纳米ZnO及纳米Ag/ZnO复合粉体对陶瓷降温烧结及性能影响研究

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纳米ZnO具有较强的烧结活性和光催化活性,Zn2+、Ag+具有优越的抗菌活性,且Zn2+有利于Ag以离子形式存在,使其保持较高抗菌活性,能提高Ag抗变色性能,有利于在陶瓷中的应用。本文对纳米ZnO在陶瓷坯体及纳米Ag/ZnO复合粉体在釉料中的降温烧结及性能影响进行研究,并进行节能减排分析。当温度>550℃,纳米ZnO对陶瓷坯体的烧结起到明显促进作用,添加量越大,失重量也越大,陶瓷坯体致密化程度越高。纳米ZnO添加量分别为0%、1%、3%、5%时,陶瓷坯体高温熔融吸热峰分别出现在1153℃、1137℃、1135℃、1049℃,纳米ZnO可显著降低坯体中长石类物质的熔融分解温度,有效促进坯体的烧结熔融过程。纳米ZnO对烧结后陶瓷坯体物性存在显著影响,相同烧结温度下,随着添加量的增加,线收缩率、烧结密度逐渐增大,吸水率逐渐减小。纳米ZnO的加入降低了钾长石和石英晶相的转化温度,促进锌尖晶石在较低温生成,即有利于降低陶瓷坯体的烧结温度。纳米ZnO添加量5%时可降低坯体烧结温度90℃,烧结吸热量13.75%。纳米Ag/ZnO复合粉体可降低釉料的失重量,明显降低釉料的始熔温度、熔融温度,且能加宽烧结温度范围。纳米材料添加量为5%时,可降低烧结熔融温度85℃,烧结温度范围可加宽17℃,有利于釉料的均化。在釉料中添加纳米Ag/ZnO复合粉体还能有效改善釉面硬度、白度、抗釉裂性能等,同时有利于降低烧结温度及缩短保温时间。纳米Ag/ZnO复合粉体添加量5%,烧结温度1150℃、保温时间10min时,釉面陶瓷可达到较好的烧结效果和抗菌自洁净活性,对9.54×109cfu/mL、4.38×108cfu/mL的大肠杆菌菌液抗菌率分别为88.4%、98.6%,对甲基橙溶液(21.0mg/L)及亚甲基蓝溶液(8.85mg/L)的催化降解效率分别为22.3%、44.5%。与普通ZnO相比,纳米Ag/ZnO复合粉体中由于银的掺杂及材料的纳米级尺寸能够更显著提高釉面性能,有效避免釉面的针孔缺陷,使得高温制备的釉面陶瓷釉层气泡少且小,促进釉面平滑光润。釉料中添加5%纳米Ag/ZnO复合粉体,可降低釉料烧结熔融吸热量50.28%。本研究可实现陶瓷生产行业的节能减排,每吨釉面陶瓷可节约139kg标煤,可降低的污染物排放费用约为356元。同时釉面抗菌自洁净功能可减少有机清洗剂的用量,对环境保护有着重要的意义。
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