CN101531505B

CN101531505B - 一种防辐射陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN101531505B
Application number: CN2009100685760A
Authority: CN
Inventors: 梁金生; 王丽娟; 孟军平; 胡波; 刘振田; 张谋
Original assignee: TIANJIN XINGHEXI TECHNOLOGY Co Ltd; Hebei University of Technology
Current assignee: TIANJIN XINGHEXI TECHNOLOGY Co Ltd; Hebei University of Technology
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: CN101531505A

Abstract

本发明涉及一种防辐射陶瓷及其制备方法。该陶瓷的特征在于烧制原料的重量百分比组成为：铁氧体20-45％、氧化锌20-30％、金属粉5-10％、氧化硅5-10％、氧化铝5-10％、高岭土5-10％、氧化钙5-10％、稀土1-5％、电气石1-5％和纤维素1-2％，各组分之和为100％；铁氧体为锶氧铁、钡氧铁或钴氧铁；金属粉为铜粉、铁粉或镍粉；高岭土为煅烧高岭土；稀土为硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕和硝酸铒中的至少一种；电气石为铁电气石、锂电气石和镁电气石中的至少一种。该陶瓷的制备方法工艺为：1)配料：按照本发明所述原料组成选料、配料；2)球磨混料；3)造粒；4)成型；5)干燥；6)烧制即得。

Description

一种防辐射陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能陶瓷技术，具体为一种具有防辐射功能的陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和信息产业的高速发展，计算机、手机、传真机、电话机和网络等设备或系统已广泛应用于信息的产生、传输、接收、存储等处理过程。这类设备在工作时离不开电磁波的作用。电磁波的广泛应用带来了日益严重的电磁干扰和污染。减少电磁干扰的有效方法之一就是采用微波吸波(收)材料。当电磁波通过吸波材料时，会产生电磁波损耗，使电磁波能量转化为其他形式的能量，也即在吸波材料介质中被最大程度地吸收。

铁氧体是一种良好的吸波材料，在电磁波吸收剂领域一直占有重要地位。铁氧体吸波材料具有较宽的频率特性，相对较高的磁导率，相对介电常数较小等性能，特别是在VHF/UHF频段，其吸波效果显著，但铁氧体吸波材料在频率更高的频段，吸收效果不理想，且生产工艺复杂，成本高，不适宜大批量工业化生产。

目前制备铁氧体的方法主要有：物理法、化学沉淀法、水热法和微乳法等。这些方法的共同缺陷是：铁氧体与基材的混均问题，或者尚无法解决铁氧体与基材的混合均匀性问题，从而影响了铁氧体的电磁性能。中国专利CN 1644546A号报道了一种“复合吸波材料及其制备工艺”，它采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法，在多孔玻璃相微粒表面制备钡铁氧体层，使其能够对电磁波产生一定的吸收，但吸波剂的成型及加工存在一定的难度；中国专利CN1807537A号公开了一种“介电/磁性复合吸波粉体的制备方法”，它采用了原位沉积法制备得到复合吸波材料，生产工序复杂，费时耗力，大大限制了材料的大批量生产；中国专利CN 1905079A介绍了一种“电磁兼容暗室复合鹫吸波材料及其制造方法”，该方法提到在聚氨醋吸波材料和铁氧体材料之间增加过渡匹配段的材料，可以在高频具有很好的吸波性能，但其过渡匹配段的厚度达50mm±2mm，匹配性能成为问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种防辐射陶瓷及其制备方法。该陶瓷具有良好的吸波性能，特别是在手机辐射的高频波段具有很好的吸波性能，该陶瓷制备方法工艺简单，适应性好，易于加工和大批量生产，便于实际推广应用，并具有成本低，效果好等特点。

本发明解决所述陶瓷技术问题的技术方案是：设计一种防辐射陶瓷，其特征在于该陶瓷烧制原料的重量百分比组成为：铁氧体20-45％、氧化锌20-30％、金属粉5-10％、氧化硅5-10％、氧化铝5-10％、高岭土5-10％、氧化钙5-10％、稀土1-5％、电气石1-5％和纤维素1-2％，各组分之和为100％；所述的铁氧体为锶氧铁、钡氧铁或钴氧铁；所述的金属粉为铜粉、铁粉或镍粉；所述的高岭土为煅烧高岭土；所述的稀土为硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕和硝酸铒中的至少一种；所述的电气石为铁电气石、锂电气石和镁电气石中的至少一种。

