２５
入烘箱 １ ０ ｈ ，得到凝胶，烘干，一定温度煅烧，即可得 到堇青石超细粉体。
１ ． １ ． ２ 尖晶石型铁氧体的制备
选用分析纯的硝酸铁，硝酸锰，硝酸铜，柠檬酸 为原料，采用溶胶－凝胶法合成 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ ４ 铁氧体粉 末，其具体步骤如下：首先按照 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ 化学计量
２ ． ２ 粉体的微观结构分析
２ ． ２ ． １ 堇青石粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 分析
中国陶瓷│ ＣＨＩＮＡ ＣＥＲＡＭＩＣＳ │ ２００６（４２）第 ７ 期│ ２７
中 国 陶 瓷
堇青石粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 照片如图 ４ 所示。由图 ４ 可知， 经 １ ２ ５ ０ ℃焙烧 ２ ｈ 后的粉体形状不一，大多为立方颗
看出，１ ０ ０ ０ ℃焙烧 ２ ｈ 的铁氧体颗粒大多数呈无规则粒 状和厚板状形态。大多数颗粒的粒径为 ３ μ ｍ 左右，并
ａ） Ｘ５００
图 ５ 铁氧体粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 形貌图 Ｆｉｇ．５ Ｓｕｒｆａｃｅ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｆｅｒｒｉｔｅ
ｂ） Ｘ２０００
有不同程度团聚。 ２ ． ２ ． ３ 红外辐射陶瓷粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 分析 图 ６ 为掺杂量为 ２５ ％，１ ２ ０ ０℃保温 ２ｈ 所烧结的复
图 １ 堇青石粉体的 Ｘ 射线衍射图 Ｆｉｇ．１ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒｓ
℃焙烧后的粉末，主晶相为μ－堇青石，当温度升到 １ １ ５ ０ ℃时，开始有α－μ－堇青石衍射峰已 在减弱，这说明α－堇青石是由μ－堇青石直接转换 而成。随着烧结温度的不断升高，其含量不断增加，衍 射峰越来越强，结晶程度也越来越好。在温度 １ ２ ５ ０ ℃ 时，主晶相全部由α－堇青石组成。可见，以正硅酸 乙酯、硝酸铝和硝酸镁为原料，用溶胶－凝胶法在 １ ２ ５ ０ ℃时便可合成α－堇青石。
４
采用荷兰 ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ 公司产 Ｘ’ｐｅｒｔ ＰＲＯ 型 Ｘ 射线衍射仪对试样进行物相分析，测试条件为：Ｃ ｕ ／ 石 墨单色器，管压管流 ４０ＫＶ／４０ｍＡ， 测试步长 ０ ． ０ ５ ｏ ，λ 为 １．５４１８ｎｍ，扫描范围 １０ｏ ≤ ２ θ≤ ８０ｏ。用荷兰 Ｐｈｉｌｉｐｓ 公司产的 ３ ０ Ｘ Ｌ Ｆ Ｅ Ｇ 型场发射扫描电镜观察试样的形 貌、晶体发育状况及分布情况。利用日本日立公司的 Ｕ Ｖ － ３ ０ １ ０ 型紫外－可见分光光度计测试样品对可见 光的吸收性能。利用中科院上海技术物理研究所研制 的 Ｉ Ｒ Ｅ － ２ 型红外辐射测量仪测试样品的红外发射率， 测 试条件为：温度 ５ ０ ℃，测量精度为± ０ ． ０ １ ，控温精度 为± ０．１℃，湿度 ４０ ％［８］。
３ 结 论
３ ． １ 采用溶胶－凝胶法分别合成了堇青石和尖晶 石型铁氧体，在 １ ２ ５ ０ ℃时形成了高纯度的α－堇青石， １ ０ ０ ０℃形成了高纯度的尖晶石型铁氧体 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ４。
图 ３ 红外辐射陶瓷粉体的 Ｘ 射线衍射图 Ｆｉｇ．３ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｗｄｅｒｓ
