一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球及其制造方法

专利名称：一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种远红外陶瓷小球，尤其是指一种可在常温下进行 微波加热的远.红外陶覺小球。
背景技术：
人体组织是由60-70%水分子构成的，其余为蛋白质等有机大分 子，由于水分子与有机体对红外线的反射、透射和吸收有选择性，人 体所辐射的远红外波长为5 - 25um,峰值波长为9.25um，其中8 - 15um 波长占人体所放射全部辐射能的60%，人体能发出上述波长的远红外 线也就能很好吸收这一波段的远红外线，该波段红外线被人体吸收后， 可使体内的水分子产生共振使水分子活化，增强分子间的结合力，进 而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞产生共振效应。远红外能 够传递到人体皮下较深部温度上升，产生的温热由内向外发散，使毛 细管扩张，促进血液循环，增强新陈代谢，增加基体抵抗力，提高基 体免疫功能，调节神经，使之达到异常兴奋的状态，从而起到防病治 病的积极作用。
远红外陶瓷材料能放射出8-25um的远红外线，与生物体所需要 的波段相匹配，具有良好的热效应和共振效应，其共振效应使生物分 子产生共振吸收效应，使生物的分子能级激发而处于较高的共振能级， 使人体获得超生物体的散热能力而引起良好的温暖舒适感觉，促进人 体血液循环和新陈代谢，起到医疗保健作用。
如中国专利ZL 91100560.9、 ZL 93104712,9、 ZL 99254352.5所述， 以往远红外陶瓷多采用粉体或板块的形式加以应用，将远红外陶资粉 与粘合剂混和而成远红外陶资涂料，涂覆于织物之上，或采用丝网印 刷于各种织物表面，或制成化学纤维，再纺织成布，或直接釆用陶瓷
板块装于袋内。上述方式存在涂覆不牢固，多次清洗后，会造成粉体 脱落，远红外发射率降低，或织物落毛，刺激皮肤等缺点，因此有些 制品无法直接与皮肤接触或存在接触感不好的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的滚动性和接触感、且强度 高、永不磨损，无异味，可直接与皮肤接触并能够直接置于微波炉中 加热，具有很高的远红外发射效率，而且具有良好的温热感的的远红 外陶瓷小球及其制造方法。
为此，本发明采用了如下的技术方案，其制造方法及步骤为 a、将下述原料混合均匀，在一定高温下保温煅烧，形成ct-堇青 石相，研磨粉碎后作为原料A:
质量分数A1203 : 30- 38%、 MgO: 12-20% 、 Si02: 45 -55
b、 将下述原料于还原气氛中进行高温保温煅烧，形成MnFe204 尖晶石结构，研磨粉碎后作为原料B:
质量分数Mn02: 55 - 65%、 Fe203: 35 -45%;
c、 将A、 B与添加剂Ti02、 Zr02 、 SiC，以质量分数A: 57-63 % 、 B: 17 - 23 % 、 Ti02: 1 % 、 Zr02: 2 % 、 SiC: 15 - 19 %混合， 经球磨使4分体粒径D95^1.0nm;
d、 将上述粉体制成0.3-5.0mm陶瓷小球坯体，经烘干若干小时 后，在高温下保温一定时间烧结成乾；
e、 最后经离心抛光，使其表面粗糙度Ra^20um。
另外，步骤a中的煅烧温度为15(KTC,煅烧时间为5小时。 步骤b中的煅烧温度为1200。C，煅烧时间为IO小时。
步骤d中的烧结温度为1400-國。C，保温时间时间为5-10小时。
最佳烧结温度为145(TC,最佳保温时间为7小时。 步骤d中的烘干温度为150- 180°C,烘干时间为3-5小时。 本发明的一种可在常温下孩i:波加热的远红外陶瓷小球，其各成
分质量分凄t如下
原料A为57-63%、原料B为17% - 23 % 、添加剂1102为1%、
Zr02为2 % 、 SiC为15 - 19 % ;
