论文缩写稿

电气石多孔陶瓷的制备及性能研究

材料物理081班：常浩指导老师：江红涛

（陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021）

摘要:本课题拟采用泡沫浸渍法制备电气石基多孔陶瓷，泡沫浸渍法通过控制浆料的配比，优化无机粘结剂体系。严格控制浆料浸渍工艺过程，可制备出高性能的多孔陶瓷，是合成多孔陶瓷的一种重要方法。本课题结合泡沫浸渍法的优点，制备能更高效地发挥电气石性能的多孔陶瓷。

关键词：电气石，多孔陶瓷，负离子

The Preparation of Tourmaline Porous Ceramic and the Study of

the Performance

ABSTRACT:Tourmaline based porous ceramics were prepared by the method of foam impregnation which is an important kind of method synthesizing porous ceramic in this article. Inorganic binder system was improved by controlling the proportion of slurries. Porous ceramics which can have better property of tourmaline are prepared combining the advantages of foam impregnation.

KEY WORDS: Tourmaline, Porous ceramics, negative ions

1引言

电气石是一种含硼的环状硅酸盐矿物。电气石具有永久性自发极化效应、热释电性和压电性，能够发射远红外线、释放负离子、吸附离子、屏蔽电磁，以及可以回收利用的特性，使它成为一种环境矿物材料，应用前景非常广阔。同时，电气石具有优异的机械化学稳定性，对环境无污染，可重复利用率高，是很好的绿色智能环保材料，在环境净化领域有较好的开发应用前景[1]。多孔陶瓷是一种经高温烧成，体内具有大量彼此相通并与材料表面相贯通的孔道结构的陶瓷材料[2]。

当今环境污染十分严重，人类的饮水是当前面临的很大的问题。水污染相当严重的情况下，人们对饮水的处理大多数还是停留在加入漂白粉等手段进行消毒杀菌，但是漂白粉对人健康有害，多以有待开发新的净水手段来对我们的饮水净化[3]。本次研究就是在此背景下提出的。

2 实验内容

2.1 实验原料

本实验采用电气石粉、苏州土、滑石粉、海绵、粘接剂（羧甲基纤维素）、分散剂（聚乙二醇）、流变剂来做为原料制备电气石多孔陶瓷。

2.2 实验步骤

陶瓷浆料的配置方法：①在100ml 的烧杯中，加入球磨好的陶瓷粉；②在烧杯中加入水，然后搅拌均匀；③加入配好的羧甲基纤维素溶液作为流变剂和粘接剂，然后搅拌均匀；④再加入配好的聚乙二醇溶液作为分散剂，并充分搅拌均匀；⑤机械搅拌90分钟，即搅拌到所需的浆料。

浆料的浸渍：将剪好的聚酯海绵浸入浆料中，反复挤压浸渍，直至浆料进入聚酯海绵内部。然后将多余的浆料去除。将浸渍好的聚酯海绵在40℃的烘箱下干燥。

多孔陶瓷的烧结：将烘干的多孔陶瓷生坯放在坩埚盖上置于炉子中，控制升温速率、烧成温度、保温时间、烧成结束冷却。

3 实验结果分析及讨论

3.1 陶瓷烧成温度的确定

通过对陶瓷片在不同温度下烧结之后测定其收缩率、吸水率结合电气石的热重曲线、陶瓷的950℃下的XRD 衍射曲线分析，最终将电气石多孔陶瓷的烧成温度定位950℃。

3.2 950℃下陶瓷片XRD 分析

I n t e n s i t y (C o u n t s )2-Theta(degrees)

图3-1 950℃下陶瓷片的XRD 图谱

图3-1为950℃下陶瓷片的XRD 图谱，由图3-1可知，在950℃下电气石未发生相变本次试验陶瓷的烧成温度为950℃。

3.3 陶瓷浆料的分析

3.3.1 羧甲基纤维素含量对浆料的影响

配置6组浆料，浆料总量为40g ，聚乙二醇加入量为0.5g ，加入乙醇的量为6.75g ，CMC 的加入量为0.25g 、0.75g 、1.25g 、1.75g 、2.25g 、2.75g ，标号为①-⑥。

