一种多孔紫砂陶瓷及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种多孔紫砂陶瓷及其制备方法、应用。

背景技术

紫砂是一种含铁量较高的粘土矿物经过高温烧结而制得的，紫砂壶由于其透气不透水的特性，广受茶友们的热爱，成为酿茶首选器具，这得益于其具有的“双气孔”的孔道结构。现有的紫砂工艺品，通常仅采用一种泥料制成，即便采用多种泥料也仅仅作为点缀，不会当作主要材料进行使用。因此紫砂工艺品的成品孔隙率较低，透气、隔热、吸水性有一定限制。

在目前已有的相关领域中，主要是添加造孔剂来提高紫砂的孔隙率，改变紫砂的孔道结构，常用的造孔剂有木屑、淀粉和碳粉等生物质粉，但往往会导致以下问题，不均匀性：由于这些材料的颗粒大小和形状可能不一致，造成的孔洞分布不均匀，影响紫砂的质量和强度。粉尘问题：碳粉和木屑在使用过程中可能会产生粉尘，对环境产生污染，且环境和操作者的健康有潜在影响。不稳定性：木屑和淀粉在湿润环境下容易吸湿膨胀，导致紫砂的孔洞尺寸和形状发生变化，影响制品的稳定性。应用受限：以这些材料为造孔剂，在高温条件下，会变成气体烧出，在表面留下孔洞，仅用于过滤器以及耐火材料等应用，难以制备成紫砂壶。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

1.传统紫砂的孔隙率较低，对紫砂的透气、隔热、吸水性有一定限制；

2.常用造孔剂会对紫砂的质量有影响，造成环境污染，且难以制备成紫砂壶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种多孔紫砂陶瓷及其制备方法、应用。

本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种多孔紫砂陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1、紫砂泥经处理得到紫砂粉末；

S2、加入氧化铁与紫砂粉末混合，加入水调练成泥浆，然后进行塑形；

S3、将塑形后的泥浆烘干，然后升温至1166℃进行烧结，即得所述多孔紫砂陶瓷。

本发明通过加入氧化铁颗粒与紫砂混合，氧化铁起到造孔、助熔剂作用，通过高温烧结形成以赤铁矿为中心的孔道结构，增加了紫砂陶瓷的孔隙率，改善了紫砂陶瓷的透气性。

进一步地，所述氧化铁为10um云母氧化铁。

本发明选用云母氧化铁，造孔剂颗粒的大小和形状决定了多孔陶瓷气孔的大小和形状，因此对作为气孔添加剂的颗粒形状大小和级配、直径及长径比具有一定的要求，云母氧化铁形貌为二维层状结构，对气孔形成分布具有更好的效果。造孔剂的粒径对于多孔陶瓷的气孔率和孔径大小及分布略有影响，因为相同质量的造孔剂，粒径越小，比表面积越大，粒子数越多，在和粉粒混合时，相对混合均匀程度和相对表观体积大，加入粒径较小的造孔剂，其气孔率略大于加入粒径较大的造孔剂的气孔率，且孔径分布变窄，为了更好的性能，本发明云母氧化铁粒径为10um。

进一步地，步骤S1中，紫砂泥于60℃烘干12h，再经研磨、过筛得到紫砂粉末，过筛目数为60目。

进一步地，步骤S2中，所述氧化铁与紫砂粉末的质量比为1:10。

进一步地，步骤S2中，加水量为紫砂粉末重量的15～30％。

进一步地，步骤S2中，塑形方法为使用陶拍多次拍打。

进一步地，步骤S3中，于马弗炉中烧结，具体烧结制度是室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温时间180min，最后保温20min。

本发明还提供通过上述制备方法制得的多孔紫砂陶瓷。

本发明还提供该多孔紫砂陶瓷在紫砂壶中的应用。

本发明所要保护的技术方案具备的技术效果或优点：

(1)本发明利用紫砂中所含有的赤铁矿，作为造孔剂对含铁量较少的本山绿泥紫砂进行增孔，氧化铁的掺入并不会产生新的晶相，这有利于保留紫砂原有的特性。同时，氧化铁的加入改变了紫砂的孔道结构，增加了孔径尺寸，提高了孔隙率，增大了比表面积，从而在隔热和吸水性能方面有所提升，也改变了紫砂的透气性，有益于泡茶时茶汁特征提取物的吸收与释放，从而增强茶汤的口感和香气，让茶汤更加丰富和浓郁，产生独有的饮茶增香效果。

