宜兴茶壶是以一种紫砂泥做成，它具有保持茶的色、香、味的功能，古今中外皆推崇它为最理想的注茶器。为了验证紫砂陶的实用功能，索其科学原理，笔者在江苏省陶瓷研究所，南京化工学院，南京大学，中国科学院，上海硅酸盐研究所，宜兴紫砂工艺厂等单位的帮助下，对宜兴紫砂陶的生产工艺、显微结构和实用功能进行了分析研究，汇写成本文。当然在这里还须声明，本文还不算是对紫砂陶历史全面的科学总结，只是希望透过本文的发表，起抛砖引玉的作用，以期获得更多科技工作者共同努力，研究紫砂陶这门学问，使这项传统技艺更加发扬光大。
宜兴陶土广布于宜兴南部丘陵山区，为颇发育的古生代地层。陶土存于志留世、泥盆世和早石炭世等地层中。陶土源于内陆和滨海湖泊，经外生沉积作用堆压成矿。
宜兴陶土品类繁多，一般分为白泥、甲泥和嫩泥三大类。白泥是一种灰白色的单纯粉砂质铝土质黏土，含矿层为晚志留世茅世群（S3），家禽经盆世五通群下段（D13）和二迭系上统龙潭组（P12）。甲泥是一种以紫色为主的杂色粉砂质黏土，它的含矿层位于泥盆系上统五通组上段（P23）及石炭系下统高丽山组（C21）。嫩泥是一种土黄色灰白色为主的杂色黏土，主要压于二迭系上统龙潭组上段（P12）的地层中。
用以制造宜兴紫砂器的原料为紫砂泥，其地质特徵及成因基本与甲泥一致。它位于泥盆统五通群上段，有四个矿层层位，自下向上分别编为ⅠⅡⅢⅣⅤ号矿层，紫泥产于Ⅱ号矿层中。紫泥矿体形态呈薄层透镜状，矿层厚度一般在几十公分到一米或数米，储量稳定性差，有时不延续而灭尘。
紫砂泥实则是紫泥、本山绿泥及红泥三种泥料的统称。其中紫泥多夹于甲泥矿层当中，本山绿泥（或称段泥或黄泥）则是紫泥层的夹脂，故有“泥中泥”之称，红泥（或称朱泥）是嫩泥层矿层底部的泥料，质坚如石，故称为“未触风日之石骨”。
紫泥原料外观呈紫红色和紫色，微细银点闪砾，隐现浅绿色的斑点，属软质致密块状或斑状结构，烧后外观为紫色、紫棕色或紫黑色。
紫砂岩类型为粉砂质泥岩，由于含有较多的铁质，故亦可定名为含铁黏土质粉砂岩。在偏光显微镜下观察，碎屑矿物是孤立地分布在胶结物中，这些碎屑矿物以石英、白云母及赤铁矿为主，含少量长石，而胶结物则为被铁质污染的黏土矿物，呈棕色。此外，用电子显微镜观察紫泥，发现许多0.1～0.2ц大小的鳞片状晶体，经电子衍射鉴定为高岭石矿物。
综合分析，紫泥的化学成份详见于表一。
表一：紫泥的化学成份
至于烧成后的紫砂泥显微结构的观察，我们应用宜兴紫砂工艺厂生产用的紫砂泥料，按照紫砂高级工艺品成型的操作方法，精细加工制作成试片，在工厂隧道窑经应控温烧成后，通过切片磨片制成超薄光薄片，供光学显微镜用，部份光片再经化学腐蚀用萃取复型法制备成供电子显微镜观察的複型样品，又取试片的新鲜断口表面蒸金后作为扫描电观察试样，这些试片统称紫泥试样。
此外我们亦将羊角山北宋期紫砂古窑址残器做成试样，其试样的制作方法与紫泥试样同，统称羊角山古窑紫砂残器试样，用以与现代紫砂器作一比较。
