粒度分布影响翻译定稿

The influence of particle size distribution on the

surface appearance ofglazed tiles

粒度分布对釉面砖表观状况的影响

摘要：哑光粉料在不同时间周期（15~50分钟）下被球磨粉碎，得到的釉料涂覆在陶瓷坯体上，然后以固定的烧成制度烧制坯体，采用光泽计分析最终的釉面。相同的釉料被单向加压，压制成圆柱形样品；将试样放置在釉底料表面并在实验室的炉中以1100℃烧制。测量融化试样与陶瓷表面的接触角来判定其润湿性。结果显示釉料颗粒尺寸分布与最终产品的表观形貌有相关性。

1.引言

在玻璃体的流变性当中，粘度是最重要的。考虑到玻璃体结构的理论研究或重要玻璃体性能的评定，比如泡沫滞留、陶瓷体流动、质量控制、釉料准备和制造，粘度对组成上细小的差别高度敏感。粘度控制数个在不同温度下进行瓷砖制造的流程。烧制过程中粘度的大小决定着釉料流过坯体形成均匀层而没有排出表面。粘度也决定了釉形成过程中气泡排除的容易程度。因此，釉的烧成周期与随温度变化的粘度大小相关。这种变化直接影响玻璃体和釉料的工作性能、加工性能和松弛性能。

另一个和玻璃加工相关的重要性能是表面张力。釉料在烧制过程中流动，并且其湿润度受表面张力的强烈影响。现存的与这个问题有关的作品和当下的知识是相比较而言和经验主义的。玻璃制造商分析了表面张力在玻璃组成和玻璃液体均一性消失的反应中的影响。

低表面张力有利于玻璃体熔化过程中气泡的排除并阻止非均匀化，但是高表面张力有利于玻璃体冷却过程中气泡的再吸收。浇铸低表面张力的釉料，釉表面会更加平滑，气泡和坑洞会很容易消除，而且固体表面也会更加光亮。换句话说，高表面张力有利于冷却过程中气泡的再吸收，这将导致釉面粗糙不平（就像起褶皱一样）。

测定哑光釉的表面张力十分困难，因为这种釉是由熔体和晶体组成的。在参考书目中记载了很多用于测量玻璃表面张力的方法。这些方法主要有三种：滴重法、气泡压力法和纤维法。玻璃体表面张力也可以用高温显微镜来估算，这种方法更适合估算釉的表面张力。因此，在本文中要测量接触角来判断釉的湿润度。 与表面釉相关的工业性能是它们的光泽度，这种光泽度是直接反射光线的一

种表面性能。光泽度主要取决于表面粗糙度和吸光度。当光泽度高时很容易鉴定表面缺陷，低表面光泽度则会掩盖缺陷并且持续隐藏。表面光泽度的程度可以用光泽计观察表面的光反射行为来测量。这些数值是当光以确定的入射角照在表面上时，从与表面反射相关的仪器上获得的。为了获得好的测量结果，表面应该平整、均匀、无缺陷。

本文通过测量表面光泽度、釉与瓷砖饰面间的接触角代替釉料粘度或表面张力解释了釉面砖的粒度分布对表观的影响。将在电阻炉中烧制后的样品在空气中冷却，再用数码相机拍摄其侧面轮廓来测量接触角。这是一种获得陶瓷釉料加工相关信息的简单方法，涉及影响表面质量的粒度分布情况。

2.材料和研究方法

釉料配方的化学组成在表一中给出。该配方是在行星球磨机内进行，通过添加水（体积分数占30%）与添加剂（羧酸甲基纤维素CMC和三聚磷酸钠STTP）并以预定的八个时间球磨：15-50分钟，球磨间隔停歇5分钟，形成八种粒度分布。

Table1

Chemical analysis of the glaze composition

Oxide SiO2 CaO Al2O3 BaO B2O3 Na2O K2O LOI Composition(in wt.%) 58.9 10.0 9.8 7.2 6.5 5.3 2.0 0.3

表1 釉料化学组成分析

釉料的粒度分布用激光衍射仪分析测定（0.5微米的分辨率）。釉料的悬浮液被施加在一次烧成的釉底料上，伴随着有0.4mm涂层厚度的上釉面层。样品（有釉底料和上釉面层的瓷砖）在实验室的电阻炉中以1100℃烧制5分钟。升温制度是30℃/分钟，并在空气中冷却。最后，每个样品的镜面反射指数将使用光泽计（60°）测出。

