（材料物理与化学专业论文）功能性负离子铸铁搪瓷研制及性能表征.pdf

附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责。并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：、而苏 日期： 莎阳6 年) , e l 2 0e t 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密影在三年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 练而玄 日期：少6 年月加日 指导教师签名： 日期：旗硐纠日 东华大学硕士论文 功能性负离子铸铁搪瓷研制及性能表征 摘要 电气石粉体具有发射空气负离子的性能已经得到世界各国科学家 的认可，并广泛应用于各个领域。但将电气石应用于搪瓷，并无相关文 献和报道。本课题首次将电气石超细粉体引入到铸铁搪瓷釉中，并通过 探索合理的搪瓷面釉配方和独特的烧成工艺，研制出了具有应用价值的 负离子搪瓷材料，该材料不仅具有超强的发射负离子功能，同时也具备 了优良的搪瓷理化性能( 如白度、光泽度、耐酸、耐碱) 。 本研究发现，合理的瓷釉组成对负离子搪瓷材料的各项理化性能至 关重要，本课题研究出的锑白釉与电气石粉末具有良好的结合能力，不 仅不会破坏电气石的晶体结构，而且还能保证搪瓷材料对理化性能的较 高要求；本研究发现，烧成工艺是决定搪瓷材料负离子发射性能和其他 理化性能的另一个重要因素，经多次试验，本研究找到了最佳的烧成温 度，为8 4 0 一+ 1 0 。c ，在该烧成温度下，同时根据样板、瓷层厚度等情 况控制好烧成时间，可以使瓷釉层达到良好的外观和理化性能，同时能 很好地发挥起发射负离子的功能。研究还发现，电气石粉木的磨加量对 搪瓷材料的负离子功能也有着重要的影响，本论文确定了电气石与铸铁 搪瓷釉的最佳磨加配比为1 0 w t 。通过x 一射线衍射( x l m ) 和扫描 电镜( s e m ) 对该材料的晶体结构和表面的显微形貌进行分析后，确认 该材料的主要晶相为六方柱状。由此得知，特定的涂搪烧成工艺下，在 铸铁搪瓷釉中所磨加的电气石的晶体结构没有发生相变，因此可以确 定：添加电气石粉末是使该材料具有发射负离子功能的主要原因。 最终经过对瓷釉组成、电气石磨加量、以及负离子搪瓷材料的制备 工艺等系统研究，研制出的负离子搪瓷材料，经i t c 2 0 1 as m a r ti o n s m o n i t o r 负离子测试仪( 日本) 检测，其发射负离子最高可达2 8 0 9 0 个 - 1 - 东华大学硕士论文 c m 3 ，1 分钟平均值为1 1 6 0 个c m 3 ；根据国际医学杂志上刊登的关 于“负离子含量与健康关系表”，可以得出该搪瓷材料负离子含量相当 于都市公园、郊外田野等级，有着增强人体免疫力及抗菌力的功能，具 有良好的应用前景。 关键词：电气石，负离子，铸铁搪瓷，磨加，显微结构 - 2 东华大学硕士论文 s t u d yo ff u n c t l 0 n a l i t yc a s ti r o n e n a m e l sw i t hn e g a t i v ei o nr e l e a s i n g p r o p e r t ya n dc h a r a c t e r j s t i csi n d e x a b s t r a c t c h e nl i y u n ( m a t e r i a lp h y s i c sa n d c h e m i s t r y ) s u p e r v i s e db yj i a n gw e i z h o n g i ti sw e l lk n o w nt h a tt o u r m a l i n e p o w d e rh a sa s p e c i a lp r o p e r t y - n e g a t i v ei o nr e l e a s i n ga n di tw a su s e d e x t e n s i v e l yi nd i f f e r e n ta r e a s h o w e v e r , r e s e a r c ho ne n a m e l w i t hn e g a t i v ei o nr e l e a s i n g p r o p e r t yh a s n t b e e nf o u n d e d f r o mr e l a t i v e p a p e r sa n dr e p o r t s i nt h i sp a p e r , t o u r m a l i n e p o w e rw a sm i l l