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陶磁器釉薬、または単に釉薬とは、陶磁器に施されるガラス質のコーティングのことです。装飾、液体の浸透防止、汚染物質の付着防止などに使用されます。[ 1 ]
釉薬をかけることで、陶器は水を通さなくなり、陶器本来の多孔性が封じ込められます。また、表面もより丈夫になります。釉薬は炻器や磁器にも使用されます。釉薬は機能性だけでなく、光沢やマット感、色合いなど、さまざまな表面仕上げを施すことができます。さらに、釉薬は、下地のデザインや質感を、そのままの状態でも、刻印、彫刻、塗装を施した状態でも、より引き立てることができます。
近世に生産された陶器のほとんどは、素焼き磁器を除いて釉薬が施されている。タイルは表面に釉薬が施されていることが多く、現代の建築用テラコッタも釉薬が施されていることが多い。釉薬を施したレンガも一般的である。衛生陶器は必ず釉薬が施されており、送電線のセラミック碍子など、産業で使用される多くのセラミック製品も同様である。
伝統的な釉薬の中で最も重要なグループは、それぞれ主要な陶磁器用融剤にちなんで名付けられており、以下の通りである。
釉薬は、未焼成の釉薬の水性懸濁液をスプレー、浸漬、塗布、またはブラシで塗る方法で施すことができます。焼成後の釉薬の色は、焼成前とは大きく異なる場合があります。焼成中に釉薬をかけた陶器が窯の什器に付着するのを防ぐため、焼成対象物の一部（例えば、高台）を釉薬をかけずに残すか、あるいは特殊な耐火性の「突起」を支えとして使用します。これらは焼成後に取り外して廃棄します。
歴史的に見ると、陶磁器の釉薬は、適切な材料の発見と、必要な温度に確実に到達できる焼成技術が必要であったため、かなりゆっくりと発展しました。釉薬は紀元前4千年紀に石材に初めて現れ、古代エジプトのファイアンス（粘土をベースとした材料ではなくフリットウェア）は、焼成中に自然に釉薬のような層を形成するため、自己釉薬でした。陶器の釉薬は、紀元前1500年頃のガラスの発明に続いて、中東とエジプトでは灰釉を含むアルカリ釉薬が、中国では粉砕した長石が使用されました。紀元前100年頃には、鉛釉が旧世界で広く普及していました。[ 3 ]
釉薬をかけたレンガは、紀元前13世紀に建てられたチョガ・ザンビルのエラム寺院にまで遡ります。 1049年に中国の開封に建てられた釉薬レンガ製の鉄塔は、後の時代の有名な例です。[ 4 ]
鉛釉陶器は、おそらく中国の戦国時代（紀元前475年～221年）に作られ、漢王朝時代に生産量が増加した。高温で焼成された原始的な青磁釉炻器は、釉薬陶器よりも早く、殷王朝（紀元前1600年～1046年）から作られていた。[ 5 ]
日本の古墳時代には、末窯の陶器は緑がかった天然の灰釉で装飾されていた。西暦552年から794年にかけては、様々な色の釉薬が導入された。唐代の三彩釉は一時期頻繁に用いられたが、次第に廃れていった。これらの釉薬の正確な色や組成は解明されていない。しかし、天然の灰釉は日本全国で広く用いられた。
13世紀には、花模様が赤、青、緑、黄、黒の釉薬で描かれるようになった。釉薬は陶磁器に独特の風合いを与えるため、非常に人気を博した。
8 世紀以降、釉薬をかけた陶器の使用はイスラム美術やイスラム陶器で広く普及し、通常は精巧な陶器の形をとっていた。錫不透明釉は、イスラムの陶工によって開発された最も初期の新しい技術の 1 つです。最初のイスラムの不透明釉は、8 世紀頃のバスラの青く塗られた陶器として見ることができます。もう 1 つの重要な貢献は、9 世紀のイラクに起源を持つ炻器の開発でした。[ 6 ]イスラム世界の革新的な陶器の他の場所には、フスタート(975 年～ 1075 年)、ダマスカス (1100 年～ 1600 年頃)、タブリーズ(1470 年～ 1550 年) などがあります。
