陶瓷密度测量—一种新的解决方案

陶瓷密度测量—一种新的解决方案

测量密度对于制造当今许多产品至关重要。能够快速有效地表征固体材料的结构和质量不仅可以说明指导开发和制造过程，还可以影响最终产品的质量。

在陶瓷工程中，生产陶瓷部件的见方法是形成包含陶瓷材料和各种有机或无机添加剂的混合物的生坯，然后在窑中烧制以生产坚固的玻璃化物体。新压制的陶瓷体的孔隙率控制着生坯在过程中（干燥、上釉和烧制）的行为，并在很大程度上决定了最终产品的特性。这使得有必要在成型过程中控制瓷砖孔隙率。由于测量瓷砖孔隙率的难度，体积密度是实际测量以控制压制阶段的物理量。通过测量产品的密度，可以更轻松地调节孔隙率并相应地调整配方。例如，密度的降低可能表明存在空隙，而密度的增加可能表明工艺（例如接近其结晶状态的聚合物）已得到优化。因此，密度测量必须尽可能准确，以减少材料中与机械阻力成正比并可能损害其结构完整性的裂缝数量。因此，监测密度不仅有助于质量控制，还可以减少制造商的浪费。因此，在确定密度时遵循测量程序非常重要。

测量体积密度——传统方法

体积密度定义为物体的总质量除以其体积（g/cm3）。尽管可以通过天平轻松确定质量，但找出体积却是一项挑战。ASTM出版的书籍中描述了许多测定耐火材料和玻璃体积密度的ASTM方法。这些方法大多基于阿基米得原理的体积位移；也就是说，由于耐火材料和玻璃都与水兼容，因此它们的体积密度可以很容易地通过水中的体积位移来确定。但是，这种测试方法不适用于生坯陶瓷，它在水中很容易分解。

对于生坯陶瓷，汞置换被认为是测量坯体体积的基准方法。汞是一种的置换液——它的高润湿角和大表面张力可防止它渗入生坯的小孔中。这种方法的其他优点是其易于使用和明显的高精度。然而，它具有破坏性、不连续和手动的缺点。此外，汞的高毒性意味着执行工业压实控制的工人面临严重的健康问题，因此，现在在世界大部分地区进行工业使用是非法的。这意味着公司必须寻找在瓷砖体积密度测量中使用汞的替代品。

气体比重计是使用置换介质来确定陶瓷体积的实验室技术的一个例子。惰性气体，如氦气或氮气，被引入一个空腔室，在那里测量压力。当样品放入腔室并重新密封时，相同数量的气体会以相同的压力膨胀到该区域。两个压力之间的差值与空样品室的已知体积相结合，可以计算出样品体积的体积。尽管现代气体比重瓶已提高精度，但大多数仪器于测试小样品，因此不适用于许多陶瓷应用。此外，该方法依赖于样品材料，分析气体不含水分。样品还必须在真空烘箱中进行预处理以去除挥发性物质。否则，污染可能会导致压力不稳定，从而可能导致读数不准确。由于泄漏、温度不稳定性或热梯度也可能发生错误。

鉴于置换方法在确定陶瓷孔隙率方面的潜在不准确性，制造商一直热衷于探索其他选择。激光轮廓作为一种非接触式、非破坏性的密度测量方法被开创了先河，特别适用于易碎样品，例如生压陶瓷。

激光扫描设备消除了传统密度测量技术的许多不准确和限制。StableMicroSystems的Ceramscan仪器的工作原理是将样品加载到多个平台选项中的一个，其中一个平台选项是一个一次性板，样品可以粘附在该板上，以支撑其周长。在运行测试之前，只需将所需的设置输入到软件中即可。每次扫描后都会自动进行测量，包括体积、表面积和密度。比较同一批次的样品也更容易，因为平均值、标准偏差和变异系数是自动计算的。

在测试期间，产品在外部天平上称重测量到小数点后三位。激光设备经检测对眼睛安全，它会在旋转时以可选择的间隔进行垂直扫描，以测量产品的轮廓。每个间隔收集400个数据点，以提供详细的配置文件。使用这种方法可以快速进行密度扫描；根据选择的间隔（0.05毫米到50毫米）和的精确度，从几秒到几分钟不等。制造商可以测试高度达300毫米、直径达190毫米、重量达10公斤（使用仪器内的称重传感器）的样品，使其也适用于瓷砖和餐具等。

Ceramscan测量体积、密度和产品尺寸

•      流体置换技术不适用于多孔材料。Ceramscan式激光测量，不受样品孔隙率的影响。

•      汞置换技术对环境具有毒性风险，因此在许多国家是非法的。Ceramscan已被验证与汞置换法一样准确

•      气体置换技术通常测量非常小的样品或以其他方式吸引高昂的仪器价格。Ceramscan同类产品中的测量范围。

•      X射线技术价格昂贵，存在健康和安全问题，因此需要经过全面培训的操作员。Ceramscan使用对眼睛安全的激光，因此是的密度测定程序

密度测量的未来及其他

陶瓷和其他层压结构需要显示出最小的孔隙率，以保持其结构完整性并确保高质量的最终产品。然而，材料的易碎性意味着它特别难以测量。虽然传统的密度测量方法，如气体比重计，足以获得样品的合理视图，但它们也依赖于稳定的条件来进行计算。

获得一种避免损坏易碎陶瓷的密度测量方法是一种成本更低且耗时更少的传统技术替代方案。此外，StableMicroSystems的Ceramscan为传统的有毒方法提供了有希望的替代品，使制造商能够以的方式做出准确的判断，从而为配方过程提供信息并提高其最终产品的质量。