CN102010185A

CN102010185A - 耐高温白色纳米远红外陶瓷粉及其制备方法

Info

Publication number: CN102010185A
Application number: CN2010102950138A
Authority: CN
Inventors: 刘硕琦; 刘维良
Original assignee: JINGDEZHEN BOZHI CERAMICS CO Ltd
Current assignee: JINGDEZHEN BOZHI CERAMICS CO Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: CN102010185B

Abstract

本发明公开了一种耐高温白色纳米远红外陶瓷粉及其制备方法，所述耐高温白色纳米远红外陶瓷粉由以下的组分按重量百分比配比而成：纳米氧化铝20～30％，纳米氧化镁3～8％，纳米氧化硅15～25％，纳米氧化锆10～20％，纳米氧化锌15～25％，纳米氧化钛7～10％，纳米稀土氧化物1～3％，纳米贵金属氧化物0.1～0.3％。本发明所述纳米稀土氧化物为氧化钇或氧化镧或氧化铈之一种。纳米贵金属氧化物为氧化铂或氧化钯之一种。所述纳米远红外陶瓷粉可在1300℃～1450℃高温下进行后续加工，辐射率和辐射强度不降低，辐射率可达到0.90～0.94，呈白色，可广泛用于远红外日用瓷、墙地砖、发热陶瓷板和高温涂料中。

Description

耐高温白色纳米远红外陶瓷粉及其制备方法

技术领域

本发明属于红外辐射材料技术领域，特别涉及一种耐高温白色纳米远红外陶瓷粉的制备方法。

背景技术

远红外陶瓷粉是一种以氧化物、碳化物、氮化物等为原料，采用陶瓷粉料加工技术制备而成，在远红外波段具有较高辐射率和辐射强度的陶瓷粉体材料。目前常用的远红外辐射陶瓷主要包括碳化硅系、铁-锰-镍-钴-铜系、负离子粉等黑色或深色远红外辐射陶瓷和氧化锆系、铝-镁-硅-锌-钛-稀土系等白色远红外辐射陶瓷。添加一定量负离子粉的远红外辐射陶瓷，虽然常温下辐射率可达到0.9以上，但加工和使用温度一般低于800℃，否则，其辐射率大幅度下降。微米级远红外辐射陶瓷粉法向辐射率偏低、衰减快。多组分纳米陶瓷粉的制备通常采用溶胶-凝胶工艺和共沉淀工艺。溶胶-凝胶工艺，其原料使用醇盐，价格昂贵、品种少；采用共沉淀工艺所得纳米陶瓷粉体粒子分布不均匀，若采用无水乙醇脱水防硬团聚，不安全，成本高。

如中国专利ZL200810198782.9所述，胡国庆公开了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组分合成，其制备工艺采用液相沉淀法。

如中国专利ZL200810002464.0所述，桂林工学院杨淑金、吴伯麟公开了一种远红外陶瓷材料的制备方法。将金属硝酸盐溶于有机物水溶液中再引入到材料的制备过程中，起到原料分散均匀，增加塑性的双重作用。具体制备过程为：将金属硝酸盐溶液分散到有机物的水溶液中，将得到的混合液加入到红外陶瓷配料里，然后，经混料、脱水、成形、干燥、烧成工序制备成高效红外辐射陶瓷材料。

如中国专利ZL200410018852.X所述，天津大学徐明霞、季惠明、梁辉公开了一种Al₂O₃缺位尖晶石型纳米远红外粉体的制备方法。将Al(OH)_x前驱体和蒸馏水制成浓度为1.6-2.0mol/L的悬浮液，在其中加入Al₂O₃的2-5wt％分散剂；将预先制备水玻璃溶液添加至上述前驱体悬浮液中，制成均匀的混合悬浮液；用稀盐酸溶液对混合悬浮液酸化，调节其pH值保持在6-9，使Si(OH)_x沉淀析出包覆于前驱体粒子表面；将悬浮液进行减压抽滤，并用去离子水冲洗滤饼；在其中加入表面处理剂，进行干燥、粉碎、煅烧，制得Al₂O₃缺位尖晶石型纳米远红外粉体。

如中国专利ZL200410060860.0所述；武汉理工大学徐庆、陈文、刘晓芳等人发明了具有远红外辐射和抑菌功能的陶瓷粉体及其制备方法。该陶瓷粉料的主要组成为Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnO(或TiO₂)，将上述各种成分按一定比例混合后采用陶瓷加工技术制备成白色的固溶堇青石体系陶瓷粉料，可应用在红外内墙涂料、红外陶瓷釉面砖、红外纺织物、红外保健用品、农用薄膜、食品保鲜薄膜等方面。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术中远红外陶瓷粉经高温加工后辐射率较低和远红外陶瓷粉呈黑色或深色的缺陷，提供一种耐高温白色纳米远红外陶瓷粉。

