CN107573731A - 一种高温红外辐射涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温红外辐射涂料，按质量百分数计，所述高温红外辐射涂料包括如下原料：辐射料25～45％；填充料17～45％；粘结剂15～25％；助剂1～3％；以及水9‑15％；其中，所述辐射料为铈掺杂镍铬尖晶石；所述填充料包括石英和氧化锆；所述粘结剂为硅溶胶；所述助剂为膨润土。本发明还公开了上述高温红外辐射涂料的制备方法。本发明涂料在耐火纤维材料表面使用，经1000‑1500℃高温烧成后形成红外辐射率大于0.85的稳定涂层，可强化辐射传热实现热工装备的节能。本发明获得的红外辐射涂料涂料具有优异的高温稳定性和抗辐射率衰减性能，实现热工装备的节能降耗，降低生产成本。

Description

一种高温红外辐射涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域。更具体地，涉及一种高温红外辐射涂料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，以工业窑炉为代表的高温热工装备的能源消耗量，占据了我国总能耗的20％以上。实现高温热工装备的节能降耗，将产生重要的经济和社会效益。高温下(800℃以上)热能主要以辐射的方式传递。通过在热工装备的内壁应用高辐射率的红外涂料，强化其辐射传热效率，是实现节能降耗一种有效途径。

耐火纤维材料，如硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化锆纤维等，由于低热导和低蓄热量等性能优势，是目前热工装备上大量应用的内壁材料，但其红外辐射率通常较低(小于0.50)。而且，现有红外辐射涂料针对耐火纤维材料使用时，表现出了高温稳定性差和红外辐射率衰减快等问题。因此，通过组分设计获得用于耐火纤维材料的高温稳定、高辐射率的红外辐射涂料，对于提高热工装备的热效率降低能耗具有重要意义。

因此，本发明提供了一种高温红外辐射涂料及其制备方法和应用，解决了现有红外辐射涂料存在的高温稳定差和辐射率衰减快的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高温红外辐射涂料，具有优异的高温稳定性和抗辐射率衰减性能，可强化辐射传热实现热工装备的节能降耗。。

本发明的另一个目的在于提供一种高温红外辐射涂料的制备方法

本发明的第三个目的在于提供一种高温红外辐射涂料的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高温红外辐射涂料，按质量百分数计，所述高温红外辐射涂料包括如下原料：

其中，所述辐射料为铈掺杂镍铬尖晶石；

所述填充料包括石英和氧化锆；

所述粘结剂为硅溶胶；

所述助剂为膨润土。

本发明的铈掺杂镍铬尖晶石的化学组成为NiCr_1.9Ce_0.1O₄，与现有技术中的过渡金属氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等相比，具有较高的辐射率(大于0.90)，同时在高温氧化气氛下不分解氧化、不与耐火纤维材料反应，具有优异的高温稳定性和抗辐射率衰减性能。

本发明以石英和氧化锆为填充料，利用二者热膨胀系数的差异能够实现涂层与多种耐火纤维材料的热膨胀匹配，同时在1500℃的高温下二者与辐射料铈掺杂镍铬尖晶石能够稳定共存。

本发明以硅溶胶为粘结剂，其干燥后形成非晶SiO₂可实现涂层与耐火纤维材料的有效结合，同时由于填充料中氧化锆的存在起到成核剂的作用，非晶SiO₂在高温下转变为结晶态使涂层具有优异的高温稳定性。

本发明以膨润土为流变助剂，利用其高效吸水膨胀增稠的特点，可使涂料获得所需的悬浮稳定性和涂装粘度。

优选地，所述铈掺杂镍铬尖晶石的化学组成为NiCr_1.9Ce_0.1O₄。

优选地，按质量百分数计，所述高温红外辐射涂料包括：

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种高温红外辐射涂料的制备方法，包括如下步骤：将各组分原料在常温下按比例搅拌混合均匀，即可得到高温红外辐射涂料。其中本发明对搅拌速率并不加以限制，能够将原料混匀即可。

为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：

一种上述高温红外辐射涂料在耐火纤维材料表面的应用。

一种红外辐射涂层，所述红外辐射涂层由上述高温红外辐射涂料涂覆在耐火纤维材料表面，经干燥、烧成制得。

优选地，所述耐火纤维材料为硅酸铝耐火纤维。

优选地，所述高温红外辐射涂料涂覆在耐火纤维材料表面的方式为涂刷或喷涂。

优选地，所述红外辐射涂层的制备具体包括如下步骤：将高温红外辐射涂料涂刷或喷涂在硅酸铝耐火纤维表面，干燥后形成一定厚度的涂层，在一定温度下烧成一段时间后形成红外辐射涂层。

优选地，所述一定厚度的涂层的厚度为200～300微米。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述涂层的厚度可为200～250微米、250～300微米等。

优选地，所述烧成温度为1000-1500℃。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧成温度可为1000～1300℃、1300～1500℃等。

优选地，所述烧成所需时间为2-4h。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧成所需时间可为2～3h、3～4h等。

优选地，所述红外辐射涂层的使用温度为1000-1500℃。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述红外辐射涂层的使用温度可为1000～1300℃、1300～1500℃等。

优选地，所述红外辐射涂层在1-22μm波段的辐射率大于0.85。

与现有技术相比，本发明提供的红外辐射涂料具有高温稳定好和辐射率衰减慢的特点。在耐火纤维材料表面应用本发明的高温红外辐射涂料，具有优异的高温稳定性和抗辐射率衰减性能，可强化辐射传热实现热工装备的节能降耗。

本发明的有益效果如下：

本发明获得的红外辐射涂料具有优异的高温稳定性和抗辐射率衰减性能，实现热工装备的节能降耗，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例1中红外辐射涂层发射率衰减情况。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

