汪永清，吳 瑜，袁文瓚，李德生

(1. 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 景德鎮(zhèn)出入境檢驗(yàn)檢疫局，江西 景德鎮(zhèn) 333000；3. 景德鎮(zhèn)常青家園工藝品有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

陶瓷吸水率測(cè)定用標(biāo)準(zhǔn)樣品制備和評(píng)估

汪永清1，吳 瑜2，袁文瓚2，李德生3

(1. 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 景德鎮(zhèn)出入境檢驗(yàn)檢疫局，江西 景德鎮(zhèn) 333000；3. 景德鎮(zhèn)常青家園工藝品有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

本研究以制作陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品為目的，系統(tǒng)地分析配方、成型工藝和燒成溫度對(duì)樣品吸水率的影響，確定了標(biāo)樣配方為：41.11%精選高嶺+38.45%長(zhǎng)石+20.54%石英，原料經(jīng)過(guò)13 h球磨，采用高壓注漿成型:壓力為0.6 Mpa，保壓時(shí)間30 min。經(jīng)過(guò)8小時(shí)10分鐘燒成，最高溫度1215 ℃，最高溫度保溫10 min。確定陶瓷標(biāo)準(zhǔn)樣品的評(píng)估方法和步驟，驗(yàn)證了樣品具有一定均勻性和穩(wěn)定性，吸水率定值為9.23%，不確定度為0.31%。

陶瓷吸水率；標(biāo)準(zhǔn)樣品；制備；評(píng)估

0 引 言

標(biāo)準(zhǔn)樣品簡(jiǎn)稱RM，標(biāo)準(zhǔn)樣品的思想和理念早在20世紀(jì)初產(chǎn)生，并在實(shí)踐中得到了有效的應(yīng)用[1]，陶瓷吸水率是衡量陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要物理性能指標(biāo)，在陶瓷生產(chǎn)中通常用吸水率來(lái)反映陶瓷產(chǎn)品的燒結(jié)程度，也間接表示了顯氣孔率的大小。因而在陶瓷產(chǎn)品研究及生產(chǎn)實(shí)踐中吸水率都是極其重要且不容忽視的指標(biāo)。

陶瓷試樣吸附的水的質(zhì)量與干燥試樣質(zhì)量的比值稱為該試樣的吸水率，以百分?jǐn)?shù)表示[2]。陶瓷吸水率的測(cè)定有三種測(cè)定方法：蒸煮法、真空法、真空蒸煮法，樣品測(cè)試的過(guò)程中許多因素影響測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如取出方法、稱量動(dòng)作、揩布水分飽和度等，并且這些因素對(duì)于吸水率越小的樣品影響越大[2]。因此，對(duì)陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備就顯得尤為重要。

本研究通過(guò)采用與日用陶瓷相似的制作工藝，選取優(yōu)質(zhì)原料，選擇原料配比找到合適的配方，探索與配方相適應(yīng)的滿足標(biāo)樣要求的成型工藝和燒成制度，制作出可以用于校準(zhǔn)吸水率儀器、評(píng)價(jià)測(cè)量方法、給材料賦值，建立實(shí)驗(yàn)室間的可比性、測(cè)量的溯源性以及培訓(xùn)分析測(cè)試人員的陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品[3]。

1 試 驗(yàn)

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(píng)估

1.2 原 料

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析得出配方：41.11%精選高嶺+38.45%長(zhǎng)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(shí)間：13 h，出料泥漿粒徑分布如圖1。

1.4 練 泥

球磨的漿料進(jìn)入榨泥機(jī)然后進(jìn)入真空機(jī)，以泥段的形式出泥。泥料進(jìn)行陳腐24 h，泥料的化學(xué)組成如表2。

1.5 化 泥

泥料進(jìn)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(shí)間為30 min。加入0.1%的有機(jī)高分子分散劑。

1.6 成 型

采用高壓注漿成型。注漿成型設(shè)備簡(jiǎn)單，滿足產(chǎn)品外形的各種要求，制備好的漿料進(jìn)入高壓注漿機(jī)中，保持一定的壓力和保壓時(shí)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(fēng)處，自然干燥兩天，揀選出完好無(wú)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(biāo)樣制備實(shí)驗(yàn)的燒成均采用硅碳棒電爐，電爐配有自動(dòng)控溫系統(tǒng)，用來(lái)控制爐膛內(nèi)溫度的變化。

繪制出燒成溫度以及保溫時(shí)間對(duì)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(diǎn)，通過(guò)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(shí)對(duì)樣品吸水率的影響，以選擇最佳的燒成溫度和保溫時(shí)間。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的溫度和吸水率分析，在最高溫度為1215 ℃保溫10 min時(shí)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(biāo)樣照片如圖4。

