CN101367650A - 一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法，它主要是由纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化铜、纳米氧化镍、纳米氧化钴、纳米氧化硅、超细电气石粉、和超细碳化硅粉等组分合成，纳米复合金属氧化物的粒径为20～60nm，电气石及碳化硅的粒径不大于0.5um，其制备工艺采用液相沉淀法，工艺流程为：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用，目的是克服目前国内单晶红外粉体及复合红外粉体发射强度较低的缺陷。

Description

一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米级远红外陶瓷粉，特别涉及一种高效红外陶瓷粉体的制备方法，属于功能材料制造领域。

背景技术

远红外陶瓷粉是由无机矿物、非金属氧化物和金属氧化物制造而成，红外辐射技术发展的实质就是研究得到足够强度的红外辐射，其核心是研制高辐射率的材料，材料的红外辐射是因其粒子振动引起偶极矩变化而产生的。根据振动对称性选择定则：粒子振动时的对称性越低，偶极矩的变化就越大，其红外辐射就越强。由于陶瓷材料是由多原子组成的大分子结构的物质，多原子在振动过程中易改变分子的对称性而使偶极矩发生变化，因此，许多陶瓷材料都具有较高的辐射率，由此，近年来红外辐射陶瓷材料越来越受到人们的广泛重视，从国内外研究情况来看，前苏联、美国、日本及西欧一些学者在二十世纪60、70年代就对一些具有优良辐射特性的化合物单晶如SiO₂SiC、Fe₂O₃、TiO₂等氧化物的透射光谱、反射光谱及辐射特性进行了较为细致的理论研究，但实用型的红外辐射陶瓷材料的开发与应用则直到二十世纪70、80年代才真正开始。二十世纪80年代以来，材料学家们提出了一种全新的红外辐射陶瓷的设计思想—材料复合的思想，即在单元组分材料基础上，设计多相复合材料，利用各相优势互补，使材料性能有了重大突破，从而扩大了红外辐射陶瓷材料的应用范围。

1982年到1988年，日本学者高岛广夫等人研究了Mn-Fe-Co-Cu氧化物系陶瓷辐射材料，其基本配方如下：Fe₂O₃ 80％，MnO₂ 15％，CoO 5％，MnO₂ 80％，CoO 10％，CuO 10％，MnO 60％，Fe₂O₃ 20％，CoO 10％，CuO 10％。这类材料从短波到长波都有极高的光谱发射率，全发射系数大于0.90，其红外辐射特性接近黑体，故有“黑陶瓷”之称，掺50％的堇青石再烧结，其发射率基本不变。

1987年，武汉工业大学的潘儒宗等人探讨了以莫来石为基质，添加适当的过渡元素氧化物外加剂，研制优质红外辐射材料的途径，并对红外辐射特性及添加剂提高红外辐射率的机理进行了分析。

1988年，英国Harbert Beven公司与欧澳多国联营，推出一种以SiC为基加了防老化剂的涂料。

1989年，吉林大学原子与分子物理研究所的杨钧等人对锰铁钴铜氧化物陶瓷及其复合体的红外与热力学性质进行了研究，说明锰铁钴铜氧化物陶瓷材料具有优越的宽波段红外比辐射率，添加适量长石或粘土还可进一步改善其热力学性质。

一种麦饭石远红外粉，由麦饭石和远红外石料按一定比例配合，经粉碎、烧结制备成，其中含有多种金属氧化物和非金属氧化物，常温下能发射出8～18微米波长的远红外线，可用于塑料、复合材料制品、食品保鲜等，能净化空气、消除异味，多用于医疗保健用品材料。

