CN104086169A - 一种复合掺杂高红外辐射材料粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提出一种具有高红外辐射率的复合掺杂高红外辐射材料粉体及其制备方法。本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体，按重量份数配比计，以55～75份的三氧化二铁、15～30份的氧化镍、5～10份的氧化锌的混合物为基材，掺杂0.5～1.5份的二氧化锰、0.5～2份的氧化钴、3～5份的氧化铬、0.05～0.2份的二氧化铈、0.05～0.2份的氧化铒、0.05～0.2份的三氧化二钕、0.05～0.2份的三氧化二镱，采用固相烧结工艺制备而成。本发明以具有高红外辐射率的尖晶石型镍锌铁氧体材料为基础，引入多种稀土材料进行复合掺杂改性，得到存在氧离子空位缺陷和晶格畸变的镍锌铁氧体材料粉体，使其红外辐射性能得到大幅度提高，红外辐射率可达0.96～0.97。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及到一种复合掺杂高红外辐射材料粉体。
背景技术
红外辐射材料是随着红外技术的发展应运而生的一类新型的光热转换材料，该材料在常温下就有很高的辐射率及光热转换性能，已经在环保、医疗、保健、军事、节能等领域得到了不同程度的应用。
现有的红外辐射材料主要是一些矿物原料与过渡金属氧化物的复合材料，如Al2O3+TiO2系列涂层材料，TiO2+ZrO2+Nb2O5 系列涂层材料等，通过合理选择组分及配比，可以得到具有辐射功能的红外辐射材料。如中国发明专利CN1296314C 公开了一种镍铬尖晶石型红外辐射粉末材料，采用Cr2O3 和NiO 为主要成分，再掺杂TiO2、Nb2O5、TiN 和TiB2 或者Fe2O3、MnO2，或者还掺杂SiO2、ZrO2，其热辐射率为0.89 ～ 0.93。
然而，上述材料的红外辐射率较低，为了进一步提高红外辐射率，国内外研究人员进行了很多研究和尝试，取得了一些成果，如中国发明专利申请CN1060193A 公开了一种高效红外辐射材料的制备方法，其材料组成为Fe2O3、ZnO、SnO2、Ni2O3 和Co2O3，最终得到了辐射率高达0.95 的红外辐射材料。然而，该材料的制备方法比较复杂，不利于工业应用。
因此，如何选择适合的原料及配比，获得红外辐射率超过0.95 的陶瓷材料，是本领域技术人员的研究方向之一，也具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有高红外辐射率的复合掺杂高红外辐射材料粉体及其制备方法。
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体，按重量份数配比计，以55～75份的三氧化二铁、15～30份的氧化镍、5～10份的氧化锌的混合物为基材，掺杂0.5～1.5份的二氧化锰、0.5～2份的氧化钴、3～5份的氧化铬、0.05～0.2份的二氧化铈、0.05～0.2份的氧化铒、0.05～0.2份的三氧化二钕、0.05～0.2份的三氧化二镱, 采用陶固相烧结工艺制备而成。
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为20～40小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1200～1300℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
所述A步骤中的研磨为干磨或湿磨，如果采用湿磨，则所述B步骤中首先经干燥之后再装入匣钵烧结。
经过研究发现，晶格畸变导致的非对称振动、电子空穴浓度增加及氧离子空位出现降低离子振动的对称性均能提高红外辐射效率，本发明以具有高红外辐射率的尖晶石型镍锌铁氧体材料为基础，引入氧化锰、氧化钴、氧化铬、二氧化铈、氧化铒、三氧化二钕、三氧化二镱等稀土材料进行复合掺杂改性，得到存在氧离子空位缺陷和晶格畸变的镍锌铁氧体材料粉体，此外，还有稀土元素不同价态和不同能级电子跃迁辐射的存在，使其红外辐射性能得到大幅度提高，红外辐射率可达0.96 ～ 0.97。
本发明得到的红外辐射陶瓷材料既可以单独制备成陶瓷材料制品，也可以作为其他已有材料表面的涂层材料，也可以作为粉体添加到其他材料中制备红外辐射材料，具有用途广泛、制备方便、红外辐射率的优点。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
实施例1：
本实施例的红外辐射陶瓷材料粉体按重量份数配比计，以55份的三氧化二铁、30份的氧化镍、10份的氧化锌的混合物为基材，掺杂1.5份的二氧化锰、2份的氧化钴、5份的氧化铬、0.2份的二氧化铈、0.2份的氧化铒、0.2份的三氧化二钕、0.2份的三氧化二镱, 采用固相烧结工艺制备而成。
