日用黑釉瓷產(chǎn)品抗熱震性的檢測(cè)及評(píng)價(jià)

甘強(qiáng)

摘 要：文章采用遞增性試驗(yàn)法對(duì)日用黑釉瓷產(chǎn)品進(jìn)行抗熱震性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其在240～280 ℃時(shí)才出現(xiàn)裂紋等缺陷，其抗熱震性能明顯優(yōu)于其他材質(zhì)的日用瓷器。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)監(jiān)督部門(mén)進(jìn)行有針對(duì)性監(jiān)管、讓廣大消費(fèi)者和生產(chǎn)銷(xiāo)售方了解產(chǎn)品抗熱震性差異情況，從而更好把握產(chǎn)品的溫度使用范圍有著重要指導(dǎo)意義。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果還可以為日用黑釉瓷生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)上釉工藝、提高釉面均勻性、提升產(chǎn)品抗熱性能提供改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：日用黑釉瓷；遞增性試驗(yàn)法；抗熱震性

1 前言

隨著建陽(yáng)建盞燒制技藝的恢復(fù)和傳承，日用黑釉瓷產(chǎn)業(yè)近年來(lái)得到了飛速的發(fā)展，黑釉瓷產(chǎn)品也逐漸在日常生活中被廣泛使用。由于黑釉瓷產(chǎn)品在使用過(guò)程中會(huì)受到沸水浸泡，所以對(duì)其抗熱震性的研究日益引起人們的關(guān)注?？篃嵴鹦允侵覆牧显跍囟劝l(fā)生驟變時(shí)，不出現(xiàn)破損或者其它缺陷的能力，同時(shí)也是日用陶瓷產(chǎn)品的一項(xiàng)重要物理和安全性能指標(biāo)。如果產(chǎn)品的抗熱震性不能滿(mǎn)足使用的需求，在日常使用中，其釉面或者胎體就會(huì)產(chǎn)生裂紋，甚至發(fā)生炸裂。據(jù)國(guó)外一些相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)陶瓷產(chǎn)品的釉面受到破壞時(shí)，會(huì)有重金屬析出，危害人體健康。目前，某些黑釉瓷生產(chǎn)企業(yè)為了提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在其產(chǎn)品的釉料里添加了諸如鈷、鉛等有害重金屬元素進(jìn)行燒制，用以提高釉面的藝術(shù)性和觀(guān)賞性。在未出現(xiàn)裂紋等缺陷時(shí)，這些重金屬元素不易析出。而黑釉瓷產(chǎn)品一旦在熱震作用下被破壞，其使用安全可靠性則會(huì)被極大損害。因此，黑釉瓷產(chǎn)品的抗熱震性應(yīng)該如何提高，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

本文采用遞增性試驗(yàn)法對(duì)市售日用黑釉瓷產(chǎn)品的抗熱震性能進(jìn)行了綜合分析，通過(guò)對(duì)比，確定了其適用的溫度使用范圍，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析。這一結(jié)果同時(shí)也從理論上提出了提高黑釉瓷產(chǎn)品的抗熱震性的方法和對(duì)策，從而更好地指導(dǎo)日用黑釉瓷企業(yè)生產(chǎn)，增強(qiáng)消費(fèi)者和市場(chǎng)監(jiān)管部門(mén)對(duì)于該類(lèi)產(chǎn)品安全性的信心。

2試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)原理和步驟

試驗(yàn)溫度從160 ℃開(kāi)始，依次增加20 ℃。將日用黑釉瓷樣品在加熱爐中加熱至規(guī)定溫度后，恒溫30 min，然后迅速投入20 ℃的恒溫水槽中冷卻，靜置10 min后取出擦干，涂抹藍(lán)色劑。在標(biāo)準(zhǔn)光源下觀(guān)察樣品出現(xiàn)裂紋或破損的情況，記錄20%樣品出現(xiàn)裂紋或破損時(shí)的加熱溫度，以確定產(chǎn)品的抗熱震性性能，并計(jì)算其抗熱指數(shù)。