圖2 不同燒成溫度下保溫時(shí)間與吸水率關(guān)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)樣品圖Fig.4 Reference samples for ceramic bibulous rate test

2 樣品評(píng)估

2.1 穩(wěn)定性評(píng)估

根據(jù)CNAS-GL29: 2010標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法[4]、國(guó)標(biāo)GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35：2006[7]對(duì)吸水率標(biāo)樣進(jìn)行穩(wěn)定性研究，時(shí)間以月為單位檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3。

由表3得到單因素分析表4。

依據(jù)CNAS-GL03: 2006樣品均勻性穩(wěn)定性評(píng)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(shuō)明樣品是穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn)樣品間均勻性研究采用單因子分析方法[7]對(duì)吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品間均勻性研究,數(shù)據(jù)列于表5。

這些數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和觀測(cè)次數(shù)由表6得表7。

表6所示的方差分析計(jì)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(jì)算：

瓶間標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為瓶間標(biāo)準(zhǔn)偏差，瓶間標(biāo)準(zhǔn)偏差是該方差的平方根

(4)重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差

sr計(jì)算公式：

2.3 樣品定值

2.3.1 測(cè)量方案

依據(jù)GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35: 2006標(biāo)準(zhǔn)樣品的工作導(dǎo)則(3)標(biāo)準(zhǔn)樣品的一般原則和統(tǒng)計(jì)[5]第九章的技術(shù)要求采用協(xié)作研究方法，應(yīng)用方差分析定值根據(jù)實(shí)驗(yàn)程序的復(fù)雜程度，確定實(shí)驗(yàn)協(xié)作中實(shí)驗(yàn)室的數(shù)目，選取包括本實(shí)驗(yàn)室不同小組在內(nèi)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行協(xié)作研究，采用標(biāo)準(zhǔn)方法GB/ T3299-2011[6]，都采用標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算出吸水率。

表3 不同時(shí)間標(biāo)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(jié)果Tab.4 Single factor analysis results

表5 吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品間均勻性研究的測(cè)量數(shù)據(jù)Tab.5 The homogeneity of the reference samples for water absorption test

2.3.2 測(cè)量數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)室間測(cè)量數(shù)據(jù)見表8。

由表8數(shù)據(jù)分析得出單因素分析得到結(jié)果見表9。

2.3.3 計(jì)算公式

表6 樣品間的平均值、方差和測(cè)量次數(shù)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(nèi)方差分析值

2.4 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.5 合成擴(kuò)展不確定度

依據(jù)模型[4]，擴(kuò)展不確定度是通過(guò)合成測(cè)定、均勻性、穩(wěn)定性等對(duì)特性值總的不確定度的貢獻(xiàn)來(lái)估計(jì)的。

(11)包含因子k=2, usts為短期穩(wěn)定不確定度，即為運(yùn)輸過(guò)程帶來(lái)不確定度，陶瓷樣品吸水率樣品不受運(yùn)輸影響，所以u(píng)sts為0。

表8 實(shí)驗(yàn)室間研究的測(cè)定數(shù)據(jù)Tab.8 Measurement data of different laboratories Lab

表9 單因素分析結(jié)果Tab.9 Single factor analysis results

3 結(jié) 論

以41.11%精選高嶺+38.45%長(zhǎng)石+20.54%石英的配方制作出標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間30 min；標(biāo)準(zhǔn)樣品的最高燒成溫度為1215 ℃，保溫10 min。依據(jù)CNAS-GL29: 2010標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法[3]，分別驗(yàn)證了制備的陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)樣品具有一定均勻性和穩(wěn)定性；并對(duì)制備的陶瓷吸水率樣品進(jìn)行了定值，對(duì)不確定度進(jìn)行了分析；制備的陶瓷吸水率標(biāo)準(zhǔn)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(guò)改變配方、成型工藝、燒成溫度和保溫時(shí)間，可以得到不同值的吸水率系列標(biāo)準(zhǔn)樣品。

[1] 陳柏年, 徐大軍. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)狀[J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)方法—真空法和煮沸法探討[J].中國(guó)陶瓷, 2011, 04: 53-54.

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

[3] 李蘭群,馬愛芳 標(biāo)準(zhǔn)樣品的溯源性及在實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法[S].

[5 GB/T15000.3-2008/ISO Guide35.2006標(biāo)準(zhǔn)樣品工作指導(dǎo)準(zhǔn)則(3)標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法[S].

[6]GB/T3299-2011日用陶瓷吸水率測(cè)定方法[S].

[7] CNAS-GL03:2006 能力驗(yàn)證樣品均勻性和穩(wěn)定性的評(píng)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(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2011DFA52000)。

通信聯(lián)系人：吳瑜(1984-)，女，碩士。