原料A的各成分质量分数为A1203: 30 - 38 % 、 MgO: 12 - 20 % 、
Si02: 45 -55%;
原料B的各成分质量分数为Mn02: 55 - 65 % 、 Fe203: 35 - 45 % 。 另外，该陶瓷小球为圓球形或椭圓球形或类花生圓柱形类球形状。 该陶瓷小球直径0.3 - 5.0mm,其表面粗糙度Ra$20umD 将该陶瓷d 、球直接置于家用微波炉中加热1 -5分钟，温度可以达到
30-90°C。
本发明的有益效果在于本发明所述直径介于0.3-5.0mm的远 红外陶瓷小球表面光滑，具有良好的滚动性和接触感、且其强度高、 永不磨损，无异味，可直接于皮肤接触。能够直接置于微波炉中加热， 大大提高远红外发射效率，具有良好的温热感。而传统远红外陶瓷利 用人体自身的热量加热，无法达到最佳的热效应和共4^效应。
该远红外陶资小球产品重组合性能好，产品性能多样。可以紧密 充填于密封袋中制成多种保健带、或松散装入密封袋内制成热敷袋。 作用范围大，可适用于人体腰，腹、肩、颈、膝等部位，能够全方位 接触。且小球接触凸点明显，温热后的陶资小球珠互相擦搓，凸点能 够达到充分的热敷和穴位按摩的双重效果。
具体实施例方式
为能使贵审查员清楚本发明的结构组成，以及整体运作方式，兹 i兌明如下
本发明一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球的制造方法， 其步骤为
a、以八1203、 MgO、 Si02为主料，质量分数为A1203: 30- 38%、
MgO: 12-20% 、 Si02: 45 -55%，经1400。C，寸呆温'》段烧5小时，合 成以a-堇青石为主晶相的堇青石材料，研磨粉碎后作为预处理原料A;
b、 过渡金属氧化物Mn02、 Fe203，以质量分数Mn02: 55 -65 %、 Fe203: 35 -45。/。混合后在还原气氛中于1200。C保温煅烧10小时， 研磨粉碎后作为预处理原料B;
c、 将A、 B与Ti02、 Zr02、 SiC,以质量分凄t: A: 57 -63%、 B: 17 - 23 % 、 Ti02: 1 % 、 Zr02: 2 % 、 SiC: 15-19 %混合，经球磨使粉 体粒径D95^1.0jim。采用陶瓷胶态注射成型技术(如中国专利ZL 02125221所述)或滚动成型技术制成0.3 - 5.0mm陶瓷小球坯体，在150 - 180。C烘干3 - 5小时，再经烘干后的坯体小球在1400- 148(TC保温5 -10小时烧结成瓷。其中，以1450。C保温烧结7小时为最佳，该温度可 使该材料体系远红外辐射率达到最高，且烧成小球结构致密，强度高。 压碎强度达到1000 - 2000N。最后经离心抛光，使其表面粗糙度 Ra^20um,以达到良好的接触感。
本发明一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球，其各成分质 量分数如下原料A为57 - 63 % 、原料B为17 % - 23 % 、添加剂Ti02 为1%、 Zr02为2。/。、 SiC为15-19%;原料A的各成分质量分数为 A1203: 30 — 38 % 、 MgO: 12 — 20 % 、 Si02: 45 - 55 % ;原料B的各 成分质量分数为Mn02: 55 -65%、 Fe203: 35 -45%。
本发明的主要内容在于采用以八1203、 MgO 、 Si02、 SiC为主要原 料同时掺入Fe203、 Mn02、 Ti02、 Zr02,制备成一种常温下吸收微波 性能好的远红外复合陶瓷小球。由于该复合材料中，采用Al203、MgO、 Si02合成的a-堇青石，其晶体结构为斜方晶系，是环状结构的硅酸盐， 平行于C轴方向有一个六元环组成的间隙，结构不紧密，易引入掺杂 元素，引起晶格畸变，从而降低离子振动时的对称性，提高红外辐射 中远红外发射率。
