纳米陶瓷篇1

关键词：净化空气；瓷壁炉；原理；技术创新

1概述

随着社会经济的不断发展，以及人们生活水平的不断提高，对日用陶瓷要求也越来越高。仅靠改变花式品种，难以适应日益激烈的市场竞争。因此，笔者公司在市场调研基础上，引进清华大学新型与精细工艺国家重点实验室高新技术，开发净化空气陈设瓷壁炉新产品。产品的创新是以钛有机醇为原料，研制出净化功能的多孔陶瓷，并与电器、陈设瓷壁炉框体、仿真燃烧瓷饰件等组装而成。产品具有净化空气、取暖、凉风和陈设欣赏等用途，可广泛应用于家庭、宾馆、办公室、餐厅等。

2净化空气陈设瓷壁炉产品的技术、质量指标

净化空气陈设瓷壁炉产品可达到如下指标。

（1）电气安全、热风输送、陈设艺术方面的技术性能指标执行GB4706・1（IEC335-1）、GB4706・28（IEC335-2-30）和企业产品标准。

（2）净化空气方面主要技术性能指标：臭气有害物质（代表物：HCHO、C7H8、SO2、NO2）去除率≥90%；灭菌率≥90%；风量≥6m3/min；电耗≤50W。

（3）关键部件TiO2光催化远红外多孔陶瓷表面薄层TiO2粒度平均直径≤50nm；远红外辐射率≥90%；呈锐钛矿晶型；吸收波长为300～500nm。

3产品的基本原理和关键技术内容

钛有机醇类与其他有机醇类、无机盐等经特定工艺反应，并将掺杂改性剂和银等金属离子复合，混合溶胶后生成掺杂改性纳米TiO2光催化复合功能陶瓷液（稳定液）。多孔陶瓷载体经特定工艺先后浸渍高效红外粉浆、TiO2复合功能陶瓷液，热处理后制成TiO2光催化远红外净化功能多孔陶瓷部件，功能多孔陶瓷表面中TiO2以平均直径≤50nm颗粒均布。净化空气陈设瓷壁炉正面出风口装有上述功能多孔陶瓷部件和除尘网；内有等离子体部件、紫光灯和电风机。通电时，紫光灯照射多孔陶瓷部件，电风机使室内空气强制对流。在紫光照射和红外粉作用下，多孔陶瓷表面纳米TiO2薄层由于具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和掺杂改性效应、光催化活性高等特征，激发产生大量电子、空穴。其中，价带空穴可以将能级比其高的物质氧化，导带电子可以将能级比其低的物质还原。在高效的氧化、还原作用下，产生负氧离子和OH活性自由基，并分解了流过功能多孔陶瓷的有机物分子和生物分子，起到了净化空气、除臭、抗污垢、杀菌等功能。等离子体通过施加高压产生等离子，而离子化对流空气中的烟尘、霉菌等带正离子后，在负极被捕获，实现净化。壁炉中还装有背景灯泡、光折射镜片、仿真木桩煤碳瓷饰件和电热元件。通电时，电光折射、炉腔中瓷木桩煤碳饰件仿真燃烧、火焰跳动，图象逼真，起到艺术欣赏的功能。在冬天，电热元件加热对流空气以热风送出，有取暖功能。

3.1TiO2功能陶瓷液制备

本产品的关键技术是高效掺杂改性纳米TiO2光催化复合功能陶瓷液的制备技术（即配方与工艺的确定）和多孔陶瓷浸渍红外粉浆、功能陶瓷液，以及热处理形成TiO2薄层的工艺技术，包括：载体与红外粉浆、功能液的优化配比、复合化和热处理技术。其工艺流程如图1所示。

3.2净化空气多孔陶瓷制作

净化空气多孔陶瓷的工艺流程如图2所示。

3.3净化空气陈设瓷壁炉整机装配

净化空气陈设瓷壁炉整机装配的工艺流程如图3所示。

4产品的技术创新及难点问题

本产品的技术创新点为：一是产品结构的创新。将浸渍高效净化材料的功能多孔陶瓷部件与电器件、工艺陈设瓷壁炉框体与饰件组装制成具有艺术欣赏、暖凉风、净化空气多功能的家用电器；二是净化空气技术创新。采用吸附、远红外活化、光催化、等离子体等功能特性集于一体的高效净化技术。其中，功能多孔陶瓷载体制作中加进了远红外材料，大大增强了降解物的反应活性，提高光催化效果；三是高稳定性的功能陶瓷液制备工艺创新。使用钛有机醇类、无机盐和其他有机醇类，以特定工艺反应，并将掺杂改性剂、银等金属离子复合，制备纳米TiO2光催化功能陶瓷液。大大降低了生产成本，并提高了功能材料的光催化效率与灭菌效力。