e di n t oc a s ti r o ne n a m e lf o rt h ef i r s tt i m e t h e r e a s o n a b l e c o m p o s i t i o no f c o v e rc o a ta n d s p e c i a lf i r i n g t e c h n o l o g yw e r es t u d i e d o n ek i n do fc a s ti r o ne n a m e lw i t h n e g a t i v ei o nr e l e a s i n gp r o p e r t yw a sp r e p a r e db ym i l la d d i t i o n o ft o u r m a l i n ep o w d e ri n t ot h ec o v e rc o a t i tw a sf o u n dt h a t t h i ss p e c i a lk i n do fe n a m e lm a t e r i a l sh a dn o to n l ye x c e l l e n t n e g a t i v e i o n r e l e a s i n gp r o p e r t y , b u t a l s o g o o d p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h ee n a m e l ，s u c ha s ，w h i t e n e s s ， b r i g h t n e s s ，a c i da n da l k a l ir e s i s t a n c ee t c - 3 一 东华大学硕士论文 i th a sb e e n d i s c o v e r e dt h a tt h ec h e m i c a l c o m p o s i t i o no fc o v e rc o a ti sv e r yi m p o r t a n tf o rn e g a t i v ei o n r e l e a s i n gp r o p e r t y o n es p e c i a la n t i m o n yo p a q u e e n a m e l ， w h i c hh a dn i c e ri n t e g r a t i n ga b i l i t yw i t ht o u r m a l i n e p o w e r , h a sb e e nd e v e l o p e d a f t e rm i l la d d i t i o no ft o u r m a l i n ep o w d e r , t h ec r y s t a ls t r u c t u r eo ft o u r m a l i n ew o u l d n tb ed e s t r o y e d ，a n d t h en e g a t i v ei o nr e l e a s i n gp r o p e r t yw a sr e m a i n e d i th a sb e e n i n v e s t i g a t e db yt h es t u d yt h a tt h ef i r i n gt e c h n o l o g yi sa l s ot h e c r u c i a lf a c t o rf o rt h en e g a t i v ei o nr e l e a s i n gp r o p e r t y i th a s b e e nd i s c o v e r e dt h a tt h eo p t i m a lf i r i n gt e m p e r a t u r ef o rt h i s k i n d o fe n a m e lm a t e r i a l sw i t ht h e n e g a t i v ei o nr e l e a s i n g p r o p e r t yi s8 4 0 - t 一- io * c t h eq u a n t i t yo fm i l la d d i t i o no fh a s a l s ob e e nr e s e a c h e d e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w e dt h eo p t i m a l p r o p o r t i o no ft o u r m a l i n ep o w e ra n dc o v e re n a m e li s1 ：10 i t h a sb e e nf o u n dw i t ht h e h e l po fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e a n dx 。