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1、 黄瓦窑琉璃构件胎釉原料及烧制工艺研究 康葆强摘要：黄瓦窑位于我国辽宁省鞍山市海城地区，经专家考证它是专门为清代辽宁地区烧制皇家建筑琉璃构件的窑厂。本文利用x射线荧光波谱法、x射线衍射法、热膨胀分析等方法研究了黄瓦窑琉璃的胎釉原料及烧制工艺情况。研究表明：黄瓦窑烧制的建筑琉璃为低温铅釉、二次烧成胎体属于我国陶瓷史上比较少见的MgO-A1203-S102三元体系，胎体的热膨胀系数比釉层高23x10-6。关键词：黄瓦窑，琉璃构件，原料组成。工艺黄瓦窑遗址位于我国辽宁省鞍山市海城地区，遗址面积近16万平方米。2002年4月10日至2006年5月，鞍山市博物馆考古队对黄瓦窑遗址进行了调查，在遗址及附近
2、的缸窑岭村采集了建筑构件标本约100件，发现了一批具有“永陵”，“福陵”，“昭陵”，“清宁宫”“北镇庙”等文字标识的构件。根据历史文献记载及采集实物的情况来看，黄瓦窑应为烧造沈阳故宫及关外三陵、北镇庙等处琉璃构件的窑厂。本工作主要从科技检测的角度对黄瓦窑琉璃的胎釉原料及烧制工艺情况进行了研究。一、实验样品实验中用到的黄瓦窑遗址样品及辽宁地区古建筑琉璃样品都由鞍山市博物馆提供，遗址样品为鞍山市博物馆考古队在遗址发掘调查过程中采集，古建筑琉璃样品来自于古建筑维修卸下的构件。样品编号WLLM-0008一WLLM一0048为黄瓦窑遗址的样品，WLLM-0049一WtLQ-0062为沈阳故宫、北宁市北镇
3、庙、沈阳福陵、抚顺新宾永陵的古建筑琉璃样品。辽阳八角金殿的琉璃样品为黄瓦窑的早期制品。另外，鞍山市博物馆考古队在黄瓦窑遗址调查时发现“采白土区”和“采红土区”两个原料采集点，LY-0014为从“采白土区”采集的白色粘土,hong-tu-hwy为从“采红土区”采集的红色粘土。分析样品的釉色有红褐釉，黄釉，绿釉，孔雀蓝釉，黄绿两色釉。其中红褐釉样品18个，黄釉样品8个，绿釉样品5个，孔雀蓝釉样品2个，黄绿釉样品1个。胎体情况：大多数样品的胎体基体中存在夹杂物，基体呈橘黄至橘红色，夹杂物以白色颗粒物为主，也有褐色、黑色颗粒物。二、实验结果与讨论21胎体的化学组成和物相组成对表一琉璃样品胎体及白色、红
4、色粘土进行了元素分析和物相分析。元素分析方法见WDXRF对古代建筑琉璃构件胎体主次量元素定量分析方法研究，红色粘土的元素组成利用WDXRF的JO法，使用压片法制样，未测烧失量；物相分析使用理学Dmax-2550PC型x射线衍射仪，工作条件为：管压40kV，管流150mA，扫描角度范围390度，扫描速度8度min，DS=SS=I度。RS=03m，制样用铝样品槽，背压法。元素分析结果见表二。从对表二的分析可以看出，黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体属于我国陶瓷史上比较少见的M一A|203-Si02三元系统。MgO含量1525，Al03含量1317，Si02含量50一56，三种元素之合占总体的86一90。另
5、外，胎体中的Fe20s含量较高，胎体颜色偏红应与此有关。李文杰等0总结了我国新石器时代至汉代制陶所用的粘土，其中的高镁质易熔粘土MgO含量在18662936，AI：0，含量在541584,Si02含量在54856806，具有此类化学组成特征的器物有湖北枝城北遗址城背溪文化的白陶、关庙山遗址大溪文化的白陶、广东后沙湾遗址新石器时代文化的白陶、内蒙古敖汉旗夏家店上层文化的陶串珠。李家治对新石器时代中、晚期白陶的化学组成进行总结时也发现MgO较高、AlO，较低的类型，指出大溪文化的白陶属于该类型。黄瓦窑、辽宁古建筑琉璃胎体与上述新石器时代的陶器与相比，Si02含量较低，ALO含量较高，助熔成分中K2
