摘   要：常说水火不相容，可是在陶瓷制作中却离不开水与火。并且还需要很好的掌握水和火在陶瓷制作中的应用，使水容于火，火作用于水。这是陶瓷制作的关键所在。
    关键词：自由水、吸附水、结合水、温度制度、气氛制度、压力制度。

 

    一、水的特性
    水是由氢、氧两种元素组成的无机物。无色、无臭、无味、通常是以，固态、液态、气态存在。但是水却不只有三种状态，还有超临界流体、超固体、超流体、费米子凝聚态、等离子态、等等。
    水的密度：温度显示为0℃时0.99987，温度显示为4℃时最大，为1.000，所以，水结冰时密度减小，体积增大。因此，冰可以浮在水面上。冰点在零度，沸点在100℃。一切固态和液态物质中，水的比热容最大。水能溶解许多物质，是最重要的溶剂。水能与纳、钙等活泼金属反应，放出氢气，也能与氟、氯、溴等活泼非金属反应。一般，水与金属氧化物化合，可生成碱，与非金属氧化物化合，可生成酸，还可与许多物质结合，生成水合物。自然界中，广泛分布着，气态、液态和固态的水。例如，空气中含有的水蒸气，江河湖泊和海洋中充满水，寒冷地区覆盖的冰。土壤和岩石层中也含有大量的水。同时，水也是动、植物机体中不可缺少的重要组成部分，还是常用的饮料和溶剂。
    大多数工业生产都离不开水，陶瓷工业也要使用大量的水。例如，一般塑性坯料中，含水量约为19%一25%，但具体的含水量，随产品和成型方法不同而有所不同，大型器皿，手工成型用的坯料，含水量为23%一25%，一般器皿，旋压成型用的坯料，含水量为21%一23%，而一般器皿，滚压成型用的坯料用水量为19%一22%，注浆成型用的坯料含水量较高约为30%一35%，压制成型用的粉料中，含水量为8%一15%（半干压料）和3%一7%（干压料）。
    二、水在陶瓷坯体中可分为三种形态。 
    1、自由水又称机械结合水，它分布于坯料颗粒之间的空隙中，靠内聚力与坯料之间松弛的状态结合着。这种水分含量多，易于排出，并在排出的过程中，由于坯料相互靠拢而使坯体收缩，通常坯体收缩的体积约等于所排出的自由水的体积，因此自由水也叫收缩水。
    2、吸附水、吸附水是通过坯料的分子引力和质点间毛细结构形成的毛细管力，存在于物料颗粒表面或微毛细管中的水分。这种水分的吸附量主要取决于坯料的性质，尤其是粘土原料的种类和用量。坯料越细，粘土原料用量越多和粘土的分散度越大，则吸附水量越多。对于确定好了的坯体，吸附水还会随着周围环境的温度和相对湿度的变化而变化。环境温度越低，相对湿度越大，其吸附的水量就越多。
当坯体中吸附的水量与外界的温度和相对湿度达到平衡时，这时的水分也称平衡水。
    3、结合水、也称化学结合水是指参与组成矿物质的水分，包括结构水和结晶水，这种水的结合形式最牢固，排出时需要较大的能量，一般在400度至700度之间才能排出，有的甚至须要更高温度才能排出。
    干燥过程所排出的水分主要是自由水，干燥的目的是使湿坯达到所要求的干燥程度，而这一称度是由坯体的最终含水量（残余水）来表征。在确定最终含水量的参数时，一定要考虑环境条件不应使之低于平衡水，否则，会导致坯体从大气中吸湿，造成‘反潮’现象。
    以上三种类形的水分在陶瓷制作和烧制过程中须全面细致的考量，才能防止或大量降低出现产品缺陷的几率。
    三、烧制过程中的三个制度、温度制度、气氛制度、压力制度。
    1、温度制度，包括在烧制过程的升温速度，最高烧成温度，保温时间和冷却速度。                            
