CN107011704A - 一种微波发热涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微波发热涂料，属于功能材料技术领域。所述微波发热涂料主要由吸波材料、玻璃粉和陶瓷骨架颗粒组成，涂覆后形成具有导电导热网络结构的涂层；所述吸波材料为碳化硅晶须和针状四氧化三铁；所述玻璃粉为低温玻璃粉；所述碳化硅晶须、针状四氧化三铁、低温玻璃粉、陶瓷骨架颗粒质量比为：15～20％:15～20％:20～30％:15～30％。本发明制备的微波发热涂料，固结温度低、涂层附着能力好、产热导热性能优良、微波利用率高，且制备成本低，具有较好的实用意义。

Description

一种微波发热涂料
技术领域
本发明提供一种微波发热涂料，属于功能材料技术领域。
背景技术
由于冬季气候寒冷，人们通过加热送风，使暖风不断补充到地下工程设施中，避免井口、井筒及井底水窝结冰而造成安全隐患，同时满足采矿人员的供暖需求，提高生产效率。
碳化硅具有良好的导电导热性，相比于其他传统的吸波剂如石墨、炭黑等，其抗氧化性能优越。针状四氧化三铁与三氧化二铁或氧化亚铁相比，其磁性和耐高温性能更好。现有的吸波涂料使用颗粒状吸波剂，往往需要很大的添加量才能实现吸波发热的功效，制备成本高昂。并且现有的吸波涂料需要依靠较高温度的烧结将涂料附着于基体表面，难于有效保护吸波发热材料，导致产热、导热效率不高，且常常产生涂层因附着力不强而脱落的失效现象。基于此，本发明提供一种可以低温固结且可以形成导电导热网络结构涂层的微波发热涂料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种微波发热涂料。该涂料具有固结温度低、涂层附着能力好，且制备成本低的优点。
为了实现上述目的，采用如下的技术方案：
一种微波发热涂料，包括碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷骨架颗粒，其质量比为：15～20％:15～20％:20～30％:15～30％；各组分混合均匀的发热涂料涂覆后形成的发热涂层具有导电导热网络结构。
碳化硅晶须具有良好的导电导热性，且膨胀系数与耐火材料类基体较为接近。针状四氧化三铁具有良好的磁性和耐高温性能。本发明精心选择具有一维线状形貌的碳化硅晶须和针状四氧化三铁做为吸波材料，比起颗粒状原料，能够在更低添加量的情况下，互相配合，形成具有导电导热网络结构，发热和导热的效率更高，在降低成本、节约资源的同时实现快速吸波发热。
进一步的，上述的微波发热涂料，包括碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷骨架颗粒，其质量比为：18％:17％:20％:30％。实验证明，当碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷骨架颗粒的质量比为18％:17％:20％:30％时，碳化硅晶须与针状四氧化三铁互相搭接，形成了三维方向连通的导电导热网络结构，其发热和导热的效率高，是最理想的涂料配比。
进一步的，上述碳化硅晶须长径比为18～24。长径比过小则材料更趋向于颗粒，难以形成网络状结构；长径比过大则涂料均匀性和流动性容易受影响。
进一步的，上述玻璃粉为系低温玻璃粉，其由下列体积百分比的组分组成：ZnO 30～60%、B2O3 10～30%、P2O5 10～20%、Bi2O3 5～15%、Al2O3 5～15%、Fe2O3 5～10%、TiO2 0～5%。系的玻璃粉熔点比较低，能有效降低涂料整体的固化温度，且按照这个配方比例制备出来的低温玻璃粉，其热膨胀系数匹配性优良 。
进一步的，上述陶瓷骨架颗粒为堇青石、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种。
进一步的，上述微波发热涂料还包括溶剂、分散剂和增塑剂。
进一步的，上述溶剂、分散剂和增塑剂的质量比为：6~18% : 1.5~4% : 1~3%。
一种上述微波发热涂料的制备工艺，包括以下步骤:
（1）按体积百分比称取玻璃原料；再进行混料→熔融→球磨→过筛，制备出低熔化温度的玻璃粉；
（2）按质量比称取碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷颗粒并与适量的溶剂、分散剂、增塑剂混合均匀，球磨12～24h，得到均匀的发热涂料。
一种上述微波发热涂料的涂覆工艺，将该微波发热涂料涂覆在基体表面，经保温固结后即可得到与基体结合牢固的微波发热涂层。
进一步的，上述涂覆工艺包括喷涂、浸涂和手工涂覆中的一种或多种；上述保温固结的温度为450—600℃；上述保温固结的时间为3-5分钟。由于系低温玻璃粉的加入，使得涂料在较低的温度下可以固结在基体的表面，提高了涂层与基体的结合强度，节约了能耗并有效提高发热涂层的使用寿命。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的一种微波发热涂料，浆料中的吸波材料具有优越的吸波性能，由于采用低温玻璃，在不高于600℃的温度下，就可以使涂层牢固的固结在基体表面。通过采用碳化硅晶须、针状四氧化三铁，因为一维材料构成了导电导热的网络结构，在较低添加量的前提下，保证了涂层较高的发热效率和热导率，有效地降低制备成本。经过涂覆、固结等工序后形成涂层应用于地下矿井微波制暖，涂层迅速发热，能够快速加热形成暖风，提高了能源的利用效率。