r a yd i f f r a c tm e t e rt h a tt h em a i nc r y s t a lo ft o u r m a l i n e p o w d e ra f t e rt h ee n a m e lm a t e r i a l f i r i n g i s h e x a g o n a l ，t h e c r y s t a ls t r u c t u r eo ft o u r m a l i n ep o w d e ri s u n c h a n g e db e f o r e a n da f t e rt h ee n a m e lm a t e r i a lf i r i n g i ti st h em a i nr e a s o nt h a t t h ee n a m e lm a t e r i a ls t i l lh a st h ee x c e l l e n t n e g a t i v ei o n r e l e a s i n gp r o p e r t y b yt h es y s t e ms t u d yo fc h e m i c a lc o m p o s i t i o no f - 4 - 东华大学硕士论文 e n a m e l ，t h eq u a n t i t yo fm i l la d d i t i o no ft o u r m a l i n ep o w d e r a n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ，t h ee n a m e lm a t e r i a lw i t ht h e p r e e m i n e n tn e g a t i v e i o n r e l e a s i n gp r o p e r t y h a sb e e n d e v e l o p e d a c c o r d i n gt ot h et e s t i n gr e s u l t sb yi t c - 2 01a s m a r ti o n sm o n i t o r , j a p a n ，t h em a x i m u mc o n c e n t r a t i o no f n e g a t i v ea i ri o n s ( c i o n - ) f r o me n a m e l t o u r m a l i n es p e c i m e n r e a c h e d2 8 0 9 0p a r t i c l e s c c ，a n di t sa v e r a g ev a l u ei nam i n u t e r e a c h e d116 0p a r t i c l e s c c m i n ，w h i c hi se q u a lt ot h ec o n d i t i o n o fc i t yg a r d e n sa n d o rs u b u r ba c c o r d i n gt ot h er e l a t i o nt a b l e b e t w e e nt h en e g a t i v ei o nc a p a b i l i t ya n dh e a l t h i n e s s ，w h i c hi s p u b l i s h e do ni n t e r n a t i o n a lm e d i c a lm a g a z i n e t h e r e f o r e ，t h e e n a m e lm a t e r i a lw i t ht h ee x c e l l e n tn e g a t i v ei o nr e l e a s i n g p r o p e r t yh a st h ep r o s p e r i n ga p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：t o u r m a l i n e ，n e g a t i v ei o n ，c a s t i n ge n a m e l ，m i l l a d d i t i o n ，c r y s t a ls t r u c t u r e 5 - 东华大掌硕士论文 第一章绪论8 目录 1 1 空气负离子的基本概念及其作用8 1 2 电气石的功效及其作用机理研究现状9 1 2 1 电气石具有产生负离子的能力：。