紫泥经过细粉碎后，通过过筛，变成了大小不同的颗粒，称谓紫泥团粒。应用光学显微镜、电子显微镜对紫泥试样进行观察，发现多数团粒是石英、云母、黏土和赤铁矿的聚合体。有的团粒则是以它们的单一矿物出现，此外还有为数很少的长石、方解石和橄榄石等矿物。而羊角山紫砂试样的团粒结构也很明显与当代紫砂试样物相一致。
现将对紫泥试样进行观察后，各种矿物相和一颗直径0.2mm（200ц）团粒内部各种矿物相的尺寸归纳于表二。
表二：团粒矿物相尺寸
由于紫泥、本山绿泥和红泥固有的化学和矿物组成及工艺性能都合乎生产陶器的要求，所以从矿层中开出的块状岩石，俗称［生泥］，经堆放在露天稍事风化，待其松散，然后用破碎机将石块粉碎，按产品要求的颗粒目数选筛，再经真空练泥，便可供作制坯的熟泥料。紫泥是生产各类紫砂器的最主要原料，而本山绿泥和红泥由于矿藏量不多，加上不宜烧造大件产品，因此纯以绿泥或红泥制作的器皿较少，它们多作为化妆土饰在紫泥坯体表面或用以制作小件产品。
为丰富紫砂陶的外观色泽，满足变化的制作设计的需要，我们可把几种泥料混和和配合或加入适度的金属氧化物着色剂，以不同的窑温和气氛的控制，烧成天青、粟色、深紫、梨皮、朱砂紫、海棠红、青灰、墨绿、黛黑等多种颜色。近年还试制了带有自然光泽的红盖面浆和青铜色盖面浆，更加丰富了产品的装饰色彩。
一贯以来，紫砂陶都是以手工成型，这传统工艺的形成和发展与紫砂泥的特性有密切的关系。紫砂泥具有良好的可塑性能，较少的干燥收缩率，较高的生坯强度，为多种多样的紫砂造型提供了良好的操作工艺条件。紫泥原料的工艺性能详见下表。
表三：紫泥的可塑性
表四：紫泥的结合能力
手工成型法基本上可分为“打身筒”与“镶身筒”两大类。“打身筒”法适用于制作圆类型产品，先将泥料打成泥条泥片用规车划出需要的尺寸，用转盘把泥片圈接成泥筒，用工具把泥筒拍打成圆型的壶身，然后按次黏接颈、脚、手把、嘴等细部，并付上壶盖便制成一件圆型的茶壶。“镶身筒”法适用于生产方类型产品，先将泥料打成泥片，按设计和制作意念，先做好样板，依样板裁切泥片，把裁好的泥片镶接好，再付上配件即成一件方器。
在整个手工成型工序中，除要求熟练的打泥手法和准绳的配接技巧外，要造一把好的宜兴壶，还需要经过一度“精加工”的程序。简单来说，精加工是用牛角做成的工具，称为明针，把紫砂坯修好，这工序可把紫砂陶做到“脱手则光能照面，出冶则资比凝铜”的工艺效果。经精加工，坯体的器型结构可变得更加严谨，轮廓线条更加明显。以筋瓢器为例，经精加工，壶口与壶盖多至廿多瓣的菊花形筋瓤壶，在烧成后把壶盖任意调转方位，壶盖盖口，准缝严密，不拘丝发，吻合自如，这是其他陶瓷壶类无法做到的。
此外，精加工为宜兴壶做成了特有的气孔。由于紫砂泥料成坯时表面呈现粒子，用工具进行精加工，可将坯体表面的粗泥粒向坯体内壁压挤，使表面平整光涧，形成一层较细腻的表皮层。相对地由于坯体内壁未经精加工，泥料矿物组成和颗粒堆积等因素使内壁产生疏松的间隙，经过烧窑，内壁一些物质因被烧失及坯体的收缩等因素，使壶壁内产生一定的气孔率，而经修整的表皮层，经过烧成，则形成一层较致密的烧结层。