该复合材料体系中的Fe2(V Mn02经预处理后形成MnFe204尖晶 石结构，掺入Ti02、 Zr02后，Mn"、 Fe^或空位被大半径离子Zr"、 Ti"取代或填充。形成反尖晶石和复杂的混合尖晶石结构，杂质离子
或缺陷的存在对远红外发射率的提高具有积极贡献。这主要归因于电 子的跃迁，以及晶格的非谐振动，形成一片很宽的强辐射带，因此8
-14um波段发射率很高。
虽然单一非金属氧化物材料的远红外全辐射率很难^88% ,但本 发明中经过预处理形成的堇青石相和尖晶石结构，可以形成有效互补， 提高整个红外波段辐射率，同时由于堇青石相的形成使复合材料的热 膨胀性能得到改善。
SiC是本发明中远红外复合陶瓷材料的室温微波耦合助剂。A1203、 MgO、 Si02、 Ti02、 Zr02在室温下介电损耗较低，对微波能量吸收很 少，很难从室温开始加热，当SiC含量为15-19%时，复合材料的室温 介电损耗值提高到0.07左右，对家用微波炉2.45GHz微波具有极好的辐 射耦合吸收。同时SiC具有较高的远红外发射率，因此并不会降低本发 明材料体系的远红外辐射率。
由于该复合陶瓷材料具有以上特点，本发明的陶瓷小球在微波炉 中直接加热1-5分钟，温度可以达到30-90。C。经中国计量科学院测试 (报告编号GXffi006-1021 ),在2 - 18um波段范围内，法向全辐射 发射率达到88%以上。
以下为本发明的具体实施例 实施例l:
将"203、 MgO、 Si02以质量分数34。/。、 16%、 50%混合均匀，在 140(TC保温煅烧5小时。氧化物Mn02、 Fe203,以质量分数60%、 40 o/0混合后在还原气氛中于1200°C保温煅烧10小时。将前两种煅烧产物 与1102、 Zr02 、 SiC,以质量分数60%、 20%、 1%、 2%、 17%混 合，研磨粉碎至D95Sl.0iLim。采用陶瓷胶态注射成型技术(如中国专 利ZL02125221所述)制成直径1.5 - 2.0mm陶资小球坯体，在160。C烘 干4小时，将烘干后的坯体小球在1470。C保温烧结6小时，烧结成资后 采用离心抛光，使陶瓷小球其表面粗糙度Ra《0um，即可得到本发明 的陶瓷小球。另外，可以采用该陶瓷小球制成保健带。将陶瓷小球紧 密充填于采用布纤维制成的长条状或适合于膝、肩、颈形状的密封袋内，密封袋内部的小球紧密填充。该保健袋可直接在微波炉中加热， 也可以在密封袋内安装层状加热恒温装置加热。其在微波炉中加热4
分钟，温度可以达到80°C ，在2 - 18um波段范围内，法向全辐射发射 率达到88%以上。该保健带可以用于腰部、腹部、肩周、颈推、膝盖 或同时用于腰部、肩周和颈推的热敷按摩。
实施例2:
将八1203: 36%， MgO: 17%, Si02: 47 % (质量分数)混合均匀， 在1400。C保温煅烧5小时。Mn02、 Fe203,以质量分数55%、 45 %混 合后在还原气氛中于1200。C保温煅烧10小时。将两种煅烧产物与TiO2、 Zr02 、 SiC,以质量分数58%、 23%、 1%、 2%、 16%混合，研磨 粉碎至D95^1.0^im。采用陶瓷小球滚动成型技术制成直径2.0 - 3.0mm 陶瓷小球坯体，在16(TC烘干4小时，将烘干后的坯体小球在145(TC保 温10小时，烧结成瓷后采用离心抛光，使其表面粗糙度Ra。Oum,即 可得到本发明的陶瓷小球。其在微波炉中加热l分钟，温度可以达到40 。C,在2_ 18um波-艮范围内，法向全辐射发射率达到88%以上。采用 该远红外陶资小球制成热敷袋，将陶资小球松散填充入纤维布所制成 的袋内，陶资小球在其内部可以自由滚动。热敷带经微波加热可任意 置于人体各个部进行全方位热敷、按摩，使用方便。
实施例3
将Al2。3: 30%, MgO: 15%, Si02: 55 % (质量分数)混合均匀， 经1400。C, 5小时保温煅烧。Mn02、 Fe203，以质量分数65%, 35 %混合后在还原气氛中于1200°C保温煅烧10小时。将两种煅烧产物与 Ti02、 Zr02 、 SiC,以质量分数63%、 17%、 1%、 2%、 17%混合， 研磨粉碎至D95^1.0pm。采用陶瓷小球滚动成型技术制成直径2.0 -
