況慧蕓 計(jì)燕華 王竹梅 李月明

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

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)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(shí)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(shī)、書(shū)、畫(huà)諸藝術(shù)于一體，最能體現(xiàn)中國(guó)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(guó)內(nèi)外享有崇高的聲譽(yù)[1-2]，其中重要原因之一是與宜興紫砂泥獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)相關(guān)[3]。

紅外陶瓷是特種陶瓷的一種，其遠(yuǎn)紅外的作用，如今也是很多專(zhuān)業(yè)人士的焦點(diǎn)之一。自紅外線被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就如何利用紅外線為人類(lèi)服務(wù)一直是科技工作者為之努力的目標(biāo)。很多國(guó)家也投入了大量的人力、物力開(kāi)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(cè)和軍事紅外對(duì)抗中搶占技術(shù)制高點(diǎn)。而這幾方面的應(yīng)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(shù)的研究與應(yīng)用發(fā)展迅速，是隨著紅外輻射技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)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(shí)質(zhì)就是如何得到足夠強(qiáng)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(guān)注與應(yīng)用，尤其是在遠(yuǎn)紅外輻射方面，已顯現(xiàn)出節(jié)能特性[5]。

本實(shí)驗(yàn)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(guò)濾坯體。研究遠(yuǎn)紅外粉的加入量、紫砂坯體燒結(jié)溫度、原料細(xì)度等因素對(duì)紫砂過(guò)濾坯體紅外功能及微堿化水的影響關(guān)系。

2實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原料

紫砂礦料：產(chǎn)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(yuǎn)紅外粉體。硼鈣石：工業(yè)級(jí)。紫砂坯泥：產(chǎn)自江西景德鎮(zhèn)。紫砂過(guò)濾器皿內(nèi)壁涂層漿料a：金屬氧化物遠(yuǎn)紅外粉70%、紫砂坯泥10%、硼鈣石20%。涂層漿料b：金屬氧化物遠(yuǎn)紅外粉70%、紫砂坯泥10%、硼鈣石20%。涂層漿料c：遠(yuǎn)紅外粉70%、紫砂坯泥30%。

2.2紫砂過(guò)濾器制備

試驗(yàn)采用工藝流程見(jiàn)圖1。

2.3 測(cè)試

分光光度計(jì)法：

本實(shí)驗(yàn)采用紫外可見(jiàn)光-分光光度計(jì)進(jìn)行精確的檢測(cè)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比法，即將待測(cè)溶液與某一標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同的條件下，測(cè)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(jié)果與討論

3.1 不同分光度測(cè)試結(jié)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(jì)檢測(cè)遠(yuǎn)紅外陶瓷堿化水的分光度，以此表征遠(yuǎn)紅外陶瓷對(duì)微堿化水的影響。分光光度測(cè)定樣品在λ=612μm及λ=420μm時(shí)，得到最大吸收峰。因此，根據(jù)λ=612、λ=420，檢測(cè)紫砂過(guò)濾器皿微堿化水后的吸收度及透光率。實(shí)驗(yàn)采用去離子水為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比溶液，樣品為紫砂坯泥（或坯體添加遠(yuǎn)紅外粉體，內(nèi)壁無(wú)紅外功能漿料）及內(nèi)壁施紅外功能漿料兩種。微堿化水后的吸收度及透光率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。 通過(guò)表1可以清晰看到，單一制備的紫砂坯體的透光率很低，當(dāng)加入其他組份原料時(shí)，遠(yuǎn)紅外陶瓷制品的堿化水的透光率呈現(xiàn)出不同的結(jié)果。單一紫砂泥樣品透光率很低，加入遠(yuǎn)紅外粉時(shí)，其透光率得到提升。此外，結(jié)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(shí)多組分原料的復(fù)合，有利于促進(jìn)遠(yuǎn)紅外陶瓷的性能。

綜合以上結(jié)果，加入遠(yuǎn)紅外粉，能夠促進(jìn)紅外陶瓷的紅外輻射的特性，并且多組分的紅外原料復(fù)合，可以更有效增強(qiáng)遠(yuǎn)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(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線會(huì)通過(guò)材料自身的氣孔或空腔傳播。從表1結(jié)果顯示，加入遠(yuǎn)紅外粉，有助于提升透光率，說(shuō)明一方面加入遠(yuǎn)紅外粉使紅外輻射特性得到提高，另一方面也表明，摻雜對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射的影響。材料經(jīng)過(guò)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(yuǎn)紅外粉含量的影響

