釉面瓷砖防滑处理：微观结构和形貌的修饰（三）

表3：图8所示瓷砖A未处理或已处理样品表面的一些涉及高度的粗糙度参数值（高斯截止滤光片：0.25mm）。

在共聚焦显微镜的最高放大倍率（150×物镜）下，可以发现两种瓷砖A样品（已处理和未处理）的表面存在形态差异。“A已处理”样品表面（见图9b）上出现具有晶体的区域，与SEM数据（见图3b）相一致。“A未处理”样品表面上这些晶体（见图9a）不明显，因为它们嵌在非晶相中。

同样使用10倍物镜共聚焦显微镜拍摄了两种瓷砖B样品（“B未处理”和“B已处理”）表面上一个区域（分别为2.93×2.2mm）的图像。图10为“B未处理”样品（见图10a）和“B已处理”样品（见图10b）的图像。它们是各区域表面形貌的三维图像，其中Z范围比色刻度尺以微米为单位。通过比较图像，发现两种样品之间没有显著的形态差异，虽然已处理表面的峰部稍微平缓，换言之，其峰部凸出程度总体上低于未处理表面。

通过比较图10中两个区域的轮廓图，可以发现“B未处理”样品被检测峰部的边界（见图11a）中度分开并位于高水平处（约33µm），而“B已处理”样品（见图11b）则遍布非常不均匀的小区域。

对两种样品表面粗糙度参数（见表4）进行比较，发现结果与3D图像的结论相一致：对于所有以高度表示的粗糙度参数，已处理样品的数值稍低于未处理样品。

表4：图10所示瓷砖A未处理或已处理样品表面的一些涉及高度的粗糙度参数值（高斯截止滤光片：0.25mm）。

再次在共聚焦显微镜的最高放大倍率（150×物镜）下成像，可以发现两种瓷砖B样品（已处理和未处理）与瓷砖A样品的情形一样，表面存在形态差异。“B已处理”样品表面（见图12b）上出现具有晶体的区域。“B未处理”样品表面上这些晶体（见图12a）不明显，因为它们嵌在非晶相中。

瓷砖B表面纹理平滑均匀，可以认为防滑处理显著改变表面粗糙度参数，即处理后平均参数值减小。

相较于瓷砖B，瓷砖A表面具有更粗糙且不均匀的纹理，在高放大倍率下可以看见酸处理对表面形貌的影响，但表面粗糙度参数值仍然并未明显改变。

表5列出按照标准DIN 51130 [7] 所载测试方法测定的防滑性能结果，从中可知，防滑处理后瓷砖A（表面粗糙、不均匀）无改进，即使滑动角增大1°，防滑等级仍为R9。两种瓷砖B样品（表面较均匀、光滑）的结果表明，即便进行防滑处理之后，该类瓷砖也不适合用于滑倒风险大的工作场所。对于赤脚走在湿表面上的情形，比如在游泳池区、淋浴或洗浴设施中，按照标准DIN 51097 [8] 所述方法进行的测试表明，处理后两种瓷砖均达到最佳防滑等级A+B+C，而未处理样品不可分类（UC）。但数据似乎表明，瓷砖的防滑性能更依赖于所使用的润滑剂和瓷砖表面的化学组成，而对表面粗糙度的依赖程度较低。

表5：根据DIN 51130和DIN 51097对瓷砖A和B已处理和未处理样品进行测试所获得的防滑性能结果。

结论

本报告研究了两种瓷砖：瓷砖A表面不均匀、粗糙，而瓷砖B表面均匀、光滑。两种釉面瓷砖具有类似的化学和矿物组成。用于修饰其表面的酸蚀防滑处理法似乎适合这类釉面瓷砖。它在湿（水）表面上应用时效果尤其明显，可使瓷砖A和B样品的防滑性能显著增强。此外，防滑处理并未影响瓷砖的耐清洁性。这些数据表明，所使用的润滑剂和瓷砖表面的化学成分对防滑性能的影响比表面粗糙度更大，不过必须进一步开展研究，才能更好地理解这种现象。

瓷砖表面形貌分析显示，可在微米尺度上检测到防滑处理引起的表面结构变化。仅仅瓷砖B（纹理光滑均匀）的表面粗糙度出现明显变化，釉面瓷砖的非晶相蚀刻导致表面形貌总体上变得平缓。

对于这类瓷砖，从微观结构的角度来看，应用处理方法可导致非晶相蚀刻，而结晶相（石英、斜长石、锆石、刚玉）无改变。

参考文献

1. Escardino A, Amorós JL, Gozalbo A, Ortis MJ, Lucas F, and Belda A: Interacción entre capas de esmalte durante la cocción de los vidriados resultantes. Proceedings Qualicer pp. 201–17 (2002).

2. Fröberg L, Hupa L, and Hupa M: Corrosion of the crystalline phases of matte glaze in aqueous solutions. Journal of the European Ceramic Society 29: 7–14 (2009).

3. Cannillo V, Esposito L, Rambaldi E, Sola A, and Tucci A: Microstructural and mechanical changes by chemical ageing of glazed ceramic surfaces. Journal of the European Ceramic Society 29: 1561–69 (2009).

4. Quirion F, Massicotte A, Boudrias S, and Poirier P: The impact of chemical treatments on wear, gloss, roughness, maintenance and slipperiness of glazed ceramic tiles, Journal of Environmental Health Research 9 (2): 97–110 (2009).

5. Quirion F, and Poirier P: Surface properties and slip resistance of glazed ceramic tiles over-treated, or treated multiple times, with hydrofluoric acid. Journal of Environmental Health–Research 11 (1): 17–27 (2011).

6. ISO 25178-6:2010: Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Areal – Part 6: Classification of methods for measuring surface texture.http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=42896

7. DIN 51130:2014: Testing of floor coverings – Determination of the anti-slip property – Workrooms and fields of activities with slip danger – Walking method – Ramp test.http://www.nmp.din.de/cmd?level=tpl-art-detailansicht&committeeid=54738983&artid=196898059&languageid=en&bcrumblevel=2&subcommitteeid=54778309

8. DIN 51097:1992: Testing of floor coverings – Determination of the anti-slip properties – Wet-loaded barefoot areas – Walking method – Ramp test.

致谢

本文作者衷心感谢徕卡显微系统的 James DeRose 对结果作出的相关讨论和评论，以及对稿件的校对工作。