l o 1 2 2 电气石其有使水弱碱化的作用1 0 1 3 电气石功能性产品的研究和开发现状1 1 1 4 电气石研究目前存在的问题1 3 1 5 选题依据l3 1 6 研究目的内容及研究方案1 4 j 丘，历院目的力雾1 4 1 6 2 研究方法及技术路线内容1 4 第二章试验样品、设备和研究方法1 6 2 1 实验原料16 2 ，纪乙痔瓣一j 6 2 j 。2 石产髫参删j 6 2 ，3 曹z 己孑亍矿石，6 2 j 4 绔掰律叛1 6 2 2 实验设备及检验仪器16 2 2 ，始投番一，6 2 2 2 检删砧器j7 2 3 研究方法17 2 3 ，律崩制番力珐j7 2 3 2 律崩检黝方法1 9 第三章面釉烧成工艺对负离子搪瓷理化性能2l 3 1 引言。2l 3 2 实验过程2 2 3 2 j 基础劈嫠滴律蒯各2 2 3 2 2 勇擎勿灯獬厶皇兹炉2 2 3 2 3 疠争劳i 差 2 2 3 2 4 篪脱r 艺2 2 3 3 检测过程2 3 3 3 ，多车墨箜撇2 3 3 3 2 负蔚子拦彪删定刀 3 4 试验结果与讨论2 5 6 一 东华大学硕士论文 3 4 1 烧成温度对负离子铸铁搪瓷外观的影响。2 s 3 4 2 烧成温度对电气石铸铁搪瓷发射负离子性能的影响2 7 3 5 小结3 0 第四章电气石含量对负离子搪瓷理化性能3 2 4 1 引言3 2 4 2 试验过程3 3 4 3 检测过程3 3 4 3 1 负离子搪瓷样品理化性能测试3 4 4 3 j 搪瓷负离子性能测试3 4 4 4 结果与讨论3 7 4 4 1 超细电气石粉体加入量对瓷面理化性能的影响3 7 4 。4 。l 超细电气磊粉体加入量对瓷蔼发射负离子性能的影响3 4 4 1 超细电气石粉体加入量对瓷面理化性能的影响 3 7 4 5 ，j 、l 右4 l 第五章负离子搪瓷晶体结构和显微形貌分析 4 2 5 1 检测过程4 2 5 1 1 扫描电镜( s e m ) 4 2 5 1 2x 射线衍射( x r d ) 4 2 5 2 结果分析与讨论4 2 5 2 i 负离子搪瓷样品表面显微形貌分析一扫描电镜( s e m ) 4 2 5 2 j 2 电气石表面晶体结构分析一x 射线衍射( 圆) | 4 5 5 2 3 功能性负离子搪瓷机理研究讨论4 6 第六章结论 参考文献 攻读学位期间发表的学术论文 致谢 7 - 东华大学硕士论文 第一章绪论 1 1 空气负离子的基本概念及其作用 当我们在喷泉、瀑布、海滨、湖泊驻足时，会感到呼吸舒畅、 心旷神怡。这是因为这里的空气中含有大量的负离子，所以空气特 别新鲜。自从1 9 0 2 年a s c h i n a s s 和c a s p a n 肯定空气负离子有生物学 意义以来，特别是近年来各国开展了大量的临床和实验研究，使空 气负离子的实用价值进一步得到肯定t 1 - 7 1 。 正常大气中的分子大部分是相互结合在一起，每个分子从整体 上看呈电中性。当外界某种因素作用于气体分子时，其外层电子摆 脱原子核的束缚从轨道中跃出，此时气体分子呈正电性，所跃出的 自由电子很快附着在某些气体分子或原子上，特别容易附着在氧和 水分子上，形成空气负离子。根据大地测量学和地理物理学国际联 盟大气联合委员会采用的理论，空气负离子的分子式为0 2 ( h 2 0 ) 或 o h 。( h 2 0 ) 。或c 0 4 - ( h 2 0 ) 。8 1 。空气负离子经过呼吸系统进入人体， 它能够刺激神经系统产生良好效应，改善血液循环，促进人体的新 陈代谢，恢复或减轻疲劳；还能调整血液酸碱度，使人的体液变弱 碱性，活化细胞，提高细胞的各种功能，使人能够保持充沛的精力， 心情舒畅。同时空气负离子还能与空气中的臭味分子反应，消除臭 味；易于吸附空气中的粉尘等悬浮粒子，从而达到净化空气的目的。 因此空气负离子被誉为“环境警察”、“空气维生素”、“大气长寿素” t 9 。根据国际医学杂志上刊登的关于“负离子含量与健康关系 表( 见表1 1 ) ，可见环境中的空气负离子与人类健康具有直接的联 方【1 0 1 尔 。 负离子的生物效应越来越受到人们的关注，目前普遍采用空气 负离子发生器来提高室内空气负离子的浓度，它是利用电晕放电产 生空气负离子，但同时也产生了有害气体，如氮氧化物n o 。和臭氧 0 3 等。这些气体会诱发动脉硬化和癌症等。 8 东华大学硕士论文 1 2 电气石的功效及其作用机理研究现状 电气石是一种化学成分非常复杂的天然矿物，为含硼的环状结 构硅酸盐矿物，天然晶体呈不规则的六方柱状。电气石的独特之处 在于它具有异极对称结构，在物理性质上表现为电极性。电气石电 极性的典型表现为热电性和压电性。