一種紅外輻射涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種紅外輻射涂料及其制備方法，所述紅外輻射涂料由復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)?無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100:(175～300)的質(zhì)量比混合而成；其中所述復(fù)合紅外輻射料以尖晶石結(jié)構(gòu)高紅外輻射粉料、剛玉粉、SiO2粉、堇青石和釉粉原料制備而成；有機(jī)?無(wú)機(jī)粘結(jié)劑由硅鉻鋁復(fù)合溶膠、硅酸酯和硝酸鉀混合而成。本發(fā)明提供的紅外輻射涂料具有良好的高溫穩(wěn)定性和紅外輻射性能，能夠與耐熱鋼等金屬基體牢固結(jié)合，在1000～1200℃高溫下長(zhǎng)期使用不開裂、不脫落，具有耐腐蝕、抗熱震性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
一種紅外輻射涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及節(jié)能材料領(lǐng)域，具體涉及一種用于金屬表面的紅外輻射涂料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外輻射涂料是一種能夠提高鍋爐、加熱爐等工業(yè)窯爐的能源利用率，起到節(jié)能降耗作用的功能材料。將紅外輻射涂料涂覆在窯爐加熱體和爐壁表面，可以增強(qiáng)爐內(nèi)的輻射傳熱效率，改善爐內(nèi)的溫度均勻性，提高能源利用效率和熱效率。
[0003]國(guó)外比較著名的紅外涂料主要有英國(guó)CRC公司的ET-4，美國(guó)CRC-10A，日本的CRC1100、1150。盡管我國(guó)紅外輻射涂料的研發(fā)與應(yīng)用起步較晚，但經(jīng)過(guò)近20年的技術(shù)積累，我國(guó)的紅外輻射涂料也取得了很大的發(fā)展，紅外輻射涂料在民用及軍用領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。在紅外輻射材料的研究與應(yīng)用發(fā)展過(guò)程中，紅外輻射涂料一直存在著兩大技術(shù)瓶頸:一是涂料發(fā)射率不穩(wěn)定，隨溫度升高，發(fā)射波長(zhǎng)向短波段移動(dòng)，如英國(guó)ET-4涂料在400 °C時(shí)發(fā)射率大于0.9，而在1000°C時(shí)為0.84，短波段的高發(fā)射率紅外材料有待開發(fā)涂層;二是涂料與基體的附著力差，容易脫落，尤其是與金屬基體的結(jié)合能力較為不理想，涂層在使用過(guò)程中從金屬基體表面脫落的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如英國(guó)ET-4涂料在金屬表面應(yīng)用溫度不能超過(guò)1100°C，否則脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種紅外輻射涂料以及其制備方法，所述紅外輻射涂料，具有優(yōu)良的紅外輻射性能和高溫穩(wěn)定性，與耐熱鋼等金屬基體結(jié)合牢固，在1000?1200°C高溫下長(zhǎng)期使用不開裂，不脫落，耐腐蝕，抗熱震性能優(yōu)良。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種紅外輻射涂料，它由復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: (175?300)的質(zhì)量比混合而成;其中，復(fù)合紅外輻射料中各原料所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料40?70%、剛玉粉5?20%、Si02粉5?20%、堇青石粉5?20%和釉粉I?5%。
[0007]按上述方案，所述尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料的制備方法包括如下步驟:
[0008]I)按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:FeT13 35?65%、Fe203 I?20%、Mn02 I?15%、Co203 I?15%、CuO I?15%、Cr2O3 I?20%，將稱取的原料混合并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)濕混后干燥，得混合料；
[0009]2)將所得混合料置于石墨反應(yīng)器并放入大電流脈沖反應(yīng)合成裝置中，在真空狀態(tài)下對(duì)石墨反應(yīng)器直接施加脈沖電流，加熱至950?1250°C保溫5?30min，自然冷卻后得含尖晶石結(jié)構(gòu)的合成粉體；
[0010]3)將步驟2)所得合成粉體進(jìn)行球磨至粒度< 2μπι，即得所述的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。
[0011]按上述方案，所述旋轉(zhuǎn)濕混步驟的濕混時(shí)間不少于12小時(shí)。
[0012]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)濕混步驟采用無(wú)水乙醇為分散介質(zhì)。
[0013]按上述方案，步驟2)中所述加熱速率為50?400°C/min。
[0014]按上述方案，所述球磨過(guò)程以氧化鋁為磨球介質(zhì)，球料比為30?35:1，轉(zhuǎn)速為250?350r/min，時(shí)間為24?36h。
[0015]按上述方案，所述真空條件的真空度<10Pa。
[0016]按上述方案，所述復(fù)合紅外輻射料的制備包括如下步驟:
[0017]I)按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料40?70%、剛玉粉5?20%、Si02 5?20%、堇青石5?20%、釉粉I?5%，將稱取的原料混合均勻后壓制成塊坯，然后升溫至1200?1400°C保溫I?5小時(shí)，使尖晶石型高輻射粉體與硅酸鹽礦物進(jìn)行復(fù)合，得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料；
[0018]2)將所得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料破碎后放入球磨罐中，進(jìn)行高能球磨至粒度< 2μπι，即得所述復(fù)合紅外輻射料(尖晶石-硅酸鹽復(fù)合紅外輻射料組分)。
[0019]按上述方案，所述球磨過(guò)程以氧化鋁為磨球介質(zhì)，球料比為30?35:1，轉(zhuǎn)速為250?350r/min，時(shí)間為24?36h。
[0020]按上述方案，所述有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑組分由硅鉻鋁復(fù)合溶膠、硅酸酯和硝酸鉀混合而成，各組分所占質(zhì)量百分比為:硅鉻鋁復(fù)合溶膠80-95%、硅酸酯1-15%、硝酸鉀1-15%。
[0021]按上述方案，所述硅鉻鋁復(fù)合溶膠由重量百分比分別為80?90%的硅溶膠、2?5 %的鉻酐和8?1 %的鋁溶膠組成。
[0022]上述一種紅外輻射涂料的制備方法，它將復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: (175?300)的質(zhì)量比混合攪拌均勻即可。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的紅外輻射涂料具有的特點(diǎn)是:
[0024]I)本發(fā)明采用大電流脈沖場(chǎng)致快速合成方法制備紅外輻射粉料，反應(yīng)溫度較傳統(tǒng)方法低100°C以上，而且反應(yīng)時(shí)間極大縮短，具有升溫快、反應(yīng)快、保溫時(shí)間短、生產(chǎn)效率高和能耗低等優(yōu)勢(shì)。
[0025]2)本發(fā)明采用的大電流脈沖場(chǎng)致合成技術(shù)除了具有熱效應(yīng)，還具有強(qiáng)電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)，可影響磁性粉體的晶體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)晶體缺陷結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，加速元素間的擴(kuò)散，使難以迀移的Mn4+、Cu2+和Co3+很容易進(jìn)入Fe晶格，形成強(qiáng)摻雜效應(yīng)，從而獲得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、晶格畸變大的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。
[0026]3)本發(fā)明采用高能球磨工藝處理紅外輻射粉體，一方面可以細(xì)化粉體粒徑，使其微納米化，另一方面利用高能球磨中的能量沖擊可以使紅外輻射粉體的晶體結(jié)構(gòu)非晶無(wú)序化和缺陷化，進(jìn)一步提高紅外輻射粉體的輻射率。
[0027]4)本發(fā)明采用高溫焙燒固相反應(yīng)制備的復(fù)合紅外輻射料(尖晶石型-硅酸鹽復(fù)合紅外福射料)，經(jīng)高能球磨工藝處理后的復(fù)合福射料為微納米級(jí)，其組成與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、粒度小，紅外發(fā)射率高且穩(wěn)定，隨溫度的升高，發(fā)射率衰減緩慢，可在高溫條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。
[0028]5)本發(fā)明采用的有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑不會(huì)改變復(fù)合輻射料的成分，固化燒結(jié)后可與金屬基體形成化學(xué)界面結(jié)合，結(jié)合力和抗熱震性好，解決了涂層與金屬基體粘結(jié)不牢的難題。
[0029]6)本發(fā)明制備的涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，全波段發(fā)射率高，涂層在使用中發(fā)射率衰減緩慢，節(jié)能效果顯著，而且涂層與碳素鋼等金屬基體結(jié)合牢固，不脫落、不龜裂，在1000?1200°C 高溫下可長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，使用壽命大于5年。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明實(shí)施例3制備的紅外輻射涂層的紅外發(fā)射率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0032]以下實(shí)施例中，如無(wú)具體說(shuō)明采用的試劑均為市售化學(xué)試劑或工業(yè)產(chǎn)品。
[0033]以下實(shí)施例中，采用的硅鉻鋁復(fù)合溶膠由重量百分比分別為88%的硅溶膠、3%的鉻酐和9%的鋁溶膠混合而成。
[0034]實(shí)施例1
[0035]—種紅外輻射涂料，其制備步驟如下:
[0036]I)尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料
