功能型紫砂過濾器的制備與微堿化水研究

況慧蕓 計燕華 王竹梅 李月明

摘 要：遠紅外陶瓷作為一種新的功能材料，其遠紅外輻射可以促進水的解離，使水弱堿化，成為實驗的重點，也是研究的核心。本文介紹了功能型紫砂過濾器制備的工藝及流程，研究遠紅外粉不同含量、不同坯體顆粒粒度及燒結溫度制備功能型紫砂過濾坯體。實驗采用分光光度計及pH值測定弱堿化水后性能等，結果表明，控制含量25%左右的遠紅外粉含量、燒結溫度為1080℃及原料球磨后粒徑在0.075mm之間等，功能型紫砂過濾坯體的紅外輻射效果達到最佳。

關鍵詞：遠紅外陶瓷; 紅外輻射 ;弱堿化水

1 引 言

紫砂壺除了具有不易燙手、不易積垢、透氣性能好等優(yōu)良的實用功能外， 還兼具典雅樸素的造型、濃厚的人文氣息，是一種融詩、書、畫諸藝術于一體，最能體現(xiàn)中國陶文化精神和中華民族傳統(tǒng)的工藝品之一，因而備受世人推崇，成為沏茶品茗的佳器，在國內外享有崇高的聲譽[1-2]，其中重要原因之一是與宜興紫砂泥獨特的物理化學性質相關[3]。

紅外陶瓷是特種陶瓷的一種，其遠紅外的作用，如今也是很多專業(yè)人士的焦點之一。自紅外線被發(fā)現(xiàn)以來，就如何利用紅外線為人類服務一直是科技工作者為之努力的目標。很多國家也投入了大量的人力、物力開展這方面的研究，尤其是在紅外陶瓷研究方面，更是不遺余力，并試圖在能源利用、空間遙感、遙測和軍事紅外對抗中搶占技術制高點。而這幾方面的應用涵蓋了紅外輻射陶瓷、紅外透射陶瓷和紅外反射陶瓷的特殊功能[4]。近年紅外技術的研究與應用發(fā)展迅速，是隨著紅外輻射技術的發(fā)展應運而生的新型材料，讓紅外輻射陶瓷的研制備受重視。紅外輻射陶瓷研究的核心是研究并制備具有高輻射率的功能材料，實質就是如何得到足夠強度的紅外輻射。紅外輻射陶瓷材料因其高輻射率、耐高溫、抗氧化性和耐酸堿腐蝕等一系列優(yōu)良性能，得到了廣泛關注與應用，尤其是在遠紅外輻射方面，已顯現(xiàn)出節(jié)能特性[5]。

本實驗利用紫砂泥及自制紅外粉等原料，制備具有紅外輻射功能的紫砂過濾坯體。研究遠紅外粉的加入量、紫砂坯體燒結溫度、原料細度等因素對紫砂過濾坯體紅外功能及微堿化水的影響關系。

2實驗

2.1實驗原料

紫砂礦料：產自四川白善泥。金屬氧化物紅外粉：自制MnO2-Fe2O3-Co2O3-CuO尖晶石型遠紅外粉體。硼鈣石：工業(yè)級。紫砂坯泥：產自江西景德鎮(zhèn)。紫砂過濾器皿內壁涂層漿料a：金屬氧化物遠紅外粉70%、紫砂坯泥10%、硼鈣石20%。涂層漿料b：金屬氧化物遠紅外粉70%、紫砂坯泥10%、硼鈣石20%。涂層漿料c：遠紅外粉70%、紫砂坯泥30%。

2.2紫砂過濾器制備

試驗采用工藝流程見圖1。

2.3 測試

分光光度計法：

本實驗采用紫外可見光-分光光度計進行精確的檢測。根據(jù)標準對比法，即將待測溶液與某一標準溶液，在相同的條件下，測定各自的吸光度，根據(jù)郎伯-比爾定律，解方程求出未知樣濃度與含量[6]。