本产品创新的难点为：一是在掺杂改性纳米TiO2功能陶瓷液制备工艺中，有机醇类、无机盐及其它溶剂、分散剂的选择；配比、浓度、pH值、温度等的调整；最佳条件下的稳定化技术；稳定化功能液可长期存放不发生絮凝、沉淀和变性。二是净化功能多孔陶瓷制作中，远红外粉、功能陶瓷液与多孔陶瓷载体优化配比及复合技术。三是净化空气陈设瓷壁炉中净化功能多孔陶瓷的光照度、空气流通截面与风速；施加等离子体的高压发生器等的优化设计。本产品与国内外同类产品的比较详情见表1。

纳米陶瓷篇2

绿色纳米陶瓷漆的主要原材料为石粉，约占到99%，剩余1%为食品级化工原料和纳米材料，经过混溶复合，红外微波改性制成。经国家有关部门检测，有毒有害物质达到零排放。

产品特点

1.绿色环保。该产品是以白色石粉为主料，加入食品级化工料及纳米材料密炼改性而成，不含甲醛等任何有害物质，绿色环保。

2.颜色多变。产品呈白色粉末状，也可生产黄、红、绿、蓝等多种颜色。

3.适用范围广。该产品适用于各种水泥墙体、保温板、聚酯板、锯末板、铝塑板、大理石等物体表面。同时该产品还可用于家庭、酒店、快餐店等餐桌表面的装饰，在木制或锯末压缩板表面装饰后，完全达到了高级瓷器的外观质感。

4.施工过程中无有害气体排放。该产品无毒无害，无任何有害气体，当天施工，当天入住。

5.产品性能强。产品坚硬如瓷，用手指甲刻划不留痕迹，超强耐磨，耐水抗污，水刷万次不脱粉，无损伤。既可用于室内墙体装饰，更是建筑物外墙装饰最佳的材料。

6.不开裂。因产品中含有超级纳米胶分子，能直接渗入到水泥等基体形成共同体，绝不会起皮、开裂、吸潮发霉。

7.成本低。每公斤施工一平方米，按出厂每吨4000元，每平方成本只需4元，而传统的腻子打底、再滚刷乳胶漆，每平方墙面成本15—25元。

8.施工方便。开启包装按比例加水拌均匀即可施工，简单方便，打底做面一次完成，省工，省时，省钱。

9.可充当仿瓷产品原材料。产品可用于家庭、酒店、机关学校食堂、宾馆等厨房、卫生间、工作台台面的装饰，在水泥板或大理石板上装饰后，完全达到了陶瓷的效果，耐磨耐烫，干净卫生，高贵典雅。同时该产品还可用于陶瓷坐便器、洗手盆、浴缸、陶瓷餐具的修复原材料。

市场分析

国内墙面装饰一直采用传统的老办法，先在墙面用腻子打底刮平，再滚刷涂料或乳胶漆，由于用腻子批刮打底的墙面附着力弱，耐水性能差，很容易出现墙面起皮开裂，遇水脱落脱粉，墙面易吸潮发霉。更严重的是，市场上的腻子粉涂料或乳胶漆等含有聚乙稀醇，苯丙乳液，硅溶胶，泡花碱、甲苯、丙酮、环乙酮等有机化合物，有毒有害，不仅污染环境，更严重的危害了人体健康。而且市面上乳胶漆价格昂贵，基本在3—5万元/吨。

而该产品在施工中改写了传统的施工方式，不需先刮腻子再刷涂料或乳胶漆，而是打底做面一次完成，使装饰的墙面达到陶瓷般洁白平滑，光亮如镜，有超强的耐水性及抗污性，用水洗刷万次以上无损伤，不起皮、不开裂、不吸潮，不发霉，表面像陶瓷般坚硬耐磨，耐酸碱，防火阻燃，关键是经国家有关部门检测，有毒有害物质达到零排放。而且价格便宜，仅数千元/吨。

投资条件（设计生产量为10吨/8小时）

最低投资额8.9万元，其中设备投资6.9万元，流动资金为2万元。生产车间及仓库50—200平方米，电源380伏，功率7.5千瓦。员工2人（文化程度不限，技术保密性好，无泄密风险）。