对电气石电学性质的研究兴盛 于2 0 世纪中期i l l - 1 3 1 ，带来了多方面的应用，尤其是在红外检测和 热成像上i 1 4 i 。由于战争的需要，电气石的研究与应用在二战达到最 高峰。 表1 1 负离子含量与健康关系表 t a b l e1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e nn e g a t i v ei o nq u a n t i t ya n dh e a l t h i n e s s 1 9 8 9 年日本环境学家k u b o 发现了电气石存在自发电极，电气 石微粒周围存在静电场现象1 5 - 1 6 1 ，就此对电气石的电场效应展开了 一系列的研究，提出电气石的自发电极为永久性电极，不受外界电 场影响，并且电气石具有抗水体污染作用，1 9 9 8 年利用电气石的电 解水作用申报“产生空气负碱性离子的方法和设备”的美国专利“7 1 ， 由此兴起了电气石在环境、人体保健领域的研究新热潮。此后，日 本、美国等国学者纷纷开始了这一方面的应用性研究，陆续申请了 很多专利 1 8 - 3 5 1 , 近几年来，国内也陆续出现加入电气石制作各种产 品的专利3 6 _ 5 3 1 和研究文献t 5 4 - 5 7 1 。 - 9 - 东华大学硕士论文 1 2 1 电气石具有产生负离子的能力： 关于电气石产生负离子的能力，大致有三种假说。其中比较有 说服力的一种说法是羟离子说。水分子被电气石电解，分解为h + 和o h ，h 与电气石携带的负电子结合而被中和，成为氢原子放入 空气中，而o h 。与周围的水分子结合形成羟离子h 3 0 2 ，即为空气负 离子。电气石所产生的负离子为羟离子，已为前人所证实t 1 0 1 。 h 2 0 h o 。+ h 十； 2 i - i * + 2 e h 2 t ； h o - + h 2 0 一h 3 0 2 ， 另外汤云晖在其博士论文中对电气石产生负离子的机理进行了 较深入的研究1 5 8 1 0 她认为因为电气石表面带负电荷，可以吸附空气 中的氧分子发生电极反应，产生o h 。离子，再与周围的水分子结合 形成羟离子，反应方程式为： 0 2 上h 2 0 + e o h 。 电气石产生负离子的真正原因还有待进一步研究。 1 2 2 电气石具有使水弱碱化的作用 电气石还具有使水弱碱化的作用，水分子( h 2 0 ) 由两个氢原 子( h 2 ) 和一个氧原子( o ) 构成，电气石接触到水后，一瞬间会 产生轻微的电解，变成氢离子( h + ) 和羟基( o h 。) ，而氢离子( h + ) 又马上与电气石放出的负电子( e ) 相结合而被中和成为氢原子( h ) 被放出。剩下的羟基( o h 。) 和水( h 2 0 ) 结合成为羟离子( h 3 0 2 ) 。 通过上面的化学反应，这时候的水中含有氢气和许多羟离子 ( h 3 0 2 ) 。由于水中氢离子的减少，水的p h 值为7 4 左右呈弱碱性， 又由于增加了许多带负电的羟离子( 负离子) ，故一瞬间形成了碱性 负离子水。 现代科学证明碱性负离子水对人体健康有重大影响。正常人的 体液的p h 值一般在7 3 5 7 4 5 之间，呈弱碱性。由于现代人摄入的 酸性食物增多( 如鱼、肉等) 和一般饮用水的酸化，易使人体处于 偏弱酸性状态。长此以往，易诱发多种疾病。负离子水又称为“弱 1 0 东华大学硕士论文 碱性活性水 ，它对调节体液过量的酸性和预防疾病有重要的作用。 电气石所产生的负离子水对人体健康有十大功效，包括：使人体体 液呈弱碱性，将身体调节到最佳状态；使活性氧无毒化，保证健康 的内在环境；净化血液，保证新陈代谢的正常进行；净化血液，清 除毒素；恢复疲劳，保持旺盛的精力；调节植物神经系统的平衡， 保证内脏器官的正常运转；增强抗病能力，减少疾病的发生；镇痛、 镇静作用；改善过敏体质，防止免疫变态性疾病的发生；延缓衰老， 促进健康长寿十大功效1 1 0 l 。 1 3 电气石功能性产品的研究和开发现状 目前开发的电气石功能性产品有保健纺织类、陶瓷业、水处理、 建材类、家电业、化妆品、造纸等。 ( 1 ) 保健纺织业 目前，国内外市场不断传出新型负离子织物开发成功的消息 【5 9 - 7 0 】 2 0 0 0 年，日本松下电器产业公司与亚当矿山中央研究所合作开 发成功一种在静置状态能产生负离子的聚酯纤维，这是将电气石和 由花岗岩、沉积岩等多种岩石混合的特殊陶瓷组成的激发剂的微粒 子混炼入p e t 纤维，纺丝加工成3 3 d t e x 纤维，用此纤维制造的织 布在静置状态时，布在空气中可以产生负离子，l m 2 布表面可使l m l 空气中含约7 0 0 个负离子。 欧迪芬在2 0 0 3 概念内衣年推出最新的健康概念产品一纳米负离 子文胸。这是由纳米高科技萃取浓缩的负离子面料制成的内衣，穿 着安全、健康，特别是由“负离子纤维”产生的负离子数目很高，让 你感觉像在深山森林中呼吸新鲜空气一般，对身体的健康与精神恢 复有良好的效果。 