摘 要：本文通過對陶瓷原料燒后白度檢測全過程的每一步驟的研究，分析原料燒后白度偏差的原因，提出其方法應盡量統一，使燒后白度值能真實體現原料的特性，為生產和科研提供真實的數據。

關鍵詞：燒后白度；陶瓷原料；色差計

1 前言

社會發(fā)展使大眾的生活品質不斷提高，人們對陶瓷產品的美觀外表有了更高的要求，如日用瓷，潔白的產品讓人感覺安全、雅觀；拋光磚，對白度也有較高的要求。特別是某些出口歐美的產品，產品白度可能是其必須的條件之一。換言之，這些產品如果能達到較高的白度外觀，其價格會高于其他同類產品。

在生產中，會用到多種礦物原料和化工添加劑原料，由于原料的化學成分不同使得原料對產品產生不同的白度效果。為得到相應的白度效果可以調節(jié)不同白度值原料的配比來實現。所以，生產前知道原料在一定條件下的白度值，是有必要的。

研究陶瓷原料燒后白度的檢測過程，分析每一過程中各個實驗條件對檢測值的影響，一方面探討獲得準確的陶瓷原料燒后白度值的準確方法；另一方面也可以為如何提高陶瓷產品燒后白度提供參考意見。

在沒有原料化學成分分析條件的礦山現場，一些尋礦的原料商或陶藝師傅會用煤氣噴槍噴燒選中的礦石，燒后的結果大致可判斷原料的始熔或燒結溫度范圍和燒后白度，這說明原料供應商和生產車間的技術人員都對原料的燒后白度比較重視。事實上，通過經驗積累，調節(jié)原料化學成分是調節(jié)產品白度的重要手段之一?？刂婆浞搅系幕瘜W成分可以從了解原料的燒后白度著手。

首先了解白度的檢測原理。所謂白度，就是物體對白光漫反射的能力。由于光照射到被測物體表面產生漫反射，能沿原入射光線反射到接受裝置的光強與入射光強之比，通過與標準樣品的比較，測出對應白度值。陶瓷原料的燒后白度檢測步驟還包括：樣品粉碎、壓制成形、高溫煅燒等，然后才用色差計（或白度計）測白度值。

目前，最常用的陶瓷原料白度的檢測方法，是參考國家標準GB/T5950《建筑材料與非金屬礦產品白度測量方法》，該法僅對粉末樣品的自然白度和塊狀樣品的檢測進行了規(guī)范，陶瓷原料樣品的燒后白度檢測的樣品制備沒有規(guī)定，這樣給檢測帶來了不統一性，進而造成檢測結果偏差很大。

本文主要是通過研究普通實驗室常用的測定陶瓷原料燒后白度的制樣差異對結果的影響，建議選擇統一的制樣方法，以便使結果更具可比性，對原料研究和質量控制提供科學的幫助。

2 實驗與檢測結果、檢測偏差分析及偏差解決方案

燒后白度檢測流程圖如圖1所示。

陶瓷原料主要有三大類：粘土、石英、長石。粘土類樣品本身具有較好的粘結性，成形時不需添加水，如果成形時自身含水，必須在105℃條件下烘干，再進行煅燒，否則在高溫爐內容易炸裂。石英和長石類原料屬瘠性材料，需加入適當純凈蒸餾水使其能夠成形，成形后樣片要先烘干再移入高溫爐中煅燒，煅燒時必須注意溫度的準確控制，在1200℃條件下保溫30min。樣片，特別是已經開始熔融的樣片，應在高溫爐內自然降溫至低于300℃才能取出，否則樣片容易裂開。

由于原料耐受溫度不同，在1200℃保溫30min后，耐高溫的樣片不透明，表面比較平滑，無光澤；不耐高溫的樣品，表面光滑，出現光澤，溫度越低，透明度越明顯，樣片會稍微變形。本文所述高溫樣品是指經1200℃煅燒保溫30min后不出現鏡面光澤的樣品；低溫樣品是指經1200℃煅燒保溫30min后出現明顯鏡面光澤，并且樣片邊緣明顯變形成圓角的樣品；中溫樣品則是樣片有鏡面光澤，但樣片邊緣未形成明顯圓角。