本发明解决所述陶瓷制备方法技术问题的技术方案是：设计一种防辐射陶瓷的制备方法，其工艺为：

1配料：按照本发明所述防辐射陶瓷烧制原料的重量百分比组成选料、配料；

2球磨混料：先将所述烧制原料中的下述原料分别球磨至如下平均粒径：铁氧体2-3μm、氧化锌2-3μm、金属粉2-3μm、高岭土3-5μm、氧化硅2-5μm、氧化铝8-9μm、氧化钙3-5μm、电气石8-9μm；然后再与所述重量百分比的纤维素和稀土混合均匀，混料18-36小时；

3造粒：加入所述烧制原料总重量3-8％的水，在喷雾造粒塔中喷雾造粒；

4成型：采用产品设计的模具干压成型，成型压力250-350MPa；

5干燥：将成型的坯料在20-25℃或室温下干燥，坯料含水率1-2％；

6烧制：把干燥好的坯料送入窑炉烧制即得，烧制温度为1150-1250℃。

与现有技术相比，本发明所述防辐射陶瓷的特点是选择具有良好吸波性能的铁氧体及氧化锌作为主要原料，同时添加金属粉，通过金属粉的适量氧化降低相对电导率，提高陶瓷的吸波性能；本发明所述防辐射陶瓷的特点是在原料组成中加入稀土组分，并合理设计了稀土、电气石和铁氧体的组分比例，利用电气石具有自发电极性功能，稀土具有变价性能，激活铁氧体材料，协同铁氧体的磁性波作用，使其制备结构型吸波材料具有较高的介电常数和磁导率，提高了材料的吸波性能，使其在手机辐射的高频波段具有很好的吸波性能。本发明所述的防辐射陶瓷制备方法的特点是功能组分颗粒级配合理，选择性地制备原料组分某一粒径范围的纳米颗粒，容易获得纯度高，均匀性好，化学组成控制准确，效果良好的吸波陶瓷产品，并具有方法简单，成本低，适于工业化应用等特点。

具体实施方式

下面结合实施例进一步叙述本发明：

针对现有技术存在的问题，本发明设计的防辐射陶瓷(以下简称陶瓷)，其特征在于该陶瓷烧制原料(以下简称原料)的重量百分比组成为：铁氧体20-45％、氧化锌20-30％、金属粉5-10％、氧化硅5-10％、氧化铝5-10％、高岭土5-10％、氧化钙5-10％、稀土1-5％、电气石1-5％和纤维素1-2％，各组分之和为100％；所述的铁氧体为锶氧铁、钡氧铁和钴氧铁中的一种；所述的金属粉为铜粉、铁粉和镍粉中的一种；所述的高岭土为煅烧高岭土；所述的稀土为硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕和硝酸铒中的至少一种；所述的电气石为铁电气石、锂电气石和镁电气石中的至少一种。

本发明陶瓷原料组分中所选择的铁氧体为锶氧铁、钡氧铁和钴氧铁中的一种，铁氧体是一种良好的吸波材料。

本发明陶瓷原料组分中所述的氧化锌为一种II-VI族直接宽带隙半导体材料，具有很高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能。

本发明陶瓷原料组分中所述的金属粉为铜粉、铁粉和镍粉中的一种，金属粉适度的氧化可以降低相对电导率，有利于提高陶瓷的吸波性能。

本发明陶瓷原料组分中所述的电气石是指铁电气石、锂电气石和镁电气石中的至少一种。当选择两种或多种电气石时，所用电气石的混合比例没有限制，可以是任意比例的组配。本发明所述的电气石为极性晶体，具有热电性和压电性。当电气石晶体所处环境温度与压力变化时，晶体中带电粒子之间发生相对位移，正负电荷中心发生分离，晶体的总电矩发生变化，从而导致极化电荷产生，即自发电极性。这种自发极化效应是永久性的。

本发明陶瓷原料组分中所述的稀土是指硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕、硝酸铒和硝酸亚铈中的至少一种。当选择两种或多种稀土物质时，其混合比例没有限制，可以是任意比例的组配。采用适当比例的稀土组分后，可以克服现有技术将电气石和磁性材料等简单混合的不足，提供了一种改进的稀土磁性材料。

