陶瓷吸水率测定用标准样品制备和评估

汪永清，吴 瑜，袁文瓒，李德生

(1. 景德镇陶瓷学院，江西 景德镇 333403；2. 景德镇出入境检验检疫局，江西 景德镇 333000；3. 景德镇常青家园工艺品有限公司，江西 景德镇 333000)

陶瓷吸水率测定用标准样品制备和评估

汪永清1，吴 瑜2，袁文瓒2，李德生3

(1. 景德镇陶瓷学院，江西 景德镇 333403；2. 景德镇出入境检验检疫局，江西 景德镇 333000；3. 景德镇常青家园工艺品有限公司，江西 景德镇 333000)

本研究以制作陶瓷吸水率标准样品为目的，系统地分析配方、成型工艺和烧成温度对样品吸水率的影响，确定了标样配方为：41.11%精选高岭+38.45%长石+20.54%石英，原料经过13 h球磨，采用高压注浆成型:压力为0.6 Mpa，保压时间30 min。经过8小时10分钟烧成，最高温度1215 ℃，最高温度保温10 min。确定陶瓷标准样品的评估方法和步骤，验证了样品具有一定均匀性和稳定性，吸水率定值为9.23%，不确定度为0.31%。

陶瓷吸水率；标准样品；制备；评估

0 引 言

标准样品简称RM，标准样品的思想和理念早在20世纪初产生，并在实践中得到了有效的应用[1]，陶瓷吸水率是衡量陶瓷产品质量的一项重要物理性能指标，在陶瓷生产中通常用吸水率来反映陶瓷产品的烧结程度，也间接表示了显气孔率的大小。因而在陶瓷产品研究及生产实践中吸水率都是极其重要且不容忽视的指标。

陶瓷试样吸附的水的质量与干燥试样质量的比值称为该试样的吸水率，以百分数表示[2]。陶瓷吸水率的测定有三种测定方法：蒸煮法、真空法、真空蒸煮法，样品测试的过程中许多因素影响测试结果数据的准确性，如取出方法、称量动作、揩布水分饱和度等，并且这些因素对于吸水率越小的样品影响越大[2]。因此，对陶瓷吸水率标准样品的制备就显得尤为重要。

本研究通过采用与日用陶瓷相似的制作工艺，选取优质原料，选择原料配比找到合适的配方，探索与配方相适应的满足标样要求的成型工艺和烧成制度，制作出可以用于校准吸水率仪器、评价测量方法、给材料赋值，建立实验室间的可比性、测量的溯源性以及培训分析测试人员的陶瓷吸水率标准样品[3]。

1 试 验

1.1 工艺流程

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

E-mail:250398346@qq.com

选择原料→选择配方→球磨→练泥→化浆→成型→干燥→烧成→样品表面处理→样品评估

1.2 原 料

经过试验分析得出配方：41.11%精选高岭+38.45%长石+20.54%石英较适合。

选择的原料和成份如表1。

1.3 球 磨

采用高铝球，料∶球∶水=1∶1.5∶0.5 球磨时间：13 h，出料泥浆粒径分布如图1。

1.4 练 泥

球磨的浆料进入榨泥机然后进入真空机，以泥段的形式出泥。泥料进行陈腐24 h，泥料的化学组成如表2。

1.5 化 泥

泥料进入搅拌桶，泥料∶水为100∶30，搅拌速度为1400 r/min，输出功率为308 v、50 hz、5.7 A，搅拌时间为30 min。加入0.1%的有机高分子分散剂。

1.6 成 型

采用高压注浆成型。注浆成型设备简单，满足产品外形的各种要求，制备好的浆料进入高压注浆机中，保持一定的压力和保压时间，正交法分析得出采用0.6 Mpa、保压30 min，脱模，放在干净垫板上，放在干燥通风处，自然干燥两天，拣选出完好无损的样品。

图1 粒径分布图Fig.1 Determination of particle size distribution

1.7 烧成

本研究中，吸水率标样制备实验的烧成均采用硅碳棒电炉，电炉配有自动控温系统，用来控制炉膛内温度的变化。

绘制出烧成温度以及保温时间对陶瓷吸水率影响的曲线图，如图2。本研究以1075 ℃为基本烧成温度点，通过研究在1150 ℃、1215 ℃、1300 ℃、1350 ℃不同的烧成温度下，分别保温0 min、10 min、30 min时对样品吸水率的影响，以选择最佳的烧成温度和保温时间。

根据实验的温度和吸水率分析，在最高温度为1215 ℃保温10 min时标准样品吸水率在9%左右，烧成温度曲线图如图3。

采用配方：41.11%精选高岭+38.45%长石+20.54%石英，以0.6 MPa保压30 min高压注浆成型，烧成最高温度1215 ℃并保温10 min制作的标样照片如图4。

图2 不同烧成温度下保温时间与吸水率关系图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 泥料化学组成Tab.2 Clay chemical composition