一种高温红外辐射涂料的制备，包括如下步骤：

按质量百分含量称取铈掺杂镍铬尖晶石25％，石英25％，氧化锆7％，硅溶胶25％，水15％，膨润土3％。将上述固相和液相原料在常温下搅拌混合均匀，得到本发明的一种高温红外辐射涂料。

将该涂料涂刷在硅酸铝耐火纤维表面，涂层厚度为200微米，在1000℃温度下热处理4h，测得其在1-22μm波段的发射率为0.92。

将涂层样品置于1000℃的高温炉内服役不同时间，取出测定其在1-22μm波段的发射率如附图1所示，可见涂层在服役30天后发射率衰减较小，仍大于0.85。

实施例2

一种高温红外辐射涂料的制备，包括如下步骤：

按质量百分含量称取铈掺杂镍铬尖晶石35％，石英20％，氧化锆15％，硅溶胶18％，水10％，膨润土2％。将上述固相和液相原料在常温下搅拌混合均匀，得到本发明的一种高温红外辐射涂料。

将该涂料涂刷在莫来石耐火纤维表面，涂层厚度为250微米，在1300℃温度下热处理3h，测得其在1-22μm波段的发射率为0.91。

将涂层样品置于1300℃的高温炉内服役30天后，测定其发射率为0.86，表明涂层高温稳定性和抗辐射率衰减性能优异。

实施例3

一种高温红外辐射涂料的制备，包括如下步骤：

按质量百分含量称取铈掺杂镍铬尖晶石45％，石英10％，氧化锆20％，硅溶胶15％，水9％，膨润土1％。将上述固相和液相原料在常温下搅拌混合均匀，得到本发明的一种高温红外辐射涂料。

将该涂料涂刷在莫来石耐火纤维表面，涂层厚度为300微米，在1500℃温度下热处理2h，测得其在1-22μm波段的发射率为0.92。

将涂层样品置于1500℃的高温炉内服役30天后，测定其发射率为0.86，表明涂层高温稳定性和抗辐射率衰减性能优异。

对比例1

一种高温红外辐射涂料，制备方法同实施例1，不同之处在于：

采用碳化硅取代铈掺杂镍铬尖晶石。

将该涂料涂刷在氧化锆耐火纤维表面，在1500℃高温下服役30天后，测得其在1-22μm波段的辐射率为0.45。

结果表明，采用碳化硅取代铈掺杂镍铬尖晶石，使得红外辐射涂层的高温稳定性和抗辐射率衰减性能下降。

对比例2

一种高温红外辐射涂料，制备方法同实施例1，不同之处在于：

采用钾长石取代石英。

将该涂料涂刷在氧化锆耐火纤维表面，在1500℃高温下服役30天后，测得其在1-22μm波段的辐射率为0.57。

结果表明，采用钾长石取代石英，使得红外辐射涂层的高温稳定性和抗辐射率衰减性能下降。

对比例3

一种高温红外辐射涂料，制备方法同实施例1，不同之处在于：

采用氧化铝取代氧化锆。

将该涂料涂刷在氧化锆耐火纤维表面，在1500℃高温下服役30天后，测得其在1-22μm波段的辐射率为0.68。

结果表明，采用氧化铝取代氧化锆，使得红外辐射涂层的高温稳定性和抗辐射率衰减性能下降。

结论：铈掺杂镍铬尖晶石、石英、氧化锆、硅溶胶以及膨润土相互配合，协同作用，使其红外辐射涂料的作用效果最优，缺少任何一个组分都会使得红外辐射涂料在某些方面有不同程度的减弱。本发明的产品在高温稳定性和抗辐射率衰减性能等方面都具有优良的效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种高温红外辐射涂料，其特征在于，按质量百分数计，所述高温红外辐射涂料包括如下原料：

其中，所述辐射料为铈掺杂镍铬尖晶石；

所述填充料包括石英和氧化锆；

所述粘结剂为硅溶胶；

所述助剂为膨润土。

2.根据权利要求1所述的高温红外辐射涂料，其特征在于，按质量百分数计，所述高温红外辐射涂料包括：

3.根据权利要求1或2所述的高温红外辐射涂料，其特征在于，所述铈掺杂镍铬尖晶石的化学组成为NiCr_1.9Ce_0.1O₄。

4.一种如权利要求1～3任一项权利要求所述的高温红外辐射涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述原料在常温下按比例混匀即可得到高温红外辐射涂料。

5.一种如权利要求1～3任一项权利要求所述的高温红外辐射涂料在耐火纤维材料表面的应用。

6.一种红外辐射涂层，其特征在于，所述红外辐射涂层由如权利要求1～3任一项权利要求所述的高温红外辐射涂料涂覆在耐火纤维材料表面，经干燥、烧成制得。

7.根据权利要求6所述的红外辐射涂层，其特征在于，所述耐火纤维材料为硅酸铝耐火纤维。

8.根据权利要求6所述的红外辐射涂层，其特征在于，所述高温红外辐射涂料涂覆在耐火纤维材料表面的方式为涂刷或喷涂。

9.根据权利要求6所述的红外辐射涂层，其特征在于，所述红外辐射涂层的制备具体包括如下步骤：将高温红外辐射涂料涂刷或喷涂在耐火纤维表面，干燥后形成200～300微米厚的涂层，在1000～1500℃下烧成2-4h后形成红外辐射涂层。

10.根据权利要求6所述的红外辐射涂层，其特征在于，所述红外辐射涂层的使用温度为1000-1500℃；所述红外辐射涂层在1-22μm波段的辐射率大于0.85。