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中國古代化學工藝——陶瓷
茶香飄萬里
>《化學史話》
2015.02.27
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陶瓷
優(yōu)美的陶瓷制品是中國對世界文明的一大貢獻。中國人在仰韶文化時期(約公元前5000~前3000)已經(jīng)制作和使用豐富多采的陶器。瓷器則是中國古代的重大發(fā)明之一,自東漢時起,即由絲綢之路和海路輸往世界各地,受到各國人民的贊譽和喜愛,成為中國古代燦爛文明的象征。英語中中國和瓷器兩詞通用,并不是一個名詞的偶然巧合,而是有其由來和特殊意義的。中國古代,在陶瓷制作過程中,應用和積累了不少化學知識。
原始陶器
中國最原始的陶器出現(xiàn)于新石器時代的初期,即距今一萬年以前。1962年在江西萬年縣大源仙人洞發(fā)現(xiàn)的新石器時代早期洞穴中,發(fā)掘出最原始的陶片90余塊,質(zhì)地粗糙,厚薄不勻,混雜有石英砂粒,松脆易碎,胎色以紅褐為主,火候也不均勻,器皿沒有耳、足等附件。這些都說明了它們是手工捏成,以篝火燒制的。
紅陶
大約距今6500年前,即新石器時代的中期,原始陶器發(fā)展為紅陶,基色灰紅,這是粘土經(jīng)氧化焰焙燒后,其中三氧化二鐵呈紅色所造成的。陶料已相當細膩,厚薄均勻,造型端正,質(zhì)地堅硬。這表明粘土經(jīng)過了淘洗、澄濾,大概已采用泥條盤筑法制坯;焙燒火力均勻,溫度達到了950°C以上,表明這時已經(jīng)有了豎窯或橫窯。紅陶是黃河流域仰韶文化的代表。多種紅陶上常常有彩繪裝飾,這類紅陶稱為彩陶 。其涂料是赭石粉、鐵錳礦粉和白土。
黑陶
紅陶進一步發(fā)展為黑陶。黑陶色澤黑灰或烏黑,有的坯體中含有細石英砂,所以又稱夾砂黑陶。它的呈色有的是由于表面蒙上了一層煙熏的炭層而烏黑發(fā)亮;有的則是因為在坯體粘土中有意摻和了炭化的植物莖葉和稻谷殼,這樣可防止陶坯在焙燒過程中開裂。但黑陶通體內(nèi)外呈黑灰色,更主要的還是由于陶坯中的三氧化二鐵在還原氣氛中生成了四氧化三鐵。這表明當時陶工已初步懂得了焙燒氣氛的控制和利用。個別黑陶出現(xiàn)于距今5000~7000年前的河姆渡文化遺址中,但大量出現(xiàn)于4000~5000年前,即新石器時代后期,是龍山文化的代表。有的黑陶工藝相當精巧,體型勻稱端雅,表面烏黑,壁薄而堅硬,所以又稱蛋殼陶。由于其內(nèi)壁常有圈紋,說明這時已采用原始的旋轉(zhuǎn)式陶車。
白陶
在距今4000~5000年前的龍山文化中還出現(xiàn)了白陶,但大量白陶的制作則在殷商時期。它的原料是白色粘土,主要成分是硅酸鋁,含氧化鋁可達30%左右,三氧化二鐵含量很低,約1%~2%。因此,焙燒后陶器保持潔白。由于選用的原料可塑性好,質(zhì)地堅硬,壁薄,而且常飾以印紋,較彩陶更雅致端莊。
硬陶
黑陶的進一步發(fā)展則是硬陶。它的特點是質(zhì)地細膩、堅硬,其原料陶土中所含二氧化硅較紅陶明顯要高,燒成溫度需要1100~1200°C,所以質(zhì)地堅硬不裂,有的表面甚至已達燒結(jié)的程度,呈現(xiàn)光澤。這種陶器表面也常拍印上幾何圖形的紋飾,因此常稱為印紋硬陶。由于硬陶原料中含鐵量較高,所以胎質(zhì)表里多呈紫褐色。最早的硬陶出土于江西、湖南和福建一帶的新石器時代晚期遺址中,距今4000年左右。
