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1 前 言 陶瓷墙地砖对于改善居住环境、美化日常活动空间、保障身体健康等具有重要的作用，是人们生活的必备生活用品。陶瓷墙地砖的功能延伸，对于满足人们日益增长的品质需求、扩大产品的使用范围具有重要意义。传统陶瓷的多功能化开发一直是陶瓷产品研发的热点方向。近年来，防静电陶瓷、自清洁陶瓷、负氧离子陶瓷、远红外陶瓷和杀菌陶瓷等具有特殊功能的陶瓷产品被相继开发出来，得到了市场的良好反响。但与其色彩、图案、外形的设计及加工工艺的进步相比，传统陶瓷多功能化技术的开发还相对落后。因此，进行传统陶瓷多功能化技术的开发具有重要意义。
磁性材料是一种重要功能材料，在各个领域有着广泛的应用。除了在工业领域应用外，在人类的日常生活中，随处可见磁性材料的踪影。如：磁床垫、磁鞋垫、磁化水杯、磁疗物品、磁性挂件等等，为人们的日常生活带来了方便。如果将传统陶瓷附以可磁化特性，将在保留传统陶瓷原有功能的基础上，增加新的使用功能，如磁疗、电磁屏蔽、钩挂物体、可重复粘贴等，既方便了人们的生活，又可以保障人们的身体健康。然而，普通硅酸盐陶瓷不具有可磁化性能，需要引入磁性物质来实现其可磁化功能。目前，可磁化普通硅酸盐陶瓷的制备方法主要是在已制备好的陶瓷上采用镶嵌、粘贴等方法添加磁性制品，如磁条、磁块、磁板等，进而实现其磁性功能。这种制备方法最主要的问题是需要对陶瓷进行加工，如打洞、划槽等，由于陶瓷的脆性，其成品率较低。另外，由于磁性物质和陶瓷产品没有实现永久坚固的连结，因此容易出现松动、移位和脱落等现象，使其使用受到限制，也影响了陶瓷制品的美观。
本文通过在普通硅酸盐陶瓷坯料中掺入铁氧体磁粉，研发了一种新型复合可磁化陶瓷材料，并将此材料应用于功能化陶瓷墙地砖的设计和生产。
2 实验部分
2.1 原料及其化学组成
原料及其化学组成如表1所示。
2.2 试验工艺过程
首先，研制出适合制备陶瓷墙地砖的普通硅酸盐陶瓷材料配方（吸水率≤0.3%）。
其次，采用铁氧体磁粉制备工艺，合成了两种软磁铁氧体磁粉（锰锌铁氧体、镍锌铁氧体）和两种硬磁铁氧体磁粉（钡铁氧体和锶铁氧体）。
然后，将铁氧体磁粉与陶瓷坯料混合，其比例满足4：6（重量比），混合均匀后将其压成80 mm×120 mm×9 mm的试样，在氧化气氛中煅烧到1200℃，保温30 min烧成。复合可磁化陶瓷材料的工艺流程如图1所示。
2.3 试验设备与检测方法
本试验的主要设备有：
（1） JJ1000型电子天平；
（2） 101―3型电热烘箱；
（3） HYB―22型双头球磨机；
（4） HY―YZ―35T电动液压制样机；
（5） SX3―10―14型快速升温电阻炉；
（6） HYK―DPK数显式电动抗折仪。
复合陶瓷可磁化性能的检测方法：用一定尺寸、一定磁场强度的磁铁块对样品表面的垂直吸引力大小进行衡量，吸引力越大，表示复合陶瓷的可磁化性能越好。
3 磁粉对复合陶瓷可磁化性能的影响
3.1 磁粉组成对复合陶瓷可磁化性能的影响
不同铁氧体磁粉对复合陶瓷可磁化性能的影响如表2所示。
由表2可知，在氧化气氛下，软磁铁氧体磁粉比硬磁铁氧体磁粉能给予复合陶瓷更好的可磁化性能（磁铁吸力大）。在软磁铁氧体磁粉中，镍锌铁氧体磁粉能够给予复合陶瓷最大的可磁化性能。这些性能差异的产生，与铁氧体的磁性能和陶瓷的烧成温度、烧成气氛有密切关系。烧成出来的复合陶瓷最初不具有磁性，但能被磁铁吸引，也就是具有可磁化性能。当作用于复合陶瓷的磁场强度足够高时，移去磁场后，不同组成的可磁化复合陶瓷将仍没有剩磁或具有大小不等的剩磁强度。
