CN103613962A - 一种红外高发射率涂层材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种红外高发射率涂层材料，所述涂层材料由红外高发射率粉体材料与胶体材料混合制作而成；其中红外高发射率粉体材料由铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化铬与碳化硅按一定重量比经球磨混料、高温预烧、超细化处理工艺制作而成；所述胶体材料由水、水玻璃、羧甲基纤维素和超细二氧化硅按一定重量比混合制作而成。该涂层材料具有红外发射率高且稳定、不易老化，涂层与基体结合力强、使用寿命长，价格低廉等优点。

Description

一种红外高发射率涂层材料及制备方法

技术领域

本发明涉及高温炉涂层材料技术领域，尤其涉及一种红外高发射率涂层材料及制备方法。

背景技术

目前，红外高发射率涂层材料是应用于工业高温窑炉上的节能材料，不仅能够提高炉膛内壁的发射率，改善加热均匀性，提高热量利用率，而且可以增强炉膛内壁表面强度，起到保护炉膛内壁的作用，延长窑炉使用寿命。国内外对高发射率涂料都进行了大量研究，并开发了很多产品。例如，美国CRC公司生产的以锆英石、SiO₂、Al₂O₃为主的红外高发射率涂料，日本日上公司生产的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Cr₂O₃的红外高发射率涂料，北京联合荣大工程材料有限责任公司生产的“RJT-2高温节能涂层”，河南许昌市红外技术研究所生产的“HS-2-1系列”高发射涂料等。

上述现有技术的产品都以金属氧化物体系为主，配合少量添加剂，经高温煅烧，破碎处理后与粘结剂配合使用，高温发射率可达0.9左右，现有的这些涂料虽然有一定节能效果，但还存在着一些问题，例如涂层发射率随时间衰减，影响使用寿命；涂层与基体结合力不足，使用一段时间后易剥离、脱落，制约了涂料在工业窑炉上的应用，同时成本与售价高，每公斤价格普遍在百元以上，工业窑炉大量使用成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外高发射率涂层材料及制备方法，该涂层材料具有红外发射率高且稳定、不易老化，涂层与基体结合力强、使用寿命长，价格低廉等优点。

一种红外高发射率涂层材料，所述涂层材料由红外高发射率粉体材料与胶体材料混合制作而成；

其中，所述红外高发射率粉体材料由铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化铬与碳化硅按一定重量比经球磨混料、高温预烧、超细化处理工艺制作而成；

所述胶体材料由水、水玻璃、羧甲基纤维素和超细二氧化硅按一定重量比混合制作而成。

所述红外高发射率粉体材料的原料配方按各组分的重量百分数如下：

铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%。

所述铁矿渣的主要成分包括85-90%的二氧化硅、5-10%的氧化铁以及5%左右的镁Mg、铝Al、钙Ca的金属氧化物。

所述胶体材料各组分的重量百分数如下：

水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅3-10%。

所述超细二氧化硅为粒径分布在数个纳米至150纳米之间、且平均粒径为数十纳米的粉体材料；

所述水玻璃能由磷酸二氢铝代替，其中所述磷酸二氢铝的重量百分比为10-20%，且水的重量百分比为60-85%，而其它原料的配比保持不变。

一种红外高发射率涂层材料的制备方法，所述制备方法包括：

按一定的重量百分比称量制作红外高发射率粉体材料的原料，加入球磨机球磨、并混合均匀，其中所述红外高发射率粉体材料的原料的重量百分数为：铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%；

将球磨后的粉体材料在1200℃高温下热处理8小时以上，将热处理后的粉体材料再次球磨、超细化处理，直至得到的粉体材料的颗粒尺寸在1微米以下；

按一定的重量百分比称量制作胶体材料的原材料，加入搅拌机，搅拌均匀至具有一定粘度的胶体材料，其中所述胶体材料的原材料各组分的重量百分数为：水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅3-10%；

