陶瓷吸水率測定用標準樣品制備和評估

汪永清，吳 瑜，袁文瓚，李德生

(1. 景德鎮陶瓷學院，江西 景德鎮 333403；2. 景德鎮出入境檢驗檢疫局，江西 景德鎮 333000；3. 景德鎮常青家園工藝品有限公司，江西 景德鎮 333000)

陶瓷吸水率測定用標準樣品制備和評估

汪永清1，吳 瑜2，袁文瓚2，李德生3

(1. 景德鎮陶瓷學院，江西 景德鎮 333403；2. 景德鎮出入境檢驗檢疫局，江西 景德鎮 333000；3. 景德鎮常青家園工藝品有限公司，江西 景德鎮 333000)

本研究以制作陶瓷吸水率標準樣品為目的，系統地分析配方、成型工藝和燒成溫度對樣品吸水率的影響，確定了標樣配方為：41.11%精選高嶺+38.45%長石+20.54%石英，原料經過13 h球磨，采用高壓注漿成型:壓力為0.6 Mpa，保壓時間30 min。經過8小時10分鐘燒成，最高溫度1215 ℃，最高溫度保溫10 min。確定陶瓷標準樣品的評估方法和步驟，驗證了樣品具有一定均勻性和穩定性，吸水率定值為9.23%，不確定度為0.31%。

陶瓷吸水率；標準樣品；制備；評估

0 引 言

標準樣品簡稱RM，標準樣品的思想和理念早在20世紀初產生，并在實踐中得到了有效的應用[1]，陶瓷吸水率是衡量陶瓷產品質量的一項重要物理性能指標，在陶瓷生產中通常用吸水率來反映陶瓷產品的燒結程度，也間接表示了顯氣孔率的大小。因而在陶瓷產品研究及生產實踐中吸水率都是極其重要且不容忽視的指標。

陶瓷試樣吸附的水的質量與干燥試樣質量的比值稱為該試樣的吸水率，以百分數表示[2]。陶瓷吸水率的測定有三種測定方法：蒸煮法、真空法、真空蒸煮法，樣品測試的過程中許多因素影響測試結果數據的準確性，如取出方法、稱量動作、揩布水分飽和度等，并且這些因素對于吸水率越小的樣品影響越大[2]。因此，對陶瓷吸水率標準樣品的制備就顯得尤為重要。

本研究通過采用與日用陶瓷相似的制作工藝，選取優質原料，選擇原料配比找到合適的配方，探索與配方相適應的滿足標樣要求的成型工藝和燒成制度，制作出可以用于校準吸水率儀器、評價測量方法、給材料賦值，建立實驗室間的可比性、測量的溯源性以及培訓分析測試人員的陶瓷吸水率標準樣品[3]。

1 試 驗

1.1 工藝流程

Correspondent author:WU Yu(1984-), female ,Master.

E-mail:250398346@qq.com

選擇原料→選擇配方→球磨→練泥→化漿→成型→干燥→燒成→樣品表面處理→樣品評估

1.2 原 料

經過試驗分析得出配方：41.11%精選高嶺+38.45%長石+20.54%石英較適合。

選擇的原料和成份如表1。

1.3 球 磨

采用高鋁球，料∶球∶水=1∶1.5∶0.5 球磨時間：13 h，出料泥漿粒徑分布如圖1。

1.4 練 泥

球磨的漿料進入榨泥機然后進入真空機，以泥段的形式出泥。泥料進行陳腐24 h，泥料的化學組成如表2。

1.5 化 泥

泥料進入攪拌桶，泥料∶水為100∶30，攪拌速度為1400 r/min，輸出功率為308 v、50 hz、5.7 A，攪拌時間為30 min。加入0.1%的有機高分子分散劑。

1.6 成 型

采用高壓注漿成型。注漿成型設備簡單，滿足產品外形的各種要求，制備好的漿料進入高壓注漿機中，保持一定的壓力和保壓時間，正交法分析得出采用0.6 Mpa、保壓30 min，脫模，放在干凈墊板上，放在干燥通風處，自然干燥兩天，揀選出完好無損的樣品。