釉陶
在商代出現(xiàn)了釉陶。其胎骨原料與硬陶相近,但在掛陶衣的粘土漿中摻加了石灰石、方解石等堿性物質(zhì)。開始時的目的可能是為了著上白色以求美觀。這樣便使陶器表面在1000°C的高溫焙燒過程中形成一層玻璃狀物質(zhì),這就是早期的石灰釉。由于釉中含鐵,在還原性氣氛中燒成時,釉層便呈現(xiàn)出青綠的色調(diào),所以一般稱為青釉;如果在氧化氣氛中燒成,則呈黃褐色。釉陶較之硬陶不僅美觀,而且更不透水,容易清洗,適用于作貯水器、釀酒器和水管、板瓦等。
唐三彩
釉陶發(fā)展到漢代有了極大的進步。一方面是出現(xiàn)了低溫釉,即以黃丹或鉛粉代替石灰石作為陶釉中的助熔劑;一方面有意識地往釉料中加入少量含銅礦物或含鐵礦物,前者便使釉層呈深綠色,后者使釉層呈深黃色或棕黃色。這是制作釉器使用呈色劑的開始。唐三彩的出現(xiàn)是釉陶作品發(fā)展的高峰,它是一種施以多種釉色的陶器美術工藝品,以白色粘土為胎,彩繪釉色以白、綠、黃三色為基色,間有藍、紫、棕褐、黑各色。唐三彩使用低溫鉛釉,采用二次燒成工藝,釉層約是在800°C的溫度下燒成。綠釉仍用氧化銅類礦物(孔雀石、白青、曾青)著色;黃色和棕褐色釉用赭石著色;藍色釉用含鈷氧化錳礦石著色;黑色釉用鐵錳礦石著色;白色釉是以無色透明釉覆蓋在化妝白土上而成。
紫砂陶
宋代以后,宜興(今屬江蘇省)的紫砂無釉細陶制品有如異軍突起,尤其是紫砂茶具,譽滿中外,明代達到極盛時期。由于紫砂陶器往往將中國傳統(tǒng)的繪畫、書法、詩詞、篆刻、雕塑諸般藝術薈萃于一體,為歷代文人所贊賞。紫砂陶的原料是宜興所產(chǎn)的紫砂泥,是一種天然的五色陶土,深藏于巖石層下,具有很強的可塑性,屬高嶺土-石英-云母類型。因含三氧化二鐵量特別高(7%~8%),所以燒成后呈棕紫色。燒成溫度在1100~1200°C,采用氧化氣氛。燒成后的成品吸水率小于2%,說明它的氣孔率介于一般陶器與瓷器之間。
原始瓷
中國瓷器是在燒制硬陶、白陶和石灰釉陶的經(jīng)驗基礎上發(fā)展起來的。早在殷周時期,在釉陶出現(xiàn)后不久就出現(xiàn)了青釉器,原料成分接近于瓷土,胎質(zhì)灰白;燒成溫度一般高達1100°C以上,胎體基本燒結(jié),釉為高溫石灰釉,與胎體結(jié)合牢固。這種青釉器已符合瓷器的基本要求,只是胎質(zhì)的白度和燒結(jié)程度還不夠,所以現(xiàn)在稱它為原始瓷。及至春秋時期,原始瓷器質(zhì)量有了明顯提高。從出土情況看,那時江南地區(qū)是原始瓷器的主要產(chǎn)區(qū),這可能與該地區(qū)盛產(chǎn)瓷土有關。
青瓷
原始瓷發(fā)展到東漢,演變成為真正的瓷。這種早期瓷器的釉層,靠釉料中固有的三氧化二鐵自然呈色,所以多呈黃褐色。若焙燒時還原氣氛掌握得好,則釉呈青色,所以稱青瓷。三國、南北朝時期的青瓷器,胎體中酸性氧化物含量進一步增高,燒成溫度達1200°C,釉色青綠純正,說明當時已能較熟練地掌握焙燒氣氛和釉料配方 。
唐代瓷器
