2010年第8期化学教育
生活中的
化
学
陶瓷的美和化学’
孙叶王伟群”王妍
(苏州大学材料与化学化工学部江苏苏州215123)
摘要陶瓷是艺术品，陶瓷美的形成与化学有着密切的关系。胎体原料不同、釉料配比不
同、温度控制不同和材料工艺的改进，造就了陶瓷的形态美、品质美、色彩美和性能美。随着时
间的不断流逝和历史的沉积更是使陶瓷蕴含了丰富的文化美。
关键词陶瓷的美胎体原料釉料配比现代陶瓷
法国雕塑家罗丹曾经说过：“美是到处都有的，
对于我们的眼睛，不是缺少美，而是缺少发现。”
陶瓷与人类的生活息息相关，生活中处处都有它的
影子。陶瓷不仅是实用品而且是艺术品，在陶瓷艺
术品中散发着美学情趣，在陶瓷工艺中散发着艺术
的想象性和创造性。陶瓷以它无可替代的风姿和品
格在美学园地里迸发出引人注目的光辉，沟通着生
活与美之间的联系。
人们每每谈到美学和美感，想到的总是文学、
音乐、美术和舞蹈，好像自然科学与美学是风马牛
不相及的2个领域，但是事实并非如此。“从根本
上来说，美学是一门理性和科学的学科。”“艺术作
品在某些方面是一种物理和化学现象；在某些方面
是一种社会和经济现象；而在其他方面又是一种心
理现象。，，[1]美的形成与自然科学是密切相关的，本
文即将揭示形成陶瓷美的化学原因，探究陶瓷美的
化学内涵。
1胎体原料不同。造就形态美
从化学的角度看，陶瓷是用陶土或瓷土2种不
同性质的黏土为原料，经过配料、成型、干燥、焙
烧等工艺流程制成的器物。以瓷土为例，随着温度
的变化，原料在烧造过程中会发生一系列的化学变
化，使得陶瓷胎体的结构发生变化，造成陶瓷的形
态美。其中的化学变化可以由下面的化学反应方程
式来表示：
A1203·2SiOz·2H20——A1203-2SiOz+2H202A1203·2SiOz一2A1203·3Si02+Si02
3(2A1203·3Si02)一2(3A1203·2Si02)+
5SiOz
原料的配比不同，会使成型陶瓷胎体的内部结
构不同，造成性能和品质不同，从而产生不同的形
态美。陶瓷原料的结构发生变化最终形成了作为陶
瓷胎体内部骨架的莫来石(3A1203·2Si02)结
构，有的发育较差，成鳞片状莫来石；有的发育较
好、排列整齐，成人字形莫来石。莫来石结构是陶
瓷具有一定硬度的原因。
陶瓷结构中晶相和玻璃相的生成需要不同的材
料，如高岭土或黏土能生成莫来石晶相；石英原料
能生成石英晶相；氧化铝或高铝原料能生成刚玉晶
相；长石、滑石和钙镁的碳酸盐等熔剂原料能生成
玻璃相。不同的配料比会对生成的晶相及其含量有
很大影响，构成陶瓷的主晶相及其含量不同对陶瓷
材料的强度有明显的影响。如以氧化铝或高铝原料
制成的陶瓷，经高温烧结后主晶相都是刚玉相，能
表现出很高的强度。
原料的纯度不同也会造就陶瓷不同的形态美。
陶器的胎料一般是普通的黏土，含铁量在3％以
上；瓷器的胎料主要是瓷土(高岭土)，含铁量一
般在3％以下。瓷器中含铁量越高颜色就越深，由
绿逐渐到黑，反之，颜色就越白。当胎料和釉料中
的含铁量在1％以下时烧成的瓷器就是白瓷。隋唐
五代时期，由于当时南、北方的瓷器原料含铁量不
同，形成了中国瓷器史上“南青北白，，[2]的局面：
唐人陆羽在《茶经》中写道：“邢瓷类银，越瓷类
玉……若邢瓷类雪，则越瓷类冰……”，形象的说
明了由原料纯度不同引起的陶瓷形态美的不同。
陶瓷胎体原料的选材不同也能造成陶瓷不同的
形态美。景泰蓝就是因胎体原料的变化形成了不同
于一般陶瓷的品质。景泰蓝制胎的材料有金、铜2
种，作为一种工艺美术品，它的制作既运用了青铜
和瓷器工艺，又溶入了传统手工绘画和雕刻技艺，
一般会在铜胎表面上以各色珐琅质涂成花纹，花纹
的四周嵌以铜丝或金银丝，成品堪称中国传统工艺
的集大成者。因此，与一般陶瓷相比，景泰蓝不仅
更圆润坚实，也更加典雅雄浑、富丽堂皇。
2釉料配比不同．造就色彩美
当我们看一件陶瓷器皿时，除注意造型，其表
面美丽的釉色总是特别引人注目，它是陶瓷艺术美