[0037]按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:FeT13 60%,Fe2O3 7.5%,MnO2 7.5%,Co2O3 7.5%,CuO 7.5%,Cr2O3 10%，將稱取的原料混合并分散于無(wú)水乙醇中，旋轉(zhuǎn)濕混不少于12小時(shí)，然后將混勻后的濕料干燥，得混合料;將混合料置于石墨反應(yīng)器中并放入大電流脈沖反應(yīng)合成裝置中，在真空狀態(tài)下(< 1Pa)對(duì)石墨反應(yīng)器直接施加脈沖電流，以400°C/min的升溫速率加熱到1150°C，保溫5min，自然冷卻后得含尖晶石結(jié)構(gòu)的合成粉體;將合成粉體置于真空球磨罐中，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨36h，得到粒度< 2μπι的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。
[0038]2)制備復(fù)合紅外輻射料
[0039]按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料65 %、剛玉粉1 %、S12 10%、堇青石12 %、釉粉3 %，將稱取的原料混合均勻后壓制成塊坯，然后升溫至1300°C保溫2小時(shí)，使尖晶石型高輻射粉體與硅酸鹽礦物進(jìn)行復(fù)合，得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料;將所得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料破碎后放入球磨罐中，進(jìn)行高能球磨，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以350r/min的轉(zhuǎn)速球磨24h，得到粒度< 2μπι的復(fù)合紅外輻射料(尖晶石-硅酸鹽復(fù)合紅外輻射料組分)。
[0040]3)配制有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，它由質(zhì)量百分比分別為85%的硅鉻鋁復(fù)合溶膠、8%的硅酸酯和7%的硝酸鉀混合而成，將制備的復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: 255的質(zhì)量比混合攪拌均勻即得紅外輻射涂料。
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]—種紅外輻射涂料，其制備步驟如下:
[0043]I)尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料
[0044]按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:FeT13 60%,Fe2O3 7.5%,MnO2 7.5%,Co2O3 7.5%,CuO 7.5%,Cr2O3 10%，將稱取的原料混合并分散于無(wú)水乙醇中，旋轉(zhuǎn)濕混不少于12小時(shí)，然后將混勻后的濕料干燥，得混合料;將混合料置于石墨反應(yīng)器中并放入大電流脈沖反應(yīng)合成裝置中，在真空狀態(tài)下(< 1Pa)對(duì)石墨反應(yīng)器直接施加脈沖電流，以200°C/min的升溫速率加熱到1050°C，保溫15min，自然冷卻后得含尖晶石結(jié)構(gòu)的合成粉體;將合成粉體置于真空球磨罐中，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨24h，得到粒度< 2μπι的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。
[0045]2)制備復(fù)合紅外輻射料
[0046]按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料65 %、剛玉粉1 %、S12 10%、堇青石12 %、釉粉3 %，將稱取的原料混合均勻后壓制成塊坯，然后升溫至1350°C保溫2小時(shí)，使尖晶石型高輻射粉體與硅酸鹽礦物進(jìn)行復(fù)合，得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料;將所得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料破碎后放入球磨罐中，進(jìn)行高能球磨，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以350r/min的轉(zhuǎn)速球磨36h，得到粒度< 2μπι的復(fù)合紅外輻射料(尖晶石-硅酸鹽復(fù)合紅外輻射料組分)。
[0047]3)配制有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，它由質(zhì)量百分比分別為90%的硅鉻鋁復(fù)合溶膠、6%的硅酸酯和4%的硝酸鉀混合而成，將制備的復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: 255的質(zhì)量比混合攪拌均勻即得紅外輻射涂料。
[0048]實(shí)施例3
[0049]—種紅外輻射涂料，其制備步驟如下:
[0050]I)尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料
[0051 ] 按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:FeT13 42%,Fe2O3 10%,MnO2 10%,Co2O3 10%, CuO 10%, Cr2O3 18%，將稱取的原料混合并分散于無(wú)水乙醇中，旋轉(zhuǎn)濕混不少于12小時(shí)，然后將混勻后的濕料干燥，得混合料;將混合料置于石墨反應(yīng)器中并放入大電流脈沖反應(yīng)合成裝置中，在真空狀態(tài)下(< 1Pa)對(duì)石墨反應(yīng)器直接施加脈沖電流，以400°C/min的升溫速率加熱到1200°C，保溫5min，自然冷卻后得含尖晶石結(jié)構(gòu)的合成粉體;將合成粉體置于真空球磨罐中，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨30h，得到粒度< 2μπι的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。
[0052]2)制備復(fù)合紅外輻射料