(2)在紫砂制作陶艺中，氧化铁的加入可以改变泥料的黏性和可塑性，利于工艺流程，同时，氧化铁作为助熔剂，能较低烧结温度，能减小烧结后的形变，控制收缩率，以达到预期效果。且铁作为人体所需微量元素，可预防缺铁性贫血，提高能量代谢，增强免疫能力等。

(3)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

紫砂作为中国传统文化的代表之一凭借其独特的工艺和历史背景，在市场具有一定的商业价值，在掺杂不同尺寸、形貌的氧化铁后，能有效地改变紫砂原有的色泽和光泽，能够吸引广大艺术品收藏家和紫砂爱好者的关注，可以更好地将这种文化发扬光大。特殊颜色的紫砂制品在设计上独具个性，可吸引陶艺师代表作品，独特陶刻工艺，将书法、绘画和镌刻融入到新的紫砂中，使它们获得了全新的艺术表现形态。同时，紫砂的发展在茶文化中也起着重要作用，高孔隙率和高比表面积紫砂孔道，可以使紫砂壶在泡茶过程中可以更好地吸收茶叶中的香气和营养成分，从而受到茶艺爱好者的追捧，带动茶文化相关的产业的经济发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1、对比例1～3制得的陶瓷的XRD衍射分析图；

图2为本发明实施例1、对比例1～3制得的陶瓷的SEM图；

图3为本发明实施例1、对比例1～3制得的陶瓷的BET图；

图4为本发明实施例1、对比例1～3制得的陶瓷的透气度柱状分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种多孔紫砂陶瓷的制备方法，包括步骤：

S1、紫砂泥经处理得到紫砂粉末；

S2、加入氧化铁与紫砂粉末混合，加入水调练成泥浆，然后进行塑形；

S3、将塑形后的泥浆烘干，然后升温至1166℃进行烧结，即得所述多孔紫砂陶瓷。

具体地，所述氧化铁为10um云母氧化铁。

在一个具体实施例中，步骤S1中，紫砂泥于60℃烘干12h，再经研磨、过筛得到紫砂粉末，过筛目数为60目；

在一个具体实施例中，步骤S2中，所述氧化铁与紫砂粉末的质量比为1:10，加水量为紫砂粉末的15％～30％。

在一个具体实施例中，步骤S2中，塑形方法为使用陶拍多次拍打

在一个具体实施例中，步骤S3中，于马弗炉中烧结，具体烧结制度是室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温时间180min，最后保温20min。

由于紫砂中含有赤铁矿，氧化铁的掺入不会产生新的晶相，氧化铁的加入可以改变泥料的黏性和可塑性，氧化铁作为助熔剂，能降低烧结温度，减小烧结后的形变，控制收缩率，提升了多孔紫砂陶瓷的性能；而且氧化铁的加入改变了紫砂的孔道结构，增加了孔径尺寸，提高了孔隙率，增大了比表面积，制备的多孔紫砂陶瓷具有高孔隙率和高比表面积紫砂孔道，可以使以该多孔紫砂陶瓷制成的紫砂壶在泡茶过程中可以更好地吸收茶叶中的香气和营养成分。

实施例1

本实施例制备一种多孔紫砂陶瓷，具体过程为：

取200g本山绿泥放入烘箱中于60℃烘干12h，烘干后研磨成粉末，通过60目筛网过筛，取20g 10um云母氧化铁与过筛后的粉末放入搅拌机中搅拌30min，使氧化铁均匀分布在本山绿中；

向混合均匀后的粉末中加入55mL去离子水，调练成泥浆，放入直径为3.3cm的圆形模具中用陶拍进行60下拍打，除去泥料中多余的空气；

从模具中取出塑形样品，放入60℃烘箱中12h烘干，排除部分表面水分和层间吸附水分，转移至马弗炉中以室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温180min，最后保温20min的烧结制度进行烧结，得到本山绿泥掺杂氧化铁多孔紫砂陶瓷。

对比例1

取200g本山绿泥放入烘箱中于60℃烘干12h，烘干后研磨成粉末，通过60目筛网过筛；

向本山绿粉末中加入55mL去离子水，调练成泥浆，放入直径为3.3cm的圆形模具中用陶拍进行60下拍打，除去泥料中多余的空气；

从模具中取出塑形样品，放入60℃烘箱中12h烘干，排除部分表面水分和层间吸附水分，转移至马弗炉中以室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温180min，最后保温20min的烧结制度进行烧结，得到本山绿泥紫砂陶瓷。

