吳歡 劉溧

摘 要：陶瓷材料產(chǎn)品主要涉及原料、工藝、設(shè)備，這其中計量技術(shù)起到了很關(guān)鍵的作用，在原料的稱量、生產(chǎn)過程中自動化控制等，都能影響控制精度，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，通過應(yīng)用計量技術(shù)，構(gòu)建計量管理體系，來達到保證原料配比、溫度控制的準確性；或通過能源計量、稱重計量、溫度計量等，精準地計算能耗成本，從而以構(gòu)建質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施助力陶瓷產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。本文論述了陶瓷行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了計量技術(shù)應(yīng)用情況，討論以計量技術(shù)在陶瓷行業(yè)質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施中的嵌入服務(wù)應(yīng)用提供可行性借鑒。

關(guān)鍵詞：計量技術(shù)；陶瓷行業(yè)；工藝參數(shù)；NQI

1 前言

陶瓷材料主要以黏土為主，陶瓷是陶器和瓷器的總稱。由于它的主要原料是取之于自然界的硅酸鹽礦物（如粘土、石英等），因此與玻璃、水泥、搪瓷、耐火材料等工業(yè)，同屬于“硅酸鹽工業(yè)”的范疇。以這些原料以及各種天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料以及各種制品稱為陶瓷，部分著色釉料，燒制、燒結(jié)成品，出廠產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)致密、表面平整光潔、耐酸性能良好等特點。在工業(yè)中，常以日用陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、特種陶瓷等，廣泛服務(wù)于國民經(jīng)濟。計量----MSA（測量系統(tǒng)分析）測量系統(tǒng)：是用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、軟件、操作人員和環(huán)境 的集合;用來獲得測量結(jié)果的整個過程。國際單位制（SI）的SI基本單位共7個，分別是長度（米）、質(zhì)量（千克）、時間（秒）、電流（安培）、熱力學溫度（開爾文）、物質(zhì)的量（摩爾）、發(fā)光強度（坎德拉），計量單位是為定量表示同種量的大小而約定定義和采用的特定量。工業(yè)計量也稱工程計量，系指各種工程、工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用計量。例如，關(guān)于能源、原材料的消耗、工藝流程的監(jiān)控和產(chǎn)品質(zhì)量與性能的計量測試等。工業(yè)計量涉及面廣，是各行各業(yè)普遍開展的一種計量。計量技術(shù)的應(yīng)用在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，計量的準確性直接影響陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量和美觀?！癗QI”項目是國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施（National Quality Infrastructure，簡稱NQI）中文意思是國家質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)，按照字面意思， N是“國家”，Q是“質(zhì)量”，I是指“基礎(chǔ)設(shè)施”，也可以說NQI是質(zhì)量的基礎(chǔ)設(shè)施。是由計量、標準、合格評定（包括認證認可、檢驗檢測）組成的體系。其中計量是控制質(zhì)量的基礎(chǔ)，標準引領(lǐng)質(zhì)量提升，合格評定控制質(zhì)量并建立質(zhì)量信任三者形成完整的技術(shù)鏈條，相互作用、相互促進，共同支撐質(zhì)量的發(fā)展。既包括法律法規(guī)體系、管理體系等“軟件”，也包括檢驗檢測儀器設(shè)備、實驗室等“硬件”，是一個具有戰(zhàn)略性、系統(tǒng)性、復雜性、技術(shù)性、服務(wù)性等多重屬性的體系。在我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展時期，NQI既是推進質(zhì)量強國戰(zhàn)略的技術(shù)支撐，也是確保質(zhì)量和民生改善的基石?，F(xiàn)就計量技術(shù)在陶瓷行業(yè)和“NQI”中的應(yīng)用分析如下：