[0053]按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料55%、剛玉粉12%、S12 12%、堇青石16%、釉粉5%，將稱取的原料混合均勻后壓制成塊坯，然后升溫至1350°C保溫2小時(shí)，使尖晶石型高輻射粉體與硅酸鹽礦物進(jìn)行復(fù)合，得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料;將所得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料破碎后放入球磨罐中，進(jìn)行高能球磨，磨球介質(zhì)為氧化招，球料比為30:1，以350r/min的轉(zhuǎn)速球磨24h，得到粒度< 2μπι的復(fù)合紅外輻射料(尖晶石-硅酸鹽復(fù)合紅外輻射料組分)。
[0054]3)配制有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，它由質(zhì)量百分比分別為81%的硅鉻鋁復(fù)合溶膠、11%的硅酸酯和8%的硝酸鉀混合而成，將制備的復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: 205的質(zhì)量比混合攪拌均勻即得紅外輻射涂料。
[0055]將本實(shí)施例制備的紅外輻射涂料涂制在耐熱鋼基體表面形成紅外輻射涂層，其紅外發(fā)射率圖見圖1。測(cè)得其全紅外波段(2.5?20μπι)的全法向發(fā)射率大于0.9，抗熱震性良好，1260°C保溫I Omin后淬水6次無(wú)剝落。
[0056]以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原料前提下，所作出的若干改進(jìn)，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種紅外輻射涂料，其特征在于，它由復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100:(175?300)的質(zhì)量比混合而成;其中，復(fù)合紅外輻射料中各原料所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料40?70 %、剛玉粉5?20%、S12粉5?20 %、堇青石粉5?20 %和釉粉I?2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料的制備方法包括如下步驟: 1)按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:FeT1335?65%、Fe203 I?20% ^MnO2 I?15%、Co203 I?15%、Cu0 I?15%、Cr203 I?20%，將稱取的原料混合并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)濕混后干燥，得混合料； 2)將所得混合料置于石墨反應(yīng)器中，在真空狀態(tài)下對(duì)石墨反應(yīng)器直接施加脈沖電流，加熱至950?1250°C保溫5?30min，自然冷卻后得含尖晶石結(jié)構(gòu)的合成粉體； 3)將所得合成粉體進(jìn)行球磨至粒度<2μπι，即得所述的尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)濕混步驟的濕混時(shí)間不少于12小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外輻射涂料，其特征在于，步驟2)中所述加熱速率為50?40CTC/mino5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述球磨過(guò)程以氧化鋁為磨球介質(zhì)，球料比為30?35:1，轉(zhuǎn)速為250?350r/min，時(shí)間為24?36h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述復(fù)合紅外輻射料的制備包括如下步驟: 1)按配比稱取各原料，各原料及其所占質(zhì)量百分比為:尖晶石結(jié)構(gòu)紅外輻射粉料40?70%、剛玉粉5?20%、Si02 5?20%、堇青石5?20%、釉粉I?5%，將稱取的原料混合均勻后壓制成塊坯，然后升溫至1200?1400°C高溫焙燒I?4小時(shí)，得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料； 2)將所得含多相復(fù)合結(jié)構(gòu)的紅外輻射材料破碎后放入球磨罐中，進(jìn)行高能球磨至粒度< 2μπι，即得所述復(fù)合紅外輻射料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述球磨過(guò)程以氧化鋁為磨球介質(zhì)，球料比為30?35:1，轉(zhuǎn)速為250?350r/min，時(shí)間為24?36h。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑由硅鉻鋁復(fù)合溶膠、硅酸酯和硝酸鉀混合而成，各組分所占質(zhì)量百分比為:硅鉻鋁復(fù)合溶膠80-95%、硅酸酯1-15%、硝酸鉀1-15%。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外輻射涂料，其特征在于，所述硅鉻鋁復(fù)合溶膠由重量百分比分別為80?90 %的硅溶膠、2?5 %的鉻酐和8?1 %的鋁溶膠組成。10.權(quán)利要求1?9任一項(xiàng)所述紅外輻射涂料的制備方法，其特征在于，將復(fù)合紅外輻射料和有機(jī)-無(wú)機(jī)粘結(jié)劑按100: (175?300)的質(zhì)量比混合攪拌均勻即可。
【文檔編號(hào)】C09D1/00GK105860611SQ201610377036
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】杜賢武, 朱小平, 丁翠嬌, 韓斌
【申請(qǐng)人】武漢鋼鐵股份有限公司