功能型紫砂过滤器的制备与微碱化水研究

况慧芸 计燕华 王竹梅 李月明

摘 要：远红外陶瓷作为一种新的功能材料，其远红外辐射可以促进水的解离，使水弱碱化，成为实验的重点，也是研究的核心。本文介绍了功能型紫砂过滤器制备的工艺及流程，研究远红外粉不同含量、不同坯体颗粒粒度及烧结温度制备功能型紫砂过滤坯体。实验采用分光光度计及pH值测定弱碱化水后性能等，结果表明，控制含量25%左右的远红外粉含量、烧结温度为1080℃及原料球磨后粒径在0.075mm之间等，功能型紫砂过滤坯体的红外辐射效果达到最佳。

关键词：远红外陶瓷; 红外辐射 ;弱碱化水

1 引 言

紫砂壶除了具有不易烫手、不易积垢、透气性能好等优良的实用功能外， 还兼具典雅朴素的造型、浓厚的人文气息，是一种融诗、书、画诸艺术于一体，最能体现中国陶文化精神和中华民族传统的工艺品之一，因而备受世人推崇，成为沏茶品茗的佳器，在国内外享有崇高的声誉[1-2]，其中重要原因之一是与宜兴紫砂泥独特的物理化学性质相关[3]。

红外陶瓷是特种陶瓷的一种，其远红外的作用，如今也是很多专业人士的焦点之一。自红外线被发现以来，就如何利用红外线为人类服务一直是科技工作者为之努力的目标。很多国家也投入了大量的人力、物力开展这方面的研究，尤其是在红外陶瓷研究方面，更是不遗余力，并试图在能源利用、空间遥感、遥测和军事红外对抗中抢占技术制高点。而这几方面的应用涵盖了红外辐射陶瓷、红外透射陶瓷和红外反射陶瓷的特殊功能[4]。近年红外技术的研究与应用发展迅速，是随着红外辐射技术的发展应运而生的新型材料，让红外辐射陶瓷的研制备受重视。红外辐射陶瓷研究的核心是研究并制备具有高辐射率的功能材料，实质就是如何得到足够强度的红外辐射。红外辐射陶瓷材料因其高辐射率、耐高温、抗氧化性和耐酸碱腐蚀等一系列优良性能，得到了广泛关注与应用，尤其是在远红外辐射方面，已显现出节能特性[5]。

本实验利用紫砂泥及自制红外粉等原料，制备具有红外辐射功能的紫砂过滤坯体。研究远红外粉的加入量、紫砂坯体烧结温度、原料细度等因素对紫砂过滤坯体红外功能及微碱化水的影响关系。

2实验

2.1实验原料

紫砂矿料：产自四川白善泥。金属氧化物红外粉：自制MnO2-Fe2O3-Co2O3-CuO尖晶石型远红外粉体。硼钙石：工业级。紫砂坯泥：产自江西景德镇。紫砂过滤器皿内壁涂层浆料a：金属氧化物远红外粉70%、紫砂坯泥10%、硼钙石20%。涂层浆料b：金属氧化物远红外粉70%、紫砂坯泥10%、硼钙石20%。涂层浆料c：远红外粉70%、紫砂坯泥30%。

2.2紫砂过滤器制备

试验采用工艺流程见图1。

2.3 测试

分光光度计法：

本实验采用紫外可见光-分光光度计进行精确的检测。根据标准对比法，即将待测溶液与某一标准溶液，在相同的条件下，测定各自的吸光度，根据郎伯-比尔定律，解方程求出未知样浓度与含量[6]。

3结果与讨论

3.1 不同分光度测试结果

溶液酸度的不同，影响溶液的透光率和吸光度。根据分光光度法原理，利用分光光度计检测远红外陶瓷碱化水的分光度，以此表征远红外陶瓷对微碱化水的影响。分光光度测定样品在λ=612μm及λ=420μm时，得到最大吸收峰。因此，根据λ=612、λ=420，检测紫砂过滤器皿微碱化水后的吸收度及透光率。实验采用去离子水为标准对比溶液，样品为紫砂坯泥（或坯体添加远红外粉体，内壁无红外功能浆料）及内壁施红外功能浆料两种。微碱化水后的吸收度及透光率测试结果见表1。 通过表1可以清晰看到，单一制备的紫砂坯体的透光率很低，当加入其他组份原料时，远红外陶瓷制品的碱化水的透光率呈现出不同的结果。单一紫砂泥样品透光率很低，加入远红外粉时，其透光率得到提升。此外，结果还表明，紫砂泥各施釉浆 a、b、c的制品的透光率存在较大差异，同时多组分原料的复合，有利于促进远红外陶瓷的性能。

综合以上结果，加入远红外粉，能够促进红外陶瓷的红外辐射的特性，并且多组分的紅外原料复合，可以更有效增强远红外辐射性能。依据理论，红外辐射是由于材料的多原子分子的偶极矩发生变化而引起的，产生的远红外线会通过材料自身的气孔或空腔传播。从表1结果显示，加入远红外粉，有助于提升透光率，说明一方面加入远红外粉使红外辐射特性得到提高，另一方面也表明，掺杂对远红外辐射的影响。材料经过掺杂，各种原料的之间相互作用，可以形成较大的固溶体，有利于形成空隙，提高红外辐射的效率[7]。