效益估算

产品综合成本约450—650元/吨，其中主要原材料石粉约200—400元/吨，化工原料、电费、工资、包装等成本支出约250元/吨。

产品的出厂价约4000元/吨，市场售价约6000元/吨。若按最高成本支出核算，每吨的毛利约3350元。若投资者能每日销售完10吨产品，可日获毛利约33500元。

其中成本中，员工工资按每人每天150元，电费按1元/度，包装袋按1元/条核算。

注：由于各地石粉价格、运费有所差异，以上数据仅供投资者参考，若有意办厂者请关注一下当地300目石粉的价格。

投资提示

1.原材料石粉各地易购，生产不用锅炉，不用反应釜，不用水和煤，无废水废渣排放，无烟尘排放，完全符合办厂环保要求。

纳米陶瓷篇3

[关键词]纳米SrTiO3；包覆；介电常数；介电损耗

中图分类号：TS980.3文献标识码：A文章编号：1009-914X（2015）16-0400-01

1.引言

由于纳米SrTiO3具有极大比表面能和表面积，极易团聚，因此制约其纳米材料的优异性能，而且SrTiO3基陶瓷材料也存在着不足，如SrTiO3电容器在高温高压领域中晶界势垒会减弱，导致漏电流增大[1]。为了克服这些缺点，科研工作这对SrTiO3基陶瓷进行改性。目前，其改性方法主要表面包覆改性[2，3]和掺杂[4]两种。而传统掺杂改性的方法是将掺杂后的SrTiO3粉体经球磨、混合、成型和烧结而实现，但这种方法很难充分混合，化学计量难以控制。因此，本工作研究采用非均匀形核法在纳米SrTiO3基陶瓷粉体表面包覆MgO，以改善其性能。

2.实验过程

以CH3（CH2）11SO4Na作为分散剂，将通过溶胶-水热法自制的纳米SrTiO3制备成稳定的悬浮液；然后加入MgCl2・6H2O作为包覆物，磁力搅拌30min，包覆物的量分别为：1mol%、3mol%、5mol%、10mol%；加入适量KOH溶液，经洗涤、干燥、800℃煅烧后即可得包覆SrTiO3末样品，再在1320℃下造粒烧结2h，最后制成MgO包覆SrTO3基复合陶瓷。

3.结果和讨论

3.1MgO包覆纳米SrTiO3基复合陶瓷的XRD分析

将烧结好的陶瓷样品，用日本理学RigakuD/Max2500V型的X射线粉末衍射仪对样品进行测试。如图1所示XRD图谱分析的结果。随着包覆量的增大，可以看到图中做标记的地方出现杂峰，对皮PDF标准卡片可以知道，杂峰为MgO。说明在高温烧结后样品只存在SrTiO3和MgO两个相。第二相MgO相在SrTiO3晶界析出，形成第二相MgO，最终形SrTiO3陶瓷基相的包覆相，符合我们的预期。

3.2MgO包覆纳米SrTiO3基复合陶瓷的介电性能分析

3.2.1介电常数ε的变化

由图2中左图的曲线可以看出，随着MgO包覆量增加，SrTiO3基包覆陶瓷介电常数一直减小，其原因是：MgO的相对介电常数只有10左右，而室温下纯SrTiO3的介电常数为300，根据复合效应，MgO包覆量的增加必然会导致SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电常数的降低。同时，随着氧空位的增加将会破坏Ti-O链的谐振动从而降低SrTiO3基包覆型复合陶瓷的自发极化能力使居里温度下降[5]。从而造成室温下SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电常数下降。

3.2.2介电损耗tanδ的变化

从图1右图中的曲线可以看出，随着包覆量的增加，介电损耗不断减少。铁电陶瓷材料的高频损耗机理目前还不清楚，一般认为主要是结构损耗占主导作用，这种损耗与材料结构的紧密程度有关。曲远方[6]曾指出凡是影响储能陶瓷电解质电导和极化的因素都会影响其介电损耗，因此复合陶瓷的化学成分、相结构、芯-壳结构等因素都会影响复合陶瓷的介电损耗。因此，室温下复合陶瓷的介电损耗比较低。

4结论

本实验工作用MgO纳米SrTiO3进行包覆后，SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电性能明显改善，介电常数减小，居里峰变宽。而且随着包覆介质MgO的不断加入，其介电系数和借点损耗的不断降低，所以在一点程度上包覆离子可以改善其电性能，但是当包覆的第二相越来越多时候，反而影响本基体的性能。

参考文献

[1]RoutSKPS，BearJ..StudyonelectricalpropertiesofNi-dopedSrTiO3ceramicsusingimpedancespectroscopy.IndianAcademyofScience2005，28：275-279.

