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    影響日用陶瓷抗熱震性的因素及檢測方法

    發布日期:2014年2月27日

    淄博是陶瓷之都,因生產陶瓷而聞名,各類陶瓷繁多,酒店用瓷、日用陶瓷等等,和其他的產品一樣,陶瓷也要經過抽檢,每次都有那么一大批產品被抽檢出來成為不合格產品,廠家也非常迷惑,本文就是主要講述日用抗熱震性這個技術指標,它是日用陶瓷產品的關鍵性技術指標,在抽檢不合格的產品中,這個因素也占了很大一部分比例,需要引起高度重視。因此,我想通過這篇文章來給大家介紹下日用陶瓷的相關檢測標準和影響日用陶瓷抗熱震性的因素,及其一些檢測方法,希望對企業和喜歡購買陶瓷產品的消費者一些幫助。

    日用陶瓷抗熱震性的檢測

    檢測標準及技術要求

    各種日用陶瓷的抗熱震性的技術要求,如表1所示。盛裝食品類陶瓷產品一般要求檢測爐溫為140 - 180℃,烹飪食品類陶瓷產品一般要求檢檢測爐溫為280 - 400℃。

    (1) GB/T 35322009《日用瓷器》

    對于成套或系列產品,餐具以中型盤、碗類產品為代表件,茶、咖啡具以杯、盅類產品為代表件,180℃至 20℃熱交換一次不裂;對于非成套或系列產品,小、中型產品180℃至20℃熱交換一次不裂;大、特型產品160℃ 至20℃熱交換一次不裂。

    (2) GB/T 13522-2008《骨質瓷器》

    對于成套或系列產品,餐具以中型盤、碗類產品為代表件,茶、咖啡具以杯、盅類產品為代表件,140℃至 20℃熱交換一次不裂;對于非成套或系列產品,各型產品140℃至20℃熱交換一次不裂。

    (3) GB/T 10811-2002《釉下(中)彩口用瓷器》

    產品從160℃至20℃熱交換一次不裂。成套或系列產品的餐具以中氆盤、碗類產品為代表件,茶、咖啡具以杯盅類產品為代表。

    (4) GB/T 10813.1-1989《青瓷器系列標準口用青瓷器》

    從160℃投入20℃水中熱交換一次不裂。

    (5) GB/T 108122002《玲瓏口用瓷器》

    160℃至20℃熱交換一次不裂。成套或系列產品的餐具以中型盤、碗類為代表件,咖啡具以杯、盅類為代表。

    (6) GB/T 108162008《紫砂陶器》

    180℃至20℃水中熱交換一次不裂(成套產品以壺類為代表)。

    (7)Q B/T 25792002《普通陶瓷烹調器》

    中、小型產品300℃至20℃熱交換一次不裂;大型產品280℃至20℃熱交換一次不裂。 (8)Q B/T 25802002《精細陶瓷烹調器》

    中、小型產品400℃至20℃熱交換一次不裂;大型產品350℃至20℃熱交換一次不裂。

    檢測方法

    日用陶瓷產品抗熱震性的檢測方法主要是熱沖擊法,通過日用陶瓷產品接受外界溫度的急劇變化,觀察日用陶瓷產品是否出現裂紋或破損,確定其抗熱震性能。日用陶瓷可以分為盛裝食品類陶瓷產品、烹飪食品類陶瓷產品、包裝食品類陶瓷產品三類。

    盛裝食品類陶瓷產品的抗熱震性檢測方法

    盛裝食品類陶瓷產品是指用于短期盛裝食品的陶瓷產品,如日用瓷器、骨質瓷器、釉下(中)彩日用瓷器、日用青瓷器、紫砂陶器、玲瓏日用瓷器等,按照G B/T 32982008《日用陶瓷器抗熱震性測定方法》執行。 步驟1取樣。將試樣表面涂上合適的染色溶液,待稍干后抹凈染色溶液。用肉眼在距試樣25 - 35cm,光源照度約300lx的光照條件下,觀察試樣是否有裂紋、破損等缺陷。所有試樣府無裂紋、破損等缺陷。

    步驟2設定溫度。開啟加熱爐,依據各類產品標準對抗抗熱震性要求設定控制溫度。開啟流動水槽溫度控制系統。

    步驟3放置樣品。將5件符合步驟1的試樣固定在試樣筐內四周或試樣夾具上(試樣之間不能相互重疊),固定物與試樣的接觸盡叫能少,以便保留足夠的空隙能使流動水自由通過。

    步驟4加熱。加熱爐和流動水槽的控制溫度均達到規定要求后,將裝有樣品的試樣筐或試樣夾具水平地放入加熱爐內,待溫度回升至測定溫度后,保持30min。

    步驟5急冷。保溫結束后的試樣,在15s內垂直投入(20±2)℃的水中,保持10min(此時水面需高出試樣至少20 mm,水溫增加不應超過4℃)。

    步驟6檢查樣品是否開裂。取出試樣擦干水,再將試樣表面涂上合適的染色溶液,待稍干后抹凈染色溶液。用肉眼在距試樣25 - 35cm,光源照度約300lx的光照條件下,觀察試樣是否有裂紋、破損等缺陷。靜置24h后復查一次。