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为20小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1200℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
采用中国科学院上海技术物理研究所研制的IRE-2 型双波段辐射率测量仪测试样品的红外辐射性能，所述IRE-2 型辐射率测量仪的测试原理是反射率法原理，即通过采用主动黑体辐射源测定待测物体表面的法向反射率，进而计算出待测物体表面在特定红外波段吸收率α，根据基尔霍夫定律，物体吸收率在数值上与其辐射率相等，即α ＝ ε，从而测出被测物体红外波段的辐射率。
本实施例得到复合掺杂高红外辐射材料粉体在8 ～ 14μm 特定波长范围内红外辐射率为0.967，具有高红外辐射效应。
实施例2：
本实施例的红外辐射陶瓷材料粉体按重量份数配比计，以75份的三氧化二铁、15份的氧化镍、5份的氧化锌的混合物为基材，掺杂0.5份的二氧化锰、0.5份的氧化钴、3份的氧化铬、0.05份的二氧化铈、0.05份的氧化铒、0.05份的三氧化二钕、0.05份的三氧化二镱, 采用固相烧结工艺制备而成
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为40小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1300℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
本实施例得到的红外辐射陶瓷材料粉体在8 ～ 14μm 特定波长范围内红外辐射率为0.961，具有高红外辐射效应。
实施例3：
本实施例的红外辐射陶瓷材料粉体按重量份数配比计，以65份的三氧化二铁、22.5份的氧化镍、7.5份的氧化锌的混合物为基材，掺杂1份的二氧化锰、1.25份的氧化钴、4份的氧化铬、0.1份的二氧化铈、0.1份的氧化铒、0.1份的三氧化二钕、0.1份的三氧化二镱, 采用固相烧结工艺制备而成。
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为30小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1250℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
本实施例得到的红外辐射陶瓷材料粉体在8 ～ 14μm 特定波长范围内红外辐射率为0.964，具有高红外辐射效应。
实施例4：
本实施例的红外辐射陶瓷材料粉体按重量份数配比计，以60份的三氧化二铁、28份的氧化镍、6份的氧化锌的混合物为基材，掺杂1.5份的二氧化锰、0.5份的氧化钴、3份的氧化铬、0.05份的二氧化铈、0.2份的氧化铒、0.05份的三氧化二钕、0.2份的三氧化二镱, 采用固相烧结工艺制备而成。
本发明的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为40小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1300℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
本实施例得到的红外辐射陶瓷材料粉体在8 ～ 14μm 特定波长范围内红外辐射率为0.965，具有高红外辐射效应。
Claims (3)
1.一种复合掺杂高红外辐射材料粉体，其特征在于按重量份数配比计，以55～75份的三氧化二铁、15～30份的氧化镍、5～10份的氧化锌的混合物为基材，掺杂0.5～1.5份的二氧化锰、0.5～2份的氧化钴、3～5份的氧化铬、0.05～0.2份的二氧化铈、0.05～0.2份的氧化铒、0.05～0.2份的三氧化二钕、0.05～0.2份的三氧化二镱, 采用固相烧结工艺制备而成。
2.根据权利要求1所述的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A：把各组分按比例称量并混合，然后进行研磨，研磨时间为20～40小时；
B：将研磨过的粉体过325目筛，然后把得到的粉体装入匣钵，在1200～1300℃氧化气氛下烧结，冷却之后把匣钵中的烧结粉体倒出破碎，放入球磨机中磨至325目，得到高辐射率红外辐射材料粉体，包装入库。
3.根据权利要求2所述的复合掺杂高红外辐射材料粉体的制备方法，其特征在于所述A步骤中的研磨为干磨或湿磨，如果采用湿磨，则所述B步骤中首先经干燥之后再装入匣钵烧结。
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