1990年，南京航空学院材料工程系的周建初等人研究了以Fe₂O₃、MnO₂为基的陶瓷，在2.5～5μm波段有很高的热发射率。

1992年中科院地球化学研究所姜泽春等人详细研究了尖晶石矿物的热辐射性质，指出铁系尖晶石的辐射率在尖晶石类矿物中是最大的，特别是钒钦磁铁矿有很高的辐射率。

1998年，饶瑞等人对Fe₂O₃-堇青石系红外辐射陶瓷的结构与性能进行了研究。

2000年，欧阳德刚等人研究了过渡金属氧化物系烧结辐射粉体基料不同组份含量和不同添加成分对其微观结构与辐射性能的影响关系，并探讨了红外辐射的机制。

通常的制备工艺过程如下：原料处理→配料→混合→煅烧→粉碎→红外粉体。

常温远红外陶瓷粉用途广泛，采用掺入和涂覆的方法，可应用于塑料、纺织、造纸、服装、医疗器械和陶瓷等方面。把远红外陶瓷粉掺入塑料母粒中，可以制成保鲜盒，还可以做成塑料膜，用于农作物地膜或保鲜袋等。把远红外陶瓷粉掺入到纺织纤维中，制成的织物在人体正常温度下自动调节吸取人体周围和自身的辐射能量，发射出对人体有益的远红外线，从而激发人体组织细胞的活力，改善微循环，促进新陈代谢，加速乳酸分解，消除疲劳，提高免疫力，从而达到对人体保健作用。把远红外陶瓷粉作为原料，按照普通陶瓷生产工艺，制成远红外陶瓷球，用于节油、节能系统，效果良好，特别是用于汽车节油系统，不仅节油，而且还可以减少汽车尾气等有害气体的排放，减少环境污染。把远红外陶瓷粉掺入普通陶瓷釉中，按常规施釉方法，把远红外陶瓷釉浆施在坯体上，经烧成后，可制成具有发射远红外线功能的陶瓷制品，这种陶瓷制品的主要功能有：具有广谱高效杀灭细菌作用，对食物、饮料、水具有活化作用，使食物和饮料味道鲜美，对水还可以清除杂质，提高水的保健作用，可以加速酒的发酵和成熟，并可消除酒的异味，提高酒的档次。随着人们生活水平的提高和保健意识的增强，人们逐渐把目光转向常温远红外陶瓷制品这类健康型“绿色陶瓷”产品。我国自90年代开始进行常温远红外陶瓷材料的研究，取得了初步进展，开发了部分制品，如远红外辐射搪瓷—电热膜和远红外辐射加热器等，虽然国内外对纳米级远红外陶瓷粉的研究不断深入，但是目前的远红外粉体及复合红外粉体的发射强度还是比较低。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术中单晶红外粉体及复合红外粉体发射强度较低的缺陷，提供一种纳米级远红外陶瓷粉，从而提高远红外粉体的发射强度。

本发明的技术方案如下：

本发明远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法，液相沉淀法制备工艺流程如下：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

各组分的配比为：

纳米氧化锌28～50％，纳米氧化钛3～6％，纳米氧化钇2～10％，纳米氧化锆5～9％，纳米氧化铝2～6％，纳米氧化铜2～6％，纳米氧化镍2～5％，纳米氧化钴2～4％，纳米氧化硅3～6％，超细电气石粉6～15％，超细碳化硅粉2～5％。

具体的制备工艺步骤如下：

将纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化铜、纳米氧化镍、纳米氧化钴按配方量称取相应质量份的相应金属硝酸盐或磷酸盐或卤盐，将以上各种盐分别溶解于0.5～1.5‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入40～60克盐为宜)，用氨水调pH值6～7，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅(粒径不大于50nm)、超细电气石粉、超细碳化硅粉，搅拌均匀后过滤，80～90℃干燥，粉碎，600～800℃锻烧3～6小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。

本发明的有益效果在于：由本发明制成的产品能集中发射波长为4～14μm的远红外线，远红外陶瓷粉发射远红外波长范围3μm～25μm。经中科院上海技术物理研究所在IRE—I型红外发射测量仪上测试，红外材料及其制品均具有较高的发射率，其中4μm～14μm范围的法向光谱比辐射率达到95％以上。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步详述，这些实施例仅用于说明本发明，并不用于限制本发明的范围。

实施例1

远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法，液相沉淀法制备工艺流程如下：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