将所制得的红外高发射率粉体材料与胶体材料按照重量比为1:2.5～3.5的比例混合，搅拌均匀，最终制得红外高发射率涂层材料。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该涂层材料具有红外发射率高且稳定、不易老化，涂层与基体结合力强、使用寿命长，价格低廉等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所述红外高发射率涂层材料的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例所述红外高发射率涂层材料由红外高发射率粉体材料与胶体材料混合制作而成；

其中，所述红外高发射率粉体材料由铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化铬与碳化硅按一定重量比经球磨混料、高温预烧、超细化处理工艺制作而成；

所述胶体材料由水、水玻璃、羧甲基纤维素和超细二氧化硅按一定重量比混合制作而成。

在具体实现中，所述红外高发射率粉体材料的原料配方按各组分的重量百分数如下：

铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%。

所述铁矿渣的主要成分包括85-90%的二氧化硅、5-10%的氧化铁以及5%左右的镁Mg、铝Al、钙Ca的金属氧化物。因此，上述红外高发射率粉体材料的原料配方中的铁矿渣能用相应比例的二氧化硅和氧化铁粉体材料替代。

以上制作红外高发射率粉体材料的原材料均为200目左右的粉体，除铁矿渣以外，其它材料的纯度为95%左右的工业级原料，其中铁矿渣的主要成分是二氧化硅和少量的Fe、Mg、Al、Ca等金属氧化物，因此，上述红外高发射率粉体材料配方中的铁矿渣还可以用相应比例的二氧化硅和氧化铁粉体材料替代。

具体实现中，所述胶体材料各组分的重量百分数如下：

水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅3-10%。

另外，所述超细二氧化硅为粒径分布在数个纳米至150纳米之间、且平均粒径为数十纳米的粉体材料；

所述水玻璃能由磷酸二氢铝代替，其中所述磷酸二氢铝的重量百分比为10-20%，且水的重量百分比为60-85%，而其它原料的配比保持不变。

在具体使用中，上述制得的红外高发射率涂层材料的施工工艺可以为：

1.先将炉膛内壁表面清洁，去除灰尘杂质；

2.在对炉膛内壁预处理，使用1～10%浓度的水玻璃溶液喷涂于内壁；

3.然后涂刷或喷涂制得的红外高发射率涂层材料，厚度在0.1～1mm之间；

4.对炉膛预热，窑炉加热到600℃～1100℃，保温12小时以上。

基于上述的红外高发射率涂层材料，本发明实施例还提供了一种红外高发射率涂层材料的制备方法，如图1所示为本发明实施例所述红外高发射率涂层材料的制备方法流程示意图，所述制备方法包括：

步骤11：按一定的重量百分比称量制作红外高发射率粉体材料的原料，加入球磨机球磨、并混合均匀

在该步骤中，所述红外高发射率粉体材料的原料的重量百分数为：铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%。

步骤12：将球磨后的粉体材料在1200℃高温下热处理8小时以上，将热处理后的粉体材料再次球磨、超细化处理，直至得到的粉体材料的颗粒尺寸在1微米以下

步骤13：按一定的重量百分比称量制作胶体材料的原材料，加入搅拌机，搅拌均匀至具有一定粘度的胶体材料

在该步骤中，所述胶体材料的原材料各组分的重量百分数为：水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅3-10%。