2.1 粗顆粒與細顆粒對樣品白度的影響

對于粗顆粒非均勻樣品及粉狀均勻樣品，其白度值需按測試樣品的白度流程進行檢測，嚴格按四分取樣法，其他步驟完全相同，各進行五次檢測，其結果見表1。

由表1可知，每次檢測都存在一定的偏差，同一個非均勻樣品燒后白度檢測結果最高偏差可達1.2個白度單位，其偏差原因為：非均勻樣品多次取樣的化學成分有少許偏差，使燒后白度結果也隨之出現偏差。低溫類樣品中顯色元素含量不同，影響明顯，檢測結果偏差也更明顯。

解決方案：盡可能做到一次全樣粉碎，避免多次取樣。

2.2 粉碎方法的不同對樣品白度的影響

陶瓷原料中含鐵、鈦、錳的原料煅燒后，會顯色，所以在進行樣品粉碎時，包括粗碎和細碎的過程，應選擇合適的工具，避免顯色成分的引入，比如用顎式破碎機粗碎石塊，會有鐵成分加入；實驗室用鐵錘粗碎塊狀樣品也可能會引入鐵成分；成形時模具硬度不夠污染會更嚴重。表2為不同的粉碎方法對樣品白度的影響。

由表2可知，不同的粉碎方法，樣品的白度存在一定的偏差，其偏差原因為：使用硬度不夠的粉碎工具或鐵質模具，樣品容易被工具的鐵質污染。對于低溫樣品，由于燒后顯色明顯，哪怕只是被污染一點點，燒后白度值都會明顯降低。

解決方案：用鐵錘粗碎樣品時可用白紙墊隔，避免鐵錘敲擊樣品時接觸到樣品，使樣品中混入鐵屑。成形時應選擇硬度較高的合金模具，避免樣品成形和脫模時被污染。

2.3 蒸餾水對樣品白度的影響

對于瘠性原料，如長石、石英等，成形前需加入適當純凈蒸餾水，使粉末增加一定的粘結性，利于成形；有時半瘠性性粉末也會加入適當蒸餾水成形，粉末加水后應攪拌均勻，否則會導致形成暗斑，影響檢測，如圖2所示。

檢測偏差原因分析：瘠性原料不親水，加水后水分散較快，結果不受影響；低溫樣品在高溫下反應徹底，結果不受影響；高溫樣品加水后，水分較多的部分收縮明顯，與周圍不一致，有時會出現暗斑。由于高溫樣品多為塑性較好的粘土樣品，一般不加水，筆者是在偶然幾次加水實驗時發(fā)現的。

解決方案：盡可能原樣成形，不要添加粘結劑（包括水），如果必須加水，要均勻樣品后才能壓制成形，之后經過充分烘干才能進行煅燒。

2.4 不同顆粒度對樣品白度的影響

研究粉末樣品不同顆粒度對燒后白度的影響，在耐高溫的樣品中比較明顯。分別取成分非常接近（如：ZrO2:64.37%、64.35%，Fe2O3:0.09%、0.08%，TiO2:0.16%、0.16%）顆粒度不同的硅酸鋯樣品進行比較試驗。其測試結果見表3。

檢測偏差原因分析：同類原料樣片的成形壓力盡量統一，如粘土類10MPa、硅酸鋯6MPa等，才使同類樣品的檢測結果具有更高的可比性。同類原料樣品的顆粒度越細，燒后白度越白。因為顆粒度越細，成形后樣片表面致密度越高，能更好地將入射光線反射回接收裝置；反之，顆粒度較粗，成形后的樣片表面相對較粗糙，光線散射相對明顯，檢測結果稍低，如圖3所示。

解決方案：在結果判定時，首先要了解樣品的顆粒度狀況，生產中可以通過深加工取得更明顯的白度效果，但要充分考慮加工原料的性價比。

2.5 煅燒溫度不同對樣品白度的影響

由于燒后白度檢測沒有制定國家標準，當然也是因為燒后白度檢測是陶瓷生產企業(yè)針對企業(yè)本身生產的實際需要而采取的對原料的一種控制方法。所以對樣品制備時的煅燒溫度沒有規(guī)定，一般默認為在1200℃保溫30min。不同的煅燒溫度，或不同的保溫時間，有些原料樣品，特別是中低溫原料，在外觀形狀上會有明顯差別，以鉀長石煅燒為例進行說明，（a）1200℃保溫30min，有收縮、不透明、沒有光澤、邊緣沒有圓角，白度值為74.3。（b）1230℃保溫30min，收縮明顯、比較透明、有光澤、邊緣出現圓角，白度值為55.4。如圖4所示。