具体的制备工艺步骤如下：

将纳米氧化锌28％，纳米氧化钛6％，纳米氧化钇10％，纳米氧化锆9％，纳米氧化铝6％，纳米氧化铜6％，纳米氧化镍5％，纳米氧化钴4％，按配方量称取相应质量份的相应金属硝酸盐，将以上各种盐分别溶解于0.5‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入40克盐为宜)，用氨水调pH值6，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅6％(粒径不大于50nm)、超细电气石粉15％、超细碳化硅粉5％，搅拌均匀后过滤，80℃干燥，粉碎，600℃锻烧6小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。

实施例2

远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法，液相沉淀法制备工艺流程如下：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

具体的制备工艺步骤如下：

将纳米氧化锌50％，纳米氧化钛3％，纳米氧化钇10％，纳米氧化锆5％，纳米氧化铝5％，纳米氧化铜2％，纳米氧化镍2％，纳米氧化钴3％按配方量称取相应质量份的相应金属磷酸盐，将以上各种盐分别溶解于1.0‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入50克盐为宜)，用氨水调pH值7，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅5％(粒径不大于50nm)、超细电气石粉11％、超细碳化硅粉4％，搅拌均匀后过滤，90℃干燥，粉碎，700℃锻烧4小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。

实施例3

远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法，液相沉淀法制备工艺流程如下：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

具体的制备工艺步骤如下：

将纳米氧化锌44％，纳米氧化钛5％，纳米氧化钇7％，纳米氧化锆8％，纳米氧化铝4％，纳米氧化铜4％，纳米氧化镍4％，纳米氧化钴3％按配方量称取相应质量份的相应金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于1.5‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入60克盐为宜)，用氨水调pH值6.5，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅5％(粒径不大于50nm)、超细电气石粉13％、超细碳化硅粉3％，搅拌均匀后过滤，85℃干燥，粉碎，800℃锻烧3小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。

实施例4

远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法，液相沉淀法制备工艺流程如下：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

具体的制备工艺步骤如下：

将纳米氧化锌45％，纳米氧化钛4％，纳米氧化钇7％，纳米氧化锆7％，纳米氧化铝5％，纳米氧化铜5％，纳米氧化镍3％，纳米氧化钴3％按配方量称取相应质量份的相应金属硝酸盐，将以上各种盐分别溶解于1.0‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入55克盐为宜)，用氨水调pH值6.5，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅5％(粒径不大于50nm)、超细电气石粉14％、超细碳化硅粉2％，搅拌均匀后过滤，80℃干燥，粉碎，700℃锻烧4小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。

Claims (3)

1.一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法，其特征在于：它是由以下配比的组分组成：

纳米氧化锌28～50％，纳米氧化钛3～6％，纳米氧化钇2～10％，纳米氧化锆5～9％，纳米氧化铝2～6％，纳米氧化铜2～6％，纳米氧化镍2～5％，纳米氧化钴2～4％，纳米氧化硅3～6％，超细电气石粉6～15％，超细碳化硅粉2～5％。

2.如权利要求1所述的一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法，其特征在于：纳米级远红外陶瓷粉的制备方法采用液相沉淀法制备工艺，其工艺流程如下：

配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→高温合成→过筛→性能检测→备用。

3.如权利要求2所述的一种纳米级远红外陶瓷粉及其制备方法，其特征在于：它是由以下步骤制备的：

将纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化铜、纳米氧化镍、纳米氧化钴的配方量称取相应质量份的相应金属硝酸盐或磷酸盐或卤盐，将以上各种盐分别溶解于0.5～1.5‰的聚乙二醇水溶液中(每升溶液中加入40～60克盐为宜)，用氨水调pH值6～7，即制得溶胶，分别洗涤后将各溶胶复混，同时加入配方质量份的纳米氧化硅(粒径不大于50nm)、超细电气石粉、超细碳化硅粉，搅拌均匀后过滤，80～90℃干燥，粉碎，600～800℃锻烧3～6小时，冷却后检测包装即得平均粒径不大于100nm的远红外陶瓷粉。