    烹飪食品類陶瓷產品的抗熱震性檢測方法

    烹飪食品類陶瓷產品是用于明火或電加熱烹飪食品的陶瓷產品,如烹調器、燉鍋等,按照QB/T 25792002《普通陶瓷烹調器》、QB/T 25802002《精細陶瓷烹調器》執行,一般要求爐溫為280 - 400℃,急冷時,樣品口徑與水面約成45度,而盛裝食品類陶瓷產品所適用的GB/T 32982008《日用陶瓷器抗熱震性測定方法》則要求樣品垂直投入水中。實踐表明,試樣垂直投入水巾比與水面約成45。投入水眾能更充分地與冷卻水接 觸,溫度變化更加劇烈。QB/T 25792002《普通陶瓷烹調器》、QB/T 25802002《精細陶瓷烹調器》的檢測方法為:將試樣放入己達到選定溫度的加熱設備內(LU控溫度±10℃),待溫度回升后,保溫30min。保溫結束后,取出樣品,樣品口徑與水面約成45度,以最快的速度投入水中(從取出樣品到投入水中時間不能超過 15s,水面應高出試樣至少20mm,水溫增加不應超過4℃),浸泡10min,取出試樣用布揩干,檢查有無胎裂。

    包裝食品類陶瓷產品的抗熱震性檢測方法 包裝食品類陶瓷產品是用于長期包裝食品的產品,如缸、菜壇等。其中,部分產品屬于普通陶器缸類、普通陶器包裝壇,按QB/T 1222《普通陶器缸類》、QB/ T 3732.3《普通陶器包裝壇類》執行,而QB/T 1222、 Q B/T 3732.3對于抗熱震性沒有技術要求;另外,部分產品屬于日用瓷器、骨質瓷器、釉下(中)彩日用瓷器、日用青瓷器、紫砂陶器、玲瓏日用瓷器等,按 GB/T 32982008《日用陶瓷器抗熱震性測定方法》執行。

    日用陶瓷抗熱震性的影響因素

    陶瓷的強度

    陶瓷制品從高溫的爐中取出并立即投入冷水中時,在接觸冷水的瞬間其表層由于溫度驟然降低,而發生收縮。然而,此時內層尚保持原有溫度并未收縮,以致表層受到限制,因而產生張應力。當張應力超過陶瓷的強度,陶瓷產品開裂。較高的陶瓷強度可抵抗張應力而不開裂。首先,陶瓷的配方體系對陶瓷的力學強度有著 重要的影響。骨質瓷抗熱震性遠不如傳統的K2O-Al2O3-SiO2系 統 瓷,通常傳統的長石質瓷和絹云母質瓷水中熱交換的溫差可達到200℃以上。其次,陶瓷作為一種多相材料,其力學強度不僅取決于晶相的種類和數量、玻璃相的種類和數量,還取決于裂紋、氣泡、雜質等因素。分布不均的大氣孔,不僅嚴重影響制品的抗熱震性,而且會影響制品的力學強度、透光性等。

    熱膨脹系數的差異

    如果a>a,釉固化冷卻到常溫后就處于張應力狀態,此張應力同淬冷時釉層所受到的張應力疊加,加劇釉面開裂;如果a2.3石英

    適量引入石英有利于形成硅酸鹽網絡結構。石英不斷熔入液相,提高熔體粘度,降低玻璃相的熱膨脹系數。引入石英過多會過飽和,從而以殘留品相的形式存在。在晶型轉變時,殘余石英本身體積收縮量顯著增大,產生熱應力。

    熱處理制度

    如果降溫速度不合理,熱應力得不到釋放,會使產品出現炸庫或窯風驚。

    造型設計

    如果陶瓷產品的造型設計的不合理,會導致某些部位受力不均勻而開裂,如耳把、壺嘴等接口處、陶瓷足底。胎體過厚,會導致熱應力難以釋放而開裂;胎體較過薄,會導致胎體強度不夠而開裂。

    日用陶瓷抗熱震性的改善途徑

    裂紋類型

    首先,觀察裂紋出現的部位。日用陶瓷產品常出現的裂紋有:底足裂紋、嘴(耳把)裂紋、口沿裂紋、底面裂紋、胎身裂紋、整體開裂的分散型裂紋。裂紋的 出現部位、形狀、嚴重程度有助于判斷哪些工藝環節需要調整。日用陶瓷最容易開裂的部位有底足、接口等不規則的部位。成形階段,模具的死角容易引起壓力分布 的不均勻和注漿的定向分布。底足表面粗糙,且底足器型不規則,容易引起裂紋擴展和應力集中。其次,可通過觀察裂紋的正反面、斷裂面米辨別釉裂和胎裂。出現釉裂,可側重調整坯釉的膨脹系數差;出現胎裂,需要從原料、成形、燒成工藝等米分析。