堇青石衍射线的强度逐渐减弱，而铁氧体衍射线的强 度逐渐增强。说明加入的铁氧体在高温下固溶于结构 不紧密的堇青石晶格［ ９ ］ 中，使堇青石含量降低。
相陶瓷的 Ｓ Ｅ Ｍ 照片。由图可见，堇青石与铁氧体混合
均匀，颗粒间堆积紧密。大颗粒堇青石表面的小颗粒 应该为铁氧体。大颗粒的堇青石互相连接，构成一个 整体骨架，小颗粒的铁氧体均匀分散在堇青石的基质 上，或充填在堇青石之间的空隙中。
ａ） Ｘ５００
ｂ） Ｘ５０００
图 ６ 铁氧体为 ２ ５ ％时的红外陶瓷粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 图 Ｆｉｇ．６ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｐｏｗｄｅｒ ｗｉｔｈ ２５％ ｆｅｒｒｉｔｅ
４
比 １ ∶１ ∶１ 将相应的硝酸锰、硝酸铜和硝酸铁溶于适量 的去离子水中，将与金属离子物质的量之比为 １ ： １ 的 柠檬酸加入其中，充分搅拌，８ ０ ℃水浴 ２ ｈ ，得到深绿 色溶胶。然后放入烘箱，１ ３ ０ ℃烘干 ３ｈ 即得干凝胶，一 定温度煅烧得到尖晶石型铁氧体超细粉末。
１ ． １ ． ３ 红外辐射陶瓷粉体的制备 将所合成的堇青石和铁氧体以一定质量比混合， 用行星磨研磨，然后在电炉中高温煅烧，即可得到红
２ 结果与分析
２ ． １ 粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ 分析
２ ． １ ． １ 堇青石粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ 分析 堇青石前驱体的干凝胶经 ９５０℃，１０５０℃，１１５０℃， １ ２ ５ ０ ℃焙烧 ２ ｈ 后，其衍射图如图 １ 。由图可知：１ ０ ５ ０
图 ２ ＦｅＭｎＣｕＯ 粉体的 Ｘ 射线衍射图 ４
２ ． ３ 红外辐射陶瓷粉体的可见光吸收性能
利用紫外－可见分光光度计测出样品在 ４ ０ ０ － ９ ０ ０ ｎ ｍ 波段对可见光的吸收性能，由于样品不透明，因 而采用反射光谱测量方法测量［ １ ０ ］，实验结果如表 ３ 所 示。
由表 ３ 可见，在三个影响因素中，掺杂量影响最
大，其次是煅烧温度，最后是保温时间。粉体对可见 光的吸收性能随着铁氧体掺杂量的增加而增加，在掺 杂量为 ５ ％时，对可见光的吸收率仅 ４ ５ ． ７ １ ％ ，但是当 掺杂量为 ２ ５ ％时，吸收率上升到 ９ ２ ． １ ７ ％，铁氧体的 加入显著提高了样品对可见光的吸收性能。这是因为 铁氧体 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ 本身是一种优质的太阳光谱选择性
【 关 键 词 】： 红 外 陶 瓷 ，可 见 光 吸 收 ，堇 青 石 ， 铁 氧体
引 言
红外辐射材料是在一定红外波段范围内具有较高 辐射率和较高辐射强度的无机材料，已在军事技术、 工农业生产、空间技术、资源勘测、气象预报和环境 科学等许多不同的领域内获得了广泛应用［ １ ］。近年来， 随着常温红外辐射材料的研究开发，红外加热技术已 从过去的工业窑炉节能方面［ ２ ， ３ ］ 的应用扩展到食品的制 备，动植物的培养，水果蔬菜的保护、催化净化等方 面。与高温红外辐射陶瓷相比，常温红外辐射陶瓷具 有：（ １ ） 在常温下其辐射率一般可大于 ８ ５ ％；（２ ）光热 转换效率高，无需热源，可吸收周围环境热量（太阳 光）然后以远红外能量形式输出的特点；它是一种新 型光热转换功能陶瓷材料，（３ ）把远红外陶瓷粉作为 原料，按照普通陶瓷生产工艺，制成远红外陶瓷球，用 于节油、节能系统，效果良好，已经越来越多地被用 于国民经济生产和人类日常生活。如远红外陶瓷置于 食物容器内壁具有食物保鲜作用；利用远红外陶瓷的 高辐射激活水分子，可以净化水源；远红外辐射材料 可以激活植物体内的水分子，干燥果肉，肉类及取暖； 还可用于食品发酵、细菌培养或抑杀等［ ４ ， ５ ］。