6、0含量较高。黄瓦窑样品及辽宁古建筑琉璃胎体的x射线衍射物相结果见表三。所有琉璃样品都含石英、微斜长石、镁橄榄石和顽火辉石。其中，镁橄榄石和顽火辉石为特征矿物，化学式分别为Mg,：Si04、MgSi03，与胎体含镁量较高的化学组成相符。部分样品中存在白云母、钠长石、尖晶石，少量样品中存在滑石。刘敦桢先生在琉璃窑轶闻中提到了黄瓦窑烧琉璃所用的原料情况：“用料以白马牙石与坩子土、赭石为大宗，皆产海城。又坩子土及白泥土出沈阳城东二十里王家沟，但白土仍须向海城取之。”白马牙石和赭石可能为配制釉的原料，坩子土和白土可能为制胎原料。白色粘土LY-0014的元素分析和物相分析结果表明：样品的MgO和烧失量都很
7、高，分别为3316和2438，扣除烧失量后其主要元素组成为：4397Mg，1112A1203，4123Si02，lK20，149F03。与琉璃样品的胎体相比，LY-0014的MgO含量较高，A120，、Si02、Fe203含量较低；其物相结果為菱镁矿、斜绿泥石、滑石、石英、白云母、白云石。红色粘土中元素含量在1以上的成分为：099Na20，512Mg0，1844Alz03，6458Si02，256K20，105CaO，571Fe203。与白色粘土相比，Si02、Ab03含量较高，M含量较低，并含有一定量Na20，K20，CaO助熔成分，含有较高Fe203的粘土。这一成分特征恰好可以弥补白色粘土
8、与胎体相比“缺失”的部分。从红色粘土含有长石的物相特征来看，也满足胎体的原料要求。结合琉璃样品胎体的物相分析结果来看，胎体中镁橄榄石和顽火辉石可能为斜绿泥石受热的产物。“加热到700T：后，斜绿泥石脱去层间片中羟基当加热到1000C时，出现镁橄榄石和顽火辉石的特征峰，峰形清晰，以前者为主。继续加热到1200，仍为上述两种矿物，但顽火辉石的衍射强度大大提高。”顽火辉石也可能是滑石的受热产物。滑石脱羟后形成顽火辉石和非晶质二氧化硅。根据元素、物相分析结果可初步判断，白色粘土和红色粘土经过一定比例地配制可作为黄瓦窑制作琉璃胎体的原料。白色粘土是胎体中Mgo的主要来源，红色粘土的Si02、Alo、Fe
9、20，含量较高，含有一定量Na2O、KO、CaO助熔成分，物相组成中含有微斜长石、钠长石。22烧制工艺及高温实验采用周仁、李家治先生的实验方法，用德国耐驰公司的DIL-402C型热膨胀分析仪，在空气气氛中以5分的升温速率测量坯体的热膨胀分析曲线，由此确定样品的烧成温度。利用电钻对釉层进行取样，利用北京电影机械研究所生产的高温物性测试仪对釉的软化点、半球点、流动点进行观测，半球点到流动点的温度范围即为釉的熔融温度范围，见表四。表中17个样品中测量了15个样品胎体的烧成温度，7个样品的釉的熔融温度范围，5个样品对胎体和釉层都做了测量。从表四可以看出，黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体的烧成温度大约在970
10、1030度之间，釉的熔融温度范围在700950度之间。应为先进行素烧，随后施釉进行釉烧。结合鞍山市博物馆对黄瓦窑的抢救发掘过程中发现素烧窑的事实，黄瓦窑的琉璃烧造为二次烧成。鉴于黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体的烧成温度较低(大多低于1000度)，对Mgo含量相差近5的两个建筑琉璃样品WLLE-0049和WLLQ-0061进行了高温实验。把两个样品分别切取两个样块，用高温电炉加热至1050度、1100度保温1小时。对加热后的样品进行了x射线衍射分析。结果发现：在温度升高过程中，石英和微斜长石的含量下降，顽火辉石的量增加，尖晶石含量增加或大量出现。两个样品随温度升高不同的变化为：WL-LQ-0061在
