釉下/中彩日用瓷器吸水率檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

吸水率是評價陶瓷材料致密程度和燒結(jié)程度的核心物理指標(biāo)，對于釉下彩和中彩日用瓷器而言，其檢測原理基于阿基米德排水法。該原理的科學(xué)依據(jù)是：開放氣孔（即與外界連通的氣孔）具有吸附液體的能力。

具體技術(shù)原理如下：將陶瓷試樣置于液體中煮沸，使其開放氣孔充分飽和吸水。通過精確稱量試樣在三種狀態(tài)下的質(zhì)量：

1. 干態(tài)質(zhì)量 (m_d)： 試樣在干燥至恒重時的質(zhì)量。

2. 飽和濕態(tài)質(zhì)量 (m_s)： 試樣經(jīng)煮沸或真空浸水后，在液體中飽和并在濕布擦去表面液膜后的質(zhì)量。

3. 懸吊質(zhì)量 (m_h)： 飽和試樣在水中稱量時所受的浮力，其數(shù)值等于飽和試樣排開同體積水的質(zhì)量。

根據(jù)阿基米德原理，試樣的體積V可通過公式 V = (m_s - m_h) / ρ_water 計算（ρ_water為實驗溫度下水的密度）。吸水率（A）則定義為開放氣孔所吸收水分的質(zhì)量與試樣干態(tài)質(zhì)量之比，以百分比表示，計算公式為：
A = (m_s - m_d) / m_d ×

對于釉下彩和中彩瓷器，其裝飾層位于釉層之下或釉層中間，并覆蓋有透明釉。該釉層本身致密，幾乎不吸水。因此，檢測的實質(zhì)是測定無釉的坯體（通常為器物底部或指定部位的露胎處）的吸水率，以此代表整個瓷器的燒結(jié)質(zhì)量。若坯體燒結(jié)不足，吸水率偏高，不僅影響強(qiáng)度，在潮濕環(huán)境下，坯體吸收的水分可能遷移，長期作用或?qū)е掠悦娈a(chǎn)生“后期驚裂”風(fēng)險，或影響裝飾層的化學(xué)穩(wěn)定性。

二、檢測項目

日用陶瓷的物理性能檢測以吸水率為核心，并關(guān)聯(lián)其他關(guān)鍵項目，形成系統(tǒng)性評價。

1. 核心檢測項目：

   • 吸水率： 直接反映坯體燒結(jié)程度和致密性，是劃分瓷器、炻器、陶器的主要依據(jù)。

2. 關(guān)聯(lián)物理性能檢測項目：

   • 抗熱震性： 評估瓷器在冷熱交替條件下的抗開裂能力。吸水率高的坯體，因氣孔多、強(qiáng)度低，且吸水后可能改變應(yīng)力狀態(tài)，其抗熱震性通常較差。

   • 釉面硬度： 評估釉面抵抗劃傷的能力。雖然與吸水率無直接公式關(guān)系，但二者共同反映了燒成工藝的水平。

   • 機(jī)械強(qiáng)度： 包括抗彎強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度。高吸水率通常意味著坯體中存在更多缺陷（如氣孔、微裂紋），導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度下降。

   • 鉛鎘溶出量（針對裝飾面）： 對于釉中彩，雖裝飾層受釉層保護(hù)，但若坯體吸水率高，在特定使用條件下（如長期盛放酸性液體），可能因離子遷移而間接影響裝飾安全性，此項為重要化學(xué)安全項目。

三、檢測范圍與應(yīng)用領(lǐng)域要求

釉下/中彩日用瓷器的吸水率檢測覆蓋所有以陶瓷為材質(zhì)的餐飲器具及類似用途產(chǎn)品。

1. 餐飲器具：

   • 碗、盤、碟、杯類： 要求吸水率極低（通常≤0.5%），以確保衛(wèi)生、易清潔及足夠的強(qiáng)度。

   • 湯煲、砂鍋類： 部分產(chǎn)品為追求保溫性或特定的烹飪效果，可能允許稍高的吸水率，但需確保其抗熱震性滿足要求。

   • 酒店、餐飲業(yè)用瓷： 因需頻繁經(jīng)受商用洗碗機(jī)的高溫沖刷和熱沖擊，對吸水率及抗熱震性要求極為嚴(yán)格。

2. 藝術(shù)陳設(shè)瓷： 雖以裝飾為主，但若兼具日用功能（如花瓶用作水具），其與食物接觸部分或坯體仍需滿足相應(yīng)的吸水率安全標(biāo)準(zhǔn)。

3. 特定功能陶瓷： 如微波爐用瓷、冰箱-to-烤箱用瓷，要求低吸水率以保證在急劇溫度變化下不開裂。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)對比分析

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對日用陶瓷吸水率的要求存在差異，但核心測試方法（煮沸法）基本一致。

分析： 中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3532對吸水率的限值規(guī)定為具體和嚴(yán)格，直接與產(chǎn)品質(zhì)量等級掛鉤。美國ASTM和歐洲標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重于提供一套科學(xué)、精確的測試方法，而將具體限值留給產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或買家要求。所有標(biāo)準(zhǔn)均認(rèn)同，高品質(zhì)的釉下/中彩日用瓷器必須具備極低的吸水率。

五、檢測方法

1. 主要方法：煮沸法

   • 試樣制備： 取同一批次、同一樣式的制品至少5件。若無備用無釉試樣，則需在受檢制品底部（或指定無釉處）小心敲取代表性碎片，總質(zhì)量不小于50g。試樣需清潔、無裂紋。