研究中采用溶胶 － 凝胶（Ｓ ｏ ｌ － ｇ ｅ ｌ ）法制备粉体， 这是近年来发展起来的制备纳米材料的一种新方法［ ６ ］ ， 所制备的粉体纯度高，均匀性好、活性强、烧结性能 好。从材料复合设计的角度［ ７ ］ 出发，利用多相优势互 补，选择具有高辐射率的堇青石和具有对太阳能吸收 率很大的尖晶石型铁氧体 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ ４ 为主要组分，制 备出自身吸热的高发射率红外辐射陶瓷。
Ｆｉｇ．２ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ＦｅＭｎＣｕＯ ｐｏｗｄｅｒｓ ４
射峰不强，晶型不完整，随着温度升高到 １ ０ ０ ０ ℃，衍 射峰达到最强，晶型最完整，晶量最多。可见，以硝 酸铁，硝酸镁，硝酸铜和柠檬酸为原料，利用溶胶－ 凝胶法在 １ ０ ０ ０ ℃时就制备出了超细铁氧体粉末。
２ ． １ ． ３ 红外辐射陶瓷粉体的 Ｘ Ｒ Ｄ 分析 图 ３ 是掺杂了铁氧体的粉末衍射图。由图 ３ 可知， 粉末物相主要有 ＦｅＭｎＣｕＯ ４、Ｍｇ ２Ａｌ ４Ｓｉ ５Ｏ １８、（Ｍｇ ，Ｆｅ）２Ａ ｌ４Ｓ ｉ ５Ｏ１ ８ 和（ Ｍ ｇ ，Ｃ ｕ ） ２Ａ ｌ ４Ｓｉ ５Ｏ １８，可以看出，随着掺杂量的增加，
收稿日期：２００６－４－２４ 基金项目：广东省自然科学基金资助项目（０５００６５６４）
外辐射陶瓷粉体。采用三因素三水平的正交表 Ｌ ９ （ ３ ４ ） 设 定 实 验 ，其 中 铁 氧 体 加 入 量 以 质 量 百 分 数 计（ 下 同 ）。
具体配方与烧成工艺如表 ２ 所示。
１ ． ２ 性能测试
２６ │中国陶瓷│ ＣＨＩＮＡ ＣＥＲＡＭＩＣＳ │ ２００６（４２）第 ７ 期
２００６ 年 第 ７ 期
粒，大小约 ５ ～１ ０ μ ｍ ，小颗粒居多，且有不同程度 的团聚。
ａ） Ｘ５００
图 ４ 堇青石粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 形貌图 Ｆｉｇ．４ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ ｐｏｗｄｅｒ
ｂ） Ｘ２０００
２ ． ２ ． ２ 铁氧体粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 分析 铁氧体粉体的 Ｓ Ｅ Ｍ 照片如图 ５ 所示。从图 ５ 可以
【摘 要】：选择高红外辐射率的堇青石和对可见 光吸收率很大的尖晶石型铁氧体 Ｆ ｅ Ｍ ｎ Ｃ ｕ Ｏ 为主要组分，
４
制备出高可见光吸收的高效红外辐射陶瓷。用 Ｘ 射线 衍射仪、扫描电子显微镜、紫外－可见分光光度计和 红外辐射测量仪分别对合成粉体的相组成、显微结构、 可见光吸收性能以及红外辐射性能进行了研究。结果 表明：在铁氧体掺杂量为 ２５ ％，１ ２ ０ ０ ℃保温 ２ｈ 烧成的 陶瓷在 ４００ｎｍ － ９００ｎｍ 波段的吸收率为 ０．９２，远红外辐 射率为 ０．９４。
１ 实验
１ ． １ 样品的制备
１ ． １ ． １ 堇青石粉体的制备 以分析纯的正硅酸乙酯（Ｔ Ｅ Ｏ Ｓ ）和分析纯的硝酸 铝、硝酸镁为原料，按堇青石（Ｍ ｇ Ａ ｌ Ｓ ｉ Ｏ ）化学计
２ ４ ５ １８
量比配料，先取一定化学计量的硝酸铝、硝酸镁溶于 适量的水中，通过磁力搅拌器使其混合均匀。然后称 取一定的正硅酸乙酯，溶于乙醇溶液中（正硅酸乙酯 与乙醇的摩尔比为 １ ∶４ ），充分混合均匀，配置好 Ｓ ｉ （Ｏ Ｃ ２ Ｈ ５ ） ４ － Ｃ ２ Ｈ ５ Ｏ Ｈ 溶液，在不断搅拌的情况下，将硝 酸铝和硝酸镁水溶液缓慢地滴到配置好的 Ｓ ｉ （Ｏ Ｃ ２ Ｈ ５ ） ４ － Ｃ Ｈ Ｏ Ｈ 溶液中，搅拌均匀后得到透明溶胶，６ ０ ℃放