3.2 不同远红外粉含量的影响

烧成温度1080℃时，不同远红外粉含量对紫砂过滤器皿过滤水后的pH值影响结果如下表2，测试过程控制水温为20℃。

表2的测试结果表明，加入远红外粉的样品比单一白善泥紫砂样品微碱化水效果好。从表2还可以看出，远红外陶瓷碱化水的pH值随着远红外粉的含量的增加，即含量从0增加到25%时，pH值也随之增加，当其含量超过25%时，随着远红外粉的含量的增加而降低。其原因在于：随着远红外粉的含量增加到25%，烧成的制品的红外辐射率得到了明显的提升，由于增加了制品的气孔率，形成了多组元效应。远红外粉的含量超过25%时，其红外辐射率反而降低，这是由于远红外粉的原料粒度属于纳米级，含量增多，不利于多原子或分子的相互作用，导致制品的性能大幅下降。红外辐射率降低，使水的分解得不到促进，碱化水的效果也就不明显。由此可知，本研究制备的紫砂过滤器皿，远红外粉的含量最佳为25%时，此时的晶体构型符合远红外辐射最大要求，气孔率达到最大值，使红外线的传播畅通。

3.3 烧成温度的影响

烧成温度对紫砂过滤器皿过滤水后的pH值影响结果如下表3，测试过程控制水温为20℃。

表3的数据显示，烧结温度对远红外陶瓷碱化水的能力影响呈现一定的规律性。由表中数据可以看出，远红外陶瓷碱化水性能与烧结温度成反比，随着烧结温度的升高，其碱化水的性能随之降低。其原因在于：在烧结过程中，不同温度会促使不同原子或分子的结合方式不同，形成不同的晶体结构，生成不同的物质，从而影响制品的结构与性能。在本实验中，经过检测发现，烧结温度升高，红外陶瓷红外发射率降低，说明在高温条件下，原料形成其他晶体结构，样品红外辐射率低下，导致其整体性能降低。从表3结果可以看出，烧结温度在1080℃时的红外辐射最佳，由于原料原子之间和分子之间的剧烈作用，形成不同晶体结构，此时晶体结构符合红外辐射规律，因此，远红外辐射的红外辐射率得到提高[8]。

3.4 粒度的影響

根据表4的结果显示，不同的球磨时间，对远红外陶瓷碱化水的性能也有一定规律影响。随着球磨时间的不断增加，其碱化水的能力随之减弱。原因在于，原料的粒度对红外发射率的主要影响集中在气孔率方面。粒度的大小，直接决定在高温烧结下形成的晶体结构，进而影响制品的空腔率。空腔率高，红外辐射效率高，反之则越低。颗粒尺寸越小，颗粒之间的结合程度越紧密，但是形成的颗粒之间的间隙小，气孔率低，导致红外辐射减弱。

4结论

本实验研究了远红外粉、烧结温度、细度对紫砂过滤器皿过滤水微碱化的影响因素。本实验的主要结论如下：

（1）远红外粉的含量，直接影响紫砂过滤器皿过滤水微碱化性能。研究远红外粉的含量从0～30%变化的影响结果，远红外粉最佳含量是25%。

（2）远红外陶瓷的烧结温度是影响其辐射性能的关键因素，本研究结果表明，最适宜的烧结温度是1080℃。

（3）远红外陶瓷原料的粒度是影响其辐射性能的内在因素。原料的粒度，是影响其气孔率的重要因素，间接导致了远红外陶瓷的辐射性能的高效发挥。因此，紫砂过滤器皿成型颗粒粒度较大，其辐射性能好，碱化水的效果就明显。本研究紫砂过滤器皿坯体粒度在0.075mm左右，气孔率最大，远红外辐射性能显著。

参考文献

[1] 陈顺珍，陈顺涛. 简析紫砂发展史[J]. 江苏陶瓷.2007（6）：12-15.

[2] 徐秀棠.中国紫砂[M].上海：上海古籍出版社，1998.

[3] 江夏，吴隽，张茂林. 宜兴紫砂泥料性能研究[J]. 江苏陶瓷，2011，44（3）：20-25.

[4] 刘维良，骆素铭. 常温远红外陶瓷粉和远红外日用陶瓷的研究[J]. 陶瓷学报，2002，01：9-16.

[5] 孙国梁，周曙光，况慧芸. 红外陶瓷的研究进展[J]. 中国陶瓷工业， 2009， 1605：22-24.

[6] 范以辉，惠焕强. 浅谈分光光度法和分光光度计的原理及其应用[J]. 计量与测试技术，2006，12：11-12.

[7] 王俊. 尖晶石型远红外陶瓷材料的研究[D].南京理工大学，2015.

[8] 高小琴. 高发射率红外辐射陶瓷制备与性能研究[D].西安科技大学，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