陶瓷色料的检验方法和品质管理.doc

01 中国硅陵盐学会陶瓷分会2003年学术年会论文集陶瓷色料的检验方法和品质管理俞康泰，马惠茹【21，江玲玲【2】范良成【3】 (1武汉理工大学材料学院，武汉4300002广东佛山大宇新型材料有限公司，佛山5280003江苏拜富色釉料有限公司，宜兴214221)前言在陶瓷制品上着色、彩绘、印刷、贴花等统称为陶瓷装饰，而陶瓷色料则是陶瓷装饰不可缺少的重要 材料，又称为陶瓷颜料、陶瓷着色剂。通常指的是引入色坯、色化妆土、颜色釉、彩色结晶釉，釉上、釉 中、釉下彩料等装饰工艺中的着色原料。作为一种重要材料为保证其质量，必须建立起一整套完整的标准和相应的检验方法和品质管理。陶瓷 色料需在不同加热环境下使用，通常属于无机非金属材料即陶瓷材料，就其性能来说最重要的是着色性能。近年来随着陶瓷色料应用范围的扩展，相应增加了对其它功能如萤光、抗菌自洁等性能的要求。2 颜色1)颜色的互个参数 一个颜色可以由三个参数来确定，即色调、饱和度和明廑。(1) 色调色调反映不同彩色相互区别的特性，物体的色调决定于光源的光谱组成和物体表面所反射(或透射) 的各波长辐射的比例对人眼所产生的感觉。色调体现了颜色在“质”方面的关系。可见光是在380780nm 波长范围内的连续光谱，人眼可感觉到的颜色正是在这个范围内，如表I所示。此外在下述基本色调间还 存在连续的过渡色如粉红、桔红、桔黄、草绿、蓝绿、蓝紫等表1 光谱颜色波长及范围颜色波长nm 范围rim颜色 波长nm范围nm颜色 波长nm范围，11mI红700 640750黄580 550600蓝470 450480Il橙620 600640绿510 480550紫420 400450l(2)明度明度是人眼对物体的明亮感觉，受视觉感受性的影响一物体表现出对光的反射率越高，它的明度就越 高明度和物理学上的亮度不是等同的。它受人视觉的影响，体现了颜色在“量”上的不同明度与亮度间存在非线性关系，如图I所示。(3)色饱和度色饱和度叉称彩度，它是在色调“质”的基础上所表现出的颜色的“纯度”可见光的各种单色光是最 饱和的彩色：)颜色的表示方法 (I)盂塞尔表色系统孟塞尔表色系统是1905年由美术家蒙塞尔提出来的(AHMunsell)是一种心理学三维空间的类似球体模型如图2所示，他将色调、明度和色饱和度形象地表现在色立体中盂塞尔颜色体系的表示方法为中国硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会论文集 HVC，H代表色调(Hue)，V代表明度(Value)，C代表彩度(Chroma)。对于无彩色的黑白系列称为中性色它没有色调和彩度值，以NV表示，第一个字母N表示中性色，图1 孟塞尔表面明度值(V)与亮度因数(V)之间的关系白缸黑圈2颜色立体示意图盂塞尔表色系统有一整套颜色圈册和色卡，供我们在实际标定中对照使用。 (2)CIE表色系统C1E是国际照明委员会的缩写。CIE标准色度学系统是以视觉生理为基础的，能较为精确确定颜色的 一种国际标准。它是基于CIEXYZ 1931年标准色度观察者光谱三刺激值而建立的一种色度学系统。CIE 表色系统以颜色的主波长来表示色调，色饱和度即彩度是以样品色的色度点接近同一主波长光谱色的程度 来表示的。明度则是以颜色样品三刺激值中的Y值来表示。但由于CIE色度学系统的建立是从视觉生理出发的(可认为是数字化的)而盂塞尔表色系统是建立在 视觉心理基础上的(可认为是模拟化了的)，前者更精确，后者相对要直观些，这两个系统中的色调(色相)、 明度、色饱和度(彩度、纯度)尽管相似但不是等同的。3)陶瓷色料常用的颜色表示方法03 中国硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会 论文集陶瓷色料通过它在相应的也釉和色坯中的颜色来表示，用色差和L、a、b来描述。 (11色差与CIE 1976 L、a、b均匀颜色空间色差是指两个颜色在颜色知觉上的差异，它包括色相差、明度差和彩度差三个方面，而总色差与色相 差、明度差，彩度差三者之问的关系为：E=【(a)2+(b)2+(L)2r(21色差单位过去常用的是NBS，它与人视觉的关系如表2所示。表2 色差(NBS单位)与视觉的关系色值(NBS单位) 视觉OO 5 几乎没有差别0 5l 5 稍有差别l 53 0 明显差别3 06 0 相当明显差别6012 0 非常明显差别(3)常用的颜色参数为CIE 1976 L、a、b均匀颜色空闻中的L、a、b。其中L为明度，其大小可反映出颜色的深浅a+为红度值，正为红负为绿；b为黄度值，正为黄，负为蓝。4)陶瓷色料颜色的测定和所用的仪器 中硅会陶瓷分会色釉料暨原辅材料专委会在2003年起草r陶瓷坯、釉用色料的标准。标准中提出在颜色测定时要使用标准检测釉和标准检测坯料。因为陶瓷釉用色料和坯用色料的呈色与坯、釉的组成有关， 具体到每一种色料会有所不同如锆系色料应用时对坯、釉的组成不那么敏感但有些色料如铬锡红、锰 红等对坯、釉的组成就较敏感。由于我国地域宽广坯、釉用原料地方性很强，陶瓷色釉料生产厂家又很 多等原因，目前对标准检测釉和检测坯作出统一规定尚有困难，但对一些有影响的大生产厂家应建立起内 部标准以保证色料的稳定性和不同批次产品的可比性，要建立色料的样本档案。标准还提出了每次检验时 要测定L、a、b和E，并与样本进行比较测定，测定L、a、b和E规定E1 0，L、A a、b06。在测定坯、釉用色料的呈色和呈色强度时，首先要制各试样。釉用色料试样可根据要求在生坯或素坯 上采用刮釉板或喷釉等方法施釉，必须保证规定的施釉厚度(可通过重量测定等方法，在新标准中提出的 施釉厚度为l，O1,5mm)，干燥后在规定的窑炉中按烧成制度烧成：坯用色料试样要用压机制成由3050mm厚度为58 turn的试片干燥后在规定的窑炉中按烧成制度烧成。 色料在基础釉或基础坯料中的加入蕾通常为：(” 陶瓷坯料中2：(2) 砖的乳浊和无光釉中3：(3) 卫生陶瓷乳浊釉和砖透明釉中5。 上述规定是最少用量，可根据实际情况适当增加。 胸瓷试样颜色测定最常采用的仪器是光电测色仪，有便携式和台式两种(1)便携式：如美国的爱色丽公司的sP64便挽式分光光度仪 这是一种轻巧、耐用的使携式分光光度仪，采用漫散18。(O8。)积分球式光学几何设计、O lDE cMC仪器台间差，足够满足对测试精度的要求。它没有大面积方便读取的图像荧幕液晶显示该机型为Ferto公司选定用于陶瓷色釉料的颜色测定中国硅艘盐学会陶瓷分会2003年学术年会论文集(2) 台式：如芰国Hunter Lab公司生产的ColorFlex丁M标准型台式分光色差仪。它被设计成专业与非专业名均可使 用的精密仪器，能有效处理各种颜色测量问题，可选用D8。几何光学系统，je光源所用的双光束系统发氚 气闪弧灯耐用寿命高达50万次，设有大型LCD显示屏，轻松易读，它既可独立使用也可外接电脑或打印 机作更有效管理。还配有品管专恫软件Universal；或电脑酉已套软件Easy Match，Windows兼容环境，易学 易用。该机型也为Ferro公司选定用于陶瓷色釉料的颜色测定。5)颜色强度 颜色强度又称着色力，它是色料在最大吸收波长处测得的强度。 着色力是色料对可见光选择性吸收和散射的结果，主要取决于吸收。吸收能力越大其着色力越高。色料的着色强度受其化学组成，昂体结构和颗粒组成的影响，而色料在坯和釉中的着色强度，还tf色料在 坯和釉中的浓度、溶解度和分散度有关。加入量越多，溶解度越低，分散越好，其着色强度就越高。对同 一种但不同生产厂家生产的色料要比较它们的着色强度的虽简便的方法，就是加入相同量色料并在相同条 件下制各试样，在同一仪器的同一条件下测试，比较其L、a、b。、E值结合目前效果即可得出正确的 结论。3 颗粒分析 陶瓷色料是一种粉体，其颗粒特征及颗粒分布直接影响到色料的呈色特征和呈色强度，为产品的主要检验项目。