在国内市场方面，济南某商场的内衣专柜已经见到标有“负离 子型”的衬衫在销售。据介绍，这种负离子衬衫可以改善人体微循 环，增加血液中的氧的浓度等，并且还可以起到净化周围空气的效 果。 东华大学硕士论文 另外，具有抗萱毒、杀菌、净化空气、增强人体免疫力、预防 感冒及呼吸道疾病的负离子抗菌口罩也已问世。 ( 2 ) 陶瓷业 电气石陶粒在饮用水处理、农业及养殖业应用前景非常广泛。 将电气石粉体与其它硅酸盐材料按一定比例进行烧结，同时为了增 加表面面积，确保陶粒能由内到外最大限度发挥作用，在强度允许 的情况下，将陶粒做成多孔状。陶粒与水接触后，电气石与水产生 电极反应，水中的氢离子形成氢气逸出，使水变成弱碱性，p h 值在 7 4 7 6 之间，并且使水由大分子团变成小分子团，增强了水的溶解 力、渗透力，并且产生了羟负离子，长期饮用可以促进人体健康巧1 5 3 】 电气石多功能陶粒在处理水箱的污染也可发挥很好的作用。可 以抑制细菌繁殖，防止水箱结垢和生锈。 ( 3 ) 建材业 电气石可以应用在建筑涂料、复合地板材料、混凝土、建筑输 水管道，水处理等方面。具有负离子性能的建筑涂料可以吸附空气 中的灰尘和细菌，消除甲醛、苯等有毒有害物质，同时可以防止酸 雨对建筑物外墙的侵蚀t 7 1 l 。用加入电气石制成的涂料处理船体，可 以防止海洋生物侵蚀船体。 ( 4 ) 化妆品 可以制成各种晚霜、沐浴露、化妆水、面膜等，可以消痘、去 斑、美白、消除皱纹等，4 7 2 7 j 。 ( 5 ) 食品加工业 利用电气石制成的食品袋和保鲜膜可以释放负离子，起到保鲜 和杀菌等效果。 ( 6 ) 家电制造业 洗衣机内铸件加入电气石后，可以将衣服洗得更干净，因为产 生的负离子水具有天然去污能力t 3 0 1 。空调机部件加入电气石后，产 生的负离子气体可以消臭、抑菌、促进人体健康等功效。 - 1 2 东华大学硕士论文 1 4 电气石研究目前存在的问题 目前，世界上绝大多数的天然电气石的颜色都较深，限制了其 在各个领域的应用。比如，在实际应用中，作为纺织工业填料，要 求电气石的颜色比较浅，而且远红外线的辐射能量不能减少，电气 石纤维的强度不能降低。同时电气石加热到8 5 0 0 c 会发生相变，所 以电气石只能应用在8 5 0 0 c 以内。 1 5 选题依据 电气石粉体具有激发空气负离子的性能已经得到世界各国科学 家的认可。研究人员一直致力于研究开发各种负离子产品，如负离 子纤维、陶瓷等，但都遇到同样的一个问题：如何创造最好的外部 条件，使电气石的负离子性能得到最大发挥。只有使电气石颗粒和 水、空气接触，才能使它们受到激发，从而产生空气负离子。所以 在研制负离子产品时，一定要最大限度将电气石粉体的颗粒暴露在 空气中。 搪瓷是在金属底坯的表面涂烧无机玻璃的瓷釉。它即有金属的 机械强度大、热导率和加工性能好的优点，又具有玻璃外表美观、 耐腐蚀和耐热性能好的长处1 7 3 1 。随着科学技术的进步，在保证传统 搪瓷制品功能的基础上，人们不断利用高科技赋予传统搪瓷各种新 的功能，提高产品的技术含量，满足人们对其更高的要求，同时也 增加了产品的市场竞争力。随着电气石制成的各种负离子产品的出 现，我们完全有理由相信，它同样可以赋予搪瓷产品这种新的功能， 开发具有负离子功能的搪瓷具有很大的市场前景。 搪瓷是一种无机玻璃体，和同属无机矿物的电气石不存在相互 排斥性，不必对电气石进行表面改性，同时搪瓷产品通常用在有一 定温度和水的环境下，从而提供了使电气石产生负离子的外部条件。 根据前文所述，电气石只有和水发生作用，才能有效产生空气羟基 负离子和碱性负离子水，起到其有益人体健康的作用，而搪瓷是一 种呈平面状分布的无机材料，它能够使电气石超细粉体最大程度地 - 1 3 - 东华大掌硕士论文 接触空气和水，而其它产品如纤维、陶瓷只能使少量电气石处于载 体产品表面，限制了电气石产生负离子的功效。所以说，搪瓷产品 是最有可能发挥电气石产生负离子功效的载体之一。 基于上面的阐述，本课题的创新性在于： 1 课题关于天然绿色环保材料的科技开发与生活应用符合特 别时代发展需求，将电气石应用于搪瓷无相关文献和报道。 2 将电气石超细粉体引入搪瓷面釉中，研制符合国家标准，同 时具有负离子功能的搪瓷产品的配方和工艺。 1 6 研究目的、内容及研究方案 1 6 1 研究目的、内容 本课题研制的目标是功能性铸铁搪瓷，是集负离子保健、美化 肌肤、抗菌为一体的功能性材料，可以用于制作淋浴盆，浴盆、浴 缸等卫浴产品。 本课题的研究内容包括：负离子搪瓷的研制、材料性能测试、 机理探讨。