陶磁器釉薬の原料には、一般的にシリカが含まれており、これが主なガラス形成剤となります。ナトリウム、カリウム、カルシウムなどの様々な金属酸化物は融剤として働き、融点を下げます。粘土から得られることが多いアルミナは、溶融釉薬を固めて、作品から流れ落ちるのを防ぎます。[ 7 ]酸化鉄、炭酸銅、炭酸コバルトなどの着色剤[ 7 ]、そして時には酸化スズや酸化ジルコニウムなどの乳白剤が、焼成後の釉薬の見た目を変えるために使用されます。
釉薬には、粘土素地やその他の釉薬材料の部分的な液化を促進する働きをするセラミックフラックスを添加する必要があります。フラックスは、シリカや場合によっては三酸化ホウ素などのガラス形態の高い融点を下げます。
塩釉は、高温の窯に塩またはソーダ灰を導入する蒸気釉薬法です。発生したナトリウム蒸気が粘土中のアルミナとシリカと反応し、耐久性のあるケイ酸ナトリウムガラスの被膜を形成します。[ 8 ]歴史的に重要な方法ではありますが、有毒な塩化水素ガスの放出やその他の環境問題のため、現在ではほとんど使われなくなっています。[ 9 ]
準備は、ボールミル、ジェットミル、振動エネルギーミルなどの粉砕機による原料の粉砕から始まり、特定の粒度分布を実現します。これにより、後の焼成工程で均一な溶融と滑らかな表面仕上げが保証されます。得られた混合物を電解質を添加して水に懸濁させ、安定したスラリーまたはスリップを形成し、これを浸漬、スプレー、またはカーテンコーティングによってセラミック基板に塗布します。[ 10 ]
多くの釉薬には長石、石英、カオリンなどの天然鉱物が配合されていますが、一部の配合ではフリットが使用されています。フリットの製造では、まず原料をガラス状に溶かし、その後水中で急速に冷却して砕いた液滴を作り、それを再粉砕します。これにより成分が事前に反応し、有毒または溶解性の物質が最終的な釉薬に対して安全かつ安定した状態になります[ 11 ]。しかし、多くの釉薬にはフリットは含まれておらず、代わりに窯での最終焼成中に反応して保護ガラス層を形成する未溶解の天然鉱物の精密なバランスに依存しています[ 12 ] 。天然釉薬とフリット釉薬の選択は、通常、必要な焼成温度、必要な化学物質の溶解性、および完成した表面の望ましい熱膨張によって決まります[ 13 ] 。
釉薬の塗布方法は、望ましい仕上がりと陶器の形状に基づいて選択されます。[ 14 ]多くの工程では、素焼きの陶器に釉薬を塗布して、その高い多孔性と構造的強度を利用しますが、焼成前の陶器にも釉薬を塗布する技術があり、これは一回焼成として知られています。[ 15 ]浸漬法では、作品を大きな桶に数秒間浸して、完全に均一なプロ仕様のコーティングを実現します。より制御された、または多色の装飾作業には、ブラシを使用して異なる顔料を重ねることができますが、仕上がりが不透明になるように、複数回塗布する必要があります。注ぎ込みは、細い首の容器の内側をコーティングしたり、外面に意図的な滴り効果を作成したりするための標準的な技術です。大型の作品や滑らかなグラデーションには、エアブラシまたは自動スプレーブースを使用してスプレーすると、色が徐々に積み重なる細かい霧状になります。[ 16 ]最後に、スポンジングや飛び散り塗布などのより触覚的な技法を使用して、表面に有機的な質感や斑点模様を導入することができます。