本发明的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉由以下的组分按重量百分比配比而成：纳米氧化铝20～30％，纳米氧化镁3～8％，纳米氧化硅15～25％，纳米氧化锆10～20％，纳米氧化锌15～25％，纳米氧化钛7～10％，纳米稀土氧化物1～3％，纳米贵金属氧化物0.1～0.3％。

本发明所述纳米稀土氧化物为氧化钇或氧化镧或氧化铈之一种。纳米贵金属氧化物为氧化铂或氧化钯之一种。

本发明所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉采用微乳液法工艺制备，其工艺流程如下：

a.将氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆、氧化锌、氧化钛、稀土氧化物、贵金属氧化物的配方量称取相应质量份的相应金属或非金属硝酸盐或卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到反应物溶液，还称取氨水备用。

b.分别配制由已溶解反应物的水溶液、表面活性剂、助表面活性剂、油组成的微乳液和由氨水、表面活性剂、助表面活性剂、油组成的微乳液。

c.将以上配制的多种微乳液混合搅拌，放入离心机过滤、水洗得到沉淀物；

d.将由一种或多种表面活性剂配制而成的脱水剂添加到沉淀物中，进行脱水处理，使沉淀物中的包裹水、水化膜变成自由水，过滤除掉。

e.将经脱水处理后的沉淀物干燥和进行高温保温煅烧，使其结晶，其结构组成为掺杂堇青石、尖晶石主晶相，稀土氧化物与贵金属氧化物复合催化活化以及低温高辐射ZrO₂，经气流粉碎即得到平均粒径不大于50nm的远红外陶瓷粉。

本发明所述步骤a中反应物溶液浓度为1M～2M，氨水浓度为2.5M～5M。

本发明所述表面活性剂为TritonX-100，助表面活性剂为正己醇n-C₆H₁₃OH，油为环己烷，表面活性剂与助表面活性剂的质量比为3∶2，表面活性剂在乳化液中所占质量分数为30～45％，乳化液中环己烷所占质量分数为10～30％，反应物溶液占乳化液质量分数为15～45％。

本发明所述步骤c中多种微乳液混合搅拌时间为30-60分钟，水洗后沉淀物的pH值为6-7。

本发明所述步骤d中用于脱水剂的表面活性剂是Spand-60、Tween-60和Op-10，其质量配比为1∶1∶0.5，每次脱水剂用量为沉淀物质量的1～3％。

9、如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：步骤e中干燥温度为50～80℃。干燥时间为2～3小时，煅烧温度为1250℃～1450℃，煅烧时间为5～7小时。

本发明所述纳米远红外陶瓷粉可在1300℃～1450℃高温下进行后续加工，在波长为8～25μm其辐射率仍保持0.90～0.94，可用于远红外日用瓷、墙地砖、发热陶瓷板和高温涂料中。

本发明的有益效果在于：本发明通过添加稀土氧化物(如氧化钇、氧化镧、氧化铈等)和贵金属氧化物(如氧化铂、氧化钯等)活性催化剂，提高纳米远红外线粉体的辐射性和稳定性，延长辐射半衰期。所制备的白色纳米远红外陶瓷粉可在1300℃～1450℃高温下进行后续加工，辐射率和辐射强度不降低，辐射率可达到0.90～0.94，呈白色，可广泛用于远红外日用瓷、墙地砖、发热陶瓷板和高温涂料中。

具体实施方式

本发明远红外陶瓷粉的制备方法采用微乳液法，微乳液法制备工艺流程如下：分别配制由表面活性剂与助表面活性剂、溶有不同反应物的水溶液或氨水、油组成的微乳液→各种微乳液混合搅拌→微乳液滴相互碰撞反应→离心过滤、水洗→沉淀物→脱水处理→干燥→煅烧→气流粉碎→性能检测→备用。

