侯來廣任雪潭方紅劉艷春

（1.廣州市紅日燃具有限公司，廣州 510430；2.西南科技大學(xué)，綿陽621010）

1 引言

紅外燃燒器以熱輻射的方式加熱物體，由于輻射加熱具有很多獨(dú)特的性能，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，具有加熱效率更高、燃燒更加均勻和極低的CO、NOx產(chǎn)生率等優(yōu)點(diǎn)，因此這種燃燒器的使用也就隨之變得廣泛起來，而且已經(jīng)成為紅外節(jié)能灶具的關(guān)鍵核心部件。紅外線節(jié)能灶具就是采用了多孔紅外輻射板產(chǎn)生的紅外線加熱原理。紅外燃燒板可以輻射出一定波長的紅外線，燃燒板工作時(shí)火焰短，附著于燃燒板表面以下2mm～3mm的火孔內(nèi)，基本上看不見火焰，所以也被稱為無焰燃燒方式。由于加熱過程中能量損失很小，從而大幅度提高了灶具的熱效率。我國多孔陶瓷板燃?xì)馊紵夹g(shù)應(yīng)用于燃?xì)饩咝袠I(yè)已經(jīng)有20多年的歷史了，許多學(xué)者做了大量的研究工作并將這項(xiàng)技術(shù)造福于廣大民眾［1～5］。紅外線灶具與普通的大氣式燃?xì)鉅t相比，燃燒更完全，能夠節(jié)約燃?xì)?0%以上，長期使用也不會(huì)熏黑炊具，碳、氮氧化物的產(chǎn)生量極低，消除了對(duì)人體健康危害的隱患；具有極好的防風(fēng)性能，不容易熄火，使用更加安全。

目前市售紅外陶瓷燃燒板大都以表面黑色為主，顏色過于單一，本文就針對(duì)這點(diǎn)做了幾種新型顏色的紅外陶瓷燃燒板，而且在原料中加入不同的色料，以及調(diào)整加入量的多少來改變?nèi)紵宓臒Y(jié)溫度。本文以堇青石為基本材料，選擇幾種色料體系，進(jìn)行彩色陶瓷基體的制備研究，為豐富紅外線灶具的品種和系列產(chǎn)品提供相關(guān)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

堇青石質(zhì)紅外陶瓷板以預(yù)合成堇青石為主原料,再添加部分能形成堇青石相的無機(jī)耐熱材料，包括提供SiO2及Al2O3的粘土類原料、含Mg的滑石原料及氧化鋁原料。廢料主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢品及邊角料，再用研磨機(jī)研磨成粉。

本實(shí)驗(yàn)采用堇青石、粘土、纖維素以及各種色料為主要原料，原料的各種配比見表1。

各原料的生產(chǎn)廠家及純度如表2所示。

首先按配方比例稱量原料。稱量后倒入混合機(jī)干混1h后，往混合機(jī)里面加入稱量好的水、甘油和纖維素，再混合30min，最后加入0.5%的油酸，混合10min。混練均勻后，將泥料密封冷凍陳腐24h。本實(shí)驗(yàn)采用間歇式擠出成形方式進(jìn)行成形。坯體成形后采用微波干燥法，干燥直至含水率＜2%為止。燒成采用隧道窯，燒成溫度為1180°C。

表1 各種顏色蜂窩陶瓷的配方

表2 實(shí)驗(yàn)原料

表3 實(shí)驗(yàn)用儀器與設(shè)備

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 燃燒板的物理性能分析

燃燒板的尺寸和強(qiáng)度對(duì)后續(xù)產(chǎn)品加工和安裝使用有著重要的影響，所以收縮率和強(qiáng)度在產(chǎn)品試制時(shí)，是重點(diǎn)考慮因素之一，因此在鉻綠摻雜實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)考慮了該項(xiàng)性能指標(biāo)。

表4 鉻綠色料加入量與瓷片的收縮率及強(qiáng)度的關(guān)系

表5 不同色料種類對(duì)瓷片的抗折強(qiáng)度、吸水率及收縮率的影響

采用不同量的鉻綠色料加入量（3%，5%，8%），將各個(gè)配方的泥料成形干燥后，測(cè)量記錄坯體的長度和厚度尺寸，待燒成后再次測(cè)量記錄坯體的長度和厚度尺寸，計(jì)算出其收縮率；燒成后的陶瓷板制成標(biāo)準(zhǔn)試條測(cè)試其抗折強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表4。

由表4可以看出色料的加入量對(duì)長度收縮率的影響總體小于厚度方向，但是隨著色料加入量的增多，長度方向收縮率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，厚度方向的收縮率則呈現(xiàn)縮小的趨勢(shì)。鉻綠陶瓷板的抗折強(qiáng)度與加入色料的含量存在一定的正比例關(guān)系，隨著色料加入量的增加，陶瓷板的抗折強(qiáng)度也有一定比例的增加，但是表觀顯色情況如下：當(dāng)比例增加至10%時(shí)，不再產(chǎn)生很大差異，8%摻雜量已經(jīng)達(dá)到了顯色的基本要求。