大量生産においては、スプレー法は効率性、精度、自動化の容易さに優れているため、主流の技術となっています。[ 17 ]大量の液状釉薬を必要とする浸漬法や注ぎ込み法とは異なり、スプレー法ではより薄く、より制御された塗布が可能となり、材料の無駄を削減できます。[ 18 ]静電スプレーシステムを使用することで、霧状の釉薬粒子が複雑な凹部を含むセラミック表面に均一に付着することが保証され、数千個の同一製品で一貫した仕上がりを実現できます。この機械的な再現性は、他の方法に伴う手作業や乾燥時間を最小限に抑えながら、厳格な品質管理基準を維持するために不可欠です。
釉薬の密着性は、素焼きの状態か未焼成の状態かに関わらず、素地の多孔性と水分含有量に依存します。[ 19 ]どのような方法を用いるかにかかわらず、焼成中にガラス化するケイ酸塩が作品を窯の備品に溶着させないように、作品の底面または「底」には釉薬が付着しないようにする必要があります。これは、手作業で除去するか、ワックスレジストを塗布することによって実現されます。[ 20 ]
機能的なバリアントでは、高温焼結の前に希土類複合抗菌化合物をセラミック釉薬に組み込む。得られた表面は、希土類元素の4f電子配置による細菌細胞膜の破壊に起因する耐久性のある抗菌特性を示す。表面に塗布された抗菌コーティングとは異なり、焼成中に材料が釉薬マトリックスと結合するため、その特性は維持される。この技術は独立系の科学メディアで取り上げられている。[ 21 ]
白陶器は、予備焼成後に釉薬をかける場合も、一度焼成（生釉薬）プロセスで施釉する場合も、窯での変容は陶磁器製造における重要な最終段階です。一度焼成の場合、釉薬は完全に乾燥した未焼成の粘土本体に直接塗布されるため、基材とコーティングが同時に熟成する必要があります。[ 10 ]窯内の温度が上昇すると、釉薬の原料が溶けて融合し、粘土本体と化学反応を起こして薄く不浸透性のガラス層を形成します。このプロセスは、多孔質の表面を密封して液体や食品に機能させるだけでなく、最終的な美観、つまり、鮮やかな高光沢、柔らかなマット、または鮮やかな色を開発します。
化学変化は複雑です。窯が最高温度に達すると、釉薬成分が共晶点に達し、溶融液になります。[ 12 ]この液相の間、釉薬は表面を「修復」し、欠陥を滑らかにし、多孔性を排除します。この変化により、もろく乾燥した製品が緻密なガラス質の製品に変わります。窯がゆっくりと冷却されるにつれて、ガラスは粘性のある状態から固体に戻り、焼成されたセラミック基材と永久的で傷つきにくい結合を形成し、下地のデザインの真の深さを明らかにします。[ 11 ]
下絵付けは釉薬をかける前に施され、通常は焼成されていない陶器（「生」または「素焼き」）に施されますが、時には「ビスケット」焼成（釉薬をかけて再焼成する前に一部の製品を最初に焼成すること）された陶器にも施されます。[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]通常は透明な湿った釉薬が、その上に施されます。顔料は釉薬と融合し、透明な釉薬の層の下にあるように見えます。一般的に、使用される素地は白っぽい色に焼成されます。最もよく知られている下絵付けの種類は、中国で最初に製造され、その後他の国で模倣された青と白の磁器です。鮮やかな青色は、コバルト酸化物または炭酸コバルトとしてコバルトを使用しています。[ 25 ]しかし、デルフトウェア などの模倣品の多くは、オフホワイトまたは茶色の陶器の素地に白い錫釉を施し、釉内または上絵付けで装飾を施しています。 18世紀にイギリスでクリームウェアなどの白素地陶器が発明されると、陶器だけでなく磁器にも下絵付けが広く用いられるようになった。