本发明陶瓷原料组分设计将电气石与稀土磁性材料合理组合在一起，可以共同或/和协同发挥积极的吸波作用。磁对电气石所产生的磁场可起到长时间持续维持的积极作用，并能够加强其电极性。原子中电子产生的磁场不会互相消失，因此可以保持永久的磁性。从原理上说，就是利用电气石和磁性材料自然物理因子的特异性作用，将多种因子联合应用或结合使用，相互协同，强化作用，提高陶瓷的吸波性能。

本发明陶瓷原料组分中所述的高岭土是指煅烧高岭土。非煅烧高岭土不宜采用。煅烧高岭土与所选择的氧化硅、氧化铝、氧化钙等组分，在配方中具有干燥收缩性好，可塑性强，烧制温度较低等积极作用，而且烧制后的陶瓷强度高、致密、不易腐蚀，且适合用模具泥压成型，可以进行批量化工业生产。

本发明陶瓷原料组分中所述的纤维素由于具有独特的线性高分子结构，在水中，纤维素中的亲水基团-OH、-COONa与水结合，使纤维素分子逐渐分散于水中。纤维素高分子之间依靠氢键和范德华力作用形成网状结构，从而表现出粘结作用。将纤维素与泥浆混合，既在颗粒间形成水化膜，又在泥浆中形成了牢固的网络结构，泥料的可塑性和生坯的抗折强度增效显著。

大量试验研究表明，本发明陶瓷具有下述重量百分比的组成原料时，功能效果更为理想，为优选的设计参数：

组成原料1：锶氧铁44％、氧化锌23％、铜粉8％、氧化硅5％、氧化铝5％、高岭土5％、氧化钙5％、硝酸钕2％、铁电气石1％和纤维素2％；

组成原料2：钡氧铁34％、氧化锌23％、镍粉8％、氧化硅10％、氧化铝5％、高岭土8％、氧化钙5％、硝酸铕4％、镁电气石2％和纤维素1％；

组成原料3：钴氧铁28％、氧化锌28％、铜粉9％、氧化硅5％、氧化铝10％、高岭土5％、氧化钙8％、硝酸镧3％、锂电气石3％和纤维素1％；

组成原料4：钴氧铁23％、氧化锌28％、铁粉9％、氧化硅8％、氧化铝8％、高岭土7％、氧化钙7％、任意比例的硝酸镨/硝酸钕3％、任意比例的铁电气石/锂电气石5％和纤维素2％。

本发明同时设计了所述陶瓷的制备方法(简称制备方法)，该制备方法的工艺设计为：

1配料：按照本发明所述陶瓷烧制原料的重量百分比组成选料、配料；

2混料：先将所述原料组成中的下述原料组分分别球磨至如下平均粒径：铁氧体2-3μm、氧化锌2-3μm、金属粉2-3μm、高岭土3-5μm、氧化硅2-5μm、氧化铝8-9μm、氧化钙3-5μm、电气石8-9μm；然后再与所述重量百分比的纤维素和稀土混合均匀，混料18-36小时；

3造粒：加入所述组成原料总重量3-8％的水，在喷雾造粒塔中喷雾造粒；

4成型：采用产品设计的模具干压成型，成型压力250-350MPa；

6烧制：把干燥好的坯料入窑炉烧制即得，烧制温度为1150-1250℃。

本发明陶瓷主要用途是制造手机等需要防辐射的陶瓷制品。工业化生产和商品化出售的防手机辐射制品主要为陶瓷片、陶瓷块等。所述的陶瓷制品既可以采用本发明所述陶瓷的制备方法来制造，也不排除采用其他已知的公用技术按照本发明陶瓷原料组成来制造的可能。

经试验验证：本发明制备的陶瓷在手机辐射的高频电磁波段具有较强的电磁波吸波特性，电磁波衰减率大于90％，符合吸波材料电磁辐射衰减三分之二的国际标准，将手机对人类直接而强烈的电磁波伤害降至最低，且不影响手机通话质量。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例。本发明权利要求不受具体实施例的限制。实施例虽以制造陶瓷片为例，但完全适用于陶瓷块等按设计要求的其他形状产品的制造：

实施例1：

制造一种手机防辐射陶瓷片(以下简称陶瓷片)。

该陶瓷片烧制原料的重量百分比组成(原料组分1)为：锶氧铁44％、氧化锌23％、铜粉8％、氧化硅5％、氧化铝5％、高岭土5％、氧化钙5％、硝酸钕2％、铁电气石1％和纤维素2％；