    變化情況

    原料的波動,可能引起配方、石英顆粒含量、可塑性、燒失量、耐火度等情況的變化,釉用原料不能同坯用原料混淆。若更換的磨球易磨損,會引入大顆粒的 石英。隨著時間的延長,窯爐中熱電偶靈敏度的下降,可能導致窯爐溫度的偏差。南方陰雨季節,石膏模具的干燥速率低,需要觀察石膏模注漿前的干燥程度以及注 漿過程中的吸漿速率。從11月份開始,一些企業日用陶瓷產品的抗熱震性變得不穩定,這是因為冬季氣溫較低,會引起陶瓷產品在出窯時的急冷。

    全流程排查

    原料

    原料物化指標的穩定性直接影響坯料的物化性能,應采用儲量大、品質穩定的礦源。嚴把進廠檢驗關,每批原料均要經過供應、檢測、研發、工藝等部門的共同檢驗,并在化驗及試燒合格后方能使用。

    配料

    瓷胎由玻璃相、莫米石、石英和氣孔等組成。莫來石的熱膨脹系數為9.5×10-6/℃,玻璃相的熱膨脹系數為4.0×10-6/℃,而石英的膨脹系數高達13.0× 10-6/℃。如果瓷胎中的殘余石英顆粒多且大,會導致抗熱震性下降。在配方組成中加入熟料,尤其本身20目~ 100目的碎瓷粉,叫提高抗熱震性能。

    通常使釉的膨脹系數稍小于坯的膨脹系數,差值在 0.8 - 2.0×10-6/℃的范圍內。在釉料中適當增加Si02 的含量,可使釉整體結構的緊密度提高,熱膨脹系數降低。過多引入長石會增大玻璃相的含量,提高陶瓷的熱膨脹系數。釉的彈性模數愈小,彈性愈大,能適應坯釉 形變差所產生的應力。堿上金屬氧化物能提高某些基礎釉的抗拉強度,降低釉的彈性模數。加入適量的硼酸,可生成硼硅酸鹽,降低熱膨脹系數。釉層過薄會影響釉 的質量,釉層過厚會降低產品的抗熱震性。釉層厚度為0 20 - 0.25mm時,抗熱震性較好;釉層厚度超過0.4mm時,抗熱震性不理想。

    抗熱震性好的制品,在偏光顯微鏡下可以清晰地呈現出發育良好的坯釉中間層。坯釉中間層約為15 - 20 um,能緩沖有害應力。如果坯體的酸性較高,即Si02/R O的分子比例高,則釉應當取中等酸性;如果坯體的酸性是中等,則釉府是弱酸性。

    粉碎

    球磨的過程,不但要求球石合理級配,而且要求球石的質量穩定。耐磨性較差的球石,會導致原料中石英含量的增加。

    石英的顆粒細度對瓷坯抗熱震性有重要的影響。實踐證明,石英粒度的波動比石英量波動對熱穩定所產生的影響更嚴重。一般來說,細度增大叫改善制品的抗熱震性能。石英顆粒大于63微米(230目篩)時,晶型完整、和周圍玻璃相聯結不緊密,易形成裂紋;與此同時,晶粒大、不均勻,在粗品周圍會富集氣孔,導致應力集中。

    陳腐

    泥料未經陳腐和練泥,會導致坯體含有氣泡、含水率太高或不均勻、可塑性差。

    成形

    旋壓、滾壓的泥料過硬、水分不均勻、投泥位置不正或泥餅過小;注漿成形的泥漿顆粒較粗性能差、石膏模過干或過濕。旋壓、滾壓成形時,下壓和抬起的速 度過快,排氣不好;注漿成形時,注漿壓力過大或不夠。熱滾壓成形時,滾頭溫度過高,脫模過早或過遲,割邊不平整使坯體干燥收縮不均勻。耳、把的粘結時用力 過猛或過輕,粘結速度過慢造成粘結不牢。注漿時問過長或過短,帶模干燥時間過長。

    修坯

    刀具不鋒利,修坯的用力過大,轉盤晃動劇烈。

    烘干

    烘干室溫度過高,烘干時間過短。搬運過程有磕碰,一只手取坯時導致坯體單側受力,坯體放置不平穩。

    燒成

    燒成階段的保溫時間過短,不利于莫來石的大量生成;保溫時間過長,會使莫柬石晶體過分長大。高于 850℃時,坯體內液相處于塑性狀態,可進行快冷;低于850℃時,液相開始凝固,石英晶型轉化引起體積變化,應該緩冷。

    結論

    因日用陶瓷產品對于抗抗熱震性的要求存在差異,生產廠家需要認真研究相關標準的適用范圍、檢測方法以及技術要求。盛裝食品類陶瓷產品一般要求檢測爐 溫為140℃- 180℃,烹飪食品類陶瓷產品一般要求檢測爐溫為280℃- 400℃。可以通過三步法術改善日用陶瓷的抗熱震性,包括:一看,通過觀察裂紋的類型,分析可能引起裂紋的原因;二比,通過對比問題出現時間點前后原料、 工藝、窯爐、氣候的變化情況,找到最可能的原因:三排查,對上藝過程進行全流程排查,包括:原料的監控、配料、粉碎、成形(滾壓、旋壓、注漿等)、修坯、烘干、燒成制度(溫度制度、氣氛制度、壓力制度等)等。

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