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NaF掺杂对电气石基复合材料烧结特性及红外辐射性能影响-National
工程科技與教育學刊 第七卷 第二期 民國九十九年四月 第 182~186 頁
NaF 摻雜對電氣石基複合材料燒結特性及紅外輻射性能影響
吳稼祺、周靜、陳文
武漢理工大學材料科學與工程學院,武漢 430070
Email : chenw@whut.edu.cn
摘 要
以天然電氣石為基體,引入 Fe-Mn-Cu 尖晶石形成電氣石基複合材料,提高了電氣石的紅外輻射率,且
隨 Fe-Mn-Cu 含量的增加,3-5μm 波段紅外輻射率顯著提高,但同時也提高了複合材料的燒成溫度。適量的
NaF 摻雜使 Na+取代電氣石中的 Ca2+和 K+ 、F-取代電氣石中的 OH-形成了低共熔的布格電氣石相,當 NaF
摻雜量為 3~7wt%時,電氣石基複合材料的燒結溫度可從 900℃降到 600℃以下,避免了電氣石分解對紅外
輻射性能的影響。NaF 摻雜對複合材料紅外輻射性能的影響不大,當 Fe-Mn-Cu 摻雜量為 3~7wt% ,在500~600
℃區間燒結可獲得輻射率較好的電氣石基複合材料,其全波段輻射率達 0.9 以上,3~5μm 波段紅外輻射率
最高可達 0.87 ,14μm 前波段紅外輻射率最高可達 0.94 。
關鍵字:電氣石、NaF 摻雜、Fe-Mn-Cu 尖晶石、燒結特性、紅外輻射率
1. 前 言
目前環境和能源問題已成為決定全球經濟穩定及生態穩定的關鍵因素,如何對現有能源合理節約的利
用及減少有害氣體排放量是各國都非常關注的研究課題[1] 。研究發現,燃油中C-C 鍵可以共振吸收 3.2~3.6
μm 波長的光子,C=C 與 C ≣C 鍵則分別吸收 4.4~4.7 μm 與 5.8~6.2 μm 波段的光子,在燃燒時只需較小的熱
能即可擊破燃油分子中的碳碳共價鍵。而 8~14 µm 波段的紅外射線則可打散團聚的燃油分子,使其轉化為
液體微粒便於與氧氣均勻混合,可促使燃油充分燃燒,有效降低有害氣體的排放量,達到節能減排的目的
[2,3] 。因此,在汽車的油路中引入在 3~14 µm 波段具有較高紅外輻射率的材料可有效的提高柴油的燃燒效
率,尤其是當材料在 3~6.2 µm 波段的紅外輻射率較高時,將極大的提高汽車的節能減排效果。
天然電氣石具有一定的紅外輻射特性,尤其是在 3~6.2 µm 波段的紅外輻射率可達 0.82 ,但是其他波段
的紅外輻射率不高,並且由於其結構不穩定,經過高溫處理後 3~6.2 µm 波段的紅外輻射率下降到 0.63[4~6] 。
為此,本文通過引入具有高紅外輻射率的 Fe-Mn-Cu 尖晶石以提高複合材料各個波段的紅外輻射率[7] 。通過
引入 NaF 作為助熔劑以降低電氣石基複合材料的燒結溫度,研究 NaF 對複合材料燒結制度的影響規律,在
不影響其紅外輻射性能的前提下使複合材料實現低溫燒結。
2. 實 驗
採用化學純的 Fe O ,MnO ,和CuO 為原料,按品質比為 Fe O :MnO :CuO=3:5:2 配料,960°C 固相合
2 3 2 2 3 2
成 2h ,制得Fe-Mn-Cu 尖晶石鐵氧體材料。電氣石採用新疆阿勒泰產的鐵鎂電氣石。將尖晶石、電氣石超
細粉末與化學純的 NaF 按不同品質比混合制樣,採用埋碳法在一定溫度條件下固相燒結 2 h 。各樣品編號及
組分含量如表 1 所示。未加 NaF 複合材料的燒結溫度為 900℃,引入 NaF 之後的複合材料的燒結溫度分別
為 500℃,550℃及 600℃。燒結溫度的選取是以成瓷不剝落為依據。
©2010 National Kaohsiung University of Applied Sciences, ISSN 1813-3851
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