一 特种功能性陶瓷的基本功能（特种功能性陶瓷简称T.T）

1、T.T的基本性质：

 准确的描述T.T的工作性质“其为一种能量转换的载体”。它对热、光、电、磁四种能量有着非常好的匹配吸收，通过所形成的新的过渡金属的晶格结构而形成的电子跃迁，从而转换为一种新的能量形式——红外电磁辐射。其发射波长为2—18μm，其发射率达93%。2—18μm的电磁辐射，可被含有氢键的双原子和多原子分子吸收，按照能量守恒定律，含有氢键的双原子和多原子分子吸收其辐射后，必然引起分子的高速运动，使其具备能量。

2、T.T作用于水的工作原理

 我们知道含有氢键的双原子和多原子分子在2—18μm的电磁辐射范围内有一个普遍吸收带，只是每一种物质按其结构不同在这个吸收带上有它自己的最高吸收峰和两个较高吸收峰。我们只要根据不同的受体，调整T.T的发射峰即可最大限度的作用于受体，达到所作用的目的。众所周知：水分子由一个氧原子和两个氢原子组成。氧原子与氢原子之间的键长为0.96A，其键角为105°，所以水分子的电荷中心不重叠，其偶极距为1.84德拜（debye），是强极性分子。在范德华力（Vanderwarls）作用下水分子有相互吸引成团状的趋势。但更重要的是由于水分子中氧原子电负性较强，使得氢原子的质子“裸露”，这样一个水分子就可以通过氢键的形式与多达四个水分子相连，形成笼状结构。氢键的长度约1.80A，其离解能为110Cal/mol。氢键的键能不大不小，很容易连接或断裂，所以水分子团的结构总处于不断变化之中。

特种陶瓷材料的化学式为：XY3Z6B3{Si6O18}O9(O,OH,F)4，当与水接触：即发生如下反应（作用）：

在较强的电磁辐射作用下，H2O很容易的被电离而形成H+和OH-，OH-在电荷的作用下和H2O结合形成H3O2-我们称之为羟基水。带有一个负电荷，水的密度加大，在我们所做的试验报告中已得到充分的表示，其电导率由原来的0.765ms/cm上升到1.009ms/cm密度由0.9971达到0.9976。电导率的提高说明了水中离子个数的增加，密度的提高说明了水由原来的大基团变为小基团。另外OH-的出现，氧化原电位的下降，也说明出现了负离子水。

二、          热水器结垢浅析

1、 热水器水源：

一般情况，热水器主要水源为经净化处理的自来水。目前，我国各城市自来水主要有两种来源，一是取自江、河、湖、水库的地表径流水，二是井水、泉水等地下水。

2、 水的暂时硬度成因及影响水的暂时硬度因素分析：

水的暂时硬度是由含HCO3-的Ca2+和Mg2+引起的，而含有CI-、SO42-的钙镁离子造成的硬度为永久硬度。热水器结垢与永久硬度无关，由于在实际分析中，Mg2+含量较少，所以这里仅以Ca2+计，即暂时硬度固态物质溶解物主要成份为Ca(HCO3)2。其形成原因是，当空气中少量二氧化碳溶解于水后，流经含大量碳酸钙的石灰岩，发生如下反应生成的： CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

我们可以看出，水的暂时硬度的大小（可看作Ca(HCO3)2的浓度大小）与水中的CO2的量的多少和水流过的地方地质结构中石灰岩（主要成分CaCO3）成分多少有关。

从地质环境中CaCO3的含量及与水接触情况来看。地表径流主要是由冰雪融化和雨水形成的，冰、雪、雨均可视为纯水（或纯度类似于去离子水、太空水、蒸馏水等），其本身是不含钙镁离子的。在我国的各大江大河流域中，地质结构较为复杂，绝大部分为混合型地表岩层，不同地方岩石石灰含量小有不同，水流经这些地方，所溶解的固态物也略有不通。而井水、泉水，由于在地下岩层浸润时间相对地表径流要长，相对流经的岩层CaCO3含量比地表岩层CaCO3含量多。

再看溶解CO2的情况，空气中CO2的含量为0.03%(V/V)，地表径流中溶解CO2浓度不大。由于地壳运动，地下有机物的分解，加之CO2因密度大而引起的沉降作用，所以与井水、泉水相接的岩层CO2溶解量相当大，并且地下水与岩石浸润时间较长，能够达到较为充分的反应。

从地表径流水和地下水的比较中，我们不难看出，井水、泉水等地下水暂时硬度远远大于江、河、湖水等地表水。

三、          水垢的成因及其温度的关系

由于水中的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2是暂时硬水的主要成分，在一定条件下会发生分解，分解产生的碳酸钙和氢氧化镁即为水垢的主要成分，其分解的化学方程式如下：

