專利名稱：一種自潔凈隔熱保溫陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陶瓷技術領域，尤其涉及一種自潔凈隔熱保溫陶瓷及其制備方法。
背景技術：
目前陶瓷被廣泛應用于建筑墻面，由于其易沾染油污和灰塵，在空氣中溫差、水、灰塵、 有機物及其它污染作用下，建筑物陶瓷墻壁表面很容易形成一層污垢，再加上建筑外墻清洗 操作困難，因而會嚴重影響建筑物的外觀，同時增加清洗成本。另外，我國建筑能耗約占社 會一次能源總消耗的1/3，建筑能耗約為發(fā)達國家的3倍，其中外墻約為4-5倍，外墻陶瓷 的吸熱蓄熱使得夏天空調制冷負荷增加，內墻陶瓷的傳熱也會使得冬季采暖成本提高；紅外 光占太陽總能量的近半數，因此反射紅外對建筑節(jié)能有重要意義。
二氧化鈦、二氧化錫等光催化劑可以在基體表面形成一層具有自清潔功能的薄膜，不僅 會使得基體表面達到自清潔的功效，而且還具有殺菌、分解周圍環(huán)境中有害氣體及沾染在表 面的有機物的功能。如在中國發(fā)明專利1336352A直接公開了一種在陶瓷釉面表面涂布一層 低溫釉而后再涂布二氧化鈦光催化劑薄膜的方法；發(fā)明專利1467023A和1502405A公開了 一種在玻璃表面涂布多層膜結構的光催化薄膜的方法。而熱反射薄膜的相關專利國內報道較 少，發(fā)明專利1800068A中報道了利用含有金屬氧化物納米粉體的功能涂料來達到隔熱的效 果。
但是，目前對于既可自潔凈，又可隔熱保溫的陶瓷研究較少，尚未有理想的產品。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種既可高效自潔凈，又可隔熱保溫的陶瓷
為達到上述目的，本發(fā)明采取了以下的技術方案本發(fā)明自潔凈隔熱保溫陶瓷以陶瓷為襯底，在陶瓷的表面依次涂覆有二氧化硅離子阻擋 薄膜層、透明導電氧化物薄膜層和金屬離子摻雜的二氧化鈦光催化薄膜層。
所述透明導電氧化物薄膜層可以采用為摻銻氧化錫(ATO)、摻錫氧化銦(IT0)、摻鋁氧化 鋅(AZ0)中的一種或兩種形成的薄膜。
所述二氧化鈦光催化薄膜層摻雜有鐵離子、鎂離子、釩離子、鋅離子、銅離子中的一種 或兩種。
本發(fā)明制備方法包括如下步驟
(a) 陶瓷基體的清洗及干燥；
(b) 配制二氧化硅離子阻擋層溶膠A;
(c) 配制ATO、 ITO、 AZO等透明導電氧化物溶膠B;
(d) 配制金屬離子摻雜的，02溶膠C;
(e) 提拉法或旋涂法將溶膠A、 B、 C依次在陶瓷基體上涂覆成膜；
(f) 陶瓷制品退火處理。
所述溶膠A、 B、 C的配置方法可以采用現有技術。
所述涂層成膜的方法可以是提拉成膜法、旋轉涂膜法中的一種或兩種相結合。 退火處理的溫度是350°C-600°C，退火時升溫速率《5tVmin。
本發(fā)明的優(yōu)點是采用三層成膜結構(如附圖l所示)，離子阻擋層可以消除陶瓷中雜質離 子在退火過程中滲透到透明導電層影響其導電性的副作用；透明導電氧化物層對太陽光中的 紅外光線有明顯的反射效果；同時摻雜的二氧化鈦層可達到高效清潔殺菌作用。
陶瓷制品的反射光譜見附圖2和圖3所示，涂層的太陽輻射反射在25%~65%之間，熱 紅外反射在20%~35%之間，應用于一般建筑物上，其建筑能耗全年降低約5 10%。將制得 的陶瓷制品置于陽光下照射2天后，用自來水沖洗，陶瓷制品表面呈一層均勻的水膜，而未 涂膜的陶瓷基體上有水珠團聚的現象，說明該陶瓷制品親水性很好，自潔凈效果良好。

圖1是本發(fā)明陶瓷制品的涂層結構圖，圖中陶瓷釉面1、 二氧化硅離子阻擋薄膜層2、 透明導電氧化物薄膜層3、金屬離子摻雜的二氧化鈦光催化薄膜層4;
圖2是本發(fā)明陶瓷制品的太陽輻射反射(a)和熱紅外反射(b)光譜圖，圖中的反射曲