2 我國陶瓷行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國是世界陶瓷制造中心和陶瓷生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量和出口量居世界首位，陶瓷制品也是我國出口創(chuàng)匯的主要產(chǎn)品之一。日用陶瓷占全球70%，陳設(shè)藝術(shù)瓷占全球65%，衛(wèi)生陶瓷占全球產(chǎn)量的50%，建筑陶瓷占全球產(chǎn)量的64%。全國規(guī)模以上陶瓷制品制造行業(yè)企業(yè)數(shù)量2000余家，陶瓷制品制造行業(yè)整體從業(yè)人數(shù)60萬人。全國已形成廣東佛山建筑陶瓷生產(chǎn)基地，廣東潮州日用、衛(wèi)生、藝術(shù)陶瓷生產(chǎn)基地，河北唐山、山東淄博、湖南醴陵、廣西北流、福建德化等日用陶瓷生產(chǎn)基地及江西景德鎮(zhèn)藝術(shù)陶瓷生產(chǎn)基地，行業(yè)發(fā)展呈區(qū)域化、分工化、同類型產(chǎn)品生產(chǎn)聚集化的特點。

陶瓷材料以黏土、長石、石英和鋯英砂等原料生產(chǎn)的硅酸鹽材料。因陶瓷材料有著區(qū)別于其他材料的高溫化學穩(wěn)定性能，當前，陶瓷的應(yīng)用已滲透到家用生活、工程和技術(shù)等各個領(lǐng)域。普通日用陶瓷燒成溫度基本都在700℃以上，如以Al2O3、Si3N4組分構(gòu)成為代表的納米陶瓷刀具類產(chǎn)品，燒成溫度1700℃，達到區(qū)別于其他硬質(zhì)合金等切削工具所無法企及的硬度。同時還具有耐腐蝕、制造某些工業(yè)構(gòu)件、零件和工具等的特殊性能。

新型陶瓷則是采用人工合成的高純度無機化合物為原料，在嚴格控制的條件下經(jīng)成型、燒結(jié)和其他處理而制成具有微細結(jié)晶組織的無機材料。它具有一系列優(yōu)越的物理、化學和生物性能，在熱和機械性能方面，有耐高溫、隔熱、高硬度、耐磨耗等特性；在電性能方面有絕緣性、壓電性、半導體性、磁性等；在化學方面更有催化、耐腐蝕、吸附等功能；而在生物應(yīng)用方面，具有一定生物相容性能，可以作為生物結(jié)構(gòu)的材料。因此新型陶瓷的應(yīng)用范圍是傳統(tǒng)陶瓷所遠遠不能相比的，新型陶瓷又稱為特種陶瓷或精密陶瓷。陶瓷按用途來分，可分為日用陶瓷，藝術(shù)（陳列）陶瓷，衛(wèi)生陶瓷，建筑陶瓷四大類。

3計量技術(shù)在陶瓷行業(yè)中的必要性

根據(jù)我國陶瓷產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，陶瓷企業(yè)要想對全生產(chǎn)過程自原料進廠、成分化驗、配料調(diào)節(jié)、毛坯生成、燒制，到成品檢驗等工藝實現(xiàn)控制，需要購買大量的陶瓷檢測設(shè)備，資金量大，同時需要配備相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員，產(chǎn)品成本大大增加。雖然一部分企業(yè)有檢測設(shè)備，但設(shè)備整體利用率低且檢測能力不高，檢測項目不完善，檢測儀器長時間使用準確度大大降低且不能得以有效的溯源，不能正確地用于指導生產(chǎn)，也不能準確反映陶瓷產(chǎn)品的整體質(zhì)量。一個能為陶瓷產(chǎn)業(yè)提供計量技術(shù)服務(wù)的地方技術(shù)機構(gòu)，可以有效開展產(chǎn)業(yè)專用測量儀器計量檢定和校準服務(wù)，提高產(chǎn)業(yè)量值傳遞能力，實現(xiàn)全溯源鏈的服務(wù)。同時緊密結(jié)合產(chǎn)品全壽命周期全過程所有環(huán)節(jié)的計量技術(shù)需求，走出實驗室深入產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域，主動和產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)合作，通過延展計量服務(wù)鏈，將計量技術(shù)服務(wù)融入產(chǎn)品的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、試驗、使用等全過程所有環(huán)節(jié)，為本省及周邊省份企業(yè)提供生產(chǎn)計量專業(yè)服務(wù)，降低企業(yè)檢測成本、避免企業(yè)實驗室的重復建設(shè)，減輕企業(yè)負擔，節(jié)約社會資源，為該行業(yè)的快速、健康發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。

