CN102256397A - 近红外辐射器 - Google Patents

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方得志
俞春东
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Abstract

本发明涉及一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层；底层中Cr2O3的含量为25-68wt％，面层中CeO2的含量为32-58wt％。本发明的设备具有加热时间短、辐射效率高的特点，适合于粉末涂料的固化。

Description

近红外辐射器
技术领域
本发明涉及一种红外辐射加热器，具体地，本发明涉及一种近红外辐射管加热器。
背景技术
涂料覆盖于基体表面后，由液态或熟料固体粉末状态转变成致密完整的固体涂膜的过程称为涂层或涂膜的干燥或固化。
涂层干燥是涂漆施工的主要环节之一，只有最终形成固化的连续涂层之后，涂料才能发挥它的各种功能。只有选择正确的干燥方式和工艺，才能得到理想的预期涂层，完成涂料施工的整个工艺要求。涂层干燥工艺除了影响涂料施工的效果之外，由于它是一个耗能高、耗时长的过程，因而对涂料施工的效率和经济性也有重大影响。
涂层的干燥过程一般是由液态变为固态，黏度逐渐增加，性能逐渐达到规定要求的过程。变化过程经历表面干燥、半干燥、完全干燥三个阶段。
(1)表面干燥：是涂膜丛可流动的状态干燥到用手指轻触涂膜时手指上不沾漆但感到涂膜发黏、涂膜上留有指痕的阶段。
(2)半干燥，是用手指轻压涂膜时能不留指纹的干燥状态，是一种半硬的干燥状态。
(3)完全干燥，是用手指强压涂膜也不留指纹，用手指磨擦涂膜也不留伤痕的干燥状态，此时涂膜能抗压、耐打磨。但不同涂膜完全干燥的标准往往还有具体要求，标准的方法是测试涂膜的硬度等力学性质来判断涂膜的干燥或固化程度。
根据干燥时的具体条件可分为自然干燥、加热干燥和特种干燥三种情况。红外线辐射干燥是常用的加热干燥方式之一。
众所周知，红外辐射按其辐射波长可以分为三个波段，近红外波段其波长为750nm-2500nm，辐射体温度为2000-2200℃，热元件启动时间为1-2秒，辐射源呈光亮色；中红外波段其波长为2500nm-4000nm，辐射体温度为800-900℃，热元件启动时间为60-90秒，辐射源呈暗红色；远红外波段其波长为4-50um，辐射体温度400-600℃，热元件启动时间为15分钟，辐射源呈暗色。应用在工业上的红外辐射加热器，对不同的被加热工件，其加热及吸收红外辐射波长各不相同，于是红外辐射加热器提供的波长必须与工件加热及吸收所需的波长相互匹配，才能达到预期的效果，其性能指标包含节能效果，升温及降温快速，红外辐射加热器使用寿命等。
近年来，一种类似于太阳辐射的红外线的近红外线，有着0.75-2.0μm的短波长，能转换为仅对物体辐射而不对空气加热的形式，日渐成为人们的研究重点。尤其是，近红外线被加热元件如灯丝产生之后，通过透明的石英管被透射和辐射出来，其用于加热具有诸多优点，例如高的加热效率，对人体的无害性，无污染和极好地瞬间加热性能。因此，近红外线被广泛使用在工业干燥器中。
关于提高近红外线的透射率，已有诸多国内外的实验室和企业对此开展了广泛的研究。其中比较引人注目的有，例如从加热元件中仅发射近红外射线为目的，一种选择性的近红外加热技术已经成为研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种近红外辐射管加热器，并且其具有加热时间短、辐射效率高的特点，适合于粉末涂料的固化。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层。
其中，底层中Cr2O3的含量为25-68wt％。
其中，面层中CeO2的含量为32-58wt％。
其中，底层的厚度为100nm-2000nm。
其中，面层的厚度为100nm-5000nm。
优选的，所述的陶瓷近红外反射层的底层为：42wt％SiO2+58wt％Cr2O3。
优选的，所述的陶瓷近红外反射层的面层为：45wt％CeO2+55wt％Al2O3。
优选的，所述的陶瓷近红外反射层的底层和面层的厚度均介于200nm-800nm之间。
其中，所述的陶瓷近红外反射层的底层和面层可以通过本领域已知的技术来沉积，例如，溅射法如磁控溅射、喷涂法如电弧喷涂、蒸镀法如电子束蒸镀法、化学气相沉积如等离子体增强化学气相沉积等。