2.2試驗(yàn)設(shè)備和材料

2.2.1試驗(yàn)區(qū)最高工作溫度

300 ℃；控溫精度：±1 ℃。

2.2.2恒溫水槽溫度控制范圍

15 ～25 ℃；控溫精度：±1 ℃。

2.2.3設(shè)備條件、試樣放置方式的選擇

冷卻水溫度的控制水平是對(duì)試驗(yàn)影響較大的因素。日本和澳大利亞的相關(guān)檢測(cè)規(guī)范中規(guī)定：使用水冷卻過(guò)程中水溫升高不超過(guò)10 ℃，以避免冷卻水溫度過(guò)高影響試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)中使用的冷卻水槽體積為500 L，水泵的通過(guò)流量為100 L/min以保證冷卻水的環(huán)流。同時(shí)控制一次試樣樣品量≤30個(gè)。要求在試驗(yàn)過(guò)程中，冷卻水槽任意點(diǎn)的水溫升高均不超過(guò)5 ℃。

試樣的放置方式有三種。一種是平放，冷卻水從產(chǎn)品底部接觸產(chǎn)品，逐步淹沒(méi)整個(gè)產(chǎn)品并灌滿(mǎn)產(chǎn)品內(nèi)部；一種是側(cè)放，冷卻水從產(chǎn)品側(cè)壁開(kāi)始接觸，然后迅速接觸產(chǎn)品內(nèi)部空間，由于預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明黑釉瓷產(chǎn)品的裂紋等缺陷主要集中于產(chǎn)品的內(nèi)壁底部，所以該放置姿勢(shì)是最優(yōu)的選擇；第三種放置姿勢(shì)是口沿向下反扣放置，這種放置方式會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部空氣排出困難而影響冷卻水與產(chǎn)品內(nèi)表面底部的接觸，不利于本試驗(yàn)的進(jìn)行。

2.2.4染色溶液的選擇

由于日用黑釉瓷產(chǎn)品釉面底色多為黑色或者柿紅色，并帶有鐵系析晶釉獨(dú)特的花紋，所以常規(guī)的陶瓷抗熱震性染色劑，如紅、藍(lán)墨水、亞甲基藍(lán)溶液等很難顯現(xiàn)其裂紋和破損情況。經(jīng)過(guò)多種染色材料的試驗(yàn)結(jié)果，我們采用金黃色的顏料作為黑釉瓷產(chǎn)品的染色材料，得到了最滿(mǎn)意的效果。

2.2.5試樣樣本的選擇

參考了ASTMC554- 1993 （2016）9和BS EN 1183：19978等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有關(guān)試樣數(shù)量的要求，樣品應(yīng)在同一生產(chǎn)批次的規(guī)格和器型相同的產(chǎn)品中抽取至少5件樣品。為了樣品具有普遍的代表性，我們選取了市售不同廠(chǎng)家生產(chǎn)、不同規(guī)格器型和紋理特點(diǎn)的的日用黑釉瓷共100個(gè)批次進(jìn)行試驗(yàn)；同時(shí)也選取了其他材質(zhì)的日用陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證不同產(chǎn)品在抗熱震性上的差異性。

3試驗(yàn)結(jié)果

部分樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3.1抗熱震性評(píng)價(jià)

從本次試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同材質(zhì)的日用陶瓷樣品的抗熱震性具有一定的差異性。骨瓷、日用精密陶、鎂制強(qiáng)化瓷、高石英瓷等日用瓷器出現(xiàn)裂紋等缺陷時(shí)候的加熱溫度在180～200 ℃的這個(gè)區(qū)間，而日用黑釉瓷出現(xiàn)裂紋等缺陷的加熱溫度主要分布在240～280 ℃之間，其抗熱震性能明顯優(yōu)于其他材質(zhì)的日用瓷器。