图3 烧成温度曲线Fig.3 Firing curve

图4 陶瓷吸水率标准样品图Fig.4 Reference samples for ceramic bibulous rate test

2 样品评估

2.1 稳定性评估

根据CNAS-GL29: 2010标准物质/标准样品定值的一般原则和统计方法[4]、国标GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35：2006[7]对吸水率标样进行稳定性研究，时间以月为单位检测，实验数据列于表3。

由表3得到单因素分析表4。

依据CNAS-GL03: 2006样品均匀性稳定性评估指南[7]，若t<显著性水平α(0.05)自由度为n1+n2-2的临界值t0.05(n1+n2-2)则说明样品是稳定的。

查t界值表 N=6，n1=n2

查看表5-2中的t值，t

2.2 均匀性研究

吸水率标准样品间均匀性研究采用单因子分析方法[7]对吸水率标准样品间均匀性研究,数据列于表5。

这些数据通过计算平均值、标准偏差和观测次数由表6得表7。

表6所示的方差分析计算见表7。

(2)判断

F的临界值Fa(f1f2)即查表：

F小于F的临界值Fa(f1f2)所以样品为均匀的。

(3)瓶间不确定度

瓶间方差SA用下式计算：

瓶间标准不确定度即为瓶间标准偏差，瓶间标准偏差是该方差的平方根

(4)重复性标准偏差

sr计算公式：

2.3 样品定值

2.3.1 测量方案

依据GB/T15000.3-2008/ISO Guide 35: 2006标准样品的工作导则(3)标准样品的一般原则和统计[5]第九章的技术要求采用协作研究方法，应用方差分析定值根据实验程序的复杂程度，确定实验协作中实验室的数目，选取包括本实验室不同小组在内的6个实验室进行协作研究，采用标准方法GB/ T3299-2011[6]，都采用标准操作程序，在105 ℃烘至恒重，室温称重m0，真空保压1 h，压力0.095 Mpa称重m1，计算出吸水率。

表3 不同时间标样的吸水率Tab.3 The water absorption of the reference samples after different time

表4 单因素分析结果Tab.4 Single factor analysis results

表5 吸水率标准样品间均匀性研究的测量数据Tab.5 The homogeneity of the reference samples for water absorption test

2.3.2 测量数据

实验室间测量数据见表8。

由表8数据分析得出单因素分析得到结果见表9。

2.3.3 计算公式

表6 样品间的平均值、方差和测量次数Tab.6 The mean, variance and the number of measurement

表7 吸水率的瓶间均匀性研究的方差分析表Tab.7 The anova table of uniformity with water absorption

式中：

式中：ms1是组间方差分析值；ms2是组内方差分析值

2.4 测量标准不确定度

2.5 合成扩展不确定度

依据模型[4]，扩展不确定度是通过合成测定、均匀性、稳定性等对特性值总的不确定度的贡献来估计的。

(11)包含因子k=2, usts为短期稳定不确定度，即为运输过程带来不确定度，陶瓷样品吸水率样品不受运输影响，所以usts为0。

表8 实验室间研究的测定数据Tab.8 Measurement data of different laboratories Lab

表9 单因素分析结果Tab.9 Single factor analysis results

3 结 论

以41.11%精选高岭+38.45%长石+20.54%石英的配方制作出标准样品；采用高压注浆成型，可以满足样品外观要求，注浆压力为0.6 Mpa、保压时间30 min；标准样品的最高烧成温度为1215 ℃，保温10 min。依据CNAS-GL29: 2010标准物质/标准样品定值的一般原则和统计方法[3]，分别验证了制备的陶瓷吸水率标准样品具有一定均匀性和稳定性；并对制备的陶瓷吸水率样品进行了定值，对不确定度进行了分析；制备的陶瓷吸水率标准样品吸水率为9.23%，不确定度为0.31%。

本研究方法具有普适性，通过改变配方、成型工艺、烧成温度和保温时间，可以得到不同值的吸水率系列标准样品。

[1] 陈柏年, 徐大军. 国际标准样品技术发展和现状[J]. 中国标准化, 2005, 342(3): 70-71.

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

[2] 林雪茵. 日用陶瓷吸水率检测方法—真空法和煮沸法探讨[J].中国陶瓷, 2011, 04: 53-54.

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

[3] 李兰群,马爱芳 标准样品的溯源性及在实验室中的应用[J].河北冶金, 2006,154(4): 53-55.

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

[4] CNAS-GL29 标准物质/标准样品定值的一般原则和统计方法[S].

[5 GB/T15000.3-2008/ISO Guide35.2006标准样品工作指导准则(3)标准样品定值的一般原则和统计方法[S].

[6]GB/T3299-2011日用陶瓷吸水率测定方法[S].

[7] CNAS-GL03:2006 能力验证样品均匀性和稳定性的评估指南[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。

国家国际科技合作专项(2011DFA52000)。

通信联系人：吴瑜(1984-)，女，硕士。