的重要因素。
釉是利用天然矿物原料及某些化工原料按比例
配合，在高温作用下熔融而覆盖在坯体表面的富有
光泽的玻璃质层。釉层形成的化学反应类似于玻璃
的形成，而釉色主要取决于釉中所用的呈色剂——
金属氧化物。
瓷釉按釉中的呈色剂来分，常见的有铁红釉、
钴蓝釉、铜红釉等，它们分别以铁、钴、铜等元素
作呈色剂。此外，锰是紫色的呈色剂、钒是黄色的
呈色剂、砷是粉彩的主要呈色剂。可以看出，其中
大部分元素都属于过渡元素，这是因为原子d轨道
的分裂导致多数过渡元素具有颜色；多数过渡元素
具有可变的价态，同一元素可形成不同颜色；金属
离子配体不同，配位数不同，也呈现不同的颜色。
苏州大学2009年度教学改革立项研究项目“专业化背景下师范生教学实践能力培养模式的研究”的阶段性成果
通讯联系人，E-mail：wangweiqun(园suda．edu．cn
万方数据
化学教育2010年第8期
如钴、镍、铜、铁、锰、铬等金属氧化物的金属离
子。釉料的呈色离子因熔剂组成不同，以不同化合
价处于玻璃相的熔剂之中。在硅酸盐中，金属离子
与周围的氧离子构成多面体，如四面体、正八面
体，配位数不同，呈色也不同。如Cr3+六配位化
合物呈现绿色，Cr6+的四配位化合物呈现黄色；
Fe3+四配位化合物呈现浓褐色，六配位化合物呈
现淡黄色和赤色；Fe2+六配位化合物呈现青绿色。
釉料的含量不同，也会造就不同的色彩美。以
青釉为例，其主要呈色剂是铁。Fe203在1100℃、
还原气氛中被还原成氧化亚铁，同时与坯体中的二
氧化硅等生成浅色的低熔点Fe2+六配位化合物硅
酸亚铁，呈淡青色。但青色却各不相同，有“粉
青”、“绿豆色”、“生菜色”、“梅子青”、“天青”
等。研究表明这与青釉中Fe2+、Fe3+的浓度及比
例有密切关系。Fe2+浓度大，颜色偏墨绿，Fe2+
浓度小，颜色偏浅绿，Fe2+／Fe3+比值高，釉色偏
蓝；Fd+／Fd+比值低，釉色偏黄绿。另外，颜色
的深浅还与釉层的厚度、Si02／Alz03比、CaO／
K。O比、烧成温度、烧成气氛、烧成时间及釉的
熔融状态等有关，种种化学因素的变化形成了越窑
青瓷具有“千峰翠色”的美谈。
3温度控制不同。造就品质美
在陶瓷的烧制过程中，火候的掌握至关重要。
烧窑时由于温度的上升速度、火焰的性质以及冷却
方法等不同，同样的原料在同一温度下烧制，也会
出现各种不同品质的陶瓷。
在没有测量温度仪器的古代，陶瓷烧制温度的
控制可以说是一项重要的技艺。有经验的窑工会依
照火焰的颜色、黏土在火焰中的表象去分辨、判断
温度。明代著名的《天工开物》中有对烧砖火候控
制的约略描述：凡砖成坯之后，装入窑中，所装百
钧则火力一昼夜……凡火候少一两，则锈色不光。
少三两，则名“嫩火火砖”，“本色杂现，他日经霜
冒雪，则立成解散，仍还土质。火候多一两，则砖
面有裂纹。多三两，则砖形缩小拆裂，屈曲不伸，
……”。烧瓷也是如此：低温烧结的长石质瓷结构
中的莫来石为鳞片状莫来石，且数量不多，因而强
度不高；高温烧结的强化长石质瓷主晶相是互相交
织成鸟巢状的针状莫来石和高强度的刚玉相，瓷坯
的强度得到了较大幅度的提高。
温度的控制对釉色影响更大。不仅不同的釉料
在不同温度和烧成气氛下烧成的釉色不同，相同的
釉料在不同温度和气氛下，也会呈现不同的颜色。
如铁元素的釉料：氧化铁引入的形态通常是红色的
三价氧化铁，在氧化气氛下、1230～1270℃以上，
Fe。O。是稳定的，如果温度继续升高，在1250～
13700C时FezO。分解生成Fe。04和FeO，呈现黑
色或者黄色；在还原气氛下，1lOO℃时氧化铁被还
原生成氧化亚铁，同时与坯体中的二氧化硅等生成
浅色的低熔点的硅酸亚铁，呈淡青色的色调。烧制
温度和时间不同，含有原子状态色料的玻璃釉质会
呈现出不同的颜色。这是造成宋代五大名窑之一的
钧窑出现“窑变”瓷器珍品的主要原因。通常含有
原子状态色料的玻璃釉质是无色的，欲使其着色，
必须使溶入的色料结晶出来，将玻璃釉质经过第二