線分別是- Si02 / IT0 / Ti02+Fe， 500。C退火;采用提拉法與旋涂法相結合。 [2]- Si02/ATO/Ti02+Fe， 500'C退火；采用提拉法與旋涂法相結合。
圖3是本發(fā)明陶瓷制品的太陽輔射反射(a)和熱紅外反射(b)光譜圖，圖中的反射曲 線分別是- Si02 / ITO / TWFe， 50(TC退火;采用提拉成膜法。 [2]- Si02/ATO/Ti02+Fe， 50(TC退火；采用提拉成膜法。
具體實施例方式
溶膠A的配制方法是以乙醇為溶劑，硅酸酯為溶質，攪拌狀態(tài)下滴加HCI溶液并調節(jié) pH范圍為2-3，繼續(xù)攪拌2h，陳化放置約24h即可。
溶膠B的配制方法是
摻錫氧化銦(ITO)溶膠的配制方法可以是取2-10g InCl3 4H20溶于100ml無水乙醇 中，加入乙酰丙酮、單乙醇胺或二乙醇胺為穩(wěn)定劑，在60-8(TC條件下攪拌反應2h，得到溶 液A;接著稱取SnCl4溶于25ml無水乙醇中，得到溶液B,使B溶液中Sn離子與A溶液中In 離子的摩爾比達到5 — 12:100，在60-8(TC條件下攪拌反應2h;然后將A溶液與B溶液混合， 并攪拌2h，最后陳化24h，形成摻錫氧化銦溶膠。
摻銻氧化錫(ATO)溶膠的配制方法可以是取13g SnCl2' 2H20溶于50ml無水乙醇和 50ml乙酸中，加入5ml乙酰丙酮為穩(wěn)定劑，在7(TC條件下攪拌反應2h;接著稱取SbCl:,溶于 25ml無水乙醇和25ml乙酸中，使Sb離子與的Sn離子摩爾比達到5~10%，在70'C條件下攪 拌反應2h;然后將SbCl3溶液與SnCl2溶液混合，并攪拌2h，最后陳化24h，形成摻銻氧化錫 溶膠。
摻鋁氧化鐸(AZO)溶膠的制備方法可以是取7.68gZn(OAC)"H20溶于70ml乙二醇甲醚，加入2. lml的單乙醇胺為穩(wěn)定劑，在8(TC水浴中攪拌反應2h;接著稱取Al (N0丄 9H20 溶于8ml無水乙醇中，使A1離子與的Zn離子摩爾比達到l~4wt%，然后滴加到ZnO溶液中， 并攪拌2h，最后陳化24h，形成摻鋁氧化鋅溶膠。
溶膠C的配制方法是按V(鈦酸酯):V(乙醇):V(二乙酸胺戶170:575:41.25的比例混合并 連續(xù)均勻攪拌1h使其充分進行水解、縮合反應，得溶液C。將一定量摻雜金屬離子的無機鹽 配制成水溶液，使摻雜金屬離子與Ti離子的摩爾比為0.5~1%，而后與適量乙醇相混合，得 溶液D。將溶液D緩慢滴加到溶液C中，滴加完畢，繼續(xù)攪拌0.5h，暗處靜置24h，即可得 到摻雜的Ti溶膠。
實施例1
將陶瓷片水洗潔凈，低溫烘干，用提拉成膜法拉一層溶膠A，馬弗爐中300-600'C退火； 用旋轉涂膜法在退火處理過的Si02膜層上旋涂摻錫氧化銦(ITO)溶膠形成膜層，每旋涂一層 400-600。C退火處理一次，共旋涂4層，涂層的表面電阻約500Q/口；而后繼續(xù)提拉摻雜Fe 的溶膠C兩層，提拉速度為50mm/min，提拉完畢后馬弗爐中400-60(TC退火處理。樣品于 馬弗爐中退火處理的升溫速率是2。C/min，保溫時間是30min-lh，自然冷卻后即可得到成品。 太陽輻射反射和熱紅外反射效果如圖2中曲線[1]所示。應用在建筑物的外墻上，建筑能耗全 年可降低約5%。
實施例2
將陶瓷片水洗潔凈，低溫烘干，用提拉成膜法拉一層溶膠A，馬弗爐中300-600。C退火; 用旋轉涂膜法在退火處理過的Si02膜層上旋涂摻銻氧化錫(ATO)溶膠形成膜層，每旋涂一層 400-60(TC退火處理一次，共旋涂4層，涂層的表面電阻約300Q/口；而后繼續(xù)提拉摻雜Fe 的溶膠C兩層，提拉速度為50mm/min，提拉完畢后馬弗爐中400-60(TC退火處理。樣品于 馬弗爐中退火處理的升溫速率是2。C/min，保溫時間是30min-lh，自然冷卻后即可得到成品。 太陽輻射反射和熱紅外反射效果如圖2中曲線[2]所示。應用在建筑物的外墻上，建筑能耗全 年可降低約8%。實施例3