由实验结果可得出：①随着CMC 的添加量增大，负离子的释放量增大，但增大到一定数值的时候就趋于稳定。可能的原因是：当添加量小的时候，浆料的粘度低，聚酯海绵在浸渍过程中，无法充分的挂浆；在提拉过程中，有很大一部分浆料都流失，导致在聚酯海绵中剩余的浆料无法达到要求。当CMC 的添加量增大到一定量时，就可以保证在挂浆的过程中，聚酯海绵可以充分的挂浆。②随着CMC 的添加量增大，抗压强度增大，但是由于其他条件的限制，CMC 的添加量不能无限的添加。③

随着CMC的添加量增大，孔隙率是先增大后减小。当CMC的添加量为2.5g时，孔隙率达到最佳值。

由以上结论分析得出，40g浆料中当CMC的含量为2g时，电气石多孔陶瓷的负离子释放量，抗压强度，孔隙率，孔径尺寸达到最佳。

3.3.2 聚乙二醇的含量对浆料的影响

配置5组浆料，浆料总量为40g，羧甲基纤维素（CMC）加入量为2.0g，加入乙醇的量为6.75g，聚乙二醇的加入量为0g、0.25g、0.5g、0.75g、1.0g，标号为①-⑤。

由实验结果可得出：①随着聚乙二醇的添加量增大，负离子的释放量先增大后减小。可能的原因是：当添加量小的时候，浆料的稳定性不高，浆料容易团聚导致浆料的不均匀，浆料不均匀的状态下，在后期的挂浆过程中，导致聚酯海绵的挂浆不均匀。当聚乙二醇的添加量到一定量时，浆料的均匀性达到一定程度，聚酯海绵可以均匀的挂浆。②随着聚乙二醇的添加量增大，抗压强度先增大后减小，原因是添加量过小和过大，浆料容易团聚，导致在挂浆的过程中聚酯海绵中的浆料是不均匀的，从而在烧成之后会影响强度。③随着聚乙二醇的添加量增大，孔隙率先增大后减小再增大。结合图3-12与图3-13，在聚乙二醇的添加量为0.5g时，为孔隙率的最佳值。

由以上结论分析得出，40g浆料中当聚乙二醇的含量为0.5g时，电气石多孔陶瓷的负离子释放量，抗压强度，孔隙率，孔径尺寸达到最佳。

3.3.3 固含量对浆料的影响

配置6组浆料，浆料总量为40g，羧甲基纤维素（CMC）加入量为2.0g，加入乙醇的量为6.75g，聚乙二醇的加入量为0.5g，固体粉料的加入量分别为5g（加入对应电气石含量的La2O3）、7g、9g、11g、13g、11g（加入对应电气石含量的La2O3），标号为①-⑥。

由实验结果可得出：①随着固含量的添加量增大，负离子的释放量先增大后减小，可能的原因是：随着固含量增大，电气石的比例也在增大，从而会增加负离子的释放量。但是当固含量增大到一定量时，浆料会变的很粘稠，粘度会很大。这样在聚酯海绵浸渍的过程中将会无法充分浸渍，浆料会堵住聚酯海绵表面的空隙，而内部无法进入。从而造成固含量的降低，电气石的比例也会降低，进而影响到负离子的释放量。②随着固含量的添加量增大，抗压强度先增大后减小，可能的原因是：随着固含量的增加陶瓷烧结会更加致密化，强度也会随之增大，但是当固含量增大到一定量时，浆料会变的很粘稠，粘度会很大。这样，在聚酯海绵浸渍的过程中，将会无法充分浸渍，浆料会堵住聚酯海绵表面的空隙，而内部无法进入，从而造成内部空隙的情况，进而造成强度的降低。③随着固含量的添加量增大，孔隙率先增大后减小，是因为固含量的增加会造成一定程度上的堵孔情况，所以孔隙率会因此降低。图3-2为不同固含量的多孔陶瓷与纯电气石的XRD衍射峰对比，由图3-2可知，当固含量为7g时，电气石的衍射峰强度是最强的。

由以上结论分析得出，40g浆料中当固含量为7g时，电气石多孔陶瓷的负离子释放量，抗压强度，孔隙率，孔径尺寸达到最佳。实验中还发现：当固相含量超过13g的时候，料浆无法机械搅拌均匀，体系中的水分含量太少，粉料在体系中分散效果很差，成干粉状，无法挂浆。