3.2 磁粉对复合陶瓷颜色的影响
由于铁氧体磁粉中含着色元素很多（如Fe、Mn、Ni等），对烧后的复合陶瓷颜色影响很大。四种铁氧体对复合陶瓷着色情况如表3所示。
由表3可知，当磁粉的掺入量为40%时，四种铁氧体的复合陶瓷发色不同，两种软磁铁氧体中分别发棕黑色和绿黑色。在硬磁铁氧体中都发红棕色。实验结果表明：随着铁氧体磁粉掺入量的增加，复合陶瓷的颜色不断加深。
3.3 磁粉加入量对复合陶瓷强度的影响
由于在普通陶瓷烧成条件下，软磁铁氧体磁粉的可磁化能力较好，故以不同量的锰锌铁氧体磁粉和镍锌铁氧体磁粉作为掺入物，经1200℃烧成后，测算所得复合陶瓷的抗折强度分别如表4、表5所示。
由表4、表5可知，在普通硅酸盐陶瓷的烧成条件下，不同组成体系的铁氧体磁粉对复合陶瓷抗折强度的影响相差很大。
随着锰锌铁氧体磁粉加入量的增加，复合陶瓷的抗折强度不断降低，要获得与未掺铁氧体的陶瓷一样的抗折强度，需要调整复合陶瓷坯料的配方。
镍锌铁氧体磁粉对复合陶瓷抗折强度的不利影响较小，在掺入量大于70%时，复合陶瓷的抗折强度还略有提高。
3.4 磁粉加入量对复合陶瓷可磁化性能的影响
以不同量的锰锌铁氧体磁粉和镍锌铁氧体磁粉作为掺入物，经1200℃烧成后，测算所得复合陶瓷的可磁化性能分别见表6、表7。
由表6、表7可知，随着不同组成的铁氧体磁粉加入量的增加，复合陶瓷的可磁化能力逐步提高，而可磁化能力的增长率则下降。当磁粉掺入量达到70%以上时，复合陶瓷可磁化能力的提升增长率开始平缓。因此，从复合陶瓷生产成本和可磁化性能需求量来综合考虑，磁粉的掺入量在30%～60%比较合适。
3.5 磁粉加入量对复合陶瓷烧成收缩率的影响
以不同量的锰锌铁氧体磁粉和镍锌铁氧体磁粉作为掺入物，经1200℃烧成后，测算所得复合陶瓷的烧成收缩率见表8、表9。
由表8、表9的数据可知，掺入锰锌铁氧体磁粉量小于30%时，复合陶瓷收缩率略有增加，大于50%时，复合陶瓷的收缩率逐步减小。
掺入镍锌铁氧体粉体，复合陶瓷的烧成收缩率随磁粉掺入量的增加而逐步增大。
3.6 磁粉加入量对复合陶瓷烧结性能的影响
以不同量的锰锌铁氧体磁粉和镍锌铁氧体磁粉作为掺入物，经1200℃烧成后，测算所得复合陶瓷的烧结性能（吸水率）见表10、表11。
由表10、表11的数据可知，随着锰锌铁氧体磁粉掺入量的增加，复合陶瓷的吸水率逐步提高，吸水率越高，对应的复合陶瓷的烧结性能越差。镍锌铁氧体磁粉的掺入，对复合陶瓷烧结性能影响不大。
3.7 磁粉加入量对复合陶瓷比重的影响
以不同量的锰锌铁氧体磁粉和镍锌铁氧体磁粉作为掺入物，经1200℃烧成后，测算所得复合陶瓷的比重见表12、表13。
由表12、表13的数据可知，无论复合陶瓷的烧结情况如何，随着铁氧体磁粉的掺入量的增加，复合陶瓷的比重逐步增加。
根据以上磁粉对复合可磁化陶瓷影响的研究分析可知，在上述所制备的不同组成的铁氧体磁粉中，镍锌铁氧体磁粉比较适合在普通硅酸盐陶瓷生产工艺条件下制备复合可磁化陶瓷材料，能够获得可磁化性能较好的复合陶瓷。
4 复合可磁化陶瓷砖的制备
在复合可磁化陶瓷材料研究的基础上，应用复合可磁化陶瓷专利技术以及陶瓷墙地砖的生产工艺及设备，试制了通体型、多层型、局部型等可磁化陶瓷墙地砖。
4.1 通体型可磁化陶瓷砖的制备
通体型可磁化陶瓷砖采用复合可磁化陶瓷材料，表面进行施釉装饰，其优点是可磁化强度高、磁铁的吸引力大、成形工艺简单、烧成变形、开裂等缺陷较少、生产效率高等。缺点是磁粉使用量较大、材料成本较高。如制成陶瓷薄板（砖），则可大幅减少磁粉用量。
4.2 多层型可磁化陶瓷砖的制备
