瓷器胎體物相範圍非常接近、僅石英含量略高於瓷器胎體；特別是宜興兩地的紫泥類原料基本落入了瓷器物相範圍的邊界。由此可見，紫泥類原料的礦物組成類似於使用了二元配方的石英-高嶺石-絹雲母陶瓷胎體，合適的物相質量百分比組成使其可以不添加其他原料、而單獨燒製成紫砂器。

紫泥類原料與傳統絹雲母質瓷器胎體的物相組成圖

四、岩相分析

紫砂器之所以被稱之為紫砂，而不是普通的陶器，最明顯的區別便在於燒成之後的紫砂器的外觀會有石英顆粒形成的砂質感與紫紅色的外觀。下面圖為紫泥原料樣品的岩相圖，圖中主要可以看到石英顆粒及片狀白雲母（因放大倍數所限，無法觀察到微米級的高嶺石、水雲母類等粘土礦物）。

從下圖黃龍山原料的岩相圖中可以看到，原料中石英顆粒數量較多、尺寸在50~100μm左右；片狀雲母長度在80~200μm；各種礦物分布較為均勻。製作紫砂器時一般將原料過篩60目（250μm）左右，原料中的石英顆粒因此能夠保留到坯泥中；1100~1200℃的燒成溫度又使得殘留石英可基本保留顆粒狀外形，僅在邊緣形成溶蝕邊或析出方石英，嵌於由粘土礦物等轉化而成的基質中。相對於原料中的高嶺石、水雲母等粘土礦物，石英顆粒的乾燥收縮及燒成收縮均較小，較大的顆粒在器物外表面稍有突出，這樣可使黃龍山紫砂器具有「砂質感」。

宜興黃龍山紫泥類原料岩相圖（正交偏光）

從下圖中可以觀察到宜興張渚原料中石英顆粒及片狀雲母均較少，且石英顆粒尺寸均在50μm以下。相對於黃龍山原料中尺寸為50~100μm左右的石英顆粒，宜興張渚紫泥原料中石英顆粒尺寸較小，而雲母類助熔礦物含量卻較高，這有可能使得石英顆粒在燒制過程中過多地熔融在基質中，而無法將顆粒感保留到燒成之後的陶片中，也就是缺少「砂質感」的效果、缺少紫砂器獨特的外觀。

宜興張渚紫泥類原料岩相圖（正交偏光）

浙皖交界地區紫泥原料中石英顆粒、片狀雲母分布極不均勻，上半部分顆粒礦物密度較大，下半部分幾乎全為基質。此外，該原料中石英及雲母尺寸差異較大，石英顆粒的尺寸大多在50μm左右，但也有少數顆粒尺寸達到了300μm；片狀雲母的長度也從50μm到600μm不等，差異極大。浙皖交界原料這種礦物分布及尺寸的不均勻性，不僅有可能造成燒成之後陶片中物相的不均勻性，同時也有可能使原料在過篩60目（250μm）的步驟中，過多的去除掉尺寸較大的石英及雲母礦物，影響泥料的成分及其成品的性質。

浙皖交界地區紫泥類原料岩相圖（正交偏光）

浙皖交界地區紫泥類原料中較大的石英顆粒（正交偏光）

之前已有學者利用掃描電子顯微鏡發現燒成之後紫砂器中也可觀察到「原始團粒」結構，團粒與團粒之間、團粒與基底之間形成了鏈狀氣孔、環繞團粒，在團粒內部的顆粒礦物也由於收縮而形成了許多橢圓形氣孔；這兩種氣孔組合而成「雙重氣孔」結構，正是這種結構使得紫砂器具有良好的透氣性及茶後留香的品質。而在進行顯微觀察時，在對宜興黃龍山原料中發現粘土團粒結構。原料中粘土團粒尺寸在300~900μm，團粒內部有較多包裹物，包括石英顆粒、片狀雲母等；並且這些礦物的尺寸及形狀與團粒外的無明顯區別。應該說紫砂器中的「原始團粒」及「雙重氣孔」結構正是來源於原料中的粘土團粒。