次热处理(加彩)。着色的深度决定于热处理的温
度和时间。以铜为例，不同的烧成气氛下，在玻璃
釉质内可呈CuO(绿色)和CuzO(红色结晶粉
末)或铜原子(无色)的形式。含CuzO或铜原子
的无色玻璃釉质，经过热处理后能成为胶体金属铜
状态而变为深红色，这时温度过高会使铜挥发，过
低则使得颜色不鲜艳，窑内温度的无常变化对窑变
珍品的产生起了至关重要的作用。
4材料工艺改进，造就性能美
传统陶瓷到现代陶瓷，由于材料工艺的改进，
性能有了翻天覆地的变化。从传统的块体材料发展
到纳米粉体、纳米管材、纤维材料和薄膜材料，制
作陶瓷的原料不再局限于用黏土、长石、石英等传
统原料，而是使用了其他特殊原料，甚至扩大到非
硅酸盐，非氧化物的范围，并且出现了许多新的制
作工艺，使得现代陶瓷具有了传统陶瓷所没有的特
殊性能——高强度、高硬度、导电、绝缘、相变蓄
热以及在声、电、光、磁等方面的特殊功能，它不
再只是作为日用品、装饰品和建筑材料，在高温、
电子、能源、机械、生物、航天等方面也得到了广
泛的应用，造就了丰富多样的性能美。
以生物陶瓷为例，代表性材料有羟基磷灰石、
磷酸钙陶瓷、玻璃陶瓷、生物活性陶瓷等。如合成
的羟基磷灰石中钙磷比率约为1．67，密度为3．16
g／cm3，机械强度大于10Mpa。由于它们的结构
与生物骨组织相似，对生物无毒，无刺激，相溶性
好，不被吸收，能诱发新肉的生长，医学上可以用
来制造人工牙、人工骨、人工关节等人工器官和人
体硬组织，进行人体器官或组织的修补。
传统陶瓷大多具有优异的电绝缘性，而新型导
电性能的陶瓷材料具有非常广泛的导电区间，有半
导体、导体和超导体。半导电陶瓷属离子型半导体，
是对某些特殊的带电离子具有传导作用，最具有代
表性的是稳定氧化锆和p氧化铝。稳定氧化锆对氧
离子具有传导作用，主要产品有氧传感器、氧泵和
燃料电池。p氧化铝对钠离子具有传导作用，主要
用来制造钠一硫电池，其特点是高效率、对环境无
危害、可反复充电。氧化锆陶瓷具有耐高温、抗氧
化性能，在纯氧化锆中加进10％的氧化镱就可以制
成导电陶瓷，它能像金属那样把电能转变成热能，
并能发光。氧化镁掺杂氧化铬制成的陶瓷是一种导
电的抗腐蚀性材料，特别适合于做高温腐蚀情况下
能量转换装置中的电极涂层。目前，人们也发现不
少陶瓷具有超导性，如1986年美国科学家发现了镧
一钡一铜氧化物具有临界转变温度为35K的高温超
导性；1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡
一钇一铜氧化物中发现临界转变温度为90K的超导
电性，突破了液氮的“温度壁垒”(77K)，使超导
陶瓷成为极有发展前景的超导材料。
除此之外，陶瓷基复合材料利用金属的良好塑
性弥补了陶瓷的脆性，综合陶瓷与金属的优异特性
于一体；陶瓷薄膜材料以金属氧化物、氮化物、碳
化物或金属问化合物等无机物为原料，采用特殊工
艺在块体材料表面沉积或制备的0．01微米到数微
米的一层或多层与块体材料完全不同的物质层，具
有耐磨、耐蚀、耐高温和抗微生物侵蚀等性能，在
航天、化工机械、生物医学等行业获得了广泛的应
用；纳米陶瓷则是利用纳米技术开发、制备的陶瓷
材料，它使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提
(下转第65页)
万方数据
2010年第8期化学教育·65·
演示实验也是以交互动画的形式呈现的，学生
在实验前可以预测各种操作及其可能出现的实验现
象，并加以验证。由于是模拟实验，学生不必担心
错误操作所带来的各种危险，可以大胆地验证自己
的假设，并及时将思维从错误的方向拉回来，由发
散思维走向收敛思维最后达到创造性思维的境界。
3．5实验小结部分
这部分是一个画板，学生可以将此次实验的心
得体会或者是尚未解答的疑问记载下来，留待老师
帮助解决。学生不仅能把自己这次体验的收获写下
来，也能记载探究过程中所出现的错误，并自己分