將陶瓷片水洗潔凈，低溫烘干，用提拉成膜法拉一層溶膠A，馬弗爐中300-600'C退火; 用旋轉涂膜法在退火處理過的Si02膜層上旋涂摻鋁氧化鋅(AZO)溶膠形成膜層，每旋涂一層 400-600r退火處理一次，共旋涂4層；而后繼續(xù)提拉摻雜Fe的溶膠C兩層，提拉速度為 50mm/min，提拉完畢后馬弗爐中400-60(TC退火處理。樣品于馬弗爐中退火處理的升溫速率 是2。C/min，保溫時間是30min-lh，自然冷卻后即可得到成品。
實施例4
將案例1中的成膜法全部改為提拉涂膜法，同樣層數的離子阻隔層、透明導電金屬氧化 層、摻雜的金屬氧化層，而后馬弗爐中退火處理得成品。太陽輻射反射和熱紅外反射效果如 圖3中曲線[1]所示。應用在建筑物的外墻上，建筑能耗全年可降低約4%。
實施例5
將案例2中的成膜法全部改為提拉涂膜法，同樣層數的離子阻隔層、透明導電金屬氧化 層、摻雜的金屬氧化層，而后馬弗爐中退火處理得成品。太陽輻射反射和熱紅外反射效果如 圖3中曲線[2]所示。應用在建筑物的外墻上，建筑能耗全年可降低約6.5%。
實施例6
將案例3中的成膜法全部改為提拉涂膜法，同樣層數的離子阻隔層、透明導電金屬氧化 層、摻雜的金屬氧化層，而后馬弗爐中退火處理得成品。
權利要求
1.一種自潔凈隔熱保溫陶瓷，以陶瓷為襯底，其特征在于在陶瓷的表面依次涂覆有二氧化硅離子阻擋薄膜層、透明導電氧化物薄膜層和金屬離子摻雜的二氧化鈦光催化薄膜層。
2. 根據權利要求1中所述的自潔凈隔熱保溫陶瓷，其特征在于所述透明導電氧化物薄膜層為摻銻氧化錫(ATO)、摻錫氧化銦(IT0)、摻鋁氧化鋅(AZO)中的一種或兩種形成的薄膜。
3. 根據權利要求1中所述的自潔凈隔熱保溫陶瓷，其特征在于所述二氧化鈦光催化薄膜層 摻雜有鐵離子、鎂離子、釩離子、鋅離子、銅離子中的一種或兩種。
4. 權利要求l所述的自潔凈隔熱保溫陶瓷的制備方法，其特征在于依次包括如下步驟(a) 陶瓷基體的清洗及干燥；(b) 配制二氧化硅離子阻擋層溶膠A;(C)配制透明導電氧化物溶膠B;(d) 配制金屬離子摻雜的Ti02溶膠C;(e) 提拉法或旋涂法將溶膠A、 B、 C依次在陶瓷基體上涂覆成膜；(f) 陶瓷制品退火處理。
5. 根據權利要求4中所述的自潔凈隔熱保溫陶瓷的制備方法，其特征在于涂覆成膜的涂敷 方法是提拉法、旋涂法中的一種或兩種結合。
6. 根據權利要求4所述的自潔凈隔熱保溫陶瓷的制備方法，其特征在于退火處理的溫度是 350°C-600°C，退火時升溫速率《5。C/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種既可高效自潔凈，又可隔熱保溫的陶瓷。本發(fā)明自潔凈隔熱保溫陶瓷以陶瓷為襯底，在陶瓷的表面依次涂覆有二氧化硅離子阻擋薄膜層、透明導電氧化物薄膜層和金屬離子摻雜的二氧化鈦光催化薄膜層。本發(fā)明制備方法依次包括如下步驟陶瓷基體的清洗及干燥；配制二氧化硅離子阻擋層溶膠A；配制透明導電氧化物溶膠B；配制金屬離子摻雜的TiO₂溶膠C；提拉法或旋涂法將溶膠A、B、C依次在陶瓷基體上涂覆成膜；陶瓷制品退火處理。本發(fā)明的陶瓷制品涂層的太陽輻射反射在25％～65％之間，熱紅外反射在20％～35％之間，應用于一般建筑物上，其建筑能耗全年降低約5～10％，親水性很好，自潔凈效果良好。
文檔編號C04B41/89GK101289334SQ20081002886
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權日2008年6月17日
發(fā)明者剛 徐, 徐雪青, 李新軍, 慶 梁, 陳麗華 申請人:中國科學院廣州能源研究所