[2]常亮亮.钛酸锶掺杂改性研究进展.材料开发与应用，2014，01：89-93.

[3]刘波，庄志强，刘勇，王悦辉.粉体的表面修饰与表面包覆方法的研究.中国陶瓷工业，2004.

[4]庄志强.粉体的表面修饰和表面包复与新一代电子陶瓷改性研究.In：中国电子学会电子元件学术年会，2004.

[5]LiangXiaofengWW，MengYan.ChineseJournalofRareMetals2003，99：366-369.

[6]曲远方.功能陶瓷及应用.In.北京：化工工业出版社，2003.

作者简介

纳米陶瓷篇4

【关键词】纳米羟基磷灰石二氧化锆生物相容性

由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见，传统修复骨缺损的方法：如自体骨移植，同种异体骨移植。自体骨取骨量有限，同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构，它具有良好的生物相容性，对人体无毒，又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合，有利于骨的长入[2]。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏，二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用，有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能[3]。因此，纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料，兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性，成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。

一、实验方法

(一)致敏试验

取豚鼠30只，雌雄各半，体重300—500g，随机分为三组，实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水浸提液，5%甲醛溶液作为阳性对照，生理盐水作为阴性对照[4]。

（二）刺激试验

选用新西兰白兔，每组3只，雌雄各半随机分3组，体重2.5kg-3.0kg。HA/40%ZrO2浸提液，阴性对照：生理盐水，阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区，标记5个点，常规麻醉消毒用1ml注射器试验组于5个点每点注射0.1ml的浸提液，阴性对照组每点注射0.1ml的生理盐水，阳性对照组每点注射01.ml的甲醛溶液。

（三）溶血实验

穿刺抽取人静脉血10ml加入到含有抗凝肝素钠的试管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理盐水，稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10ml，阴性对照组每只试管加入10ml生理盐水，阳性对照组每只试管加入10ml蒸馏水，将全部试管在37℃恒温箱中恒温30分钟后，每只试管分别加入0.2ml稀释抗凝人血，轻轻混匀，继续保温60分钟后，离心5分钟，吸取上清液至比色皿中，用分光光度计在545nm波长处测定吸光度。

溶血率=实验材料的吸光度—阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度—阴性对照的吸光度

结果评定：若材料的溶血率5%，则不符合生物医用材料溶血试验要求。

（四）肌肉内植入试验

选用Wister大鼠48只，雌雄各半，体重220±25g，随机分为术后第7、15、30、90天4组，每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒，分离竖脊肌，于肌肉内植入消毒的HA/40%ZrO2材料块，缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20万U肌注，连续3d，于术后第7、15、30、90天取材，对照组手术操作如上，但不放材料板。大体观察并制作标本切片，HE染色，光镜下观察。

二、结果

(一)致敏试验

各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生，致敏率为0。

但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿，致敏率为100%，致敏作用强

(二)刺激试验

生理盐水对照组均未见任何刺激反应，试验组3号兔的第2点24h时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿，48h时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿，72h时可见此点极轻微的红斑无水肿。所以24h的平均原发性刺激指数为0.267，48h的平均原发性刺激指数为0.2，而72h的平均原发性刺激指数为0.067，均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。

(三)溶血试验：

实验组和阴性对照组各管离心后，上层均为清亮无色液体，下层为红细胞沉淀物，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准5%，说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。

经SPSS10.0统计软件单因素方差分析和SNK-q检验：实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异（P＞0.05），实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异（P＜0.05）。

(四)肌肉植入试验

将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开，植入后7天，试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应，可见吞噬细胞，无囊壁形成。

植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞，淋巴细胞浸润和巨细胞反应；试样周围可见小血管与纤维母细胞增生，开始形成疏松囊壁。

植入30天后，试样周围可见少量淋巴细胞，试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维，并已形成纤维囊腔结构。

植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞，纤维化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。

三、讨论

目前，生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系，即世界标准化组织（ISO）制定的10993系列标准，国内转化为国家标准（GB/T）16886系列标准。参照以上标准，选择了（致敏试验、刺激试验、溶血试验、、肌肉植入试验），由于该生物医学材料在体内是不降解的，作为异物一定会对生物体产生作用，同时生物体也会对植入材料产生排斥反应，如果该材料最终被生物体接受，就认为该生物材料与组织之间相容，被称为具有好的生物相容性；反之，被称为生物不相容。

