CN102249601A - 一种免烧结红外辐射材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免烧结红外辐射材料及其制备方法，其主要是选择原料红砖粉、电除尘细分、氧化镍、氧化锰、氧化钴、氧化铜中任意两种或多种按一定的重量份混合，然后加入辅料粘合剂和增稠剂制备而成，本发明的制备方法简便，成本低，而且得到的产品比现有技术制备的材料散热效果好。

Description

一种免烧结红外辐射材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种免烧结红外辐射材料及其制备方法。

背景技术

红外辐射习惯上称为红外线或红外，也有称为热辐射。早在1800年，英国天文学家威·赫谢开(W·Herschel)在研究太阳光不同色彩部分的热效应时，偶然发现了这种辐射热效应强的红外线。此后，经历了一百多年的时间认识红外辐射的本质和建立基本的辐射定律，使红外辐射的应用与研究得到迅速的发展。

红外辐射加热技术于70年代末传入我国，其研制与应用工作呈螺旋式发展。首先是在低温电加热干燥炉上的应用效果问题进行了广泛的研究与应用。

随着国外中高温红外辐射涂料研究热潮的蓬勃升起，我国近些年在该领域的研究工作也得到广泛开展，并在一些工业炉炉衬及电热热处理炉上逐步得到应用，取得了一些可喜的研究与应用效果，表明我国高温红外辐射涂料的研究与应用正在不断的发展之中。

随着材料研究技术的不断发展，红外辐射涂料的物质组成也得到了长足的进步，从单纯的物质或化合物发展为多种物质或化合物的复合材料。早期的红外辐射涂料主要是以碳化硅、氧化锆、锆英砂等单种物质或化合物为辐射成分、以简单无机盐为载体粘结剂：发展至今，红外辐射涂料的辐射成分则是由多种物质或化合物通过特殊的材料复合工艺制成，其载体粘结剂也是由原来的单种粘结剂物质载体发展为多种微粉、溶胶及化学粘结剂组成的复合溶体。

英国CRC公司声称其红外辐射涂料的辐射粉料部分有两类基本组成，即氧化锆和锆英砂，其中ET4的辐射粉料主要是由锆英砂、二氧化硅、三氧化铝组成。美国CRC公司的红外辐射涂料已系列化，其中用在金属表面上的涂料，其辐射粉料组成主要是二氧化硅和三氧化铝：用在耐火材料炉衬表面上的涂料，其辐射粉料主要是由氧化锆或氧化锆、二氧化硅、氧化铝组成。英国Har-belfc Beven公司与欧澳多国联营推出的Encoat红外辐射涂料产品，其辐射粉料部分主要是由碳化硅加防老化剂组成。日本CRC公司推出的红外辐射涂料产品，如CR(：1100、CRCl500，其辐射粉料主要是由CoO、Cr2O3、Fe2O3、MO2O3、SiO2等组成，在日本新近推出的许多专利产品则以过渡金属氧化物为主、添加其它添加剂构成。我国一些红外辐射涂料生产厂家生产的红外辐射涂料产品，其辐射粉料大多是由碳化硅、锆英砂、三氧化铬等单种化合物组成。此外，国外生产的红外辐射涂料大多要对辐射粉料进行预处理，例如：En.coat涂料便要通过烧结预处理，使碳化硅表面生成二氧化硅保护膜，以提高碳化硅的抗氧化能力，延长其使用寿命，而我国目前生产的单种化合物为辐射主成分的红外辐射涂料一般皆未经烧结预处理。自80年代末以来，我国一些学者通过参阅国外资料，研究红外全波段辐射性能优良的过渡金属氧化物基红外辐射涂料，并在实际工业生产中进行了尝试，取得了一定的应用效果。

随着红外技术的不断发展，人们从大量的物质光谱中发现了许多物质的红外光谱发射率较高，并以这些物质为基料研制出多种红外辐射涂料，以改善物体表面的辐射特性，达到强化辐射传热的目的，因此，初期阶段的红外辐射涂料的辐射基料主要是单种物质或数种物质的简单机械混合物。应工业炉节能的需要，60年代末开始在工业生产的低温干燥炉中应用，并不断地取得优良的节能效果，红外辐射涂料作为工业炉的一种节能新材料逐步被人们所认识，70年代在低温干燥炉中得到推广应用。随着低温红外辐射涂料研制与应用的不断深入，中高温工业炉的红外辐射涂料的研制与应用问题逐渐被人们关注。近10年来，许多技术先进的国家投入大量的人力、物力进行红外辐射涂料的研制与应用技术研究，推出了许多在实际工业炉生产中应用效果优良的红外辐射涂料名品，称其为“工业炉技术的重大进步”、“性能的重大改进”、“技术发展的里程碑”，并被列入“21N：纪的新材料”。