优选的，可以通过溅射法制备，例如可以通过磁控溅射含有SiO2和Cr2O3的复合靶来制备所述的底层；通过磁控溅射含有CeO2和Al2O3的复合靶来制备所属的面层。
优选的，也可以通过蒸镀法例如电子束蒸镀法来制备上述涂层；优选的也可以利用化学气相沉积方法来制备上述涂层；所述的沉积技术均属于现有技术。
采用溅射法、蒸镀法或者化学气相沉积方法制备的涂层质量高，厚度易于精确控制，从而有利于实现对红外辐射线有选择的发射；并且制备得到的涂层与基体的结合力牢固，能够长期保持很高的近红外辐射性能。
本申请制备的陶瓷近红外反射层的辐射性能采用中科院上海技术物理研究所研制的IRE-2红外辐射测试仪，按照GB7287.9-87规定的方法，在800度测试其红外发射率高达91-95％之间。
另外，申请人还对陶瓷近红外反射层的抗热震性进行了测试，将制备的红外辐射涂层在1000度的高温下加热120小时，视觉检查涂层表面无明显变化，而通过红外发射率测试也表明，发射率降低了不到2％，显示出该涂层在严酷的高温条件下依然具有优异的红外辐射性能。
同现有技术的近红外辐射管加热器相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的近红外辐射器的波长主要集中在0.75-1.25um的范围内，能够在几分钟以内，甚至数十秒之内完成粉末涂料的熔融、流动和固化的整个过程，而且涂料具有优异的外观。
(2)主要采用陶瓷近红外反射层作为发射层，并且采用了双层结构，辐射加热器的发射率高达90％以上，克服了现有技术中金属材料作为反射层易氧化、反射率低下的缺点。
(3)本发明的远红外辐射涂层能耐1000度高温长时间的考验，而且性能没有明显下降(工作温度一般低于800度)。
具体实施例
以下将通过具体实施例对本发明做出进一步的说明。
实施例1
一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层。其中，底层中Cr2O3的含量为25wt％，面层中CeO2的含量为32wt％。底层和面层的厚度均为500nm。采用磁控溅射法制备。800度的反射率为92％。
实施例2
一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层。其中，底层中Cr2O3的含量为32wt％，面层中CeO2的含量为38wt％。底层和面层的厚度均为1000nm。采用蒸镀法制备。800度的反射率为93％。
实施例3
一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层。其中，底层中Cr2O3的含量为58wt％，面层中CeO2的含量为38wt％。底层和面层的厚度均为2000nm。采用化学气相沉积法制备。800度的反射率为95％。
本发明的近红外辐射器可以用于涂层固化炉上。通过锌铝合金粉末涂层的固化对比实验表明，与普通的加热炉方式相比，节省电力大约50-75％，固化时间缩短了80％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本申请的权利要求要求保护的技术方案范围之内，所作的任何修改和/或等同替换和/或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求的技术方案及其等同的技术方案为准，而不受说明书具体描述部分的限制。

Claims (7)

1.一种近红外辐射器，包括石英管灯、管灯的灯丝由钨丝制成，石英管灯的内壁涂覆有多层陶瓷近红外反射层；其特征在于所述的陶瓷近红外反射层具有由SiO2和Cr2O3组成的底层；其上具有由Al2O3和CeO2组成的面层；底层中Cr2O3的含量为25-68wt％，面层中CeO2的含量为32-58wt％。
2.权利要求1所述的近红外辐射器，其特征在于所述的底层厚度为100nm-2000nm。
3.权利要求1所述的近红外辐射器，其特征在于所述的面层的厚度为100nm-5000nm。
4.权利要求1所述的近红外辐射器，其特征在于所述的陶瓷近红外反射层的底层为：42wt％SiO2+58wt％Cr2O3。
5.权利要求1所述的近红外辐射器，其特征在于所述的陶瓷近红外反射层的面层为：45wt％CeO2+55wt％Al2O3。
6.权利要求1所述的近红外辐射器，其特征在于所述的陶瓷近红外反射层采用溅射法、蒸镀法或化学气相沉积法来制备。
7.权利要求1-6任一项所述的近红外辐射器的用途，用于粉末涂料的干燥或固化。
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