与其他负离子材料相比，本课题将研制能够释放负离子 的搪瓷材料，同时研究搪瓷面釉的化学组成、烧成工艺、电气石含 量等对电气石释放负离子性能的影响及其作用等，课题研究涉及以 下几个方面： ( 1 ) 负离子搪瓷材料的研制 a 负离子搪瓷面釉的配方设计研究 b 负离子搪瓷生产工艺的研究 c 电气石超细粉体与搪瓷面釉匹配性研究 d 电气石超细粉体对搪瓷显微结构影响的研究 f 电气石超细粉体对搪瓷物理化学性能影响的研究 ( 2 ) 产品性能测试 a 样品的理化性能指标测试 包括搪瓷表面光泽度、白度、耐酸性能、耐碱性能等测试等 b 样品的负离子性能测试 用同本产i t c 2 0 1 a 型负离子测试仪对负离子搪瓷试样进行测 1 4 东华大学硕士论文 试。 c 搪瓷瓷层的显微结构研究 将利用扫描电子显微镜分析搪瓷瓷层和搪瓷表面的显微结构， 并用x 射线衍射仪测试搪瓷瓷层的晶相组成。 1 6 2 研究方法及技术路线 本课题通过磨加法，将电气石超细粉体加入到搪瓷面釉熔块中， 球磨使其与面釉均匀地混合在一起；同时采用干粉涂搪，将混有电 气石超细粉体的面釉瓷粉洒在预热的已涂底釉层的底坯表面并进行 烧成；得到样品后进行测试与分析。 具体技术路线图见图1 6 2 。 广超细粉碎广 i 电气石矿石l l 电气石韶细粉i 光泽席白席沏l 守 耐酪耐碱件能测守 负离子件能测定 搪瓷珲化忤能测试 图1 6 2 技术路线图 f i g 1 6 2c o n c r e t e l yt e c h n i cc o u r s e s - 1 5 - 东华大学硕士论文 第二章试验样品、设备和研究方法 2 1 实验原料 2 1 1 化工原料 m n 0 2 ，c o o ，硝酸钾，纯碱，n i o ，c a c 0 3 ，硝酸钠，氧化锑， 氟化钙，碳酸钡，氧化锌，冰晶等均为工业级化工原料，色素来自 上海天光化工厂。 2 1 2 矿物原料 矿物原料均来自工厂，矿物原料的化学组成见表2 1 2 。 表2 1 2 矿物原料的化学组成( ) t a b l e 2 1 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fm i n e r a lm a t e r i a l s ( ) 2 1 3 电气石矿石 采用上海大兆工贸有限公司地矿宝石材料部的大块电气石矿 石，经江阴商贸有限公司的小型粉碎机进行研磨，由s a c p 3 型粒 度分布仪测得粒度d 9 0 - - 1 3 1 4 u r n ，主要化学组成( 质量分数) 为： a 1 20 33 4 7 8 b 20 31 0 9 3 k eo0 0 3 6 n a 2o0 9 1 c a o 微量 m 9 0 0 2 s i 0 23 4 6 f e 2 0 31 5 8 总量9 7 4 4 6 。 2 1 4 铸铁样板 来自石家庄正中搪瓷厂，厚度为0 7 c m 。 2 2 实验设备及检验仪器 2 2 1 实验设备 高温箱式电阻炉s 2 1 0 1 3上海实验电炉厂 - 1 6 - 东华大掌硕士论文 箱式电阻炉s 2 1 2 1 0上海实验电炉厂 超级恒温器c s 5 0 1 型重庆实验设备厂 q m 1 f 球磨机江苏宝应电机厂 1 5 0 毫米台式砂轮机大新公社五金厂 空气压缩机v - o 1 1 0 上海第二压缩机厂 2 2 2 检测仪器 电热鼓风箱1 0 1 1 型上海市实验仪器厂 i t c 2 0 1 a 型负离子测试仪日本a n d e s 电子股份有限公司 w s c s 白度色度仪上海物理光学仪器厂 w g g t 搪瓷光泽仪上海物理光学仪器厂 d t g l 6 0 单盘分析天平上海天平仪器厂 扫描电子显微镜( j s w 一5 6 0 0 l v ) ，j a p a n x 射线衍射仪( r i g a k ud m a x r b ) ，j a p a n 奥林巴斯数码相机 2 3 研究方法 2 3 1样品制备方法 2 3 1 1 铸铁板的准备 取厚为0 7 c m 铸铁板，截成5 c m * 5 c m * ，并进行高温、烧油、 喷砂等表面预处理，除去底坯上的油渍、铁锈和污垢以保持表面干 净。 2 3 1 2 搪瓷釉配方设计 搪瓷釉主要由长石、石英等耐火原料和硼砂、硝酸钠、纯碱等 易熔化工原料以及其它特性原料，按一定的比例配合，经高温熔融， 急剧冷却成粒状或片状的硼硅酸盐搪瓷釉料。 搪瓷釉包括底釉和面釉两部分。底釉设计应当考虑在与金属能 有良好的密着性能的基础上，还应保证瓷层的各种性能，同时还要 具有较大的烧成范围。 面釉设计主要考虑对酸碱具有良好的化学稳定性、乳白色、熔 块粘度小、流动性强、瓷面细腻，同时还要考虑应与电气石粉末具 - 1 7 - 东华大学硕士论文 有较好的相容性和结合能力。 表2 3 1 2 1 底釉熔块配方( ) t a b l e 2 3 1 2 1f o r m u l ao f t h eg r o u n dc o a tf r i t ( ) 在上述原则上，根据多组分效应，设计选择易熔组分，采用多 种氧化物产生低共熔混合物，降低烧成温度。