黃龍山紫泥原料中的粘土團粒（正交偏光）

利用偏光顯微鏡觀察時，並未在宜興張渚及浙皖交界地區紫泥類原料中發現類似於黃龍山紫泥原料中存在的粘土團粒，燒成之後的器物中也就無法形成「雙重氣孔」結構、透氣性不如前者好。

從以上分析結果可以看出，即使三地的紫泥類原料中礦物定性組成及定量結果均較為相似、可以不添加任何其他原料而單獨燒成，但三地原料的顯微結構卻差異較大。樣品中只有宜興黃龍山紫泥類原料中石英尺寸適中、分布均勻，可使得黃龍山紫砂器外觀有稍微突出的砂質感。此外，也只有宜興黃龍山紫泥類原料中可以觀察到粘土團粒，燒成之後可形成「雙重氣孔」結構，使得紫砂器具有良好的透氣性及茶後留香的品質。

參考文獻

[1] 徐秀棠. 紫砂工藝[M]. 浙江：浙江人民出版社，2012.

[2] 金其楨. 紫砂陶發展史略及紫砂文化[J].中國文化研究，1996（3）：101-107.

[3] 故宮博物院編. 宜興紫砂圖典[M]. 北京：故宮出版社，2012.

[4] 賀盤發. 宜興紫砂泥綜述[J]. 江蘇陶瓷，1988（10）：30-38.

[5] 賀雲翱. 非物質文化遺產視野下的宜興紫砂陶工藝[A]. 陶都文化探勝[C]. 北京：文物出版社，2009：105-122.

[6] 謝平傑. 邢台紫砂原料的應用[J].河北陶瓷，1983（2）：10-11.

[7] 方鄴森，方金滿，林敖金. 高淳紫砂泥的初步研究[J].江蘇陶瓷，1984（1）：2-13.

[8] 張壽嶺. 寧夏紫砂資源及其利用[J].西北地質，1987（2）：25-26.

[9] 王平，彭人勇. 江西准紫砂土的特性及應用[J].江蘇陶瓷，2001（1）：18-22.

[10] 王平，王俊，簡覺非，等. 高安紫砂制陶工藝性能的初步研究[J]. 佛山陶瓷，2012（2）：29-33.

[11] 江夏，吳雋，張茂林，等. 宜興紫砂泥料性能研究[J].江蘇陶瓷，2011（3）：20-25.

[12] 朱澤偉，沈亞琴. 宜興紫砂礦料[M]. 北京：地質出版社，2009：37-198.

[13] 李家駒. 陶瓷工藝學[M]. 北京：中國輕工業出版社，2008：87.

[14] 韓人傑，葉龍耕，賀盤發，等. 宜興紫砂陶的生產工藝特點和顯微結構[J]. 硅酸鹽，1981（4）：26-35.

[15] 孫荊，阮美玲. 宜興紫砂陶的顯微結構和紫砂器的透氣性[J]. 中國陶瓷，1993（4）：21-25.

[16] 李家駒. 陶瓷工藝學[M]. 北京：中國輕工業出版社，2008：13-14.

[17] 方鄴森，方金滿. 陶瓷礦物原料——石英[J].中國陶瓷，1984（4）：18-22.

[18] 劉屬興，劉維良，夏光華. 陶瓷礦物原料與坯釉配方應用[M].北京：化學工業出版社，2008：244-246.

[19] Prudence M. Rice. Pottery Analysis[M].The University of Chicago Press, 1987: 335-336.

[20] 郭演儀. 南北方古代的制瓷原料和瓷器的特徵[J]. 景德鎮陶瓷學院學報，1984（1）：55-68.

[21] 李家駒. 陶瓷工藝學[M]. 北京：中國輕工業出版社，2008：95.

[22] 王麗花. 宜興紫砂泥之我見[J]. 陶瓷科學與藝術，2014（7）：98.

[23] 李家駒. 陶瓷工藝學[M]. 北京：中國輕工業出版社，2008：212-217.

該成果已發表於《陶瓷學報》