在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用計量技術(shù)，從原材料、設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、品管等方面著手，積極引導陶瓷行業(yè)及相關(guān)裝備業(yè)在關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)以計量檢定、校準、測試服務(wù)介入，用現(xiàn)代化手段量化工藝指標，助力生產(chǎn)工藝技術(shù)改進。如通過開展產(chǎn)業(yè)鏈高嶺土探測開采、含量檢測，產(chǎn)業(yè)陶瓷生產(chǎn)、產(chǎn)品研發(fā)、節(jié)能降耗、陶瓷質(zhì)量檢測，廢料處理等環(huán)節(jié)的計量檢測；又如秤料用分析天平、窯用溫控儀表，其量值準確與否直接關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量管理和最終形態(tài)。為產(chǎn)業(yè)提供“全溯源鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全壽命周期、前瞻性”計量檢測服務(wù)，能提升解決企業(yè)生產(chǎn)工藝導致的產(chǎn)品缺陷難題，助力服務(wù)產(chǎn)業(yè)質(zhì)量提升。此外還能促進行業(yè)節(jié)能減排、助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

4計量技術(shù)在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用分析

陶瓷行業(yè)以產(chǎn)品基本單位、產(chǎn)品規(guī)格單位、產(chǎn)品產(chǎn)銷計量單位為特殊的計量單位，在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。具體表現(xiàn)為：

4.1陶瓷原料稱量

陶瓷材料體積密度、吸水率及氣孔率的測定在無機非金屬材料中，材料內(nèi)部是有氣孔的，這些氣孔對材料的性能和質(zhì)量有重要的影響。密度是陶瓷材料被測試得最多的一種物性，因陶瓷密度影響著陶瓷的吸水率和孔隙率，吸水率又是判定陶和瓷的關(guān)鍵指標。具體如表1所示：

4.2陶瓷產(chǎn)品燒制

一般氣窯燒8-9h，根據(jù)產(chǎn)品不同和追求的產(chǎn)品效果不同，有的也可達到28-35h。具體如表2所示：

采用計量技術(shù)量化工藝參數(shù)，對生產(chǎn)技改可進行準確分析，解決技術(shù)難題。如燒結(jié)環(huán)節(jié)，以0.9Al2O3-0.1TiO2微波陶瓷在1550℃燒結(jié)2h，1000℃后退火5h，具有優(yōu)異的介電性能，相對介電常數(shù)為12.3，品質(zhì)因子和諧振頻率乘積為111800GHz，溫度系數(shù)為1.1×10-6/℃，濾波器的插入損耗和回波損耗的測試結(jié)果滿足5G通信工程要求，這些溫度、顆粒度、成品表面照度等參數(shù)都需借助計量器具獲得，但獲得準確參數(shù)的前提就是計量器具量值準確。這就需要使用計量技術(shù)，對照國家計量檢定、校準規(guī)程開展計量活動。

4.3 計量技術(shù)在陶瓷材料膨脹系數(shù)測定中的應(yīng)用

熱膨脹系數(shù)測定方法的基本點是準確地測量出在一系列溫度下待測試樣的長度，然后通過相鄰兩溫度下試樣的長度差和溫度差求出熱膨脹系數(shù)。膨脹系數(shù)是溫度的函數(shù)，不同溫度下的熱膨脹系數(shù)不同。常用的是在一定溫度范圍內(nèi)，如20～1000℃區(qū)間內(nèi)溫度改變1℃時陶瓷材料尺寸的平均相對增加值，而不是指某一溫度下的絕對增加值。

測定熱膨脹系數(shù)采用各種類型的熱膨脹儀。它們主要由兩部分組成：即溫度控制系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng)。位移測定有多種方法，通常采用推桿膨脹儀法。它利用某種穩(wěn)定材料制成桿（如石英玻璃棒）把試樣的膨脹從加熱區(qū)傳遞到伸長計。試樣的膨脹量由下式計算：