3.0mm陶资小球坯体，在180。C烘干3小时，将烘干后的坯体小球在1480 。C保温5小时，烧结成资后采用离心抛光，使其表面粗糙度Ra^20um， 即可得到本发明的陶瓷小球。其在微波炉中加热5分钟，温度可以达到90°C ，在2 - 18um波4殳范围内，法向全辐射发射率达到88 %以上。采 用该远红外陶资小球制成热敷袋，将陶资小球松散填充入纤维布所制 成的袋内，陶资小J求在其内部可以自由滚动。热l欠带经孩i波加热可任 意置于人体各个部进行全方位热敷、按摩，使用方便。
实施例4
将八1203、 MgO、 Si02以质量分数38。/。、 12%、 50%混合均匀，经 1400。C， 5小时保温煅烧。氧化物Mn02、 Fe203,以质量分数60%、 40。/。混合后在还原气氛中于120(TC保温煅烧10小时。将前两种煅烧产 物与1102、 Zr02、 SiC,以质量分数57%、 25%、 1%、 2%、 15%混 合，研磨粉碎至D95^1.0iiim。采用陶瓷胶态注射成型技术(如中国专 利ZL02125221所述)制成直径1.5 - 2.0mm陶资小球坯体，在150。C烘 干5小时，将烘干后的坯体小球在1400。C保温烧结10小时，烧结成瓷后 采用离心抛光，使陶瓷小球其表面粗糙度RaS20um,即可得到本发明 的陶瓷小球。其在微波炉中加热3分钟，温度可以达到65。C ,在2 - 18um 波段范围内，法向全辐射发射率达到88%以上。另外，可以采用该陶 瓷小球制成保健带。将陶瓷小球紧密充填于采用布纤维制成的长条状 或适合于膝、肩、颈形状的密封袋内，密封袋内部的小珠紧密填充。 该保健袋可直接在微波炉中加热，或密封袋内安装层状加热恒温装置。 可以用于腰部、腹部、肩周、颈推、膝盖或同时用于腰部、肩周和颈 推的热敷按摩。
实施例5:
将八1203: 35%， MgO: 20%, Si02: 45 % (质量分数)混合均匀， 经1400。C， 5小时保温煅烧。Mn02、 Fe203,以质量分数55%、 45 %混合后在还原气氛中于1200°C保温煅烧10小时。将两种煅烧产物与 Ti02、 Zr02 、 SiC,以质量分数55%、 23%、 1%、 2%、 19%混合， 研磨粉碎至D95^1.0jxm。采用陶瓷小球滚动成型技术制成直径2.0 -3.0mm陶资小球坯体，在160。C烘千4小时，将烘干后的坯体小球在1450
匸保温10小时，烧结成资后采用离心抛光，使其表面粗糙度Ra^20um, 即可得到本发明的陶瓷小球。其在微波炉中加热2分钟，温度可以达到 6(TC,在2-18um波段范围内，法向全辐射发射率达到88 %以上。采 用该远红外陶资小球制成热敷袋，将陶乾小球松散填充入纤维布所制 成的袋内，陶资小球在其内部可以自由滚动。热敷带经微波加热可任 意置于人体各个部进行全方位热敷、按摩，使用方便。
另外，该陶瓷d、球的形状可以为圓球形或椭圓球形或类花生圓柱 形类球形状，利用这种形状，可以在使用时利用小球接触凸点明显， 温热后的陶覺小球珠互相擦搓，凸点能够达到充分的热敷和穴位按摩 的双重效果。
如上所述，本发明提供一种可在常温下微波加热的远红外陶乾小 球及其制造方法，以及相关的应用，于是依法提呈发明专利的申请； 然而，以上的实施例所示，是本发明较佳实施例，并非以此局限本发 明，是以，举凡与本发明的构造、装置、特征等近似、雷同的，均应 属本发明的创设目的及申请专利范围之内。
权利要求