步骤14：将所制得的红外高发射率粉体材料与胶体材料按照重量比为1:2.5～3.5的比例混合，搅拌均匀，最终制得红外高发射率涂层材料。

下面以具体的实例对上述制备过程进行描述：

实施例1

1.称取铁矿渣2kg，氧化铁0.4kg，氧化锰0.4kg，氧化锆0.4kg，氧化铬0.4kg、碳化硅0.4kg，加入球磨机，研磨数小时，使粉料混合均匀。

2.将球磨混合后的粉体在高温1200℃下热处理12小时，得到红外高发射率粉体材料。

3.待热处理结束后降温至常温，将粉体进行球磨数小时得到粒径在1微米以下的超细粉体。

4.再称取10kg水，2.5kg水玻璃，0.125kg羧甲基纤维素，0.5kg超细二氧化硅，放入搅拌机，搅拌至粘稠状胶体材料。

5.按重量比例1:3称取红外高发射率粉体材料与胶体材料，搅拌混合均匀，即得到可以使用的红外高发射率涂层材料。

实施例2

1.称取二氧化硅1.8kg，氧化铁0.6kg，氧化锰0.4kg，氧化锆0.4kg，氧化铬0.4kg、碳化硅0.4kg，加入球磨机，研磨并混合均匀。

2.将混合后的粉体在高温1200℃下热处理12小时，得到红外高发射率粉体材料。

3.待热处理结束后将粉体进行球磨得到1微米以下的超细化粉体。

4.称取10kg水，2kg磷酸二氢铝，0.125kg羧甲基纤维素，0.5kg超细二氧化硅，放入搅拌机，搅拌至粘稠状胶体材料。

5.按重量比例1:3称取红外高发射率粉体材料与胶体材料，搅拌混合均匀，即得到可以使用的红外高发射率涂层材料。

按照上述流程制得的红外高发射率涂层材料经测试，在800℃时半球全发射率在0.91以上；涂层与基体结合牢固，不易掉渣，并可长期工作在1100℃，耐火焰冲刷，耐急冷急热；在钢化玻璃窑炉（BT炉的炉膛顶部和侧壁）内实际使用，节能效率达到8%以上。

综上所述，该涂层材料具有红外发射率高且稳定、不易老化，涂层与基体结合力强、使用寿命长，价格低廉等优点；在高温窑炉炉膛内使用后不仅可以节能，而且能够保护炉膛，延长窑炉使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种红外高发射率涂层材料，其特征在于，所述涂层材料由红外高发射率粉体材料与胶体材料混合制作而成；

其中，所述红外高发射率粉体材料由铁矿渣、氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化铬与碳化硅按一定重量比经球磨混料、高温预烧、超细化处理工艺制作而成；

所述胶体材料由水、水玻璃、羧甲基纤维素和超细二氧化硅按一定重量比混合制作而成。

2.如权利要求1所述红外高发射率涂层材料，其特征在于，所述红外高发射率粉体材料的原料配方按各组分的重量百分数如下：

铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%。

3.如权利要求2所述红外高发射率涂层材料，其特征在于，

所述铁矿渣的主要成分包括85-90%的二氧化硅、5-10%的氧化铁以及5%左右的镁Mg、铝Al、钙Ca的金属氧化物。

4.如权利要求1所述红外高发射率涂层材料，其特征在于，所述胶体材料各组分的重量百分数如下：

水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅3-10%。

5.如权利要求4所述红外高发射率涂层材料，其特征在于，

所述超细二氧化硅为粒径分布在数个纳米至150纳米之间、且平均粒径为数十纳米的粉体材料；

所述水玻璃能由磷酸二氢铝代替，其中所述磷酸二氢铝的重量百分比为10-20%，且水的重量百分比为60-85%，而其它原料的配比保持不变。

6.一种红外高发射率涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

按一定的重量百分比称量制作红外高发射率粉体材料的原料，加入球磨机球磨、并混合均匀，其中所述红外高发射率粉体材料的原料的重量百分数为：铁矿渣：45-75%；氧化铁：0-10%；氧化锰：5-15%；氧化锆：5-15%；氧化铬：5-15%；碳化硅：5-15%；

将球磨后的粉体材料在1200℃高温下热处理8小时以上，将热处理后的粉体材料再次球磨、超细化处理，直至得到的粉体材料的颗粒尺寸在1微米以下；

按一定的重量百分比称量制作胶体材料的原材料，加入搅拌机，搅拌均匀至具有一定粘度的胶体材料，其中所述胶体材料的原材料各组分的重量百分数为：水：55-85%；水玻璃：15-30%；羧甲基纤维素：1-3%；超细二氧化硅：3-10%；

将所制得的红外高发射率粉体材料与胶体材料按照重量比为1:2.5～3.5的比例混合，搅拌均匀，最终制得红外高发射率涂层材料。

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