常温远红外陶瓷辐射材料的介绍

张纯彦魏美玲
（山东工业陶瓷研究设计院）

    一、制备工艺过程
     (一)原料的选选：所用原料，均系高纯化工原料，见表1。

表1 选用原料及纯度

Mn₂O₃	NiO	Cr₂O₃	Fe₂O₃	CoO	CuO	Al₂O₃	其它
工业纯	工业纯	工业纯	工业纯	工业纯	化学纯	工业纯	分析纯

     (二)配料及配合：将所用原料按拟定配方配制，而后于振动混料机中混合15~20分钟，同时，粉碎原料中的团聚合体，使各种原料都能均匀地混合在一起。
     (三)煅烧合成及粉碎：将混匀后的配合料压块并置于坩锅之中，于1000~1300℃的温度下经数小时高温合成，冷却后粉碎?lt;20μm微粉体备用。
     (四)制品的制备：将合成的常温远红外陶瓷粉，加入适量结合剂后，即可模制成型，亦可注浆成型为各种形状制品，或加入适量粘合剂，稀释后配成远红外涂料等等。工艺流程图见图1。

    二、常温远红外线的幅射机理
     物体中的电子振动或激发的结果，就会向外放出辐射能，一切物体只要在开氏零度以上，同部的电子主举振动，这种振动随温度的升高而增加，这种振动使许多粒子发生冲撞，冲撞的结果使电子得到能量变成了激发的状态，使外层电子提高到较高的能位上去，以致使它脱离了原来的轨道。但是，电子在这种能位上是不稳定的，几乎随时就有跳回到原来轨道上的趋势，即从不稳定的较高能位回到原来的较低能位，电子每往回跳一次就会产生一个量子能，释放出辐射能。对于具有高红外辐射能力的材料，辐射能以红外线的形式输出。因此，凡温度高于开氏零度（- 273℃）的任何物体，都会有红外线向处辐射。随着辐射体材质分子结构和温度等诸条件的不同，其辐射波长也各不相同。
     在红外辐射波段中，当分子中的原子或原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，会产生2.5~25μm的远红外辐射，如果辐射源是由分子的转动特性改变所引起的辐射，则发生大于25μm的远红外辐射。实验发现振动光谱的能量约为转动光谱能量的100倍。因此在远红外的波长选择中，2.5~25μm为高载能波，具有较好的应用价值。
     为了简单说明常温远红外陶瓷的能量流动，日本学者采用图2来说明。假定从外界进入系统的能量为EA，从系统向外界输出的能量为EL2，置于系统内陶瓷从系统吸收能量为EL1，陶瓷向系统输出能量为EC，则其能量平衡为：

     则系统中总能量平衡为：

     考虑以热量Ｑ表示的形式则为：

     这符合势力学第二定律。也就是说，常温远红外陶瓷从外界吸收能量，而后以远红外能量形式输出，最终保持能量平衡。

    三、影响幅射率的因素
     (1)辐射材料及其配合
     若要实现常温下的高效辐射，远红外材料及其配合是本项工作的关键。目前，用在热辐射源的高辐射系数的远红外辐射材料有金属氧化物，碳化物，氮化物和硼化物（见表3）。采用高辐射系数远红外辐射材料几种以上，使其固有发射波长相吻合，加入以稀土元素为主的活化剂，以提高常温下的辐射率。图3是Al2O3陶瓷300℃时的远红外辐射率；图4是Al2O3 掺加高辐射系数的其它材料后的远外辐射率。
     由上可见，采用各种高辐射系数的材料配合，可提高辐射波长范围及全波长领域的配合，可提高辐射率起促进和补充作用。

元素	氧化物	碳化物	氮化物	硼化物
B	B₂O₃	B₄C	BN	CrB、Cr₃B₄
Cr	Gr₂O₃	Cr₂C₂	CrN
Si	SiO₂	SiC	SiN
Ti	TiO₂	TiC	TiN	TiB₂
Zr	ZrO₂	ZrC	ZrN	ZrB₂
Al	Al₂O₃	—	—	—
Fe	Fe₂O₃	—	—	—
Mn	MnO₂	—	—	—
Ni	Ni₂O₃	—	—	—
Co	Co₂O₃	—	—	—

(2)温度的影响
由1所述，远红外的辐射，是由热引起的电子、原子的热运动所致，因此一般来说，随温度升高，原子、电子的热运动加剧，远红外辐射率将提高。而对于常温远红外陶瓷，远红外辐射率也随温度的提高而增大。25℃时的辐射率为80％左右，50℃时提高到接近90％，100℃时达到90％左右。从37℃~150℃温度的辐射率相差不很大，这表明在人体体温时即产生大辐射的远红外线。