因此從顯色效果和制作成本方面考慮，色料加入量在8%時(shí)，可以滿足設(shè)計(jì)要求?；诖耍謩e以鉻綠、鋯鐵紅、鐠黃和鈷黑為外加色料，加入量均為8%，按照前述方法制備了四種不同色系的陶瓷板，對(duì)比測(cè)試結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出摻雜鈷黑后的陶瓷板抗折強(qiáng)度最高，而摻雜鉻綠后的陶瓷片的抗折強(qiáng)度最低；產(chǎn)品的尺寸收縮率對(duì)比情況來看，長度收縮率相差不是很大；但是在厚度方向摻雜鐠黃色料后的陶瓷板收縮率最小，摻雜鉻綠色料后的陶瓷板收縮率最大。

3.2 燃燒板的燃燒性能對(duì)比測(cè)試分析

選取合格瓷片安裝在紅外線灶具上進(jìn)行燃燒性能測(cè)試，表6所示。每燃燒1h完成后均需在陶瓷板上均勻的撒上一定量的冷水總計(jì)測(cè)試十次，以此來測(cè)試陶瓷板的抗熱震性能壽命。

表6 各種顏色蜂窩陶瓷的配方性能對(duì)比

通過表6中數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，陶瓷板均未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象；其煙氣含量及熱效率性能測(cè)試對(duì)比鐠黃最差，鈷黑最佳，但總體差距不大，均在紅外線灶具能效標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。

3.3 陶瓷板的XRD衍射和SEM分析

由圖1的X衍射譜圖可以看出摻雜高溫色料后的陶瓷板雖然均出現(xiàn)了少量的其它成分衍射峰，但是堇青石為主要成分并未發(fā)生變化。圖1 X衍射圖譜中出現(xiàn)了氧化鉻成分的衍射峰，而圖2和圖3 X衍射圖譜中出現(xiàn)了硅酸鋯的衍射峰，在圖4 X衍射圖譜中出現(xiàn)了少量的鎳鍺尖晶石物相，這些少量物相的出現(xiàn)均為色料本身合成時(shí)所必須的成分。通過4種色料摻雜后的X衍射譜圖對(duì)比分析，說明色料的摻雜不會(huì)影響到堇青石質(zhì)紅外燃燒板的主體結(jié)構(gòu)，不會(huì)改變堇青石陶瓷的主要性能。因此摻雜高溫色料后不僅不會(huì)影響到紅外燃燒板的使用性能，反而增多了燃燒板的表觀色系種類。

圖1 鉻綠陶瓷板的XRD譜圖

圖2 鋯鐵紅陶瓷板的XRD譜圖

圖3 鐠黃陶瓷板的XRD圖譜

圖4 鈷黑陶瓷板的XRD圖譜

圖5 彩色瓷片的SEM照片 ×2000

圖5為摻雜8%高溫色料后燃燒板的SEM圖片，通過對(duì)比分析，1鉻綠和3鐠黃陶板的斷面結(jié)構(gòu)比較疏松，含有較多的氣孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小分布非常不均勻。2鋯鐵紅陶板和4鈷黑陶板的斷面氣孔相對(duì)較少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密。通過比摻雜色料后4種瓷片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，摻雜鉻綠后的陶板的氣孔很多，晶粒間隙較大，孔徑大小分布不均勻，呈現(xiàn)無定型珊瑚狀結(jié)構(gòu)。而摻雜鈷黑和鐠黃后的陶板氣孔相對(duì)較少，晶粒間隙比較小，其中摻雜鈷黑后的陶板內(nèi)部氣孔最少，斷面結(jié)構(gòu)也最為致密。

4 結(jié)論

4.1 隨著色料加入量的增加，陶瓷板的顯色效果逐漸增強(qiáng)，但是顯色效果在添加比例增加至10%時(shí)，不再產(chǎn)生很大差異，因此8%摻雜量已經(jīng)達(dá)到了顯色的基本要求。

4.2 摻雜不同色料后的堇青石紅外燃燒板在長度收縮率、吸水率方面的差異不大，但在抗折強(qiáng)度方面對(duì)比，加入摻雜鈷黑后的陶瓷板抗折強(qiáng)度最高，而加入鉻綠后的陶瓷板抗折強(qiáng)度則最低。

4.3 從X衍射譜圖的對(duì)比分析可以看出摻雜色料不會(huì)影響到陶瓷板的主晶相；通過抗熱震性能測(cè)試也驗(yàn)證了色料的添加并不會(huì)影響到堇青石陶瓷的主要應(yīng)用性能。

4.4 從SEM照片對(duì)比可以看出摻雜鉻綠后的陶板的氣孔很多，晶粒間隙較大，孔徑大小分布不均勻，呈現(xiàn)無定型珊瑚狀結(jié)構(gòu)。而摻雜鈷黑和鋯鐵紅后的陶板氣孔相對(duì)較少，晶粒間隙比較小，其中摻雜鈷黑后的陶板內(nèi)部氣孔最少，斷面結(jié)構(gòu)也最為致密。

4.5 通過摻雜高溫色料后的紅外燃燒陶瓷板抗熱震性能測(cè)試結(jié)果顯示，10小時(shí)連續(xù)壽命測(cè)試均未出現(xiàn)開裂，基本滿足使用要求；雖然煙氣測(cè)試中CO的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示鐠黃最高，但還是遠(yuǎn)低于家用灶具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；熱效率測(cè)試數(shù)據(jù)顯示均高于68%，也達(dá)到了紅外線灶具產(chǎn)品的能效指標(biāo)要求。