致敏反应属Ⅳ型变态反应，试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果，又采取了最大剂量法，保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物，而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿，证明此材料无致敏反应。

刺激是不涉及免疫学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法，各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。

溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用，测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析，结果为p〈0.05，说明三组之间存在统计学差异，多组间均数的两两比较采用q检验，结果为试验组与阴性对照组之间p〉0.05，说明与阴性对照组之间无差别，而与阳性对照组之间p〈0.05，说明试验组与阳性对照组之间有显著差别。

体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前，常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级，然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。

本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血，具有良好的血液和组织相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性，有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。

参考文献

[1]MuruganR，RamakrishnaS.Developmentofnanocompositesforbonegrafting.Compos.Sci.Technol.，2005，65(15-16):2385-2406.

[2]胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志，17(1):75-79

纳米陶瓷篇5

本发明涉及一种陶瓷基复合材料成形技术，综合了压注、注凝、浸渗的原理，用以制备形状复杂、结构组分密度均匀、高强度的陶瓷基复合材料坯体，再进行烧结即可获得高韧性陶瓷基复合材料制品。本发明提出的技术是一种创新的、制备高性能复杂形状纤维增强陶瓷基复合材料的低成本、近净尺寸的成形技术，与现有纤维增强陶瓷基复合材料成形制备技术相比，具有明显的优越性，成形时间短、生产效率高。

专利号：200810228400.2

氮化铝陶瓷材料及其制备方法

本发明公开了一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法。该方法是在现有常用制备方法的原料中添加纳米氧化铝，再按照常规制备工艺进行制备。可通过直接添加纳米氧化铝或添加有机铝，如仲丁醇铝、异丙醇铝或乙酰丙酮铝，并借助有机铝的低温分解间接获得原位生长的纳米氧化铝。该方法可应用于干压成形和流延成形，采用常压或热压烧结等陶瓷制备工艺，可获得分散特性好、均匀混合的氮化铝和纳米氧化铝浆料，有利于提高物料的烧结活性、降低烧结温度，以及提高陶瓷基板的色泽一致性、平整度和粗糙度，降低生产成本，在氮化铝陶瓷生产领域具有广泛的应用。

专利号：200810224311.0

一种碳化硅陶瓷的制备方法

本发明公开了一种碳化硅陶瓷的制备方法，具体为：采用固相烧结法，将竹炭粉碎研磨后，与硅粉按质量比1:3混合，将硅碳混合物与酚醛树脂按质量体积比为1:1混合均匀；将混合物在140℃下预加热成形；在真空或者Ar气氛状态下，将温度升高到设定的最终烧结温度进行高温烧结；保持温度30min，冷却制得SiC陶瓷材料。本发明利用竹材生物结构通过高温烧结而得到的碳化物材料，竹材在绝氧条件下进行炭化得到具有竹材孔隙结构的炭骨架，以此作为陶瓷相渗入和反应的生物模板，通过金属或者无机非金属物质渗入、烧结反应，使得到的陶瓷不仅具有竹材的精细结构，而且增加了反应面积，提高了合成速度，具有一般陶瓷制备方法无法比拟的优点。

专利号：200810224957.9

精铸用自反应氧化铝基复合陶瓷型芯及其制备方法

本发明提供了精铸用自反应氧化铝基复合陶瓷型芯及其制备方法，该复合陶瓷型芯是由刚玉粉及原位合成的钛酸铝、二钛酸镁和莫来石组成，所述复合陶瓷型芯由下列重量配比的原料制成：不同粒度的刚玉粉70～85%、氧化镁粉0～2%、二氧化钛粉8～20%、蓝晶石粉6～10%，并加入占该四种原料总质量的1～3%的碳粉作为易溃散剂。所述方法将前述原料混合，干压成形后高温烧制而成。本发明氧化铝基体中添加其他原料，所制备的陶瓷型芯高温化学稳定性和热稳定性良好；热膨胀系数较低；烧结后收缩率小，室温和高温强度均满足精密铸造用陶瓷型芯的要求。