3結果與討論

3.1 不同分光度測試結果

溶液酸度的不同，影響溶液的透光率和吸光度。根據(jù)分光光度法原理，利用分光光度計檢測遠紅外陶瓷堿化水的分光度，以此表征遠紅外陶瓷對微堿化水的影響。分光光度測定樣品在λ=612μm及λ=420μm時，得到最大吸收峰。因此，根據(jù)λ=612、λ=420，檢測紫砂過濾器皿微堿化水后的吸收度及透光率。實驗采用去離子水為標準對比溶液，樣品為紫砂坯泥（或坯體添加遠紅外粉體，內壁無紅外功能漿料）及內壁施紅外功能漿料兩種。微堿化水后的吸收度及透光率測試結果見表1。 通過表1可以清晰看到，單一制備的紫砂坯體的透光率很低，當加入其他組份原料時，遠紅外陶瓷制品的堿化水的透光率呈現(xiàn)出不同的結果。單一紫砂泥樣品透光率很低，加入遠紅外粉時，其透光率得到提升。此外，結果還表明，紫砂泥各施釉漿 a、b、c的制品的透光率存在較大差異，同時多組分原料的復合，有利于促進遠紅外陶瓷的性能。

綜合以上結果，加入遠紅外粉，能夠促進紅外陶瓷的紅外輻射的特性，并且多組分的紅外原料復合，可以更有效增強遠紅外輻射性能。依據(jù)理論，紅外輻射是由于材料的多原子分子的偶極矩發(fā)生變化而引起的，產生的遠紅外線會通過材料自身的氣孔或空腔傳播。從表1結果顯示，加入遠紅外粉，有助于提升透光率，說明一方面加入遠紅外粉使紅外輻射特性得到提高，另一方面也表明，摻雜對遠紅外輻射的影響。材料經過摻雜，各種原料的之間相互作用，可以形成較大的固溶體，有利于形成空隙，提高紅外輻射的效率[7]。

3.2 不同遠紅外粉含量的影響

燒成溫度1080℃時，不同遠紅外粉含量對紫砂過濾器皿過濾水后的pH值影響結果如下表2，測試過程控制水溫為20℃。

表2的測試結果表明，加入遠紅外粉的樣品比單一白善泥紫砂樣品微堿化水效果好。從表2還可以看出，遠紅外陶瓷堿化水的pH值隨著遠紅外粉的含量的增加，即含量從0增加到25%時，pH值也隨之增加，當其含量超過25%時，隨著遠紅外粉的含量的增加而降低。其原因在于：隨著遠紅外粉的含量增加到25%，燒成的制品的紅外輻射率得到了明顯的提升，由于增加了制品的氣孔率，形成了多組元效應。遠紅外粉的含量超過25%時，其紅外輻射率反而降低，這是由于遠紅外粉的原料粒度屬于納米級，含量增多，不利于多原子或分子的相互作用，導致制品的性能大幅下降。紅外輻射率降低，使水的分解得不到促進，堿化水的效果也就不明顯。由此可知，本研究制備的紫砂過濾器皿，遠紅外粉的含量最佳為25%時，此時的晶體構型符合遠紅外輻射最大要求，氣孔率達到最大值，使紅外線的傳播暢通。

3.3 燒成溫度的影響

燒成溫度對紫砂過濾器皿過濾水后的pH值影響結果如下表3，測試過程控制水溫為20℃。

表3的數(shù)據(jù)顯示，燒結溫度對遠紅外陶瓷堿化水的能力影響呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。由表中數(shù)據(jù)可以看出，遠紅外陶瓷堿化水性能與燒結溫度成反比，隨著燒結溫度的升高，其堿化水的性能隨之降低。其原因在于：在燒結過程中，不同溫度會促使不同原子或分子的結合方式不同，形成不同的晶體結構，生成不同的物質，從而影響制品的結構與性能。在本實驗中，經過檢測發(fā)現(xiàn)，燒結溫度升高，紅外陶瓷紅外發(fā)射率降低，說明在高溫條件下，原料形成其他晶體結構，樣品紅外輻射率低下，導致其整體性能降低。從表3結果可以看出，燒結溫度在1080℃時的紅外輻射最佳，由于原料原子之間和分子之間的劇烈作用，形成不同晶體結構，此時晶體結構符合紅外輻射規(guī)律，因此，遠紅外輻射的紅外輻射率得到提高[8]。