陶瓷片的制备方法如下：

1配料：按照原料组分1所述的重量百分比组分精选原料和配制陶瓷片原料；

2球磨混料：先将所述原料组分中的下述原料分别球磨至如下平均粒径：锶氧铁2.5μm、氧化锌2.5μm、铜粉2.5μm、高岭土4μm、氧化硅3μm、氧化铝8μm、氧化钙4μm、电气石8μm；然后与2％(重量，下同)纤维素和2％的硝酸钕均匀混合，混料24小时；

3造粒：加入所述原料组成总重量5％的水，在喷雾造粒塔中进行喷雾造粒；

4成型：采用产品设计的模具干压成型，产品设计模型为圆片状，直径1.5cm，厚度0.5cm，成型压力350MPa；

5干燥：将成型的坯料在25℃的温度下干燥，烧制前坯料含水率1.8％；

6烧制：将所述的坯体放入石墨坩埚中，而后一起放入马弗炉中烧制，升温速率8℃/min，升温到1200℃，保温2小时，然后自然冷却至室温后取出，即得到手机防辐射陶瓷片。

利用电磁波辐射测试仪QX-5检测本实施例手机防辐射陶瓷片的辐射吸波效果。未使用陶瓷片之前，某品牌手机的电磁波辐射强度为800-900μW/cm²；使用本实施例的陶瓷片后，该手机的电磁波辐射强度小于50μW/cm²，并且不影响手机通话质量。

实施例2

制造一种陶瓷片。其烧结原料的重量百分比组成(原料组分2)为：钡氧铁34％、氧化锌23％、镍粉8％、氧化硅10％、氧化铝5％、高岭土8％、氧化钙5％、硝酸铕4％、镁电气石2％和纤维素1％。

将所述原料组分2中的下述原料分别球磨至如下平均粒径：钡氧铁2μm、氧化锌2μm、镍粉2μm、高岭土3μm、氧化硅2μm、氧化铝8μm、氧化钙3μm、电气石8μm；然后再与1％的纤维素和4％的硝酸铕均匀混合，混料18小时；加入所述原料配方总重量3％的水喷雾造粒；成型压力300MPa；烧制前坯料含水率控制1.5％；其它工序及工艺同于实施例1。

利用电磁波辐射测试仪QX-5测试本实施例陶瓷片的吸波效果。未使用陶瓷片之前，某品牌手机的电磁波辐射强度为800-900μW/cm²，使用本实施例陶瓷片后，该手机电磁波辐射强度几乎为零，并且不影响手机通话质量。

实施例3

制造一种陶瓷片。本实施例采用所述的原料组分1。

将所述原料组分1中的下述原料分别球磨至如下平均粒径：锶氧铁3μm、氧化锌3μm、铜粉3μm、高岭土5μm、氧化硅5μm、氧化铝9μm、氧化钙5μm、电气石9μm；然后与2％的纤维素和2％的硝酸钕均匀混合，混料36小时；加入所述原料配方总重量4％的水喷雾造粒；成型压力250MPa；烧制前坯料含水率2％；升温速率8℃/min，烧制温度最高为1250℃，保温1小时；其它工序及工艺同于实施例1。

利用电磁波辐射测试仪QX-5测试本实施例陶瓷片的吸波效果。未使用陶瓷片之前，某品牌手机的电磁波辐射强度为800-900μW/cm²，使用本实施例陶瓷片后，该手机的电磁波辐射强度减少为40μW/cm²左右，并且不影响手机通话质量。

实施例4

制造一种陶瓷片。本实施例采用所述的原料组分2。

将所述原料组分2中的下述原料分别球磨至如下平均粒径：钡氧铁2.5μm、氧化锌2.5μm、镍粉2.5μm、高岭土4μm、氧化硅3μm、氧化铝9μm、氧化钙4μm、电气石9μm；然后与1％的纤维素和4％的硝酸铕均匀混合，混料26小时；加入所述原料配方总重量3％的水喷雾造粒；采用液化气窑烧制，升温时间7个半小时，保温时间35分钟，烧制温度最高为1150℃，烧制前坯料含水率1.1％；然后自然降温，放置24小时取出。其它工序及工艺雷同于实施例2。