圖1 粒徑分布圖Fig.1 Determination of particle size distribution

1.7 燒成

本研究中，吸水率標樣制備實驗的燒成均采用硅碳棒電爐，電爐配有自動控溫系統，用來控制爐膛內溫度的變化。

繪制出燒成溫度以及保溫時間對陶瓷吸水率影響的曲線圖，如圖2。本研究以1075 ℃為基本燒成溫度點，通過研究在1150 ℃、1215 ℃、1300 ℃、1350 ℃不同的燒成溫度下，分別保溫0 min、10 min、30 min時對樣品吸水率的影響，以選擇最佳的燒成溫度和保溫時間。

根據實驗的溫度和吸水率分析，在最高溫度為1215 ℃保溫10 min時標準樣品吸水率在9%左右，燒成溫度曲線圖如圖3。

采用配方：41.11%精選高嶺+38.45%長石+20.54%石英，以0.6 MPa保壓30 min高壓注漿成型，燒成最高溫度1215 ℃并保溫10 min制作的標樣照片如圖4。

圖2 不同燒成溫度下保溫時間與吸水率關系圖Fig.2 The effect of soaking time at different sintering temperature on water absorption

表1 原料成份分析(%)Tab.1 Analysis of materials

表2 泥料化學組成Tab.2 Clay chemical composition

圖3 燒成溫度曲線Fig.3 Firing curve

圖4 陶瓷吸水率標準樣品圖Fig.4 Reference samples for ceramic bibulous rate test

2 樣品評估

2.1 穩定性評估

根據CNAS-GL29: 2010標準物質/標準樣品定值的一般原則和統計方法[4]、國標GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35：2006[7]對吸水率標樣進行穩定性研究，時間以月為單位檢測，實驗數據列于表3。

由表3得到單因素分析表4。

依據CNAS-GL03: 2006樣品均勻性穩定性評估指南[7]，若t<顯著性水平α(0.05)自由度為n1+n2-2的臨界值t0.05(n1+n2-2)則說明樣品是穩定的。

查t界值表 N=6，n1=n2

查看表5-2中的t值，t

2.2 均勻性研究

吸水率標準樣品間均勻性研究采用單因子分析方法[7]對吸水率標準樣品間均勻性研究,數據列于表5。

這些數據通過計算平均值、標準偏差和觀測次數由表6得表7。

表6所示的方差分析計算見表7。

(2)判斷

F的臨界值Fa(f1f2)即查表：

F小于F的臨界值Fa(f1f2)所以樣品為均勻的。

(3)瓶間不確定度

瓶間方差SA用下式計算：

瓶間標準不確定度即為瓶間標準偏差，瓶間標準偏差是該方差的平方根

(4)重復性標準偏差

sr計算公式：

2.3 樣品定值

2.3.1 測量方案

依據GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35: 2006標準樣品的工作導則(3)標準樣品的一般原則和統計[5]第九章的技術要求采用協作研究方法，應用方差分析定值根據實驗程序的復雜程度，確定實驗協作中實驗室的數目，選取包括本實驗室不同小組在內的6個實驗室進行協作研究，采用標準方法GB/ T3299-2011[6]，都采用標準操作程序，在105 ℃烘至恒重，室溫稱重m0，真空保壓1 h，壓力0.095 Mpa稱重m1，計算出吸水率。

表3 不同時間標樣的吸水率Tab.3 The water absorption of the reference samples after different time

表4 單因素分析結果Tab.4 Single factor analysis results

表5 吸水率標準樣品間均勻性研究的測量數據Tab.5 The homogeneity of the reference samples for water absorption test