此外，这八种釉料悬浮液要被干燥成釉粉；釉粉被单向加压（压强50bar即5MPa，水5%，直径1cm，高1cm）成圆柱形试样，形成密实的试样被放置在一次烧成作为基材的釉底料上。试样在110℃ 下干燥24h，并在上文所述的同样温度和烧成制度下烧制（在实验室的电阻炉中以1100℃烧制5分钟，升温制度是30℃/分钟，并在空气中冷却）。这一步骤的目的是比较粒度分布改变后釉料熔融间隔，测量润湿角变化。

快速冷却后样品的侧面轮廓被数码相机（2M像素）拍摄记录，为了更好地

理解球磨（粒度分布）对内部接触角θ（润湿角）的影响，照片上也测量了接触角。因为用于圆锥形样品和上釉面层的热处理方法和基质是一样的，假设测量接触角的间接方法与表观高温值有一一对应的关系。

3.结果与讨论

观察粒度分布曲线（图1），所有曲线呈现出尺寸在0.9μm和20.5μm之间的粒度分布；平均直径分布从2.1μm到10.9μm之间各不相同（平均球面直径）（图1）。

图1球磨后釉料粒度累积分布图

粒度明显影响了釉的表观形貌。过磨的釉料施加在陶瓷坯体上时呈现紧促收缩，像爬痕一般。当釉料没有充分碾磨时，其颗粒将很大并且在烧制过程中起阻隔作用，导致像表面粗糙这样的缺陷。

至于接触角，用数码相机拍摄了照片来测量1100℃下这些滴状物的润湿角（图2）。这些釉滴的接触角随着釉料研磨时间的增加而减少，直到35分钟。更长的研磨时间（40min，45min和50min）会导致釉滴润湿角的增加。球磨时间从35分钟（样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径即中值粒径~3μm

）开始，烧成后的样品的釉与瓷砖饰面之间的接触角呈现增长趋势，大概

是因为热处理过程中熔融的釉与空气发生了更大的相互作用。这就是接触角随着球磨时间延长而增大的原因（图3）。

当釉料被施加在陶瓷坯体上时，在釉烧前它形成了由成千上万个彼此接触的釉滴组成的覆盖面。在烧制过程中，如果釉和瓷砖饰面之间的表面张力增加（因为极端的粒度破碎和釉组成的原因），釉和大气之间会形成强相互作用，导致空气被釉封装。釉面会充满气泡（气孔）。因此，可观察得出研磨时间与釉的润湿角之间的紧密联系。

图2 为研究釉而测量接触角（1100℃下烧制）：

(a)15min.(b)30min.(c)40min(d)50min球磨

图3球磨时间-润湿角关系曲线图

最后，根据每一个样品的光泽度进行分析。用光泽计设备可以测出表面反射；每个样品读数10次，并且将平均值用于量化表面光泽度（图4）。结果分析显示镜面反射与研磨时间成正比例关系；因此，增加釉料球磨时间会产生更大程度的镜面反射。

因为讨论中的釉是哑光釉，所以镜面反射程度很低。因为颗粒大小随着球磨时间增加而减小，其表面积增加，因此增大了颗粒间的接触面积。当施加在陶瓷坯体上其表面变得更加平滑，呈现更低的粗糙度，并且伸展开来。不管用什么测量角度，随着粒度减小，釉表面逐渐伸展，增加了釉面反射（图4）。

图4 球磨时间-釉料镜面反射关系曲线图

4.结论

粒度直接影响了陶瓷釉料的表观形貌。釉和瓷砖饰面之间的接触角受釉料粒度的，这很可能是因为釉和陶瓷坯体之间的表面张力随球磨时间而改变。由于增大了熔融釉与大气间的密切关系，增加球磨时间会导致润湿角显著增加，这趋向于增大釉滴（熔融釉）与陶瓷坯体之间的接触角。

因此，大概是因为熔融物与大气间的表面张力增加，由最小粒度形成的上釉面层可以更容易地吸收大气，形成釉内部的气泡。镜面反射程度的增加与釉料粒度的减小密切相关，结果使釉浆在一定温度下的粘度减小，导致玻璃相更易扩散并有了更好地均一性，产生了光滑的釉面。

显而易见，釉的光泽度取决于表面粗糙度，而粗糙度取决于釉浆粘度和存在于大部分哑光釉表面的晶体。如果一种釉包含晶体，釉料粒度可以影响晶体特性，从而影响釉光泽度。

鸣谢

本文作者十分感激Shaiane Baschirotto Felisbino在此次研究过程中的协助。 参考文献

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