上絵付けは、焼成済みの釉薬の上に施される装飾技法で、一般的には「エナメル」と呼ばれるガラス質の顔料を用います。これらの顔料は、釉薬と融合させるために、比較的低温で二度目の焼成が必要です。比較的低温で焼成されるため、歴史的にはより幅広い顔料が使用されていました。上絵付けは低温で焼成する釉薬で、陶磁器に装飾的でガラスのような外観を与えます。まず作品を焼成し（この最初の焼成はグロス焼成と呼ばれます）、次に上絵付けを施し、再び焼成します。作品が焼成されて窯から取り出されると、釉薬のおかげで表面の質感が滑らかになります。
その他の方法としては、まず釉薬下塗りがあり、これは焼成前に釉薬の上に絵具を塗布し、焼成中に釉薬層に絵具が組み込まれる方法です。これはマヨリカ陶器のような錫釉陶器には適していますが、色の種類は下絵具のように光沢焼成に耐えられるものに限られます。色釉は、陶器に塗布する前に液状の釉薬に顔料を混ぜる方法で、ほとんどの青磁のように作品全体に単色を与えるために使われることが多いですが、中国の三彩陶器のように対照的な色でデザインを作成したり、絵付けされた風景を描いたりするためにも使用できます。
日本の伊万里焼、中国の豆彩や五彩など、多くの歴史的な様式では、異なる種類の装飾が組み合わされています。このような場合、素地、下絵付け、釉薬の焼成に続いて、上絵付けを施した後に二度目の焼成を行うのが一般的です。
釉薬からの鉛（Pb）とカドミウム（Cd）の溶出は、公衆衛生上の懸念となる可能性がある。これらの重金属は、低温で滑らかで光沢のある仕上げを実現したり、特定の化学的安定性を提供したりするために、歴史的に融剤として使用されてきた。 [ 26 ]しかし、釉薬の配合や焼成が不適切だと、その化学構造が不安定なままになる可能性がある。[ 27 ]このような陶磁器が柑橘系のジュースやコーヒーなどの酸性物質と接触すると、酸が釉薬のマトリックスを侵食し、金属イオンが食品や飲料に放出される可能性がある。[ 28 ]
摂取によるリスクは累積的で深刻です。鉛は発達遅延や心血管系の問題に関連する強力な神経毒であり、カドミウムは長期暴露により腎不全を引き起こす可能性のある発がん性物質です。 [ 29 ]そのため、 ISOなどの国際機関は金属放出の許容限度を厳しく定めています。[ 30 ]フリット材料の使用やコンピューター支援による酸化物バランス調整など、セラミック化学における現代の科学的発展により、釉薬の安定性が大幅に向上しました。 [ 31 ]その結果、現代の安全基準を遵守する評判の良いメーカーの製品は、実用上安全です。これらの進歩にもかかわらず、管理が不十分な職人による陶器や、化学結合が溶出を防ぐのに不十分なアンティーク陶器にはリスクが残っています。 [ 32 ]
重金属の溶出による健康上の懸念に加え、セラミック釉薬は製造および廃棄段階で重大な環境上の課題を抱えています。リチウム、コバルト、バリウムなどの原材料の抽出には、生息地の破壊や土壌の浸食につながる可能性のある、エネルギー集約型の採掘プロセスが伴うことがよくあります。 [ 33 ]
さらに、窯での焼成プロセス中に、適切なろ過システムが使用されない場合、フッ素や硫黄酸化物などの揮発性化合物や温室効果ガスが大気中に放出される可能性があります。 [ 34 ]
廃釉薬の管理も同様に重要です。重金属を含む液状の釉薬の流出は、事前の廃水処理なしに通常の排水システムに排出されると、地下水や地域の生態系を汚染する可能性があります。[ 35 ]そのため、現代のスタジオや工場では、釉薬の沈殿物を回収し、陶磁器生産の環境負荷を軽減するために、「クローズドループ」システムをますます採用しています。[ 36 ]
陶磁器釉薬に使用される金属は、一般的に金属酸化物の形態をとる。