具体的制备工艺步骤如下：

将氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆、氧化锌、、氧化钛、稀土氧化物、贵金属氧化物的配方量称取相应质量份的相应金属或非金属硝酸盐或卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到反应物溶液，其浓度为1M～2M，还称取相应质量份的氨水，其浓度为2.5M～5M；分别配制由已溶解反应物的水溶液/表面活性剂(如TritonX-100)/助表面活性剂(如低级醇)/油(如环己烷)组成的微乳液和由氨水/表面活性剂/助表面活性剂/油组成的微乳液，表面活性剂TritonX-100与助表面活性剂n-C₆H₁₃OH(正己醇)的质量比为3∶2，TritonX-100在乳化液中所占质量分数为30～45％，乳化液中C₆H₁₂(环己烷)所占质量分数为25～40％，反应物溶液占乳化液质量分数为15～45％；将以上配制的多种微乳液混合搅拌30-60分钟后，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为6-7；由多种表面活性剂配制成脱水剂，表面活性剂分别是Spand-60(司盘-60)、Tween-60(吐温-60)和Op-10(辛烷基酚聚氧乙烯醚)。其配比(质量)为1∶1∶0.5，每次脱水剂用量为沉淀物质量的1～3％，将脱水剂添加到沉淀物中进行脱水处理，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在50～80℃干燥2～3小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1250℃～1450℃，煅烧时间为5～7小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径不大于50nm的远红外陶瓷粉。

以下通过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：

将纳米氧化铝26％，纳米氧化镁8％，纳米氧化硅21％，纳米氧化锆15％，纳米氧化锌20％，纳米氧化钛8％，纳米氧化钇1.9％，纳米氧化钯0.1％，按配方量称取相应质量份的相应金属、非金属、稀土和贵金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到浓度为1M的反应物溶液，称取相应质量份浓度为2.5M的氨水；配制质量分数为30％TritonX-100、质量分数为20％n-C₆H₁₃OH、质量分数为30％C₆H₁₂、质量分数为10％反应物溶液(1M)和质量分数为10％氨水溶液(2.5M)；将以上配制的多种微乳液混合搅拌30分钟后，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为7；配制脱水剂：Spand-60(司盘-60)∶Tween-60∶Op-10＝1∶1∶0.5，脱水剂用量为沉淀物质量的3％，将脱水剂添加到沉淀物中进行搅拌均匀，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在80℃干燥3小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1450℃，煅烧时间为5-7小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径为50nm的远红外陶瓷粉。

实施例2：

将纳米氧化铝24％，纳米氧化镁6％，纳米氧化硅20％，纳米氧化锆18％，纳米氧化锌22％，纳米氧化钛7％，纳米氧化镧2.8％，纳米氧化钯0.2％，按配方量称取相应质量份的相应金属、非金属、稀土和贵金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到浓度为2M的反应物溶液，称取相应质量份浓度为5M的氨水；配制质量分数为42％TritonX-100、质量分数为28％n-C₆H₁₃OH、质量分数为15％C₆H₁₂、质量分数为10％反应物溶液(2M)和质量分数为5％氨水溶液(5M)；将以上配制的多种微乳液混合搅拌60分钟，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为7；配制脱水剂：Spand-60(司盘-60)∶Tween-60∶Op-10＝1∶1∶0.5，脱水剂用量为沉淀物质量的2％，将脱水剂添加到沉淀物中进行搅拌均匀，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在50℃干燥3小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为5小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径为28nm的远红外陶瓷粉。

实施例3：

将纳米氧化铝22％，纳米氧化镁4％，纳米氧化硅18％，纳米氧化锆20％，纳米氧化锌25％，纳米氧化钛9％，纳米氧化镧1.9％，纳米氧化铂0.1％，按配方量称取相应质量份的相应金属、非金属、稀土和贵金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到浓度为1M的反应物溶液，称取相应质量份浓度为3M的氨水；配制质量分数为30％TritonX-100、质量分数为20％n-C₆H₁₃OH、质量分数为30％C₆H₁₂、质量分数为10％反应物溶液(1M)和质量分数为10％氨水溶液3M)；将以上配制的多种微乳液混合搅拌40分钟后，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为6～7；配制脱水剂：Spand-60(司盘-60)∶Tween-60∶Op-10＝1∶1∶0.5，脱水剂用量为沉淀物质量的2％，将脱水剂添加到沉淀物中进行搅拌均匀，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在70℃干燥2小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为5小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径为10nm的远红外陶瓷粉。

实施例4：

将纳米氧化铝28％，纳米氧化镁8％，纳米氧化硅25％，纳米氧化锆12％，纳米氧化锌18％，纳米氧化钛7％，纳米氧化铈1.8％，纳米氧化铂0.2％，按配方量称取相应质量份的相应金属。非金属、稀土和贵金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到浓度为2M的反应物溶液，称取相应质量份浓度为3M的氨水；配制质量分数为30％TritonX-100、质量分数为20％n-C₆H₁₃OH、质量分数为15％C₆H₁₂、质量分数为20％反应物溶液(1M)和质量分数为15％氨水溶液(2.5M)；将以上配制的多种微乳液混合搅拌30分钟后，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为7；配制脱水剂：Spand-60(司盘-60)∶Tween-60∶Op-10＝1∶1∶0.5，脱水剂用量为沉淀物质量的3％，将脱水剂添加到沉淀物中进行搅拌均匀，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在60℃干燥2～3小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为6小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径为7.3nm的远红外陶瓷粉。