   • 干燥至恒重： 將試樣置于（110±5）℃的烘箱中干燥至恒重（間隔1h稱量，質(zhì)量變化小于0.1%），在干燥器中冷卻至室溫，稱量m_d。

   • 煮沸飽和： 將試樣完全浸入蒸餾水或去離子水中，加熱至沸騰并保持2小時。隨后，關(guān)閉熱源，在原水中自然冷卻至室溫（通常不少于4小時），確保開放氣孔完全被水填充。

   • 稱量飽和濕態(tài)質(zhì)量 (m_s)： 取出飽和試樣，用濕布迅速擦去表面所有液膜（操作需快速一致，避免孔內(nèi)水分蒸發(fā)），立即稱量。

   • 稱量懸吊質(zhì)量 (m_h)： 將飽和試樣輕輕放入水中稱量裝置的吊籃中，確保完全浸沒且排除附著氣泡，稱得m_h。

2. 替代方法：真空法

   • 對于某些難以通過煮沸完全飽和的致密材料，可采用真空法。將干燥試樣置于真空容器中，抽真空至壓力小于100 mmHg（約13.3 kPa），保持一段時間，然后在真空下引入浸液直至淹沒試樣，繼續(xù)保壓一段時間后恢復(fù)常壓。其余稱量步驟同煮沸法。此法飽和更徹底，效率更高。

操作要點：

• 稱量過程必須迅速、準(zhǔn)確，尤其是m_s，以防水分蒸發(fā)引入誤差。

• 浸漬和稱量用水需為蒸餾水或去離子水，防止水中雜質(zhì)堵塞氣孔或影響稱量。

• 懸吊稱量時，必須確保無氣泡附著在試樣表面。

• 整個實驗過程需記錄水溫，用于計算水的密度。

六、檢測儀器

1. 分析天平： 核心設(shè)備。要求精度高（至少0.001g），穩(wěn)定性好。需具備防風(fēng)罩以減少氣流擾動。

2. 煮沸裝置： 包括加熱套、燒杯（或玻璃容器）及回流冷凝裝置，以防止水分過度蒸發(fā)。

3. 真空飽和裝置： 包括真空干燥器、真空泵、壓力表及管路系統(tǒng)。真空泵需能達(dá)到所需的真空度。

4. 水中稱量裝置：

   • 專用水中稱量天平： 帶有跨架，可將稱量盤置于水槽下方，通過懸掛絲將試樣浸入水中稱量。

   • 密度測定組件： 與分析天平配套使用的專用支架和水槽，可實現(xiàn)精確定位和稱量。

   • 自制裝置： 使用精度足夠的天平，配合跨架、細(xì)金屬絲（如尼龍絲）和水容器搭建。

5. 恒溫干燥箱： 用于試樣干燥，要求溫度均勻、可控。

技術(shù)特點： 現(xiàn)代檢測趨向于集成化和自動化，例如使用帶有密度直讀功能的電子天平，可通過內(nèi)置程序直接輸入m_d和m_h，自動計算并顯示體積、密度和吸水率，大大提高了檢測效率和準(zhǔn)確性。

七、結(jié)果分析與評判標(biāo)準(zhǔn)

1. 結(jié)果計算：

   • 按公式 A = (m_s - m_d) / m_d × 計算每塊試樣的吸水率。

   • 計算所有試樣吸水率的算術(shù)平均值，作為該批次產(chǎn)品的終吸水率檢測結(jié)果。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 直接評判： 將計算結(jié)果與產(chǎn)品宣稱的標(biāo)準(zhǔn)或合同約定的要求進(jìn)行對比。例如，對于宣稱符合GB/T 3532優(yōu)等品的瓷器，其吸水率平均值必須≤0.5%。

   • 性能關(guān)聯(lián)分析：

     • 低吸水率（A < 0.5%）： 表明坯體燒結(jié)良好，結(jié)構(gòu)致密。產(chǎn)品具有高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異的抗污能力和良好的抗熱震性基礎(chǔ)。是高品質(zhì)釉下/中彩日用瓷器的標(biāo)志。

     • 中等吸水率（0.5% < A < 5%）： 屬于炻器范疇。強(qiáng)度尚可，但抗污染能力較弱，不適合用于對衛(wèi)生要求極高的場合。長期使用可能存在潛在風(fēng)險。

     • 高吸水率（A > 5%）： 屬于陶器。質(zhì)地疏松，強(qiáng)度低，易破損，易滋生細(xì)菌，不適用于現(xiàn)代日用餐飲器具。

3. 異常結(jié)果分析：

   • 結(jié)果離散度大： 若同一批次試樣結(jié)果差異顯著，可能反映窯內(nèi)溫度不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品燒結(jié)程度不一。

   • 結(jié)果偏高： 可能原因包括燒成溫度不足、保溫時間不夠、坯料配方不合理等。

   • 結(jié)果異常波動： 需檢查測試過程，如干燥是否達(dá)到恒重、煮沸是否充分、稱量是否準(zhǔn)確、表面水膜是否擦凈等。

綜上所述，釉下/中彩日用瓷器的吸水率檢測是其質(zhì)量控制和安全性評估不可或缺的環(huán)節(jié)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的方法、精密的儀器和科學(xué)的分析，可有效保障產(chǎn)品的使用壽命和使用安全。