标准草案规定要检测色料的Dm D50、D90和D100。Dlo指小于该直径的颗粒质量占颗粒总数的10；D50指小于该直径的颗粒质量占颗粒总数的50，即平均粒径；D90指小于该直径的颗粒质量占颗粒 总数的90：DIoo指小于该直径的颗粒质量占颗粒总数的100，即最大粒径。还对试样的抽取和测试仪器 参照国外惯例作了规定。标准规定从100克的具有代表性的样品中取05克粉末试样，根据样品特性，选 择适宜的分散剂进行分散后用激光颗粒分析仪进行测定。标准还规定D。、D”D帅和D00 b-标样(样本) 的允许偏差：D10_一标样值50：D50_一标样值+-25 D90一标样值lO：D100一小大于43 u m，即全部通过325目筛。 对陶瓷色料还可采用筛分析进行粗放型检验。具体规定是：釉用色料过325目筛，筛余不大于O 5；坯用色料过325 1el筛，筛余不大于I o。在激光颗粒分析仪中晟有名的是英国马尔文仪器有限公司。该公司是激光粒度分析仪的创始人和行业 领导者推出的最新型MS2000激光粒度仪，其测试范围宽达0 022000 um，但价格高昂，非一般用户 所能购置。国产的激光颗粒分析仪水平近几年提高很快，完全可以满足国内陶瓷行业的需要，其价位在6 万元，台左右，著名的有珠海欧美克科技有限公司生产的LSPOP Ill型激光颗粒分析仪，量程为0 2200u m，其粒度测试报告内容包括：I)各项粒度特征参数 (1)D(43)体积(重量)平均直径。它表示粒径对体积(重量)的加权平均。 (2)D(3，2)一表面积平均粒径它表示粒径对表面积的平均粒径，又称为索太尔(Sauter)平均粒径。(3)D，0、D：s、D50，D，s、D97分别表示小于该直径的颗粒质量(体积)占颗粒总质量(体积)的10、25、50、75和97。(4)SS A一比表面积单位为2 50m2cm3。2)粒度分布图05 中圜硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会论_盘：集 J中包括微分分布fff线()即由每个粒径所占的比例组成的分布曲线和负累积分布m1线()即积分分布曲线由小于某粒衽的颗粒所与的比例组成的分弁】曲线。3)粒径分布对照表其巾列 对应粒径(In)所占的傲，分布数()和积分分布数()。4 其它物理、化学参数的检测1)色料粒子的分散性 色料粒予应容易在陶瓷釉料或坯料的浆科申充分分散，这点是f分重要的，它减少了制各时问和成本。为r睡色料庄所有类型的釉料和坯料中容易分散且得到最佳的颜色特性要求色料具有窄的粒子分布(见圈3)，这可以通过细磨方法和细磨制度的选择对颗粒进行表面改性(如加入表面活性剂)等手段来达到。图3分散性好的颗粒分布曲线2)色科的呈色稳定性颧包稳定足对陶瓷色料质量评估的一个重要方面，其中包括在制品加热过程中的稳定性，烧成制度包 括温度制度和。i氛制度对色料的呈色强度。要保证将其影响限制在最小的范围内不影响包料jE常的星色和 呈色强度要保证色料的呈色稳定性，色料既要有足够的细度，又不能磨得过细，以舫止色料彳l：制品的烧 成过程中熔解或晶体结构受到破坏。为此对色料的使用温度有所规定，如标准中规定，墙地砖坯、釉用色 刳的使用温度范围为9501250C，卫生洁具用色抖的使用温度在11801280(2。3)对商品色科含水率的捡验要求 取色料样品5109在水分测试装置E测定样品的含水率应不大于1。为保证含水率不超标，要有防潮包装和一定的贮存环境。4)对色科PH值的检测取色料样品5109在水中充分分散后，测定PH值要求不大于88，不小于65。5)对陶瓷色料的化学稳定性的要求中国硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会 论文集色料应不与釉或坯的组分发生反应，即要求有化学惰性。在色料中，锆系色料对不同熔剂组分的敏感性差，即化学稳定性好。6)对重金属离子溶出的限制以