采用多层布料技术，可以制备一面是可磁化陶瓷，一面是普通陶瓷的双层陶瓷砖。也可以制备上下两面是普通陶瓷、中间夹一层可磁化陶瓷的三层陶瓷砖。或者在双层陶瓷砖的可磁化陶瓷一面施加一层化妆土和釉进行装饰。多层可磁化砖的优点是磁粉用量少，可有效控制材料成本。缺点是可磁化强度有所减弱，生产工艺技术和设备相对复杂，要解决多层布料时的粉料相互污染问题，以及各层陶瓷材料之间的膨胀系数、收缩率的匹配等问题。
4.3 局部型可磁化陶瓷砖的制备
在砖中需要的一些部位设置可磁化陶瓷材料，突出局部功能需求，可以更加节省磁粉的用量。缺点是布料难度加大，生产效率降低。
5 复合可磁化陶瓷砖的应用
5.1 组合艺术装饰砖
将可磁化陶瓷砖铺贴在墙上，可磁化陶瓷砖可做成与装饰件相配合的表面形状，也可以做成普通陶瓷砖的形式。其特点是可实现非常个性化的装饰组合，在可磁化陶瓷砖上可随意挂贴装饰画、木质、金属、织物、塑胶等各类材质及其组合的装饰模块。对于立体装饰物，便于拆下清洗瓷砖表面和装饰件，可以方便安装轻便的挂件等。采用可磁化陶瓷砖，为室内设计师提供了非常广阔的表现空间。
5.2 陶瓷砖的新型展示铺贴方式
目前，在陶瓷产品展示中，陶瓷砖的铺贴一般是采用水泥砂浆、玻璃胶、有机粘合剂等材料将砖粘贴在所需的地方，用这些材料将陶瓷砖铺贴后，虽然很牢固，但花费较多的时间，并且将陶瓷砖拆下来时往往会将陶瓷砖和附着的基体破坏，造成较大的经济损失和废料垃圾。如果将展示的陶瓷砖制备成可磁化的陶瓷砖，通过使陶瓷砖具有全部或部分可磁化的功能，再采用磁力将展示的陶瓷砖吸附在需要粘贴陶瓷的基体上，并达到陶瓷砖整体铺贴的效果，当要更换陶瓷砖时，可以方便地将陶瓷砖取下而不破坏砖体和铺贴基体，避免造成经济损失和废料垃圾。同时，也提高了铺贴和更换陶瓷砖的效率，具有低碳环保的功效。
5.3 可将陶瓷砖的使用功能与装饰功能分开
目前，陶瓷墙地砖是在陶瓷砖的表面上装饰各种图案，使陶瓷砖同时具有了改变被铺贴表面状况的使用和装饰两种功能。但陶瓷砖上的图案是改变不了。由于可磁化陶瓷砖可在铺贴后再在砖的表面进行各种装饰，因此，铺贴在墙上的可磁化砖可以做成简单素色，只要具有改变被铺贴表面状况的功能就行了。而装饰功能由其它配件完成。这种陶瓷砖功能的分离，可以使陶瓷墙地砖生产工序减化，生产成本降低，有利于陶瓷企业的节能减排。
5.4 磁疗保健功能陶瓷砖
磁对人体健康关系重大，磁疗是利用人造磁场（外加磁场）施加于人体的经络、穴位和病变部位治疗某些疾病的方法。磁疗在近年来得到迅速发展是由于其适应症状广泛，保健效果显著，无创伤、无疼痛、副作用很小、安全、可靠，易学易懂、经济实惠，是一种值得广泛推广的新型方法。磁疗具有止痛、消炎消肿、镇静解痉、降压降脂等作用，在2000多年前，我国西汉时代已利用磁石（Fe3O4的天然矿石）治病。
因此，采用具有一定磁场强度的可磁化陶瓷砖，按照磁疗保健的原理，通过组合，铺贴在室内外需要的地方，在局部空间形成一定的磁场分布，从而实现对人体的医疗和保健的功能效果。
5.5 电磁波屏蔽功能陶瓷砖
随着现代科技的发展，人们使用的电子电器产品的种类和数量迅速增长，使得大气空间内存在大量的电磁波辐射，某些电磁波辐射会对人体和电子仪器设备造成不良影响和干扰。因此，许多电磁波辐射的屏蔽技术和产品应运而生。
铁氧体材料能够吸收一定频率电磁波，通过对磁化陶瓷材料组成的设计调整，可以使其具有一定的屏蔽电磁波的功能。因而采用复合可磁化陶瓷制备电磁波屏蔽外（内）墙砖，铺贴于建筑物的外（内）表面，可以有效减少局部空间内电磁波辐射的有害作用。
参考文献
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