1. 一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球的制造方法，其特征在于，其步骤为a、将下述原料混合均匀，在一定高温下保温煅烧，形成以α-堇青石为主晶相的堇青石材料，研磨粉碎后作为原料A质量分数Al2O330-38％、MgO12-20％、SiO245-55％；b、将下述原料于还原气氛中进行高温保温煅烧，形成MnFe2O4尖晶石结构，研磨粉碎后作为原料B质量分数MnO255-65％、Fe2O335-45％；c、将A、B与添加剂TiO2、ZrO2、SiC，以质量分数A57-63％、B17-23％、TiO21％、ZrO22％、SiC15-19％混合，经球磨使粉体粒径D95≤1.0μm；d、将上述粉体制成直径0.3-5.0mm陶瓷小球坯体，经烘干若干小时后，在高温下保温一定时间烧结成瓷；e、最后经离心抛光，使其表面粗糙度Ra≤20um。
2、 如权利要求1所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷 小球的制造方法，其特征在于，步骤a中的煅烧温度为1500°C，煅 烧时间为5小时。
3、 如权利要求1所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶资 小球的制造方法，其特征在于，步骤b中的煅烧温度为1200°C，保 温时间为10小时。
4、 如权利要求1所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷 小球的制造方法，其特征在于，步骤d中的烧结温度为1400- 1480 °C，保温时间为5-10小时。
5、 如权利要求4所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷 小球的制造方法，其特征在于，最佳烧结温度为1450°C,最佳保温 时间为7小时。
6、 如权利要求1所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球的制造方法，其特征在于，步骤d中的烘干温度为150-180℃， 烘干时间为3 - 5小时。
7、 一种可在常温下微波加热的远红外陶f;小球，其特征在于， 其各成分质量分数如下原料A为57-63 ％ 、原料B为17 ％ - 23 ％ 、添加剂Ti02为1 ％ 、 Zr02为2 ％ 、 SiC为15 — 19 ％ ;原料A的各成分质量分数为A1203: 30 - 38％、 MgO: 12-20 ％ 、 Si02: 45 - 55％;原料B的各成分质量分数为Mn02: 55 -65％、 Fe203: 35 -45％。
8、 如权利要求7所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷 小球，其特征在于，该陶瓷小球为圓球形或椭圓球形或类花生圓柱形 类球形状。
9、 如权利要求7所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶小球，其特征在于，该陶瓷小球直径0.3-5.0mm，其表面粗糙度 Ra≤20um。
10、 如权利要求7所述的一种可在常温下微波加热的远红外陶小球，其特征在于，将该陶瓷小球直接置于家用微波炉中加热l-5分 钟，其温度达到30-90℃。
全文摘要
本发明提供一种可在常温下微波加热的远红外陶瓷小球及其制造方法，将质量分数Al₂O₃30-38％、MgO12-20％、SiO₂45-55％及质量分数MnO₂55-65％、Fe₂O₃35-45％分别混合均匀，在一定高温下煅烧之后，再与TiO₂、ZrO₂、SiC，以质量分数57-63％、17-23％、TiO₂1％、ZrO₂2％、SiC15-19％混合，并经球磨使粉体粒径D95≤1.0μm；将上述粉体制成0.3-5.0mm陶瓷小球坯体，烘干若干小时后，在一定高温下保温烧结成陶瓷小球；最后经离心抛光，使其表面粗糙度Ra≤20um。这种陶瓷小球可直接置于家用微波炉中在1-5分钟之内加热到30-90℃。
文档编号C04B35/195GK101205136SQ200610165339
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者席小庆, 杨金龙, 勇 黄 申请人:北京中德汇高技术有限公司