Ca(HCO3)2=CaCO3-+CO2+H2O

Mg(HCO3)2=Mg(OH)2-+2CO2

水垢中除了CaCO3和Mg(OH)2以外，水中自有浊度带有的泥沙也会形成水垢。

水垢的致密性与水的加热速度有关。如果水被很快加热至沸，则生成的沉淀微粒直径较大（10-4m~ 10-3m左右），水垢结构较松散，易于物理清洗。如果水被缓慢加热，则生成沉淀的微粒较小（10-5m左右），所结水垢致密性好，硬度高，附着力强。

水的PH值越小，水流经石灰岩地带溶解产生的Ca就可能越多，水的总硬度可能就越高。同时PH值越小对热水器腐蚀性越强；PH值越大总硬度越小，对热水器的腐蚀就减弱。

四、          热水器结垢分析

首先我们举一个例子：假设使用120升的电热水器。

   水质检验PH值为7.5至7.8，总硬度为100mg/ L，小于国家标准规定量。假定平均每天用水120升，一年365天，使用15年，则总用水量为657.000L，现假设，约有50%的总硬度转化为沉淀，这些沉淀50%随水流出，则沉积在热水器内水垢共有16公斤。按电热水器直径33，高1077㎜，水垢密度2500㎏/m3计，仅考虑侧面及底部结垢（顶部不考虑结垢），则可形成4.4mm的水垢。也就是说，电热水器15年所结水垢4.4mm，由于水垢的导热系数很低，可能会降低传感器的灵敏度，同时也会影响温度压力安全阀的灵敏度，造成安全阀长期漏水，加热管的使用寿命缩短,耗电量提高。对于燃气热水器来说，由于底部加热，可以想象，在底部和烟道周围会结出较厚的水垢，由于水垢集中，必然会影响到底部传热速率，所以必须定期进行除垢处理。

值得一提的是，以上方法仅仅是以较好的水质来计算的，应该算是一种理想状态。如果按国家标准或者更糟糕的水质来计算，结果会让人很感意外的。比如按中国国家标准总硬度为450mg/I计算，假设70%的总硬度转化为沉淀，70%的沉淀沉积，则15年后水垢理论厚度将达到40mm以上。

由以上测算结果可以看出，热水器的结垢问题应该引起我们的高度重视。我们应该立即着手考虑进行热水器结垢规律及除垢方法的研究。

有些热水器厂家标榜自己的热水器的进水管多孔多叶片，进水时会产生涡流，一下子把水搞浑，达到不结垢的目的，但这恐怕也是一厢情愿的事情，因为只有放水才有进水，才会形成紊流，当加热一桶水时，水一直处于静止状态，CaCO3形成后，照样产生水垢。那么是否在放水时就会形成紊流，“沉渣泛起”呢？答案是否定的，我认为，这除了把热水器迅速搅冷以外，恐怕对水垢没有多大的威胁，因为冷水在被缓慢加热（而不是急热）过程中，产生CaCO3沉淀的微粒直径在10-5m左右，由于微粒直径小，产生的水垢会很致密，绝大部分沉淀是不会被物理方法冲走的。但是人们为什么会想到利用紊流防止结垢呢？这是因为如果这种设想能够实现，则是一种最简单、最经济的物理方法。

现在我们的热水器内筒由低碳钢制成，为防止其被电化学腐蚀，采用了搪瓷附层，由于其表面密度高，一般不易结垢。我们现在出现的问题是热水器中电加热器的结垢问题，它的直接危害是缩短了电加热器的使用寿命，而更重要的是能耗的大幅度提高，为解决电加热器结垢的问题，各生产厂家想尽了办法，但无一从根本上得到解决。目前有的厂家将搪瓷被复的方法用在电加热器上，确实解决了部分不结垢问题，但存在的问题是生产电加热的工艺变的复杂化，生产成本大幅提高，同时造成了电加热器的热阻提高，加大了能耗，顾此失彼，我们认为极不可取。但是通过这些现象，我们似乎看到了电热水器的一种生产技术发展趋向。

而T.T做为一种能量转换的载体，我们设计安装位置于电加热器上，以给予其最大的热能。按照基尔霍夫定律“一个好的吸收体也必然是一个好的辐射体”反之说明；一种物质其发射率越高其吸收性能越好。我们的T.T经中国计量科学研究院测试的发射率为0.93，定性为一种高发射率材料。因此它会以较快的吸收速度吸收电加热器上的热能转换为辐射能，作用于水。因此它决不会对电加热器形成热阻。