对比例2

本实施例制备一种多孔紫砂陶瓷，具体过程为：

取200g本山绿泥放入烘箱中于60℃烘干12h，烘干后研磨成粉末，通过60目筛网过筛，取20g 10um氧化铁与过筛后的粉末放入搅拌机中搅拌30min，使氧化铁均匀分布在本山绿中；

向混合均匀后的粉末中加入55mL去离子水，调练成泥浆，放入直径为3.3cm的圆形模具中用陶拍进行60下拍打，除去泥料中多余的空气；

从模具中取出塑形样品，放入60℃烘箱中12h烘干，排除部分表面水分和层间吸附水分，转移至马弗炉中以室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温180min，最后保温20min的烧结制度进行烧结，得到本山绿泥掺杂氧化铁多孔紫砂陶瓷。

对比例3

本实施例制备一种多孔紫砂陶瓷，具体过程为：

取200g本山绿泥放入烘箱中于60℃烘干12h，烘干后研磨成粉末，通过60目筛网过筛，取20g 1um氧化铁与过筛后的粉末放入搅拌机中搅拌30min，使氧化铁均匀分布在本山绿中；

向混合均匀后的粉末中加入55mL去离子水，调练成泥浆，放入直径为3.3cm的圆形模具中用陶拍进行60下拍打，除去泥料中多余的空气；

从模具中取出塑形样品，放入60℃烘箱中12h烘干，排除部分表面水分和层间吸附水分，转移至马弗炉中以室温～300℃，升温时间105min，300～500℃，升温时间60min，500～800℃，升温时间165min，800～1166℃，升温180min，最后保温20min的烧结制度进行烧结，得到本山绿泥掺杂氧化铁多孔紫砂陶瓷。

测试例

对实施例1、对比例1、对比例2、对比例3制备得到的陶瓷进行XRD衍射测试分析，结果见图1，可以看出，在本山绿泥和本山绿泥掺杂氧化铁中，都具有莫来石和石英的两种晶相，本山绿泥掺杂氧化铁在2θ＝24.2°左右，有一个赤铁矿的特征峰，证明氧化铁成功掺入。

对实施例1、对比例1、对比例2、对比例3制备得到的陶瓷进行SEM测试分析，结果见图2(a为对比例1、b为对比例2、c为对比例3、d为实施例1)，本山绿泥的孔隙孔径主要集中在0.5～10μm之间，尺寸较小呈现不规则形貌，孔的边缘比较明显，孔内部无明显颗粒析出；本山绿泥掺杂云母氧化铁后，孔隙孔径主要分布在0.5-30um之间，尺寸较小的孔道多呈狭缝形，尺寸较大的孔道形貌多变，孔道的分布较为密集，部分孔道之间相互贯通，且部分深不见底，孔的边缘比较明显，孔的数量增多，孔隙率提高，孔的内部无明显的颗粒物析出。

对实施例1、对比例1、对比例2、对比例3制备得到的陶瓷进行BET氮气吸脱附分析，得到BET氮气吸脱附曲线及孔径分布图，结果见图3(e为对比例1、f为对比例2、g为对比例3、h为实施例1)，根据BET比表面积数据可知，所有陶瓷均含有少量的微、介孔，测得实施例1、对比例1、对比例2、对比例3的比表面积分别是1.0770m

根据多孔陶瓷透气国家标准GB/T 1968-1980对实施例1、对比例1、对比例2、对比例3制备得到的陶瓷进行透气度测试分析，每组样品测3次得到标准差，结果见图4，本山绿泥的透气度为251.65m

由于紫砂中含有的赤铁矿，氧化铁的掺入并不会产生新的晶相，这有利于保留紫砂原有的特性；氧化铁的加入可以改变泥料的黏性和可塑性，氧化铁作为助熔剂，能降低烧结温度，减小烧结后的形变，控制收缩率，提升了多孔紫砂陶瓷的性能；同时，10μm云母氧化铁的加入作为造孔剂对含铁量较少的本山绿泥紫砂进行增孔，改变了紫砂的孔道结构，增加了孔径尺寸，提高了孔隙率，增大了比表面积，从而在隔热和吸水性能方面有所提升，也改变了紫砂的透气性，有益于泡茶时茶汁特征提取物的吸收与释放，从而增强茶汤的口感和香气，让茶汤更加丰富和浓郁，产生独有的饮茶增香效果。

在紫砂制作陶艺中，氧化铁的加入可以改变泥料的黏性和可塑性，利于工艺流程，同时，氧化铁作为助熔剂，能较低烧结温度，能减小烧结后的形变，控制收缩率，以达到预期效果。而且铁作为人体所需微量元素，可预防缺铁性贫血，提高能量代谢，增强免疫能力等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。