11、加热到1050度后，云母消失(WLLM-0049样品中不含云母，见表三)；WLLM-0049中镁橄榄石的量变化不明显，WLLQ-0061的镁橄榄石量降低。它们随温度升高表现出略有差异的变化，应与两者MgO和Si02的相对比例不同以及K20、CaO、等助熔成分的含量不同有关。胎体烧成温度在1000度以下的样品，如WLLM-0014,WLLM-0033WLLM一0038，WIJIJM_0039，WLLM0046，WLLM0047。WLLM-0048,WLLE-0053，WLLQ-0061都存在云母，而沒有尖晶石；1000C以上样品，如WLLM-0008，WLLM-0045,WLLM-0049不存在
12、云母,WLLM-O008,WLLM-0045中有尖晶石。云母和尖晶石在不同烧成温度胎体内的存留情况与上述高温实验结果是相符的。23胎釉的物理性能利用x荧光能谱仪对黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃的红褐釉和黄釉的元素组成进行半定量分析，结果见表五；利用表五的结果，根据干福熹法计算釉的热膨胀系数。黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃釉的热膨胀系数在5710-6：C之间，胎体的热膨胀系数在8一1010-6度之间。釉层的热膨胀系数与故宫清代琉璃釉层接近，胎体的热膨胀系数明显高于故宫的胎体。从胎釉的热膨胀匹配关系来看。黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体比釉层的热膨胀系数高2310-6，釉层承受胎体的压应力。肉眼观察，釉面裂纹不同于故宫
13、清代琉璃样品。参照国家标准GB 2413-81和GBT38103-2006，对黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体的吸水率进行了分析，分析结果见表七。从表中可以看出，胎体的吸水率较高，平均值约为16。三、结论1黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体属于我国陶瓷史上比较少见的MgO-A1203-Si02三元体系。胎体中Mgo含量1525，A1203含量1317，Si02含量5056，三种元素之合占总体的86。90。胎体中的Fe203含量较高，胎体颜色偏红应与此有关。所有样品中都含石英、微斜长石、镁橄榄石和顽火辉石。其中，镁橄榄石和顽火辉石为特征矿物，化学式分别为Mg2SiO、MgSi03，与胎体含镁量较高的化学组成相
14、符。部分样品中存在白云母、钠长石、尖晶石，少量样品中存在滑石。2根据元素、物相分析结果可初步判断，白色粘土和红色粘土经过一定比例地配制可作为黄瓦窑制作琉璃胎体的原料。白色粘土是胎体中MsO的主要来源，红色粘土的Si02、A120，、103含量较高，含有一定量Na20、KO、CaO助熔成分，物相组成中含有微斜长石、钠长石。白色粘土和红色粘土中均含有滑石、菱镁矿，反映出海城当地的地质矿产特征。3黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体的烧成温度在9701030度之间。胎体的吸水率较高，平均值约为16。釉的熔融温度范围在700950度之间，为低温铅釉、二次烧成的产品。4黄瓦窑及辽宁古建筑琉璃胎体比釉层的热膨胀系数高2310-6度，釉层承受胎体的压应力，釉面的裂纹特征不同于故宫清代的琉璃样品。 -全文完-