2.3.2 測量數據

實驗室間測量數據見表8。

由表8數據分析得出單因素分析得到結果見表9。

2.3.3 計算公式

表6 樣品間的平均值、方差和測量次數Tab.6 The mean, variance and the number of measurement

表7 吸水率的瓶間均勻性研究的方差分析表Tab.7 The anova table of uniformity with water absorption

式中：

式中：ms1是組間方差分析值；ms2是組內方差分析值

2.4 測量標準不確定度

2.5 合成擴展不確定度

依據模型[4]，擴展不確定度是通過合成測定、均勻性、穩定性等對特性值總的不確定度的貢獻來估計的。

(11)包含因子k=2, usts為短期穩定不確定度，即為運輸過程帶來不確定度，陶瓷樣品吸水率樣品不受運輸影響，所以usts為0。

表8 實驗室間研究的測定數據Tab.8 Measurement data of different laboratories Lab

表9 單因素分析結果Tab.9 Single factor analysis results

3 結 論

以41.11%精選高嶺+38.45%長石+20.54%石英的配方制作出標準樣品；采用高壓注漿成型，可以滿足樣品外觀要求，注漿壓力為0.6 Mpa、保壓時間30 min；標準樣品的最高燒成溫度為1215 ℃，保溫10 min。依據CNAS-GL29: 2010標準物質/標準樣品定值的一般原則和統計方法[3]，分別驗證了制備的陶瓷吸水率標準樣品具有一定均勻性和穩定性；并對制備的陶瓷吸水率樣品進行了定值，對不確定度進行了分析；制備的陶瓷吸水率標準樣品吸水率為9.23%，不確定度為0.31%。

本研究方法具有普適性，通過改變配方、成型工藝、燒成溫度和保溫時間，可以得到不同值的吸水率系列標準樣品。

[1] 陳柏年, 徐大軍. 國際標準樣品技術發展和現狀[J]. 中國標準化, 2005, 342(3): 70-71.

CHEN Bonian, et al. China Standardization, 2005, 342(3): 70-71.

[2] 林雪茵. 日用陶瓷吸水率檢測方法—真空法和煮沸法探討[J].中國陶瓷, 2011, 04: 53-54.

LIN Xueyin. China Ceramics, 2011, 04: 53-54.

[3] 李蘭群,馬愛芳 標準樣品的溯源性及在實驗室中的應用[J].河北冶金, 2006,154(4): 53-55.

LI Lanqun, MA Aifang. Hebei Metallurgy, 2006, 154(4): 53-55.

[4] CNAS-GL29 標準物質/標準樣品定值的一般原則和統計方法[S].

[5 GB/T15000.3-2008/ISO Guide35.2006標準樣品工作指導準則(3)標準樣品定值的一般原則和統計方法[S].

[6]GB/T3299-2011日用陶瓷吸水率測定方法[S].

[7] CNAS-GL03:2006 能力驗證樣品均勻性和穩定性的評估指南[S] .

Preparation and Evaluation of Standard Samples for Ceramic Bibulous Rate Test

WANG Yongqing1, WU Yu2, YUAN Wenzan2, LI Desheng3
(1. Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333403, Jiangxi, China; 2. Jingdezhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Jingdezhen 333000, Jiangxi, China; 3. Evergreen Enterprises, Inc., Jingdezhen 333000, Jiangxi, China)

The purpose of this project is to produce reference samples for ceramic water-absorption characterization .The influences of the composition, the molding process and the sintering temperature on the water absorption of reference samples were analyzed. The results show that the prescription includes 41.11% kaolin, 38.45% feldspar and 20.54% quartz; the ball mill time was 13 h; the moulding method was slip casting under the high pressure of 0.6 MPa for 30 min; the sintering time was 8 hours and 10 minutes with the highest temperature at 1215°C for the holding time of 10 min. The evaluation methods and steps of ceramic reference samples were determined, the uniformity and stability of the reference samples were verified .The samples’ water absorption value was 9.23% and the uncertainty was 0.31%.

water absorption of ceramics; reference sample; preparation; assess

date: 2015-03-25. Revised date: 2015-06-10.

10.13957/j.cnki.tcxb.2015.06.012

TQ174.75

A

1000-2278(2015)06-0640-06

2015-03-25。

2015-06-10。

國家國際科技合作專項(2011DFA52000)。

通信聯系人：吳瑜(1984-)，女，碩士。