セラミック製造業者は、融点範囲が狭く、焼成範囲が広く、表面張力が低く、屈折率が高く、失透しにくいことから、主に酸化鉛(II) (PbO) を融剤として使用しています。[37] 市販の釉薬の製造に使用される鉛は、安定性を確保し、溶出のリスクを低減するために、シリカと 1:1 の比率で分子結合するか、フリットの形で含まれています。[ 38 ]
汚染された環境では、二酸化窒素は水（H₂）と反応する。2 O亜硝酸(HNO )を生成する2）硝酸（HNO₃）3）。 [ 39 ]
H2 O+ 2NO2 →HNO2 +HNO3
可溶性硝酸鉛(II) ( Pb(NO₃)3 )2 ) 鉛釉の酸化鉛(II)(PbO)が硝酸(HNO₃)3 )
PbO + 2 HNO3 →Pb(NO3 )2 +H2 O
鉛への曝露は、鉛中毒と呼ばれる様々な健康問題と強く関連しているため、鉛ガラス（主に廃棄されたCRTディスプレイの形）や鉛釉陶磁器の廃棄は、有害廃棄物規制の対象となります。
炭酸バリウム（BaCO 3）は、バリウムブルーとして知られる独特の釉薬色を作るために使用されます。しかし、食品接触面の釉薬に炭酸バリウムを使用することの倫理的な性質が問題視されています。バリウムを摂取すると、痙攣、麻痺、消化器系の不快感、そして死に至る可能性があります。[ 40 ]また、酸にやや溶けやすく、[ 41 ]長期間にわたって水や土壌を汚染する可能性があります。これらの懸念から、炭酸バリウムを必要とする釉薬に炭酸ストロンチウム（SrCO 3 ）を代用する試みが行われています。 [ 42 ]炭酸バリウムとは異なり、炭酸ストロンチウムはNIHによって安全上の危険とはみなされていません。[ 43 ] [ 41 ]ストロンチウムによる代用実験は、光沢タイプの釉薬では成功する傾向がありますが、マットタイプの釉薬では、バリウムを使用することによってのみ得られる効果や色もあります。[ 42 ]
溶出の可能性を低減するために、炭酸バリウムはフリットの形で使用され、シリカと1:1の比率で結合されます。また、バリウム釉薬は食品接触面や屋外用品には使用しないことが推奨されています。[ 44 ]
酸化クロム(III) ( Cr2 O3 ) は陶磁器釉薬の着色剤として使用されます。酸化クロム(III)は、窯の温度で酸化カルシウムクロム酸カルシウム(CaCrO)4 ) 酸化反応により、クロムは+3の酸化状態+6の酸化状態に変化する。 [ 45 ]クロム(VI)は非常に溶解性が高く、他のすべての安定なクロム形態の中で最も移動性が高い。 [ 46 ]
Cr2 O3 + 2CaO +3⁄2O2 →CaCrO4 [ 45 ]
クロムは工業排水を通じて水系に流入する可能性がある。クロム(VI)は直接環境中に放出されるか、土壌中に存在する酸化剤がクロム(III)と反応してクロム(VI)を生成する可能性がある。植物はクロム(VI)が存在する環境で生育するとクロロフィル量が減少する。[ 46 ]
製造工程におけるクロムの酸化は、カルシウムに結合する化合物を導入することで低減できる。[ 45 ]
ウランをベースとしたセラミック釉薬は、還元焼成または UO 2を使用した場合、濃い緑色または黒色になります。より一般的には、酸化焼成で明るい黄色、オレンジ色、赤色の釉薬を作るために使用されます。[ 47 ]ウラン釉薬は、1920 年代と 1930 年代にウランタイル、時計、航空機のダイヤルを作るために使用されました。 [ 48 ]
二酸化ウランは、三酸化ウランを水素で還元する ことによって生成される。
{{cite web}}値を確認する（ヘルプ）|url=陶器に釉薬がかけられるようになったのは紀元前2千年紀半ばからで、これはガラスが初めて生産された時期とほぼ同時期である。