利用电磁波辐射测试仪QX-5测试本实施例陶瓷片的吸波效果。未使用陶瓷片之前，某品牌手机的电磁波辐射强度为800-900μW/cm²，使用本实施例陶瓷片后，该手机的电磁波辐射强度减少为70μW/cm²左右，并且不影响手机通话质量。

实施例5

制造一种陶瓷片。其重量百分比的原料组成(原料组分3)为：钴氧铁28％、氧化锌28％、铜粉9％、氧化硅5％、氧化铝10％、高岭土5％、氧化钙8％、硝酸镧3％、锂电气石3％和纤维素1％。

采用原料组分3，制备方法和工艺相同于实施例1。

利用电磁波辐射测试仪QX-5测试本实施例陶瓷片的吸波效果。未使用陶瓷片之前，某品牌手机的电磁波辐射强度为800-900μW/cm²，使用本实施例陶瓷片后，该手机的电磁波辐射强度减少为30μW/cm²左右，并且不影响手机通话质量。

实施例6

制造一种陶瓷片。其重量百分比的组成原料(原料组分4)为：钴氧铁23％、氧化锌28％、铁粉9％、氧化硅8％、氧化铝8％、高岭土7％、氧化钙7％、任意比例的硝酸镨/硝酸钕3％、任意比例的铁电气石/锂电气石5％和纤维素2％。

采用原料组分4，制备方法和工艺相同于实施例1。

Claims

1.一种防辐射陶瓷，其特征在于该陶瓷烧制原料的重量百分比组成为：铁氧体20-45％、氧化锌20-30％、金属粉5-10％、氧化硅5-10％、氧化铝5-10％、高岭土5-10％、氧化钙5-10％、稀土1-5％、电气石1-5％和纤维素1-2％，各组分之和为100％；所述的铁氧体为锶氧铁、钡氧铁或钴氧铁；所述的金属粉为铜粉、铁粉或镍粉；所述的高岭土为煅烧高岭土；所述的稀土为硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸铕和硝酸铒中的至少一种；所述的电气石为铁电气石、锂电气石和镁电气石中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的防辐射陶瓷，其特征在于所述烧制原料的重量百分比组成为：锶氧铁44％、氧化锌23％、铜粉8％、氧化硅5％、氧化铝5％、高岭土5％、氧化钙5％、硝酸钕2％、铁电气石1％和纤维素2％。

3.根据权利要求1所述的防辐射陶瓷，其特征在于所述烧制原料的重量百分比组成为：钡氧铁34％、氧化锌23％、镍粉8％、氧化硅10％、氧化铝5％、高岭土8％、氧化钙5％、硝酸铕4％、镁电气石2％和纤维素1％。

4.根据权利要求1所述的防辐射陶瓷，其特征在于所述烧制原料的重量百分比组成为：钴氧铁28％、氧化锌28％、铜粉9％、氧化硅5％、氧化铝10％、高岭土5％、氧化钙8％、硝酸镧3％、锂电气石3％和纤维素1％。

5.根据权利要求1所述的防辐射陶瓷，其特征在于所述烧制原料的重量百分比组成为：钴氧铁23％、氧化锌28％、铁粉9％、氧化硅8％、氧化铝8％、高岭土7％、氧化钙7％、任意比例的硝酸镨/硝酸钕3％、任意比例的铁电气石/锂电气石5％和纤维素2％。

6.一种防辐射陶瓷的制备方法，其工艺为：

(1)配料：按照权利要求1-5任一项所述陶瓷烧制原料的重量百分比组成选料、配料；

(2)混料：先将所述原料组成中的下述原料组分分别球磨至如下平均粒径：铁氧体2-3μm、氧化锌2-3μm、金属粉2-3μm、高岭土3-5μm、氧化硅2-5μm、氧化铝8-9μm、氧化钙3-5μm、电气石8-9μm；然后再与所述重量百分比的纤维素和稀土混合均匀，混料18-36小时；

(3)造粒：加入所述组成原料总重量3-8％的水，在喷雾造粒塔中喷雾造粒；

(4)成型：采用产品设计的模具干压成型，成型压力250-350MPa；

(5)干燥：将成型的坯料在20-25℃或室温下干燥，烧制前坯料含水率1-2％；

(6)烧制：把干燥好的坯料入窑炉烧制即得，烧制温度为1150-1250℃。