专利号：200810199121.8

一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质

一种高性能中低温烧结高压陶瓷电容器介质，涉及无机非金属材料技术领域，它采用常规的高压陶瓷电容器介质制备方法，利用电容器陶瓷的普通化学原料，制备得到无铅、无镉的无毒高性能中低温烧结(烧结温度为1100～1150℃)的高压高稳定陶瓷的电容器介质，该介质适合于制备单片陶瓷电容器和多层片式陶瓷电容器，能大大降低陶瓷电容器的成本，并且在制备和使用过程中不污染环境，其特征在于所述介质的配方包括(重量百分比)：BaTiO358～92%、SrTiO32～19%、CaZrO30.5～10%、Nb2O50.05～1%、Y2O30.03～1.0%、Co2O30.03～1.0%、Bi2Sn2O76～30%；其中BaTiO3、SrTiO3、CaZrO3分别是采用常规的化学原料以固相法合成。其耐压高，可达10kV/mm以上，介电常数为2200～3500，电容温度变化率小，符合X7R特性、Y5T和Y5U特性的要求，使用过程中性能稳定性好，安全性高，对环境无污染。

专利号：200810155056.9

一种用于降低电声转换器压电陶瓷烧结温度的添加物

纳米陶瓷篇6

关键词：高岭土；应用领域；转型升级；发展建议

1前言

矿产资源是经济社会发展的物质基础，矿产资源主要分为能源、金属和非金属三类[1]。高岭土与云母、石英和碳酸钙并称为四大非金属矿产资源。高岭土俗称瓷土，首先发现于景德镇浮梁县高岭村，遂沿用村名“高岭”而命名为高岭土。高岭土的晶体结构是由一层Si-O四面体和Al-O八面体堆叠而成，理想结构式为Al4[Si4O10]（OH）8，理论化学组成为Al2O3・2SiO2・2H2O，各组分的理论含量为Al2O339.5%、SiO246.54%、H2O13.96%。高岭土在元代被景德镇作为制瓷原料大量使用，由于高岭土具有耐火度高（达1700℃），能够提高陶瓷烧结的温度，改善瓷器的物理性能等优势，使得景德镇瓷器由低火度的软质瓷提升为高火度的硬质瓷，所以才成就了景德镇举世闻名的瓷都地位[2]。高岭土在陶瓷原料配方中所占的比例为20%～30%，添加高岭土使陶瓷中Al2O3的含量增加，促进了莫来石的生成，提高了陶瓷的稳定性和烧结强度，使得陶瓷坯体不容易变形，并且可提高陶瓷的白度[3]。

陶瓷制品是高岭土的重要应用领域。梧州高岭土资源丰富，初步探明的高岭土资源覆盖面积达23平方公里，矿藏深度为100m，储量达6.7亿t。煅烧后Al2O3含量达到45%，SiO2含量达到52%，Fe2O3含量小于0.5%，TiO2含量小于1%，白度达90。从2008年起，梧州抓住佛山陶瓷产业往西部转移的契机，以资源换产业，大力发展建筑陶瓷产业，随着开采量的增大，高岭土年税收收入已突破2000万元。梧州规模以上陶瓷企业已达14家，2014年规模以上陶瓷工业总产值达103亿元，为梧州经济社会发展做出了积极贡献。虽然高岭土的应用领域非常广泛，但梧州的高岭土主要用在陶瓷行业。陶瓷行业属于高污染、高耗能的产业，在全国环境保护压力持续增大的宏观形势下，推进产业向高附加值和低能耗、低排放升级对梧州的科学发展非常重要。本文概述了高岭土产业的应用领域和最新技术进展，提出了梧州高岭土产业转型升级的建议。

2高岭土的应用

高岭土具有可塑性、黏结性、分散性、吸附性和化学稳定性等优异的性能，广泛应用于造纸、陶瓷、环保、橡胶、耐火材料、化工、农药等领域[1]。本文着重论述高岭土在环保、催化剂、塑料、橡胶等领域的应用以及纳米高岭土的优异性能。