唐代瓷器以南方越窯的青瓷和北方邢窯、鞏窯及四川大邑窯的白瓷為代表。中、晚唐時,越窯青瓷有了明顯提高,原料加工和胎體制作都已相當精細,瓷土經(jīng)過仔細粉碎和淘洗,坯泥在成型前經(jīng)過反復揉練,所以瓷胎細膩質(zhì)密,不見分層現(xiàn)象,氣孔也少。釉料處理和施釉技術也有很大進步,釉層均勻、晶瑩潤澤,開裂成紋和剝釉現(xiàn)象大為減少,青色純正,滋潤而不透明。唐代白瓷釉含鐵量已極少,潔白似玉。長沙還出現(xiàn)了以鐵、銅為呈色劑的黃褐色和綠色釉下彩所裝飾的新品種,安徽、山東、河南等地則出現(xiàn)了以鐵、錳為呈色劑的黑釉瓷器。
五代瓷器
五代時江西浮梁縣昌南鎮(zhèn)(即今景德鎮(zhèn))的瓷窯建立,以其附近高嶺村的優(yōu)異瓷土為原料,燒制出的白瓷器,釉色純正,含三氧化二鐵少于1%,胎質(zhì)含二氧化硅量接近80%,燒成溫度高達1200°C,所以質(zhì)地堅硬,透明度高,被譽為“假玉”。
宋代瓷器
宋代的名瓷、名窯呈現(xiàn)了百花齊放的局面。除固有的白瓷有了更大進步以外,河南鈞窯瓷、浙江南宋修內(nèi)司官窯的“開片瓷”及龍泉窯的青瓷則更具特色。鈞瓷是一種天藍或天青色乳濁釉瓷,而藍釉中帶紅,有如晴空中出現(xiàn)晚霞。這種紫紅色釉是以銅為著色劑,在高溫還原氣氛中燒成的。“開片瓷”則是有意地利用胎質(zhì)與釉質(zhì)的膨脹系數(shù)相差過于懸殊的特點而使在開窯的片刻釉面出現(xiàn)很多裂紋,再填以炭末,于是變病為美,別有風味。龍泉窯的青瓷有梅子青和粉青之分,顏色碧青、柔和淡雅,有如翠玉,達到了青瓷的高峰,說明配料、燒成溫度和氣氛的掌握已達到了完全純熟的階段。在釉下彩繪方面,磁州窯白釉的釉下黑彩、醬彩可作為代表。它是以四氧化三鐵呈色的。
元代瓷器
元代瓷器的重大發(fā)展,主要反映在高溫釉下彩繪上,出現(xiàn)了以鈷土為呈色劑的青花瓷和以銅為呈色劑的釉里紅瓷兩個新品種,豐富了中國彩瓷的釉色。
明代瓷器
青花瓷在明代達到了成熟階段,曾大量輸出國外;而明代瓷器中更具特色的是上下釉彩爭妍斗艷的斗彩瓷和單純釉上彩繪的五彩瓷。這兩種彩瓷的發(fā)明使以往占統(tǒng)治地位的單色釉和單色彩繪逐漸退居次要地位。這時出現(xiàn)的釉上彩繪的顏色釉料是以 PbO-SiO2-K2O(黃丹-石英-硝石)為基體的低溫釉料,其著色元素雖僅為銅、鐵、鈷、錳等幾種,但選用不同的原料和配比,卻做出了鮮紅、鵝黃、杏黃、水綠、葉綠、孔雀藍、葡萄紫等絢麗的彩色,使彩瓷達到了極其華麗的地步。明代單色釉也有重大創(chuàng)新,最珍貴的是永樂、宣德年間(1403~1435)出現(xiàn)的“寶石紅”、“霽紅”等名稱的銅紅釉瓷。它采用一種高溫石灰釉,以銅為著色劑,在強還原性氣氛中燒成。紅色是膠態(tài)單質(zhì)銅的呈色作用產(chǎn)生的。其焙燒條件極為嚴格,可謂中國古瓷中的一項絕技。明代還有以鐵著色的純黃釉瓷和以銅為著色劑的孔雀綠瓷(法翠),前者采用低溫鉛釉,后者采用以牙硝代替黃丹的低溫釉。
清代瓷器
清代康熙、雍正、乾隆三朝出現(xiàn)了中國制瓷工藝史上的黃金時代。彩釉、彩繪技術在清代得到了全面的高度發(fā)展,而且更出現(xiàn)了釉料摻砒的粉彩、立體感強的琺瑯彩、釉下三彩、墨彩、烏金釉等新品種,同時也從國外引進了很多新技術,例如金彩、以膠態(tài)金呈色的胭脂紅釉彩和以氧化銻呈色的黃彩。
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