鉴于研究生学制的限 制，加快进度，本课题不再自己探索研制底釉配方。根据实际需要， 经多次试验，最终确定采用工厂常用的铸铁底釉( 具体面釉熔块配 方见表2 3 1 2 1 ) ，并设计了锑釉配方作为面釉( 配方范围见表 2 3 1 2 2 ) 。 表2 3 1 2 2 面釉熔块配方( ) t a b l e 2 3 1 2 2f o r m u l ao f t h ec o v e rc o a tf l i t ( ) n a n ob a c 原料石英硼砂长石n a 2 c 0 3 s b 0 3 冰晶 c a f 2 z n o 30 3 组成2 5 2 73 0 - 3 22 52 - 45 77 - 92 - 72 - 32 - 59 - 1 0 根据底釉、面釉各种熔块配方组成，称量混合，放入坩埚中， 在1 2 0 0 1 4 0 0 0 c 下进行熔化，熔制好的熔块应以拉丝无结、无砂粒 为准。熔化后投入到水中淬冷，捞出烘干。然后将各种熔块分别投 入到球磨罐中进行研磨4 6 h ，最后过1 4 0 目的标准分样筛，烘干待 用。 2 3 1 3 底釉配方组成 底釉的釉浆应具有良好的悬浮性，便于喷搪操作，同时又保证 瓷釉具有良好的热膨胀系数及较大的烧成范围。依照表2 3 1 2 3 的 底釉磨加物的配方组成，分别加入粘土、石英、水等磨加物，称量 混合，放入球磨罐中，研磨1 h ，过1 0 0 目标准筛，控制筛余量不超 过1 5 ，加入少量水，将搪瓷釉浆的容重调成1 4 5 1 6 0 m 1 ，制 成底釉釉浆。并采用机械喷涂，将底釉喷涂于铸铁板，厚度约为0 1 - 1 8 东华大学硕士论文 2 3 1 4 面釉配方组成 通过实验，确定搪瓷面釉配方，按配方组成称量混合，球磨， 过1 4 0 目筛，筛余量控制在1 5 左右。采用干法涂搪，均匀施面釉 三次，在不同温度进行烧成，制得不同组成的样板待用。 根据实验需要，确定面釉配方，按配方组成称量混合，球磨， 过8 0 目筛，筛余量控制在1 5 叭左右。 2 3 1 5 样品施釉及烧成 在制备好的铸铁板上，先用湿法喷搪底釉，再用干法施面釉( 依 据试验需要，添加电气石) ，分别在不同的温度下烧成。 2 3 2 样品检测方法 2 3 。2 1 样品的理化性能指标测试 按照中华人民共和国专业标准z b y 2 6 0 0 1 8 7 进行检测。 2 3 2 1 1 光泽测定 用w g g t 搪瓷光泽仪测出产品表面四角处的光泽，四个测定 值的算术平均值即为该样品的光泽值 2 3 2 1 2 白度测定 白度是指白瓷层的乳浊度，即面釉瓷层对底釉瓷层遮盖能力的 强弱程度。用w s c s 自度色度仪对样品进行测定 2 3 2 1 3 耐酸性能测定 用9 5 乙醇清洗试样的试验面，重叠放上三张3 c m x3 e m 的滤 纸，用滴管，滴下浓度为1 0 wt 的柠檬酸溶液，使滤纸湿润。在 常温下放置1 5 分钟，取去滤纸，用水清洗，用干燥布擦拭之，再进 行铅笔进行划痕实验。 2 3 2 1 4 耐碱性测定 用9 5 乙醇清洗试样的试验面，重叠放上三张3 c m x3 c m 的滤 - 】9 一 东华大学硕士论文 纸，用滴管，滴下浓度为1 0 wt 的碳酸钠溶液，使滤纸湿润。在 常温下，放置1 5 分钟，取去滤纸，用水清洗，用干燥布擦拭之，再 进行3 b 铅笔，在试验面上划线数条，用浸水后拧干的湿布擦拭， 观察是否留有铅笔线划痕。 2 3 2 2 样品的负离子性j , i j 试 用同本a n d e s 电子股份有限公司产的i t c 2 0 1 a 型负离子测试 仪对搪瓷试样表面的负离子性能进行测试。该仪器能够跟踪测试出 样品附近空气中每一时刻的负离子含量，同时显示出某一时段的最 大值、最小值和平均值。 2 3 2 3 扫描电子显微镜观察和x 射线衍射分析 利用扫描电子显微镜( j s w 一5 6 0 0 l v ，j a p a n ) 分析搪瓷瓷层 表面的显微结构，并用x 射线衍射仪( r i g a k ud m a x r b ，j a p a n ) 测试搪瓷表面晶体相组成。 - 2 0 - 东华大学硕士论文 第三章面釉烧成工艺对负离子搪瓷理化性能 的影响 3 1 引言 日用铸铁搪瓷中引入电气石粉体，在瓷釉选择，电气石用量，烧 成温度、时间等方面都有一定的要求。考虑到日用铸铁搪瓷的使用环 境和各种物理化学性能指标的要求，本次实验，铸铁搪瓷的面釉选择 为锑釉。 电气石的热处理过程是一个物相逐渐变化的过程，所谓的永久电 极性是相对于常温而言的，在对电气石热处理过程中，进行的物相分 析可以确定电气石在8 5 0 左右的时候会发生相变，其特有的自发电 极特性，在这一相变中也会发生改变。涂搪瓷是利用各种方法将瓷釉 或瓷粉均匀地涂搪在经表面处理的净坯上，再经高温烧成，制成搪瓷 制品的过程。搪烧是搪瓷制品生产的关键工序。在烧成过程中，