2.1高岭土在环保领域中的应用

高岭土有独特的层状结构和较大的比表面积，具有良好的吸附性和离子交换能力，在废水处理方面具有广阔的应用前景。郑敏等人用硫酸铝和活性炭对高岭土进行煅烧改性处理，在高岭土中增加孔隙，提高其吸附性能，对柴油废水中柴油的去除率高达99%[4]。翟由涛用Al3+和Mg2+对高岭土进行改性处理，对含磷废水中的磷有很好的吸附作用，磷的去除率达80%；高岭土是土壤的组成部分，吸附磷后可作为农肥使用[5]。纺织品印染厂排放的印染废水，具有污染物种类多、浓度高、难降解、COD（ChemicalOxygenDemand，化学耗氧量）高等特点。马万征等人用无极絮凝剂硫酸亚铁对高岭土进行改性处理，发现当硫酸亚铁与高岭土满足1：7时，对废水的处理效果最好，COD降低68.75%[6]。苯胺是染料、农药和医药生产的重要原料，具有很强的毒性，列入了“中国环境优先污染物黑名单”。刘云云等人用100℃烘干和煅烧处理过的高岭土为原料吸附废水中的苯胺，对苯胺的去除率达79.82%[7]。蔡明琴等人，以天然高岭土为原料去除水中的Pb2+、Cd2+、Ni2+和Cu2+等重金属离子，发现高岭土对重金属离子有较好的吸附效果，特别是对Pb2+有最好的吸附效果，且四种重金属离子均不易从高岭土表面解吸[8]。

2.2高岭土在催化剂领域中的应用

高岭土是制备催化剂的基质材料，主要用来制备光催化催化剂和催化裂化催化剂。TiO2和ZnO是净化环境的重要催化剂，但用纳米TiO2和ZnO进行光催化时，由于颗粒小，不易沉淀，催化剂难以回收，再生和再利用时活性成分损失大，对TiO2和ZnO进行固化处理，不仅可以解决催化剂的分离回收问题，还可克服其稳定性差和容易中毒的缺点[9、10]。张旭等人用溶胶-凝胶法制备的钛溶胶负载到硫铁矿尾矿上，采用一步煅烧法制备负载钛偏高岭土，对亚甲基蓝的光催化降解率达93.5%[9]。胡志彪等人用共沉淀法制备纳米ZnO/高岭土复合材料，对甲基橙的光催化降解率达95.37%[10]。邓中文等以高岭土/甲醇插层复合物为前驱体，与十六烷基三甲基氯化铵反应制备管状高岭土，采用溶胶-凝胶法，制备负载有TiO2的管状高岭土光催化剂，对甲基橙的光降解效率比纯TiO2提高30%[11]。提高重油转化率是炼油厂面临的迫切问题，解决问题的核心是提高催化裂化催化剂的效率。高岭土是制备催化裂化催化剂的主要基质材料，占催化剂40%左右的组分，具有价格低廉，性能优越，重油大分子预裂化和负载活性组分等作用[1，12]。王栋等人用NaOH和HCl分别对高岭土进行碱和酸改性处理，提高催化剂的抗重金属能力和重油转化能力[12]。JorgeRAMIREZ―ORTIZ等人对高岭土进行热活化处理制备的催化剂，可将餐厨废油和甲醇转化为柴油，转化效率达95%[13]。

2.3高岭土在塑料领域中的应用

高岭土作为塑料工业的填料，作用是使塑料制品外表平整，尺寸精确，抵抗化学腐蚀、减少热收缩和热裂变，有利于抛光打磨过程的进行，在塑料中的一般用量为15%～60%[3，14]。覃绿梅等人用煅烧超细活性高岭土加入PVC（聚氯乙烯）中，提高PVC电缆的绝缘性能[15]。高岭土是无机材料，与有机分子相容性较差。为增强高岭土和塑料聚合物的相容性，需要对高岭土进行改性处理。张作才等人用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性，与PP（聚丙烯）制备复合材料，提高PP的拉伸强度、缺口冲击强度和热稳定性[16]。李国喜等人用大分子表面处理剂对纳米高岭土进行表面处理，与PE（聚乙烯）熔融共混制备纳米高岭土/PE复合材料，用作食品包装膜，热学性能、热封性能、摩擦因数均优于PE膜，复合膜的水蒸气透过量降低46.4%，氧气透过量降低31.7%[17]。

2.4高岭土在橡胶领域的应用

高岭土作为填料可降低其它原材料在橡胶中的用量，降低橡胶生产成本。高岭土可增强橡胶的耐磨性、化学稳定性和机械强度，延长其老化时间，提高制品的粘稠度，防止其塌软、变形，同时可提高橡胶通透性、防水性、化学活性、防火抗燃性等性能[3，14]。王金合等人用高岭土填充硅橡胶制备可瓷化硅橡胶耐火复合材料，提高耐火电缆的耐火性能[18]。陈巧等人采用稀土盐和乳酸钾水溶液对高岭土进行表面掺杂改性，然后与天然胶乳混合，用凝聚共沉淀法制备稀土掺杂高岭土/天然橡胶复合材料，稀土掺杂高岭土在天然橡胶中有良好的分散性，二者构成的界面结合牢固，提高天然橡胶的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度[19]。

