陶瓷檢測中樣品前處理的原則及方法

章鳴，張世達

（佛山市陶瓷研究所檢測有限公司，佛山 528031）

1 前言

隨著人們生活水平的不斷提高和科學技術的不斷發展，陶瓷產品的種類越來越多，其性能和用途也越來越廣，陶瓷科研工作者對陶瓷檢測也越來越重視。陶瓷檢測使人們深入了解各種組分的性能，同時也提高了產品的生產效率及陶瓷資源的利用率。目前很多實驗室配備了現代化儀器，因此，也對陶瓷產品性能的檢測越來越快速和準確。但是，作為檢測中的重要環節——樣品的前處理，同樣也需要引起大家的重視。

本文主要從地礦類樣品、產品類樣品兩個方面詳細地闡述陶瓷檢測中樣品前處理的原則及方法，并分析了處理方法對測試結果的影響，以期引起廣大陶瓷檢測工作者的重視。

2 陶瓷檢測中樣品處理原則及方法

陶瓷檢測的種類大概包含兩類：地礦類、產品類。本文就這兩類樣品詳談其處理方式。

2.1 地礦類樣品的處理原則及方法

地礦類樣品，其在陶瓷原料中占的比重比較大，組分也不均勻，因此，實驗室必須將樣品破碎、縮分制成具有代表性的分析試樣。制備的試樣必須符合各項檢測所要求的粒度，保證各項組分及含量和原始樣品一致。不同的礦物，不同的測試要求，應采取不同的制樣方法。

樣品的縮分應遵循切喬特經驗公式，即Q=KD2，其中，Q 為樣品最低可靠質量 （kg）；D 為樣品直徑（mm）；K為根據巖礦特性確定的縮分系數。元素的品位變化愈大、分布愈不均勻、分析要求精度愈高，K值愈大。對于硅酸鹽類地礦樣品K值在0.1～0.2之間。根據上述公式對樣品進行破碎縮分制備分析試樣。制備過程大致分為三個階段：粗碎、中碎和細碎。每個階段又包括破碎、過篩、混勻和縮分四道工序。粗碎階段，將樣品全部破碎到4 mm（過5目篩），混勻、縮分后進行中碎，此階段樣品全部破碎到1 mm（18目篩），混勻、縮分后細碎制備分析試樣。破碎中使用的破碎、研磨工具，原則上要避免污染樣品。考慮到實際生產，可以進行調整。

陶瓷行業一般采用高鋁球磨對長石類、泥沙類樣品進行研磨，這樣測定化學成份時，造成氧化鋁含量一般都會偏高。為了避免高鋁球磨引起化學成份較大的偏離，樣品處理人員要嚴格按照規則破碎縮分樣品，對球磨過程的料球水比例、時間等細節要把握好。對于石英、鋯英砂、螢石等樣品，則不能采用高鋁研磨，應在中碎至1 mm、混勻縮分后，采用瑪瑙介質研磨。對于粉末類的樣品，則需要采取各種手段比如混勻機使其充分混勻。筆者曾經做過實驗，球磨后未經混勻的鈉長石粉，測定氧化鋁含量偏差達到了1%。

對于高鋁快速球磨和非鋁質研磨在測試氧化鋁含量方面的差異，筆者也進行了相關實驗，研磨細度為200目以下，其結果參見表1。

表1 采用高鋁快速球磨和非鋁質研磨后原料中氧化鋁含量的對比

從表1可知，氧化鋯球磨工具的材質基本上只含有氧化鋯和氧化釔，其研磨出的試樣化學成份中會含有微量的鋯和釔；然后通過高鋁球磨出的試樣進行化學分析排除了試樣中含有鋯和釔，這樣通過不同研磨手段的分析和佐證，便能準確地分析樣品中的化學成份。由此可以看出，不同材質的研磨手段可以較好的輔助化學分析。

需要注意的是，陶瓷原料通常要進行燒白度測試，研磨的粗細程度往往影響白度結果，例如：某球土過150目篩時，白度為63；過325目篩時，白度為70；長石類樣品過325目篩的試樣比過200目篩試樣的玻化程度要明顯。因此，如果對樣品白度及細度有要求的測試，都要根據測試需求來進行研磨。