陶瓷材料的抗熱震性是其力學(xué)性能和熱學(xué)性能的綜合表現(xiàn)，因此如線(xiàn)脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、彈性模量、斷裂能等一些熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)，會(huì)對(duì)陶瓷的抗熱震性產(chǎn)生很大影響。彈性模量表征了材料在一定的應(yīng)力作用下發(fā)生彈性變形的難易程度，彈性模量越大，材料越難發(fā)生形變，抗熱震性也就越差。日用黑釉瓷屬于高鐵析晶釉，其形成大多符合液相分離→氧化鐵析晶機(jī)理，在高溫?zé)七^(guò)程中，胎體和釉料中Fe2O3的分解產(chǎn)生大量的氣泡。氣泡不斷朝釉面方向上升、膨脹以及合并長(zhǎng)大，將其周?chē)母昏F氧化物帶到釉面上逸出，形成釉面局部的富鐵區(qū)域。也正是由于其釉面的形成原理，導(dǎo)致黑釉瓷釉面和胎體的氣孔率較高，并表現(xiàn)為多數(shù)日用黑釉瓷產(chǎn)品在表面都有肉眼可見(jiàn)的細(xì)小氣孔（見(jiàn)圖1、圖2）。陶瓷材料的彈性模量隨氣孔率的增大而減小，因此日用黑釉瓷釉面和胎體較高的氣孔率有利于降低彈性模量，提高產(chǎn)品的抗熱震性能。

3.2日用黑釉瓷產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷情況評(píng)價(jià)

日用黑釉瓷產(chǎn)品的形狀、尺寸因素對(duì)其的抗熱震性有著重要的影響，不良的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致制品中嚴(yán)重的溫度不均勻和應(yīng)力集中，從而降低抗熱震性。日用黑釉瓷產(chǎn)品抗熱震性試驗(yàn)缺陷出現(xiàn)部位見(jiàn)表2。從下表可以看出盞型日用黑釉瓷產(chǎn)品主要包括斂口盞、敞口盞、束口盞和撇口盞，抗熱震性試驗(yàn)缺陷出現(xiàn)部位主要集中在內(nèi)表面的底部，大多數(shù)為環(huán)狀的裂紋（見(jiàn)圖3、圖4）。這主要是由于日用黑釉瓷釉料具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，在燒制過(guò)程中，容易在內(nèi)表面底部形成釉料聚集，導(dǎo)致其底部釉面厚度明顯高于側(cè)壁。這種釉層的厚薄不一，會(huì)在試驗(yàn)過(guò)程中導(dǎo)致側(cè)面與底面產(chǎn)生嚴(yán)重的溫度不均勻和應(yīng)力集中，所以底部出現(xiàn)裂紋概率更高。同時(shí)通過(guò)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，束口盞的口沿出現(xiàn)裂紋缺陷的概率明顯高于其他器型，這也是由于該器型的口沿處釉面厚薄不均勻所導(dǎo)致的。杯型的日用黑釉瓷產(chǎn)品的缺陷主要集中出現(xiàn)在杯內(nèi)壁與底部交接處，其原因是該器型的杯壁與底面垂直，加劇了釉面在燒制過(guò)程中向底部流動(dòng)的情況，導(dǎo)致內(nèi)表面的底部更容易出現(xiàn)環(huán)狀裂紋。

4結(jié)論與意義

文章采用遞增性試驗(yàn)法的方法，得出日用黑釉瓷出現(xiàn)裂紋等缺陷的加熱溫度主要分布在240 ～280 ℃之間，其抗熱震性能明顯優(yōu)于其他材質(zhì)的日用瓷器。通過(guò)觀(guān)察日用黑釉瓷產(chǎn)品最初出現(xiàn)裂紋或破損的溫度，直觀(guān)的體現(xiàn)了日用黑釉瓷產(chǎn)品實(shí)際承受熱沖擊的能力。該發(fā)現(xiàn)可以幫助市場(chǎng)監(jiān)督部門(mén)對(duì)黑釉瓷產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)行針對(duì)性監(jiān)管，讓廣大消費(fèi)者和生產(chǎn)銷(xiāo)售方了解產(chǎn)品抗熱震性差異情況，從而更好的把握產(chǎn)品的溫度使用范圍。

通過(guò)對(duì)日用黑釉瓷出現(xiàn)裂痕和缺陷位置情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺陷出現(xiàn)部位主要集中在內(nèi)表面的底部。這主要是由于日用黑釉瓷的釉料具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，導(dǎo)致內(nèi)表面容易在產(chǎn)品底部形成釉料聚集，其底部釉面厚度明顯高于側(cè)壁。在試驗(yàn)過(guò)程中，釉面厚薄程度不一會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面溫度不均勻和應(yīng)力集中，故最容易出現(xiàn)裂紋等缺陷。日用黑釉瓷生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重視上釉工藝，盡可能的保持釉面厚度的均勻性，避免缺陷的出現(xiàn)。

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