在光学显微镜和扫描电镜观察下，我们对紫砂气孔特徵有更深的认识。在光学显微镜下观察，紫砂泥试样中团粒之间石英、黏土等单一矿物与团粒之间呈现链状气孔，以及在团粒内部呈现微细气孔，用扫描电镜更清楚地观察到链状气孔和微细气孔的性状。而羊角山残器试片在扫描电镜下观察到的气孔，亦与当代紫砂试样没有什么区别。
表五：干燥性能
表六：烧结性能
链状气孔的成因，是原始团粒之间，单一矿物之间以及团粒与单一矿物之间，在成型干燥过程中形成的空隙（见表五紫泥的干燥性能中气孔率达20.9％）以及烧成时团粒黏土发生收缩形成的空隙，因最终烧成时没有完全瓷化而依然存在，只不过空隙已经缩小，气孔庇大幅度下降。这种链状气孔的在小，宽度在20ц（即0.02mm）以下，狭处＜10ц，延长度不等，有的互相贯通，有的断断续续。另一种气孔是团粒内部各种矿物之间在烧成过程中因收缩不一致而形成许多椭圆形及形状不规则的气孔，有开口的，有闭口的，一般在1.3ц，现在我们把这两种气孔暂称作双重气孔结构。这种双重气孔结构赋予宜兴紫砂产品特殊的质地，有利于泡茶时保持茶的温度，间接影响着茶的色香味。
讨论
（一）经显微结构观察，羊角山紫砂残器所用原料虽然颗粒较粗，还不太纯，但也属团粒结构。团粒内部饱含着石英、黏土、赤铁矿和云母，它们也有以单一矿物存在，烧成品也形成残留石英、云母残骸、赤铁矿、莫来石和双重气孔结构，这些都与当代紫砂的岩相结构和化学成份基本一致。
（二）紫泥主要矿物为石英、黏土、云母和赤铁矿，这些矿物的颗粒组成适中，具有类似我国南方制瓷原料的特点，即其矿物组成属于黏土石英云母系。合理的化学、矿物、颗粒组成，使紫泥具备了可塑性好，生坯强度高，干燥收缩率小等良好工艺性能。
（三）精加工工序把泥料、成型、烧成三者有机地联系在一起，使紫砂器表面光洁，线条谨密。由精加工做成的表皮层，使产品的烧成范围扩大，不论在正常烧成温度的上限或下限，表皮层容易烧结。再者，精加工使器身存有一定的气孔率而不渗漏，这种微细密度高而具有较强吸附力的气孔，能吸收茶的香味和把茶香和温度保持较长的时间。
（四）由于紫砂泥的干燥与烧成的收缩庇较低，使紫砂壶的壶口和壶盖配合密切，位移公差＜0.3mm，（一般瓷壶位移公差达0.5mm左右）。壶嘴和壶盖又有一定的造型特色，这都减少了混有黄粬霉等霉菌的空气流向壶内的渠道，因此，相对地推了茶汁变质发馊的时间。
（五）虽然宜兴紫砂壶的膨胀系数比瓷壶高，但因其里外均不挂釉，无坯釉应力之虑，坯料中含铝量高，结合相多，玻璃相少及有一定的气孔率，这都足以克服冷热过度所产生的应力，使紫砂壶经久耐用。
（六）紫砂器能独树一帜，除因它有得天独厚的原料外，最主要是当地艺人以精湛的工艺，集陶艺、金石、书画、镌刻于一体，以浮雕、半浮雕、圆雕、半圆雕、缕雕、堆绘、绞泥、釉彩、瓷饰、抛光、包铜锡、镶嵌金银丝、填色嵌泥等手法装饰，造出各类洗练别致，线条刚劲流畅，比例确切恰当，色泽深醇古雅，制作严谨规矩的紫砂壶，融合实用与美观，为嗜茶者提供了最理想的饮茶工具。
本文发表于《紫砂春华·当代宜兴陶艺》
香港市政局出版
香港艺术馆编制
一九八八年