    （1）升温速度，主要取决于坯体的组成，含水量、坯体形状和坯体的厚度，窑炉结构、装窑方式以及装窑密度。
    在预热阶段（入窑温度一300℃）主要是坯体加热和残余水分的排除，因此升温速度与坯体中黏土含量、入窑含水量，坯体形状，坯体厚度，窑内温度差，装窑密度等因素有关。坯体含水量控制在2%以下时，该残余水分排出时坯体发生很小的收缩，因此可快速升温，而不使制品开裂。若入窑坯体含水量较高则不宜升温过快，否则，坯体中水分急剧蒸发而发生‘炸裂’，尤其对于坯体厚，形状复杂的坯体更为严重。另外，还要考虑坯料的组成，当坯体中可塑性粘土含量高时，坯体较致密，水分蒸发排除困难，因此升温速度也要慢一些。
    在氧化分解阶段（300℃—950℃）主要根据窑内温差，坯料组成及细度、坯体厚度及坯体大小，装窑密度，窑内气体的流速等因素来确定。此阶段主要是氧化分解反应，有大量气体产生排除，主要考虑上述各因素对氧化分解反应速率和气体排除的影响，若上述各因素导致氧化分解反应速率不均匀或较慢，气体排除阻力较大则升温速度不要过快，否则会造成反应不完全。
    结构水及分解气体的排除，引起的坯体的体积变化很小，在确定升温速度时可以不予考虑。
    在570度左右，石英发生晶型转化，体积膨胀。因此对于石英含量较多的坯体，在此阶段要适当减小升温速度，否则由于制品各部升温不均匀可能造成缺陷。
    但如果窑内横截面上的温差较小，使整个制品都能均匀膨胀，即使升温速度适当快些也是比较安全的。 在高温阶段（950度—烧成）由于液相增加，气孔率减小，坯体产生较大收缩，因此升温速度要慢一些，在接近烧成时，升温速度更加要慢。力求减少制品不同部位，同一部位的表层与内部的温差。以防止产生不均匀的收缩，而导致制品变形或开裂。此阶段的升温速度主要取决于窑炉内横截面上的温差，坯体厚度及坯体体积收缩变化的程度等。
    一般的窑炉的横截面积越大，装窑密度越大，窑炉内横截面上的温差越大，则升温速度应慢一些，否则会引起高温反应不均匀性，产生应力而使制品开裂或变形；坯体在此阶段体积收缩率越大，则升温速度应慢一些，若窑内横截面上的温差比较小，能保证坯体受热均匀，则升温较快也不会引起应力而使制品开裂或变形。
    （2）最高烧成制度的确定取决于坯、釉料的配方组成。坯料细度和对成品的吸水率、烧成收缩、抗折强度等性能指标的要求。从物理化学角度考虑，最高烧成的温度决定于液相与结晶相之比，以及温度升高时液相粘度的变化。一般希望有一定的液相量和适当的液相粘度，它既可以使坯体在不发生明显变形的前提下致密，又可以获得所需要的结晶相，另外最高烧成温度还与烧成周期有关，对于同一款产品，烧成周期较长，最高烧成温度则应低一些。反之，烧成周期较短，最高烧成温度则应该高一些。
    （3）保温时间，高温保温的主要作用是.拉平制品不同部位，同一部位的表层与内部的温差。保证制品内部的物理化学反应进行得更完善。组织结构趋于均一，同时也拉平窑内各部位的温差，使窑内不同部位的制品，处于相同的受热条件，从而具备有基本相同的成品理化性能，保温时间的长短，应依据制品的种类，窑炉的种类及结构，装窑密度等具体情况而定。
    在实际生产中，适当降低烧成温度，延长保温时间。有利于提高产品质量，降低烧成损失率。尤其对烧成范围窄的坯料，坯体壁厚及装窑密度大的情况，采用较低的烧成温度，适当延长保温时间效果更明显。但保温时间也不宜过长，否则会使晶粒溶解，不利于坯体中形成坚强的骨架。会导致力学性能的降低，对于精陶制品，若保温时间过长，由于坯体中方石英晶相的减少，会导致膨胀细数变小而容易引起釉裂。