3.4 粒度的影響

根據(jù)表4的結果顯示，不同的球磨時間，對遠紅外陶瓷堿化水的性能也有一定規(guī)律影響。隨著球磨時間的不斷增加，其堿化水的能力隨之減弱。原因在于，原料的粒度對紅外發(fā)射率的主要影響集中在氣孔率方面。粒度的大小，直接決定在高溫燒結下形成的晶體結構，進而影響制品的空腔率?？涨宦矢?，紅外輻射效率高，反之則越低。顆粒尺寸越小，顆粒之間的結合程度越緊密，但是形成的顆粒之間的間隙小，氣孔率低，導致紅外輻射減弱。

4結論

本實驗研究了遠紅外粉、燒結溫度、細度對紫砂過濾器皿過濾水微堿化的影響因素。本實驗的主要結論如下：

（1）遠紅外粉的含量，直接影響紫砂過濾器皿過濾水微堿化性能。研究遠紅外粉的含量從0～30%變化的影響結果，遠紅外粉最佳含量是25%。

（2）遠紅外陶瓷的燒結溫度是影響其輻射性能的關鍵因素，本研究結果表明，最適宜的燒結溫度是1080℃。

（3）遠紅外陶瓷原料的粒度是影響其輻射性能的內在因素。原料的粒度，是影響其氣孔率的重要因素，間接導致了遠紅外陶瓷的輻射性能的高效發(fā)揮。因此，紫砂過濾器皿成型顆粒粒度較大，其輻射性能好，堿化水的效果就明顯。本研究紫砂過濾器皿坯體粒度在0.075mm左右，氣孔率最大，遠紅外輻射性能顯著。

參考文獻

[1] 陳順珍，陳順濤. 簡析紫砂發(fā)展史[J]. 江蘇陶瓷.2007（6）：12-15.

[2] 徐秀棠.中國紫砂[M].上海：上海古籍出版社，1998.

[3] 江夏，吳雋，張茂林. 宜興紫砂泥料性能研究[J]. 江蘇陶瓷，2011，44（3）：20-25.

[4] 劉維良，駱素銘. 常溫遠紅外陶瓷粉和遠紅外日用陶瓷的研究[J]. 陶瓷學報，2002，01：9-16.

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[6] 范以輝，惠煥強. 淺談分光光度法和分光光度計的原理及其應用[J]. 計量與測試技術，2006，12：11-12.

[7] 王俊. 尖晶石型遠紅外陶瓷材料的研究[D].南京理工大學，2015.

[8] 高小琴. 高發(fā)射率紅外輻射陶瓷制備與性能研究[D].西安科技大學，2005.

Preparation of Functional Purple clay Filter and Study on Micro-alkali Water

KUANG Hui-yun1， Ji Yan-hua1， WANG Zhu-mei2， LI Yue-ming1

（1. College of Technology and Art Jingdezhen Ceramic Institute，Jingdezhen 333000，China;

2. Jingdezhen Ceramic Institute? School of? Materials Science and Engineering，Jingdezhen 333000，China）

Abstract： As a new functional material， far-infrared radiation can promote the dissociation of water and make water weak alkalization， which is the focus of the experiment and the core of the research. This paper introduces the technology and process of the preparation of functional purple sand filter， and studies the preparation of functional purple sand filter blank with different content of far infrared powder， different particle size and sintering temperature. Spectrophotometer and pH value were used to measure the performance of weakly alkaline water. The results show that the infrared radiation effect of functional purple sand filter billet is the best， when the content of far infrared powder is 25%， sintering temperature is 1080℃ and particle size is about 0.075mm after ball milling.

Keywords：? far-infrared ceramics;infrared radiation;weak alkalized water