CN102219492A - 一种红外辐射材料、高温红外涂料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外辐射材料采用多种过渡金属氧化物以及稀土金属氧化物为原料，高温合成高浓度晶体缺陷的尖晶石结构化合物，具有高温稳定性好，发射率高的优点，同时提供了采用该红外辐射材料生产高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶67-73份、聚丙烯酸铵0.005-0.02份、混合粉体28-32份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英48-52份、堇青石32-37份、氮化硼1-3份、红外辐射材料10-14份，该高温红外涂料具有强的粘结力，表干速度快，低温可烧结，并可耐高温，同时还提供了一种红外辐射材料的生产工艺及高温红外涂料的生产工艺，操作简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及红外科技领域，更具体地是指一种红外辐射材料、高温红外涂料及其生产工艺。
背景技术
目前，我国的能源利用率很低，约为32%，而工业发达国家则超过了60%。以窑炉锅炉为例，我国有蒸汽锅炉100万台，工业窑炉20万台，反射炉50万台，大型电阻炉40万台，还有星罗棋布的陶瓷、水泥窑炉，合计总数不下400万台。不过在节能减排、低碳经济的大趋势下，我国节能减排面临较大的挑战。同时，对红外辐射节能技术来说，其研究和应用也将存在更大的空间更广的前景。
我国的高温红外节能技术的发展相对滞后，不过随着低碳经济战略的提出，以及全球能源危机和环境危机的压力倍增，工业中高温过程越来越多地采用新技术、新材料以达到节能减排和实现清洁生产。由于红外辐射不仅对物体的受热有益，而且有助于分解高温窑炉产生的有毒气体，如碳的氧化物和氮的氧化物，因此高温红外辐射节能技术受到越来越多工业企业和科研机构，乃至政府和全社会的重视。这对高温红外辐射节能技术来说，将迎来一个大步发展和广泛应用的春天。
专利号为92107317.8的高发射率陶瓷涂料、专利号为99103712.X的一种远红外辐射加热烘烤涂料、专利号为200310114615.9的高温远红外涂料及其制备方法、专利号为200510042584的远红外伪装材料、专利号为200610031463.X的高红外辐射率节能涂料的制备方法、专利号为ZL201010102363.8的一种高发射率高抗震红外涂料的制备方法，这些红外涂料要么仅仅面向一些家用加热炉灶或低温烘干设备、要么发射率在高温环境下不持久等缺点，而对于一些高温工业窑炉，特别像钢铁热轧加热炉、陶瓷辊道窑或隧道窑等等，更未有可靠持久高温工业窑炉用的红外节能涂料，而长时间里人们研制与应用的高温红外辐射涂料都是以耐火性能优良的碳化硅或二氧化锆为主要成分、水玻璃为粘结剂的无机涂料。而这些往往都发射率低或高温环境下涂料老化速度快，红外辐射率不持久。
发明内容
本发明提供的一种红外辐射材料、高温红外涂料及其生产工艺，其目的在于克服现有的高温红外节能涂料发射率低、红外辐射不持久、原料来源简单的缺点。
本发明采用的技术方案如下：
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化锰60-70份、氧化铜8-12份、氧化钴3-7份、氧化铬3-7份、氧化铁8-12份、氧化铈3-7份。
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化铁42-47份、氧化铜18-22份、氧化锰28-32份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶67-73份、聚丙烯酸铵0.005-0.02份、混合粉体28-32份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英48-52份、堇青石32-37份、氮化硼1-3份、上述红外辐射材料10-14份。
一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化锰60-70份、氧化铜8-12份、氧化钴3-7份、氧化铬3-7份、氧化铁8-12份、氧化铈3-7份或者按比例称取氧化铁42-47份、氧化铜18-22份、氧化锰28-32份，将称取后的物质混合并研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过300-350目标准筛；
b、将通过300-350目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为3-5℃/min，并在1200℃下保温2-3小时；
c、将保温后的粉体冷却，将冷却后的粉体进行研磨，并全部过300-350目标准筛。
所述步骤a中的研磨采用高速行星磨干法研磨，且研磨后的粉体全部通过325目标准筛。
步骤b中合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时。
所述步骤c中保温后的粉体采用急速冷却降温。
所述步骤c中的冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、将混合粉体全部通过300-350目标准筛，再按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并搅拌20-40分钟；
c、搅拌均匀并形成浆料。
步骤b中搅拌为采用高速剪刀搅拌，搅拌时间为30分钟。
通过上述对本发明的描述可知，和现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、一种红外辐射材料采用多种过渡金属氧化物以及稀土金属氧化物为原料，高温合成高浓度晶体缺陷的尖晶石结构化合物，具有高温稳定性好，发射率高的优点。
2、高温合成含有稀土元素的红外辐射材料并采用急冷较快的降温过程，由于稀土元素离子拥有丰富的d轨道和f轨道空间，在不同的环境中有不同价态和配位数，将稀土元素掺杂到尖晶石结构，易于占据取代其他元素离子，并造成大量的晶格畸变，将对高温红外辐射材料的特性起到增强作用，同时高温中已经扩散的杂质离子因为迅速冷却而固定下来，从而使晶体结构发生一定畸变更好地保存下来，有利于降低烧成后粉体的晶格振动的对称性。
3、采用酸性硅溶胶作为高温粘结剂配制成的高温红外涂料，具有强的粘结力，表干速度快，低温可烧结，并可耐高温，相比于磷酸或磷酸盐类高温粘结剂，成本更低，更不易于引入无用杂质，同时喷涂或刷涂施工工艺简单，且用量少，成本低。
具体实施方式
实施例一
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化锰60份、氧化铜8份、氧化钴3份、氧化铬3份、氧化铁8份、氧化铈3份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶67份、聚丙烯酸铵0.005份、混合粉体28份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英48份、堇青石32份、氮化硼1份、上述红外辐射材料10份。
一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化锰60份、氧化铜8份、氧化钴3份、氧化铬3份、氧化铁8份、氧化铈3份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
实施例二
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化铁42份、氧化铜18份、氧化锰28份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶67份、聚丙烯酸铵0.005份、混合粉体28份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英48份、堇青石32份、氮化硼1份、上述红外辐射材料10份。