燒成溫度1080℃時(shí)，不同遠(yuǎn)紅外粉含量對(duì)紫砂過(guò)濾器皿過(guò)濾水后的pH值影響結(jié)果如下表2，測(cè)試過(guò)程控制水溫為20℃。

表2的測(cè)試結(jié)果表明，加入遠(yuǎn)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(yuǎn)紅外陶瓷堿化水的pH值隨著遠(yuǎn)紅外粉的含量的增加，即含量從0增加到25%時(shí)，pH值也隨之增加，當(dāng)其含量超過(guò)25%時(shí)，隨著遠(yuǎn)紅外粉的含量的增加而降低。其原因在于：隨著遠(yuǎn)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(yīng)。遠(yuǎn)紅外粉的含量超過(guò)25%時(shí)，其紅外輻射率反而降低，這是由于遠(yuǎn)紅外粉的原料粒度屬于納米級(jí)，含量增多，不利于多原子或分子的相互作用，導(dǎo)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(jìn)，堿化水的效果也就不明顯。由此可知，本研究制備的紫砂過(guò)濾器皿，遠(yuǎn)紅外粉的含量最佳為25%時(shí)，此時(shí)的晶體構(gòu)型符合遠(yuǎn)紅外輻射最大要求，氣孔率達(dá)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(duì)紫砂過(guò)濾器皿過(guò)濾水后的pH值影響結(jié)果如下表3，測(cè)試過(guò)程控制水溫為20℃。

表3的數(shù)據(jù)顯示，燒結(jié)溫度對(duì)遠(yuǎn)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(yuǎn)紅外陶瓷堿化水性能與燒結(jié)溫度成反比，隨著燒結(jié)溫度的升高，其堿化水的性能隨之降低。其原因在于：在燒結(jié)過(guò)程中，不同溫度會(huì)促使不同原子或分子的結(jié)合方式不同，形成不同的晶體結(jié)構(gòu)，生成不同的物質(zhì)，從而影響制品的結(jié)構(gòu)與性能。在本實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)溫度升高，紅外陶瓷紅外發(fā)射率降低，說(shuō)明在高溫條件下，原料形成其他晶體結(jié)構(gòu)，樣品紅外輻射率低下，導(dǎo)致其整體性能降低。從表3結(jié)果可以看出，燒結(jié)溫度在1080℃時(shí)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(jié)構(gòu)，此時(shí)晶體結(jié)構(gòu)符合紅外輻射規(guī)律，因此，遠(yuǎn)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(jié)果顯示，不同的球磨時(shí)間，對(duì)遠(yuǎn)紅外陶瓷堿化水的性能也有一定規(guī)律影響。隨著球磨時(shí)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(duì)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?zé)Y(jié)下形成的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(jié)合程度越緊密，但是形成的顆粒之間的間隙小，氣孔率低，導(dǎo)致紅外輻射減弱。

4結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了遠(yuǎn)紅外粉、燒結(jié)溫度、細(xì)度對(duì)紫砂過(guò)濾器皿過(guò)濾水微堿化的影響因素。本實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)論如下：

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

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

（3）遠(yuǎn)紅外陶瓷原料的粒度是影響其輻射性能的內(nèi)在因素。原料的粒度，是影響其氣孔率的重要因素，間接導(dǎo)致了遠(yuǎn)紅外陶瓷的輻射性能的高效發(fā)揮。因此，紫砂過(guò)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(guò)濾器皿坯體粒度在0.075mm左右，氣孔率最大，遠(yuǎn)紅外輻射性能顯著。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 徐秀棠.中國(guó)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?biāo)劂? 常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷粉和遠(yuǎn)紅外日用陶瓷的研究[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)，2002，01：9-16.

[5] 孫國(guó)梁，周曙光，況慧蕓. 紅外陶瓷的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)陶瓷工業(yè)， 2009， 1605：22-24.

[6] 范以輝，惠煥強(qiáng). 淺談分光光度法和分光光度計(jì)的原理及其應(yīng)用[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2006，12：11-12.

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