自1994年以来，人功率LED得到迅猛发展，已经在诸多领域(如路灯、汽车尾灯、LCD背光源等)取代了传统光源。LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍。目前最大功率的LED灯具要算是L皿路灯了。LED路灯和电脑最大的差别就是它是安装在室外的十分恶劣的环境条件下的。如果采用风扇，那么这种风扇也必须能够承受十分恶劣的环境条件。目前LED的发光效率还是比较低，从而引起结温升高，寿命降低。为了降低结温以提高寿命就必须十分重视散热的问题，针对LED散热壳体涂覆的低温红外辐射涂料研制与应用尚不够深入。

全球照明协会表示在不远的将来，大功率发光二极管(Powerlight-emittingdiodes)将在普通照明领域起到至关重要的作用。国际上LED技术正在向大功率、高亮度、高效率、低成本方向发展。功率LED的光学特性和电学特性强烈依赖于结温。随着LED功率的增大，过高的结温会影响LED的寿命和可靠性，散热问题变得日益严峻。

与其它的灯源相比，会产生严重的散热问题，这主要是因为不通过进行散热。一般而言用于LED的功耗有75％～85％最终转换为热能，过多的热量会减少LED的光输出和产生偏色，加速LED老化。

物体中的电子振动或激发的结果，就会向外放出辐射能，一切物体只要在开氏零度以上，同部的电子主举振动，这种振动随温度的升高而增加，这种振动使许多粒子发生冲撞，冲撞的结果使电子得到能量变成了激发的状态，使外层电子提高到较高的能位上去，以致使它脱离了原来的轨道。但是，电子在这种能位上是不稳定的，几乎随时就有跳回到原来轨道上的趋势，即从不稳定的较高能位回到原来的较低能位，电子每往回跳一次就会产生一个量子能，释放出辐射能。对于具有高红外辐射能力的材料，辐射能以红外线的形式输出。因此，凡温度高于开氏零度(-273℃)的任何物体，都会有红外线向处辐射。随着辐射体材质分子结构和温度等诸条件的不同，其辐射波长也各不相同。

在红外辐射波段中，当分子中的原子或原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时，会产生2.5～25μm的远红外辐射，如果辐射源是由分子的转动特性改变所引起的辐射，则发生大于25um的远红外辐射。实验发现振动光谱的能量约为转动光谱能量的100倍。因此在远红外的波长选择中，2.5～25μm为高载能波，由辐射传热基本定律和计算公式可知，提高辐射体表面辐射系数ε入，将有利于辐射传热的强化。

根据国内外中高温红外辐射涂料的研究资料得知，涂料的辐射粉体基料化学组成往往是一些金属氧化物，常用的氧化物有Fe2O3、MnO2、NiO、CuO、CoO、Cr2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、La2O3、CeO等：其中用得较多的是过渡金属氧化物，如Fe2O3、MnO2、CuO、CoO等：主要是因为过渡金属氧化物材料易得、价廉，且可在氧化性气氛下长期使用。

我们知道材料的红外辐射性能与材料的微观结构紧密相关。由此看来，仅采用多种过渡金属氧化物进行简单的机械混合，将不能改变材料的微观物相结构，仍不能摆脱多声子辐射与吸收机制的限制，达到改善1～5μm近红外光谱波段的红外辐射性能。为此，必须采用高温合成的方法来改变其微观结构与物相组成，以强化材料的自由载流子及杂质能级的电子跃迁辐射机制，提高1～5μm近红外光谱波段的红外辐射性能.日本的高岛广夫和高田宏一等用过渡金属氧化物(如：Fe2O380％，MnO215％，CoO5％；MnO280％，CoO 10％，CuO 10％；MnO260％；Fe2O320％，CuO 10％，CoO10％等)，在1150℃反应烧结后，使其在2～5μm波段范围内皆具有高的红外光谱辐射率。

发明内容

随着LED功率的增大，过高的结温会影响LED的寿命和可靠性，散热问题变得日益严峻，为了解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种免烧结红外辐射材料及其制备方法。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