2.2 產品類樣品的處理原則及方法

產品類樣品大致可分為成品和半成品，其中，半成品包括釉料、坯料等。坯料類樣品一般都已球磨，只要混勻即可測試。對于釉料類樣品，由于其組分中含有的物質比重差別比較大，因此，在處理過程中應特別注意其均勻程度，如果樣品為釉漿，為避免釉漿沉淀造成組分偏差，應將釉漿放在容器中充分攪勻取樣；如果樣品為釉粉，首先要了解是否經過了研磨，一般沒有研磨的釉粉，外觀上都不均勻，比如粉末中有的地方白色，有的地方灰色，而且粒度比較粗，可能影響化學檢測，所以要通過研磨使其細化勻化；如果釉料檢測熔融溫度和熱膨脹系數，則研磨的細度還要符合工藝生產要求。熔塊類樣品，首先要注意熔塊中是否有外來雜質；如有的熔塊會包含熔塊爐的耐火材料，或者鐵質雜質。符合要求的熔塊要破碎到6.7 mm（3目）以下，然后混勻縮分出100 g樣品，繼續破碎到0.5 mm（32目）以下，混勻縮分用瑪瑙研磨至0.09 mm（170目）以下做為分析試樣。陶瓷成品類樣品，如：瓷磚，做放射性測試時，可以用鐵質工具研磨至100目以下，這樣研磨會比較節約時間。

陶瓷生產中需要用到球石、耐火磚等輔助性產品。這些產品的質量水平影響著陶瓷產品的質量和企業的生產成本。球石由于硬度高、耐磨性好，可以先將球石燒到一定溫度，如：1000℃；然后放入冷水驟冷，讓其變脆，然后進行粉碎研磨。

耐火磚的制樣原則是在耐火制品質量的薄弱部分或者使用的關鍵部分制取試樣，制取部分要能反映出樣品的性能，取樣時要避開熔洞、裂紋的缺陷部分。對于標磚來講，致密定形的耐火制品的顯氣孔率、耐壓強度、加熱永久性變化、荷重軟化及壓蠕變需要在制品的角上取樣。輕質標磚的重燒線變化取樣的尺寸為：100 mm×114 mm×64 mm或者100 mm×114 mm×76 mm，其中100 mm應在制品長度上切取；114 mm和64 mm或76 mm分別在制品寬度和厚度上切取，試樣100 mm間距的兩相對面必須平面切相互平行。

耐火制品測量化學分析、耐火度、真密度等需要制取粉末試樣時，應在每塊制品上均勻地制取相同數量的小塊，去除表皮后再粉碎研磨至規定的粒度。對于已經使用過的耐火制品，例如：熔塊爐中鋯剛玉耐火磚，在長期使用中，熔塊高溫形成的玻璃液不斷侵蝕耐火磚，如果采用這樣的耐火磚做檢測，結果會存在比較多的不確定因素。因此，制樣時應和送檢單位協調好，以確定樣品處理方法。

陶瓷檢測中有時也會遇到玻璃類樣品，玻璃類的樣品在測試膨脹系數時，應在試驗前退火:首先將樣品加熱到比轉變溫度高30℃；然后以2℃/min的速率將樣品冷卻至比轉變溫度低大約150℃的條件下；最后將在無通風的條件下將樣品進一步冷卻至室溫。熔塊類樣品最好能按照成品工藝要求進行熔制試樣，比如：熔塊粉可以隨瓷磚一起在窯爐中燒制試樣，而熔塊爐中取的熔塊玻璃液由于發生急冷效果，膨脹系數可能會有影響。

3 結語

隨著陶瓷檢測技術的不斷提高，陶瓷相關樣品也需要不斷地開發出先進的處理技術，既能適合檢測需要，又能節省成本和資源。只有樣品的處理技術與檢測技術共同進步，才能推動陶瓷檢測技術的不斷前進。