上述一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化铁42份、氧化铜18份、氧化锰28份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
实施例三
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化锰70份、氧化铜12份、氧化钴7份、氧化铬7份、氧化铁12份、氧化铈7份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶73份、聚丙烯酸铵0.02份、混合粉体32份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英52份、堇青石37份、氮化硼3份、红外辐射材料14份
一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化锰70份、氧化铜12份、氧化钴7份、氧化铬7份、氧化铁12份、氧化铈7份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
实施例四
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化铁47份、氧化铜22份、氧化锰32份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶73份、聚丙烯酸铵0.02份、混合粉体32份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英52份、堇青石37份、氮化硼3份、红外辐射材料14份
上述一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化铁47份、氧化铜22份、氧化锰32份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
实施例五
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化锰65份、氧化铜10份、氧化钴5份、氧化铬5份、氧化铁10份、氧化铈5份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶70份、聚丙烯酸铵0.01份、混合粉体30份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英50份、堇青石35份、氮化硼2份、上述红外辐射材料12份。
一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化锰65份、氧化铜10份、氧化钴5份、氧化铬5份、氧化铁10份、氧化铈5份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
实施例六
一种红外辐射材料，按质量组分比包括氧化铁45份、氧化铜20份、氧化锰30份。
一种红外辐射材料生产的高温红外涂料，按质量组分比包括酸性硅溶胶70份、聚丙烯酸铵0.01份、混合粉体30份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英50份、堇青石35份、氮化硼2份、上述红外辐射材料12份。
上述一种红外辐射材料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取氧化铁45份、氧化铜20份、氧化锰30份混合并采用高速行星磨干法研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过325目标准筛；
b、将通过325目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时；
c、将保温后的粉体急速冷却，并将冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
一种高温红外涂料的生产工艺，包括以下步骤：
a、按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并采用高速剪刀搅拌30分钟；
c、搅拌均匀后形成浆料。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种红外辐射材料，其特征在于：按质量组分比包括氧化锰60-70份、氧化铜8-12份、氧化钴3-7份、氧化铬3-7份、氧化铁8-12份、氧化铈3-7份。
2.一种红外辐射材料，其特征在于：按质量组分比包括氧化铁42-47份、氧化铜18-22份、氧化锰28-32份。
3.一种采用权利要求1或2所述的红外辐射材料生产的高温红外涂料，其特征在于：按质量组分比包括酸性硅溶胶67-73份、聚丙烯酸铵0.005-0.02份、混合粉体28-32份，所述混合粉体按照质量组分比包括熔融石英48-52份、堇青石32-37份、氮化硼1-3份、红外辐射材料10-14份。
4.一种权利要求1或2所述的红外辐射材料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、按比例称取氧化锰60-70份、氧化铜8-12份、氧化钴3-7份、氧化铬3-7份、氧化铁8-12份、氧化铈3-7份或者按比例称取氧化铁42-47份、氧化铜18-22份、氧化锰28-32份，将称取后的物质混合并研磨成粉体，将研磨后的粉体全部过300-350目标准筛；
b、将通过300-350目标准筛的粉体放入坩埚或料碗中，并将坩埚或料碗放入炉中高温合成，合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为3-5℃/min，并在1200℃下保温2-3小时；
c、将保温后的粉体冷却，将冷却后的粉体进行研磨，并全部过300-350目标准筛。
5.根据权利要求4所述的一种红外辐射材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤a中的研磨采用高速行星磨干法研磨，且研磨后的粉体全部通过325目标准筛。
6.根据权利要求4所述的一种红外辐射材料的生产工艺，其特征在于：步骤b中合成温度从室温一直升到1200℃，升温速率为4℃/min，并在1200℃下保温2.5小时。
7.根据权利要求4所述的一种红外辐射材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤c中保温后的粉体采用急速冷却降温。
8.根据权利要求4所述的一种红外辐射材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤c中的冷却后的粉体采用高速行星干法研磨，并全部过325目标准筛。
9.一种权利要求3所述的高温红外涂料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a、将混合粉体全部通过300-350目标准筛，再按比例称取酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体；
b、将酸性硅溶胶、聚丙烯酸铵及混合粉体盛入容器内，并搅拌20-40分钟；
c、搅拌均匀并形成浆料。
10.根据权利要求9所述的高温红外涂料的生产工艺，其特征在于：步骤b中搅拌为采用高速剪刀搅拌，搅拌时间为30分钟。
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