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釉面瓷砖防滑处理：微观结构和形貌的修饰（一）

2020.5.18

瓷器是一种制造工艺与物理机械性能完美结合的产物。尽管它具有优良的技术特点，但其防滑性能差异很大，这取决于瓷砖的终饰面：粗糙的还是光滑的、上釉的还是抛光的。为了降低在已铺设瓷砖上滑倒的风险，市场上已推出若干种表面处理方法。大部分的处理方法涉及到酸或酸性物质（氢氟酸或氟化氢铵），这些化学品均可腐蚀陶瓷表面。

众多文献探讨了釉面瓷砖微观结构在酸性或碱性环境中的修饰[1–3]。几篇论文提及将化学腐蚀用作防滑处理方法，考虑到安全方面的问题，但未深入研究陶瓷表面特性[4–5]。深入了解瓷砖表面微观结构、形貌和纹理参数，将非常有助于评估酸处理是否会产生防滑表面而未损坏陶瓷制品。

表面形貌是瓷砖表面非常重要的特征。目前测量表面参数的仪器多种多样。一般而言，测量技术分为两类：（a）接触式，（b）非接触式。接触式探针式表面轮廓仪应用最普遍，但近年来开发出了非接触式表面轮廓仪，比如共聚焦和干涉显微镜，目前正在广泛使用。如今，新一代测量工具的应用，促进了传统及高级陶瓷制品表面纹理的定性和定量表征。瓷砖表面一般使用探针式二维表面轮廓仪进行分析，但二维测量结果通常不足以准确描述表面。

本文对两种商业釉面瓷砖防滑处理前后的表面进行研究分析。目的是探明其防滑性与其表面微观结构、三维形貌及表面纹理参数之间是否具有相关性[6]。

实验

研究两种化学和矿物成分类似但终饰面不同的釉面瓷砖：瓷砖A表面不均匀、粗糙，而瓷砖B表面均匀、光滑。商用防滑表面处理方法使用基于氢氟酸的溶液，按照制造商说明将该溶液涂在瓷砖表面（手工），然后瓷砖A静置1分钟，瓷砖B静置30秒。对A、B两种瓷砖表面处理前后的样品（“A未处理”和“A已处理”，“B未处理”和“B已处理”）进行表面表征。

使用下列分析方法在微观尺度上研究瓷砖表面处理造成的影响：

矿物学和微观结构分析:
- X射线衍射（XRD PW 3830; Philips, NL）；
- 扫描电子显微镜（SEM, Zeiss EVO 40, D）和能量色散X射线谱显微分析（EDS, Inca, Oxford Instruments, UK），在典型的电子加速电压（EHT）25kV下操作；

表面形貌表征及制图：
- 使用共聚焦模式的立体光学显微镜/表面轮廓仪（Leica DCM 3D）。

由于研究旨在评估表面处理对瓷砖防滑性能的影响，因此根据以下标准开展测试：DIN 51130[7]和DIN 51097[8]。这些标准所载方法通常称为斜坡测试，即一人穿鞋或赤脚走在倾斜表面上。斜面也可以涂上润滑剂，比如油、肥皂水、净水等。按照这些标准，测试人员在其上覆盖受试瓷砖的平坦表面上来回走动，同时逐渐增加表面倾斜度。可以选择干净的表面，或者涂上润滑剂。对测试人员开始下滑的倾斜角进行测定。

结果

表1按丰富程度顺序显示“A未处理”和“B未处理”瓷砖样品表面上的矿物相。两种样品的XRD图也表明存在大量的非结晶相，这是瓷砖组成的特征。

表1：瓷砖A和B未处理样品的矿物组成。