    （4）冷却速率、制品在冷却过程中由于各阶段坯体所处的状态不同。发生的物理化学变化不同，因此冷却速率也是不一样的。
    在最高温——800度段属于急冷阶段，此阶段由于有较多的液相，因此坯体处于塑性状态中，可以急冷而不开裂。急冷既可以防止液相析晶，晶体长大及低价铁的氧化，又可以提高制品的机械强度，白度及釉面光泽度。在能保证窑炉截面温度的均匀性和制品能承受的急冷应力的前提下，急冷的降温速度应尽可能的快。
    800度——400度为缓冷阶段，液相凝固后，由于玻璃相的膨胀系数较大，以及残余石英和新生成的方石英的晶型转化均会引起体积变化，如果窑内温度不均匀，冷却速度控制不当，有可能使制品内部产生应力，必将引起制品的开裂，因此要适当缓慢冷却，以防止制品出现开裂的缺陷。
    400度以下，对于瓷器热应力变小，可采用快速冷却，降温速度可达每小时100度以上；对于含大量方石英类原料的陶瓷，在300度——170度范围内，由于方石英晶型的转化，体积会有较大收缩，因此还需要缓慢冷却。
    从上述各阶段的分析中可以看出，只要窑炉内的温度均匀各阶段都可以适当降温快些。
    2、气氛制度，烧成气氛是指窑内燃烧产物所具有的氧化还原性。它是由燃烧产物中的氧气和二氧化碳的含量来决定。
    当燃烧产物中含有一定量的氧气，而不含或者有微量的二氧化碳时，它具有氧化性，因此称为氧化性气氛又称氧化焰当燃烧产物中含有一定量的二氧化碳，而不含或者含有微量的氧气时，它具有还原性，因而称为还原性气氛，又称还原焰。当燃烧产物中既没有过剩的氧气，也没有二氧化碳时，它既无氧化性，又无还原性，因此称为中性气氛，又称中性焰，理论上中性焰时，燃料的燃烧热值最高，但生产中很难控制。
    （1）烧成气氛对制品性能的影响，首先，窑内气氛对瓷坯呈色和釉面质量的影响。陶瓷坯、釉料中或多或少都含有一定量的铁、钛等着色氧化物杂质，窑内气氛将决定着铁、钛在坯、釉中的存在状态。采用氧化焰烧成时，铁主要以一氧化铁的形式存在于坯、釉中，一氧化铁在含碱量较低的瓷器玻璃相中溶解度很低，析出胶态的一氧化铁使瓷坯显黄色；采用还原焰烧成时，铁主要以氧化亚铁的形式存在于坯釉中，氧化亚铁在较低温度下与二氧化硅结合成淡青色易熔的亚铁硅酸盐，促进坯体在较低温度下烧结，使瓷坯呈白里泛青的玉色，同时由于液相增加和坯内气孔率的降低也相应提高了瓷的透光性。对于含钛较高的坯料应避免用还原焰烧成，否则部分二氧化钛会生化成呈蓝紫色的三氧化二钛，还有可能形成黑色的氧化亚铁固件，三氧化二钛晶体尖晶石和一系列铁钛混合晶体，从而使呈色加深。
    在一定的温度下，还原性气氛可以使二氧化硅，还原为气钛的氧化硅原子，在较低的温度下氧化硅原子将发生分解反应；硅分子和氧化硅分子生成二氧化硅原子。因而会在制品表面出现黑色的硅斑点。在还原气氛中，二氧化碳在一定的温度下，也将发生以下反应；碳分子和二氧化碳分子生成两个一氧化碳原子，二氧化碳的分解在800度以上时才比较明显，而低于800度时需要有碳和氧化铁做催化剂才能进行。因此，在还原气氛中，很可能因二氧化碳分解出的碳沉积在坯、釉上面形成黑斑，并且随着温度的继续升高，若沉积碳再次被氧化成二氧化碳分子，就会形成坯泡、釉泡或针孔等缺陷，对于吸附能力强的坯体更为严重。
    窑内气氛对釉熔体的表面张力也有一定的影响。在还原气氛下釉熔体的表面张力约比在氧化下大20%，在还原气氛下釉熔体表面发生收缩，其下面的新熔体就会浮向上表面。因此，采用还原焰烧成时容易消除釉中气泡；色釉尤其是熔块釉在烧成时候，采用还原焰可以使着色均匀。