实施例5：

将纳米氧化铝30％，纳米氧化镁8％，纳米氧化硅23％，纳米氧化锆15％，纳米氧化锌15％，纳米氧化钛7％，纳米氧化钇1.7％，纳米氧化钯0.3％，按配方量称取相应质量份的相应金属、非金属、稀土和贵金属卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到浓度为2M的反应物溶液，称取相应质量份浓度为4M的氨水；配制质量分数为30％TritonX-100、质量分数为20％n-C₆H₁₃OH、质量分数为15％C₆H₁₂、质量分数为20％反应物溶液(2M)和质量分数为15％氨水溶液(4M)；将以上配制的多种微乳液混合搅拌30～60分钟，放入离心机过滤、水洗，水洗后使沉淀物的pH值为6；配制脱水剂：Spand-60(司盘-60)∶Tween-60∶Op-10＝1∶1∶0.5，脱水剂用量为沉淀物质量的3％，将脱水剂添加到沉淀物中进行搅拌均匀，使沉淀物中的包裹水、水化膜等变成自由水过滤除掉；将经脱水处理后的沉淀物在70℃干燥3小时，再进行高温保温煅烧，煅烧温度为1400℃，煅烧时间为5小时，使其充分结晶；经气流粉碎即得到平均粒径为35nm的远红外陶瓷粉。

本发明制备的白色纳米远红外陶瓷粉在1450℃高温加工后，经中国计量科学研究院测试，在波长范围为8～25μm的远红外辐射率达到0.94(证书编号：GXff2001-1040)。在景德镇陶瓷基釉中添加10wt％白色纳米远红外陶瓷粉制备的远红外陶瓷釉，采用釉中彩方法装饰日用瓷，经1350℃高温釉烧，其釉面远红外辐射率达到0.88(中国计量科学研究院测试，证书编号：GXff2003-0026)。

Claims

1.一种耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：由以下的组分按重量百分比配比而成：纳米氧化铝20～30％，纳米氧化镁3～8％，纳米氧化硅15～25％，纳米氧化锆10～20％，纳米氧化锌15～25％，纳米氧化钛7～10％，纳米稀土氧化物1～3％，纳米贵金属氧化物0.1～0.3％。

2.根据权利要求1所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：所述纳米稀土氧化物为氧化钇或氧化镧或氧化铈之一种。

3.根据权利要求1所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：纳米贵金属氧化物为氧化铂或氧化钯之一种。

4.如权利要求1或2或3所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：采用微乳液法工艺制备，其工艺流程如下：

a.将氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化锆、氧化锌、氧化钛、稀土氧化物、贵金属氧化物的配方量称取相应质量份的相应金属或非金属硝酸盐或卤盐，将以上各种盐分别溶解于去离子水中，得到反应物溶液，还称取氨水备用；

b.分别配制由已溶解反应物的水溶液、表面活性剂、助表面活性剂、油组成的微乳液和由氨水、表面活性剂、助表面活性剂、油组成的微乳液；

d.将由一种或多种表面活性剂配制而成的脱水剂添加到沉淀物中，进行脱水处理，使沉淀物中的包裹水、水化膜变成自由水，过滤除掉；

5.如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：步骤a中反应物溶液浓度为1M～2M，氨水浓度为2.5M～5M。

6.如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：表面活性剂为TritonX-100，助表面活性剂为正己醇n-C₆H₁₃OH，油为环己烷，表面活性剂与助表面活性剂的质量比为3∶2，表面活性剂在乳化液中所占质量分数为30～45％，乳化液中环己烷所占质量分数为10～30％，反应物溶液占乳化液质量分数为15～45％。

7.如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：步骤c中多种微乳液混合搅拌时间为30～60分钟，水洗后沉淀物的pH值为6-7。

8.如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：步骤d中用于脱水剂的表面活性剂是Spand-60、Tween-60和Op-10，其质量配比为1∶1∶0.5，每次脱水剂用量为沉淀物质量的1～3％。

9.如权利要求4所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：步骤e中干燥温度为50～80℃。干燥时间为2～3小时，煅烧温度为1250℃～1450℃，煅烧时间为5～7小时。

10.如权利要求1～2或5～9所述的耐高温白色纳米远红外陶瓷粉，其特征在于：纳米远红外陶瓷粉在1300℃～1450℃高温下进行后续加工，在波长为8～25μm其辐射率仍保持0.90～0.94，用于远红外日用瓷、墙地砖、发热陶瓷板和高温涂料中。