析原因，这样一来，学生就能逐渐地不再惧怕错
误，而是更加大胆地让思维自由驰骋。
4结束语
仿真课件在训练学生发散思维的过程中确实取
得了很好的作用，它从一个全新的角度来适应学生
的学习规律，学生带着神秘和好奇的心理去学习，
必定能使思维打开，进而发现更多新的路径。但这
并不是说就可以忽略实验室和教师的作用，交互智
能仿真课件的使用必须建立在一定的知识和操作技
能的基础上，而这些就需要教师在遵循学生自身的
认知发展规律的基础上进行适当的引导，在实验室
中把基础打牢，然后通过交互智能课件高效快捷地
不断探索新的实验路径，只有这样学生的发散思维
才能得到充分的发展。
参考文献
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(上接第2页)∞专对—净∞专砷书》b乜心砖’枷∞电砖试》b专心式》b乜心砷》扫却由吠》>，乜心武''b专砖砷’劢
高，对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性
能产生了重要影响。
5时间不断流逝，造就文化美
陶瓷是中国文明的象征。据考古发现，陶器在
我国已有一万多年的历史，瓷器也有近两千多年的
历史。陶瓷，尤其是瓷器，是我国古代劳动人民的
伟大发明，是对世界文明发展的卓越贡献。外国人
用china(瓷器)一词代表中国(China)，足以说
明中国陶瓷在世界文化交流发展中所起的重大作
用。
陶瓷不仅是火与土的结晶，更是一种文化的载
体。由于陶瓷的可塑性和色彩的丰富性，它可以集
实用与艺术于一体，成为人类记载文化的特殊工
具。也由于陶瓷应用的普遍性及其不易腐烂和变形
的特性，使得陶瓷器物中积淀着珍贵、丰富的古代
文化内涵，尤其是原始文化和远古文明精神，远比
其他任何早期的文化遗存都更为集中和重要。陶瓷
以独特的方式提供了人的历史发展过程中的特殊信
息，不仅包括材料、工艺、技术等物质生产发展的
历史，也蕴含着的人的精神、文化方面的信息，体
现不同时代的审美情趣和时代风尚。
陶瓷的发展还反映了化学发展的文化力量。尽
管早期的陶器质地粗糙、疏松易碎而且毫无色彩可
言，但这是人类发展史上的一块里程碑，它标志着
人类开始利用天然物，按照自己的意愿创造出崭新
的另一种物质，为自己的生活、生产服务。也可以
说，陶器的发明揭开了人类利用自然、改造自然的
新篇章。
劳动与美共生。人类在陶瓷制作过程中创造和
发现了美，而巧夺天工的陶瓷艺术之美又激发人们
去创造。戴上化学的眼镜，你可以发现陶瓷美的原
因，也可以利用化学创造更多的美。
参考文献
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北京：中国文联出版公司，1985：227
[2]吴战垒．图说中国陶瓷史．杭州：浙江教育出版社，2001：
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2001
[4]唐山建筑陶瓷厂《卫生陶瓷生产技术丛书》编写组．釉料．
北京：中国建筑工业出版社，1981
万方数据
陶瓷的美和化学
作者：孙叶，王伟群，王妍，SUNYe，WANGWeiqun，WANGYan
作者单位：苏州大学材料与化学化工学部,江苏苏州,215123
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2010,31(8)
参考文献(4条)
1.唐山建筑陶瓷厂<卫生陶瓷生产技术丛书>编写组釉料1981
2.李家驹陶瓷工艺学(上)2001
3.吴战垒图说中国陶瓷史2001
4.托马斯·门罗;石天曙;滕守尧走向科学美学1985
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201008001.aspx
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