    其次窑内气氛对坯体烧结及收缩的影响。根据我国学者的研究，瓷石质瓷坯和长石质瓷坯在还原气氛中烧成的烧结温度比在氧化气氛中烧成时要低，瓷坯中的铁主要以氧化亚铁的形式存在，氧化亚铁与二氧化碳分子结合成低熔点的亚铁硅酸盐，并降低其黏度，增加其表面张力，从而使坯体在较低温度下烧结。
    瓷石质瓷坯在还原气氛中的最大烧成线收缩比其在氧化气氛中的要大；但长石质瓷坯在还原气氛中的最大线收缩却比在氧化气氛中的小，并且含有膨润土的长石质瓷坯在还原气氛中的最大线收缩最小。瓷石质瓷坯和长石质瓷坯的过烧实验表明，瓷石质瓷坯与未加膨润土的长石质瓷坯，在还原气氛中过烧40度所产生的膨胀比在氧化气氛中要小；加膨润土的长石质瓷坯，则在还原气氛中过烧40度所产生的膨胀比在氧化气氛中要大，并且随着膨润土加入量的增加而增大。
    因此，对于含铁量较多和吸附性较小的坯体，一般采用还原气氛烧成；而对于含铁较少、含钛量和有机物较多、吸附性较强的坯体，一般采用氧化气氛烧成。一般的，南方瓷器原料多用原生高岭土和瓷石，含铁量较多，有机物含量较少，坯体黏性和吸附能力较小，因此适宜用还原焰烧成；北方瓷器原料多采用二次高岭土，含铁量较少含有机物较多，坯体黏性和吸附能力较强，因此适宜用氧化焰烧成。
    （2）还原气氛烧成时转换温度的确定；采用还原气氛烧成时，在预热阶段和氧化分解阶段均为氧化气氛，而在高温阶段由强氧化气氛转化为还原气氛，因而高温阶段又分为强氧化保温期、强还原期和弱还原期，三个阶段。因为采用还原气氛烧成的瓷器，在还原气氛开始前需要有一个中火保温的强氧化阶段，以便使坯内未完成的氧化分解反应在还原气氛以前全部完成。这三个期之间的两个转化温度及还原气氛中二氧化碳浓度的确定是还原气氛烧成的关键。
    在高温阶段，由强氧化保温期转换为强还原期的温度称为气氛转化温度，它主要取决于坯、釉料的化学物质组成，若气氛 转化温度过低，则还原气氛过早坯、釉料中的氧化反应不能全部完成，使得部分碳素残留在坯、釉中，易形成‘黑心’或起泡，烟熏等缺陷；若气氛转化温度过高，则还原气氛后移，此时坯体烧结，釉层封闭，还原介质扩散进入坯体中的阻力增大，不能起到很好的还原作用，一氧化铁还原不足，并易造成高温沉碳，因而产生阴黄、花脸、釉泡、针孔及烟熏等缺陷。因此，气氛转化温度一定要得当，一般气氛转化温度确定在釉始熔前150度左右。
    由强还原气氛转化为弱还原气氛的温度也很重要，它标志着还原已基本结束，釉料开始成熟。若此时仍然采用强还原气氛，不仅污染釉面，又浪费燃料；若很快转化为氧化气氛的话，还原后的铁原子，又会被氧化为铁原子，使制品发黄；采用中性气氛应该是最理想的，但是，中性气氛在实际操作中很难控制。
    因此强还原气氛过后应维持一段弱还原气氛，直至釉层完全成熟，铁原子固定，一般的，强还原气氛必须在釉熔后10～20度结束，即为由强还原气氛转化为弱还原气氛的转化温度。
    3、压力制度。
    全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和压力制度的突现。窑内压力应根据窑炉结构，燃料种类，制品特性，烧成气氛和装窑密度等因素来决定。
    为了保证合理的压力制度，要根据，窑炉的具体情况，季节的变化，以及产量的变化等等因素。通过调整总烟道，闸板，排烟孔等，来控制好氧化气幕，急冷气幕以及，风量，风压等，以达到一个合理的压力制度。

    结束语：
    综合以上水的要素，烧成制度的要素等，可以看出，它们之间相互影响，相互作用，相互的转换着，需要有提前制定细致的操作预案，操作过程中仔细的观察以明白各个部分的转换时机，才能很好的把握和利用好水和火在陶瓷制作中的应用。