檢測偏差原因分析：研究煅燒溫度對燒后白度的影響時，筆者進行過大量的實驗，對于高溫原料，提高煅燒溫度或延長保溫時間，燒后白度值會降低0～5個單位；對于中低溫原料，提高煅燒溫度或延長保溫時間，特別是處于熔融臨界溫度的樣品，燒后白度值的變化可超過20個單位。主要原因：一方面：顯色成分經過更充分的化學反應，顯色更明顯；另一方面：也因為樣片煅燒透明后，部分光線不能完好反射，造成燒后白度值降低。

有時設定一個固定的煅燒溫度，也會出現比較大的偏差，這主要是由于電爐內不同位置的溫度存在一定的偏差，造成實際煅燒溫度不統一。事實上，煅燒過程的條件變化是造成原料燒后白度偏差的最主要因素。

解決方案：統一煅燒溫度和保溫時間，煅燒樣片前應檢定高溫電爐的溫度，僅在電爐腔內檢定點放置少量樣片，保證煅燒溫度準確。對于煅燒后處在熔融臨界狀況下的樣品，重新處理，增加20℃進行煅燒。因為對于中低溫樣品，熔融后的檢測結果更能評價該原料的特性。

2.6 不同燒成爐對樣品白度的影響

同種樣片在箱式高溫爐和輥道窯爐中分別進行煅燒，其結果差別很大，如表5所示。

檢測偏差原因分析：箱式高溫爐相對密封，氧氣不充分，爐內條件穩(wěn)定，顯色成分未能充分反應，白度值較高，結果也較穩(wěn)定；輥道窯爐相對敞開，氧氣充分，樣片隨輥道運行過程不穩(wěn)定，顯色成分得到充分的反應，顯色明顯，所以結果偏低，且結果偏差也較大。顯色成分能否充分氧化反應與窯爐的煅燒氣氛有關。

解決方案：對于實驗室而言，使用箱式高溫爐比較方便，對于生產車間，更希望使用與生產一致的輥道窯爐。建議使用箱式高溫爐，容易達成統一的實驗條件，使結果具有可比性。技術人員應了解樣品在箱式高溫爐和輥道窯爐煅燒的差別，對結果的判定有幫助。

3 建議統一檢測方法

鑒于陶瓷原料燒后白度檢測，在陶瓷行業(yè)運用的廣泛性，為使檢測結果具有更高的穩(wěn)定性和可比性，筆者建議檢測方法能夠統一，具體表現如下。

（1） 對送檢的樣品進行全樣粉碎。

（2） 粗碎時避免樣品與金屬工具接觸；用球磨機球磨或震動粉碎機粉碎樣品，球磨罐和研缽不能是金屬材料。

（3） 被檢樣品粉碎后應能全部通過350目篩。

（4） 如有需要，成形前加5%～10%純凈蒸餾水，充分攪拌均勻；粉末依據不同類別原料選擇固定成形壓力；每個樣品壓制3個樣片，成形后的樣片先放置30min，再在105℃烘1h。

（5） 將烘過的樣片移入已經檢定溫度合格的箱式高溫爐，以10℃/min勻速升溫，至1200℃保溫30min，在電爐內自然冷卻至低于300℃后取出，冷卻至室溫后可檢測。

（6） 檢測時應選擇合適的陶瓷標準白板作為參考標準，如光澤度較高的GSB A67002-86陶瓷標準白板、低光澤的GSB Q30001陶瓷標準白板等。根據煅燒后的樣片是否出現光澤面而選擇不同的標準白板。

（7） 一般，每個樣品的3個樣片的測定值的平均值為檢測結果，如果樣片的被測面不夠平整，可多測幾次，剔除過于離散的結果后取平均值為檢測結果。

4 結論

燒后白度作為研究陶瓷原料特性，是生產中控制原料穩(wěn)定性的一種手段，操作比較簡單，容易實現。但是由于在檢測的全過程的任一步驟都會引起偏差，所以處理樣品和檢測時需要注意避開引起偏差的操作。特別是樣品處理過程避免污染，煅燒樣片時注意保證煅燒溫度的精確性。

儀器檢測時，儀器發(fā)出的光線射到樣片表面，完全光滑、平滑、不透明的樣片把所有光反射回接收裝置，通過與標準樣品比較，得到測定值。透明的樣片有部分入射光線穿過樣片，或被吸收，或削弱后反射，此時得到的白度值比較低；表面不夠平滑，或有小微孔的樣片，部分入射光發(fā)生散射不能反射回到接收裝置，結果也會稍微偏低；樣片的檢測面凸起，結果會稍高；檢測面凹下，結果稍低；如果樣片上有細小裂紋，結果會稍高。