免烧结红外辐射材料，其特征在于组成原料的重量比为：红砖粉10-80％、电除尘细粉0-20％、氧化镍0-10％、氧化锰10-60％、氧化钴0-10％、氧化铜0-10％，选用上述原料中任意两种或多种，其中还含有辅料粘合剂18-25％、增稠剂1-2.5％。

免烧结红外辐射材料，其特征在于组成原料的重量比为：红砖粉50-60％、电除尘细粉10-20％、氧化镍8-10％、氧化锰10-20％、氧化钴5-10％、氧化铜5-10％，选用上述原料中任意两种或多种，其中还含有辅料粘合剂18-25％、增稠剂1-2.5％。

所述的免烧结红外辐射材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按组成原料的重量比称取原料，然后配制成溶液后放入振动混料机中混合15-20分钟，同时，粉碎原料中的团聚体，使各种原料都能均匀地混合在一起，然后粉碎至300-325目微粉体，得到远红外陶瓷粉，备用；

(2)在搅拌状态下在合成的远红外陶瓷粉中加入一定重量比的粘结剂和增稠剂，搅拌均匀后将料液泵入砂磨机研磨3-4小时即可。

所述的免烧结红外辐射材料，其特征在于所述的粘合剂选用聚酯改性有机硅树脂，增稠剂选用有机膨润土。

本发明的有益效果：

本发明的制备方法简便，成本低，而且得到的产品比现有技术制备的材料散热效果好。

具体实施方式

实施例1

1、先将所选用的红砖粉、氧化锰进行复配，按质量比，各组分所占比例为：

红砖粉70g、氧化锰30g；

2、将以上粉体于振动混料机中混合15-20分钟，使各种原料都能均匀地混合在一起，然后粉碎至325目微粉体备用；

3、将合成的常温远红外陶瓷粉，加入粘结剂聚酯改性有机硅树脂20g、增稠剂有机膨润土2g配成红外涂料。

实施例2

1、先将所选用的红砖粉、电除尘细粉、氧化锰进行复配，按质量比，各组分所占比分比例为：

红砖粉50g、电除尘细粉20g、氧化锰30g；

2、将以上粉体于振动混料机中混合15-20分钟，使各种原料都能均匀地混合在一起，然后粉碎至325目微粉体备用；

3、将合成的常温远红外陶瓷粉，加入粘结剂聚酯改性有机硅树脂20g、增稠剂有机膨润土2g配成红外涂料。

实施例3

1、先将所选用的红砖粉、电除尘细粉、氧化镍、氧化锰、氧化钴、氧化铜进行复配，按质量比，各组分所占比例为：

红砖粉40g、电除尘细粉20g、氧化镍10g、氧化锰10g、氧化钴5g、氧化铜5g；

2、将以上粉体于振动混料机中混合15-20分钟，使各种原料都能均匀地混合在一起，然后粉碎至325目微粉体备用；

3、将合成的常温远红外陶瓷粉，加入粘结剂聚酯改性有机硅树脂20g、增稠剂有机膨润土2g配成红外涂料。

Claims (4)

1.一种免烧结红外辐射材料，其特征在于组成原料的重量比为：红砖粉10-80％、电除尘细粉0-20％、氧化镍0-10％、氧化锰10-60％、氧化钴0-10％、氧化铜0-10％，选用上述原料中任意两种或多种，其中还含有辅料粘合剂18-25％、增稠剂1-2.5％。

2.根据权利要求1所述的免烧结红外辐射材料，其特征在于组成原料的重量比为：红砖粉50-60％、电除尘细粉10-20％、氧化镍8-10％、氧化锰10-20％、氧化钴5-10％、氧化铜5-10％，选用上述原料中任意两种或多种，其中还含有辅料粘合剂18-25％、增稠剂1-2.5％。

3.根据权利要求1所述的免烧结红外辐射材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按组成原料的重量比称取原料，然后配制成溶液后放入振动混料机中混合15-20分钟，同时，粉碎原料中的团聚体，使各种原料都能均匀地混合在一起，然后粉碎至300-325目微粉体，得到远红外陶瓷粉，备用；

(2)在搅拌状态下在合成的远红外陶瓷粉中加入一定重量比的粘结剂和增稠剂，搅拌均匀后将料液泵入砂磨机研磨3-4小时即可。

4.根据权利要求1所述的免烧结红外辐射材料，其特征在于所述的粘合剂选用聚酯改性有机硅树脂，增稠剂选用有机膨润土。