△La/Lr=C0（△La/Lr）+C1

式中：? △La——室溫及高溫下試樣的長度變化，㎜；

Lr——室溫下試樣長度，㎜；

C0、C2——測量系統(tǒng)的校正常數(shù)。

全自動熱膨脹儀附有信號放大系統(tǒng)和微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可自動記錄、自動顯示使用起來十分方便。被測試樣取長方形棒狀或圓柱形棒狀體，長度大于或等于25㎜，兩端面應(yīng)磨平，表面應(yīng)平整無缺陷。

其中部分陶瓷的熱膨脹系數(shù)（1/K）×10-6如下表3所示：

5匯總分析

支撐陶瓷產(chǎn)業(yè)綠色升級的關(guān)鍵配套“NQI”，以形成科學合理的綠色建筑衛(wèi)生陶瓷關(guān)鍵檢測設(shè)備計量規(guī)范規(guī)程、陶瓷產(chǎn)品國家、地方、行業(yè)標準、認證評價標準以及綠色化關(guān)鍵領(lǐng)域標準（節(jié)能、節(jié)水、低碳），實現(xiàn)包含計量-檢測-標準-認證認可的全鏈條一站式技術(shù)服務(wù)體系并開展示范應(yīng)用，可加快推動國內(nèi)陶瓷產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展形成技術(shù)支撐。

計量測試技術(shù)要服務(wù)于整個陶瓷產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，以及陶瓷產(chǎn)品的全壽命周期，為陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供更加有效的計量保障體系，包括陶瓷產(chǎn)業(yè)通用的計量檢定、校準服務(wù)，陶瓷生產(chǎn)過程中的參數(shù)檢測技術(shù)和檢測設(shè)備的研究；能源計量評定和檢測服務(wù)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢，加強計量測試技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，通過計量技術(shù)與產(chǎn)業(yè)科技的有機結(jié)合，將計量測試技術(shù)融入產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用全過程，提高陶瓷產(chǎn)業(yè)核心競爭力，助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

5.1.滿足陶瓷產(chǎn)業(yè)全溯源鏈需求

首先要覆蓋產(chǎn)業(yè)專用計量器具的量值溯源需求，保證企業(yè)的工作計量器具、計量標準器具可溯源到國家計量基準，更重要的是，突破傳統(tǒng)量值傳遞概念，將計量的準確性延伸到參數(shù)測量領(lǐng)域，以量值的準確應(yīng)用為核心，提高量值科學應(yīng)用的準確性和有效性，保證應(yīng)用領(lǐng)域測量結(jié)果的可靠性。

5.2.滿足陶瓷全產(chǎn)業(yè)鏈需求

除了陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)的行業(yè)之外，全產(chǎn)業(yè)鏈還包括陶瓷礦物原材料供應(yīng)等重要關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，梳理相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的計量技術(shù)需求，確定適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計量技術(shù)服務(wù)的重點項目， 列入規(guī)程制定范圍。

5.3.滿足陶瓷全壽命周期需求

將計量技術(shù)服務(wù)融入原材料供應(yīng)、產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、坯料生產(chǎn)、煅燒、包裝、運輸、安裝應(yīng)用全過程所有環(huán)節(jié)，提供計量技術(shù)保證方案，保證各環(huán)節(jié)技術(shù)指標達到預(yù)計要求。

計量技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新對于具備較多機械裝備陶瓷企業(yè)自動化程度不高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、故障率高的困擾有著積極解決促進作用。為更好地應(yīng)對發(fā)展機遇，從原材料進廠階段就應(yīng)注意計量數(shù)據(jù)變化；針對各個關(guān)節(jié)，采取合宜的計量技術(shù)檢測方法，聘請具備檢測資質(zhì)的計量技術(shù)機構(gòu)對環(huán)節(jié)設(shè)備進行計量檢定和校準，從而能更好地滿足陶瓷行業(yè)高發(fā)展需求。