附图说明
图1是本发明的微波发热涂料形成的涂层的微观结构示意图，其中1-碳化硅晶须，2-针状四氧化三铁，3-低温玻璃粉，4-陶瓷骨架颗粒。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
按比例依次称取低温玻璃粉原料ZnO 60%、B2O3 10%、P2O5 10%、Bi2O3 5%、Al2O3 5%、Fe2O3 10%进行充分混合，通过熔融、球磨、过筛的方法，制备出玻璃粉。取上述低温玻璃粉20g，碳化硅晶须20g，针状四氧化三铁20g，堇青石颗粒30g与乙醇溶剂6g、三油酸甘油酯分散剂3g和乙基纤维素增塑剂1g充分混合后，球磨24h，得到均匀发热涂料。将上述所得涂料手工涂覆于多孔堇青石表面，在600℃温度下保温固结3分钟，即可得到与基体结合牢固的微波发热涂层，其微观结构示意图如图1所示。将微波作用于带微波发热涂层的多孔堇青石，加入鼓风装置，即可快速高效采暖。
实施例2：
按比例依次称取低温玻璃粉原料ZnO 30%、B2O3 15%、P2O5 20%、Bi2O3 15%、Al2O3 15%、Fe2O3 5%进行充分混合，通过熔融、球磨、过筛的方法，制备出玻璃粉。取上述低温玻璃粉20g，碳化硅晶须18g，针状四氧化三铁17g，氧化铝颗粒30g与乙醇溶剂12g、三油酸甘油酯分散剂1.5g和乙基纤维素增塑剂1.5g充分混合后，球磨20h，得到均匀发热涂料。将多孔陶瓷砖浸于上述所得涂料中，沉浸2-5分钟后提起，在530℃温度下保温固结4分钟，即可得到与基体结合牢固的微波发热涂层，其微观结构示意图如图1所示。
实施例3：
按比例依次称取低温玻璃粉原料ZnO 40%、B2O3 30%、P2O5 10%、Bi2O3 5%、Al2O3 5%、Fe2O3 5%、TiO2 5%进行充分混合，通过熔融、球磨、过筛的方法，制备出玻璃粉。取上述低温玻璃粉30g，碳化硅晶须15g，针状四氧化三铁15g，二氧化硅颗粒15g与乙醇溶剂18g、三油酸甘油酯分散剂4g和乙基纤维素增塑剂3g充分混合后，球磨12h，得到均匀发热涂料。将上述所得涂料均匀喷涂于微波作用区内表面，在450℃温度下保温固结5分钟，即可得到与基体结合牢固的微波发热涂层，其微观结构示意图如图1所示。
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微波发热涂料，其特征在于，包括碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷骨架颗粒，其质量比为：15～20％:15～20％:20～30％:15～30％；各组分混合均匀的发热涂料涂覆后形成的发热涂层具有导电导热网络结构。
2.根据权利要求1所述的微波发热涂料，其特征在于，包括碳化硅晶须、针状四氧化三铁、玻璃粉、陶瓷骨架颗粒，其质量比为：18％:17％:20％: 30％。
3.根据权利要求1或2所述的微波发热涂料，其特征在于，所述碳化硅晶须长径比为18～24。
4.根据权利要求1或2所述的微波发热涂料，其特征在于，所述玻璃粉为系低温玻璃粉，其由下列体积百分比的组分组成：ZnO 30～60%、B2O3 10～30%、P2O5 10～20%、Bi2O3 5～15%、Al2O3 5～15%、Fe2O3 5～10%、TiO2 0～5%。
5.根据权利要求1或2所述的微波发热涂料，其特征在于，所述陶瓷骨架颗粒为堇青石、二氧化硅和氧化铝中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的微波发热涂料，其特征在于，所述微波发热涂料还包括溶剂、分散剂和增塑剂。
7.根据权利要求6所述的微波发热涂料，其特征在于，所述溶剂、分散剂和增塑剂的质量比为：6~18% : 1.5~4% : 1~3%。
8.一种根据权利要求1或2所述微波发热涂料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤:
（1）按体积百分比称取玻璃原料；再进行混料→熔融→球磨→过筛，制备出低熔化温度的玻璃粉；
（2）按质量比称取碳化硅晶须、针状四氧化三铁、低温玻璃粉、陶瓷颗粒并与适量的溶剂、分散剂、增塑剂混合均匀，球磨12～24h，得到均匀的发热涂料。
9.一种根据权利要求1或2所述微波发热涂料的涂覆工艺，其特征在于，将所述微波发热涂料涂覆在基体表面，经保温固结后即可得到与基体结合牢固的微波发热涂层。
10.根据权利要求9所述微波发热涂料的涂覆工艺，其特征在于，所述涂覆包括喷涂、浸涂和手工涂覆中的一种或多种；所述保温固结的温度为450—600℃；所述保温固结的时间为3-5分钟。
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