2.5纳米高岭土的优异性能

高岭土是由Si-O四面体和Al-O八面体层连接而成，单元层之间通过氢键相互连接，氢键的结合力相对较弱，因而高岭土容易加工粉碎成粉末。当加工的高岭土颗粒尺寸小到纳米量级（1～100nm）时，就制得纳米高岭土。制备纳米高岭土的方法主要有机械粉碎法、化学合成法和插层法三种，其中插层法是目前制备纳米级高岭土最有效的方法[20]。纳米高岭土具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米材料的基本特性，使得纳米高岭土出现了奇异的物理和化学性质，提高高岭土的应用性能[1，20]。如用纳米高岭土作为原料可使陶瓷具有更致密结构和更高硬度，使得陶瓷产品具有好的韧性和延展性，不易破碎[20]。纳米高岭土用于食品保鲜包装时，可延长食品保质期；用作塑料填充剂时，可使得塑料制品拥有良好的阻燃性能；纳米高岭土还可提高对磷、氮、钾的吸附量，应用前景非常广阔[21]。

3梧州市高岭土产业发展建议

3.1提升陶瓷用高岭土的品质

高岭土的应用非常广泛，陶瓷行业只是高岭土应用的一个领域，加大宣传力度，促使陶瓷行业节约集约使用高岭土资源。加大科技研发投入，研究对高岭土原料进行深加工和改性处理，提高建筑陶瓷质量的工艺路线以及制备无线电陶瓷（如：高频陶瓷、电容器件、电阻器件和高频振荡元件等）、工业陶瓷和特种工业陶瓷的可行性，延伸梧州陶瓷的产业链，提升陶瓷产品的附加值和竞争力。

3.2引进和培育专业化高岭土开发企业

企业是创新主体，产品的技术升级和产业集聚发展需要龙头企业的带动。中国高岭土有限公司位于苏州市，是全国成立最早、规模最大的高岭土专业企业[1]，建有高岭土功能材料工程技术研究中心，大规模销售耐火、砂轮、磁性材料工业用高岭土，橡胶工业用高岭土，造纸用高岭土，煅烧超细高岭土，工程塑料专用改性高岭土，化妆品专用高岭土等系列产品。福建龙岩、广东茂名、安徽淮北等地也建有大型高岭土专业企业，推动了当地高岭土产业的发展[1]。梧州还没有规模以上高岭土专业企业，成为制约高岭土产业发展的瓶颈。高岭土产业是新材料产业，属于国家和广西自治区鼓励发展的战略性新兴产业。梧州要抓住战略性新兴产业发展的契机，积极引进和培育大型高岭土专业企业。依托企业开展技术创新，对高岭土进行深加工，提高高岭土附加值。同时要依托大企业技术优势，对高岭土尾矿进行综合利用，变废为宝，促进经济建设和环境保护协同发展。

3.3注重高岭土产业与现有产业链的融合

加快发展节能环保产业是改善环境质量，保障民生，加快建设生态文明社会的迫切需求，节能环保产业发展潜力巨大，正在形成新的经济增长点。梧州是全国循环经济示范城市，也是打造珠江-西江经济带生态走廊的重要屏障，发展节能环保产业是梧州的必然选择。高岭土在节能环保领域应用前景非常值得期待，梧州要抓住粤桂合作特别试验区加快建设的契机，在试验区集聚发展节能环保产业，抓好中节能环保产业园以及中国―东盟环保技术和产业合作交流示范基地等项目；做好节能环保产业链的招商工作，实现高岭土产业和节能环保产业的融合协调发展。梧州进口再生资源加工园区是国家“城市矿产”示范基地，围绕再生铜、再生铝、再生不锈钢和再生塑料等构建循环经济产业链。梧州国龙投资集团即将在梧州进口再生资源加工园区上马年产5万吨PET项目，梧州塑料产业链将不断完善。高岭土是塑料制品的重要填充材料，要在再生塑料产业发展的过程中，注重结合高岭土产业的发展，促进梧州产业之间的互补和融合。

4结语

高岭土是重要的非金属矿产资源，应用广泛，随着经济社会的发展和科技的不断进步，高岭土的应用范围将不断扩大，各领域对高岭土的需求量也将稳定增长，不过对高岭土的品质也提出了更高要求。改性处理是提高高岭土品质的重要手段，梧州要引进和培育大型高岭土专业企业，加大科技研发投入，注重上下游产业链的结合，将高岭土资源优势转化为经济发展优势。

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