6今后發(fā)展方向

6.1 完善產(chǎn)業(yè)測量儀器的量值傳遞體系，保障產(chǎn)業(yè)科學發(fā)展

構(gòu)建覆蓋陶瓷行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)計量測試中心，搭建計量技術(shù)支撐平臺，以計量技術(shù)能力提升和平臺運行能力建設(shè)為手段，提供計量器具量值傳遞、關(guān)鍵參數(shù)測試技術(shù)服務(wù)，對服務(wù)區(qū)域陶瓷產(chǎn)業(yè)、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，突破制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)瓶頸具有重要的意義。以計量技術(shù)為代表的高新技術(shù)應(yīng)用將不斷推動陶瓷工業(yè)生產(chǎn)機械化、自動化和智能化。在各道生產(chǎn)工序中，原料加工精度控制等是發(fā)展的重點和方向，而自動化控制的關(guān)鍵就是計量技術(shù)。地方政府要積極創(chuàng)建計量測試技術(shù)機構(gòu)——（NQI）一站式測試服務(wù)中心，完善計量標準建設(shè)，重點滿足企業(yè)能源計量儀器、燒結(jié)過程控制用熱工儀表、陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量專用測量儀器的量值溯源需求。

6.2 加快測量能力建設(shè)，提高產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵參數(shù)測量水平

配置行業(yè)先進的測試裝備，建設(shè)一流的測量環(huán)境條件，聯(lián)合企業(yè)技術(shù)人員，開展測量方法的研究和應(yīng)用。重點圍繞關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原料配比分析、有害元素分析、陶瓷原料膨脹系數(shù)的準確測量、產(chǎn)品在各種不同工作環(huán)境下的物理性能測試方法研究等產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵參數(shù)開展工作，規(guī)范每個測量參數(shù)的測量條件、測量設(shè)備、量值溯源框圖、測量原理和方法、數(shù)據(jù)處理和測量不確定度分析等，提高測量結(jié)果的準確性和一致性。

6.3 提供計量科技創(chuàng)新服務(wù)，突破產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸

緊密結(jié)合制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)瓶頸的計量科技創(chuàng)新需求，聯(lián)合國家、省計量科學研究院、陶瓷研究所、國家陶瓷質(zhì)檢中心等研究機構(gòu)和企業(yè)、政府部門、行業(yè)組織等建立產(chǎn)業(yè)計量科技創(chuàng)新平臺，開展具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的測量裝備的研制與應(yīng)用工作，著力解決滿足產(chǎn)業(yè)重點生產(chǎn)裝備、不規(guī)則毛坯、新型產(chǎn)品、高檔陶瓷產(chǎn)品和關(guān)鍵環(huán)節(jié)要求的專用測量系統(tǒng)的研制和實際應(yīng)用等關(guān)鍵問題。

6.4 建立有效的運行體系，維持“NQI”及陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展

陶瓷產(chǎn)業(yè)一站式測試服務(wù)中心重點加強質(zhì)量體系、創(chuàng)新體系、服務(wù)體系、人力資源體系、基礎(chǔ)保障體系和發(fā)展規(guī)劃體系的建設(shè)，確保中心實驗室質(zhì)量管理、實驗室軟硬件條件、專業(yè)團隊人員數(shù)量和人才結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代服務(wù)模式、對外合作機制和計量科技創(chuàng)新機制等各方面健康運行，實現(xiàn)陶瓷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

7結(jié) 語

通過應(yīng)用計量測試技術(shù)，對全生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行量化統(tǒng)計，陶瓷生產(chǎn)工藝持續(xù)性改進，對生產(chǎn)工藝進行高精度自動化控制，對產(chǎn)品質(zhì)量進行管控，更好地滿足了時代要求。同時，圍繞政府監(jiān)管、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和保障民生的需求，打造計量校準、檢驗檢測、認證咨詢、質(zhì)量管理培訓四大技術(shù)服務(wù)品牌，構(gòu)建集“標準服務(wù)、計量檢定校準、認證認可、檢驗檢測、質(zhì)量管理”等質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施為一體的“一站式”公共平臺，并依托現(xiàn)有平臺嵌入服務(wù)，形成布局合理、實力雄厚、公正可信的國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施“一站式”的服務(wù)體系與定位，全方位、全鏈條服務(wù)陶瓷產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻

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