CN108585899B - 一种稳定型高温釉面涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稳定型高温釉面涂料，包括30‑60重量份的粉体基料和20‑50重量份的载体粘结剂；所述的粉体基料包括以下重量份原材料制备得到：3‑8份的二氧化硅，10‑30份的三氧化二铁，10‑30份的氧化铬，5‑20份的二氧化钛，0.5‑10份的氧化钴，2‑5份的二氧化铪，1‑5份的硅酸锆，2‑5份的高岭土，0.5‑2份的氮化硼；通过调整粉体基料配方中各物质的组成及其含量配比，使粉体基料在制备的烧结过程中形成的晶粒中原子间力学结构更合理，晶粒的热稳定性更好，从而使釉面涂料在高温环境中的稳定性得到显著提高。

Description

一种稳定型高温釉面涂料
技术领域
本发明涉及节能材料领域，具体涉及一种稳定型高温釉面涂料，是一种红外釉面涂料。
背景技术
红外辐射涂料是由辐射粉体基料与载体粘结剂组成的特种功能节能涂料,其中,辐射粉体基料的作用是提供高辐射性能,载体粘结剂则使涂料牢固地粘结在基体表面。随着红外技术的不断发展,人们从大量的物质光谱中发现了许多物质的红外光谱发射率较高,并以这些物质为基料研制出多种红外辐射涂料,以改善物体表面的辐射特性达到强化辐射传热的目的。随着红外辐射涂料应用环境的不断改变，早期单种物质或数种物质的简单机械混合物得到的红外辐射涂料已难以满足其在更为苛刻环境中的应用。随着材料研究技术的不断发展,材料设计及其复合技术给红外辐射涂料的研制与应用注入了新的活力,使红外辐射涂料的辐射主成分逐步从单种物质或化合物向复合材料发展,使红外辐射涂料的研制出现了空前多元化发展势头。
现今，为了加大工业加热炉窑内辐射传热，提高炉窑内壁的发射率，红外辐射涂料已被广泛应用，其中，既有单种物质或数种物质的简单机械混合物得到的红外辐射涂料，也有通过材料设计及其复合技术制备得到的红外辐射涂料。然而，虽然通过红外辐射涂料的应用，显著改善了工业加热炉窑内辐射传热，提高了炉窑内壁的发射率，对节能减排起到了积极作用，但也由于红外辐射涂料中原材料的配比和/或制备方法的不合理等原因，导致大多红外辐射涂料依然存在高温稳定性差的不足，严重限制了红外辐射涂料在高温条件下的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有红外辐射涂料存在的在高温稳定性差的不足，提供一种稳定型高温釉面涂料；本发明釉面涂料通过调整粉体基料配方中各物质的组成及其含量配比，使粉体基料在制备的烧结过程中形成的晶粒中原子间力学结构更合理，晶粒的热稳定性更好，从而使釉面涂料在高温环境中的稳定性得到显著提高。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种稳定型高温釉面涂料，包括30-60重量份的粉体基料和20-50重量份的载体粘结剂；
其中，所述的粉体基料包括以下重量份原材料制备得到：3-8份的二氧化硅，10-30份的三氧化二铁，10-30份的氧化铬，5-20份的二氧化钛，0.5-10份的氧化钴，2-5份的二氧化铪，1-5份的硅酸锆，2-5份的高岭土，0.5-2份的氮化硼。
载体粘结剂包括硅溶胶、PA-80胶、水玻璃、羧甲基纤维素、磷酸二氢铝、铝溶胶中的一种或多种。
一种稳定型高温釉面涂料，通过调整粉体基料配方中各物质的组成及其含量配比，使粉体基料在制备的烧结过程中形成的晶粒中原子间力学结构更合理，晶粒的热稳定性更好，进而使釉面涂料在高温环境中的稳定性得到显著提高；本发明釉面涂料具有更高的热稳定性，可用于高温窑炉中，显著改善工业高温加热炉窑内辐射传热，提高炉窑内壁的发射率，对红外釉面涂料在高温窑炉中的大规模推广应用具有积极作用。
上述一种稳定型高温釉面涂料，其中，优选的，所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为1.0-10μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为0.5-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.1-1.0μm；通过各原料不同粒径的优选，对烧结时形成的晶粒结构和大小造成一定影响，对晶粒的热稳定性有一定影响；在上述粒径范围内，得到的釉面涂料的热稳定性更好；最优选的，所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为2.0-5.0μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为1.0-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.5-1.0μm。
上述一种稳定型高温釉面涂料，其中，所述的粉体基料是将所述原材料通过以下方法制备得到的，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅、三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛、氧化钴、二氧化铪、硅酸锆、高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在交流磁场中进行烧结，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粉体基料。
其中，步骤（2）中，在混合料的烧结过程中采用交流磁场处理能优化烧结形成的晶粒晶型，晶粒中原子距离更小，结构更稳定，热稳定性更好；优选的，所述的交流磁场频率为50-120Hz，磁场强度为0.05-1.0T，该频率和强度范围内，烧结得到的粉体基料耐热性更好；最优选的，所述的交流磁场频率为80-100Hz，磁场强度为0.1-0.5T。
其中，步骤（2）中烧结的温度和时间是根据烧结的材料和所要达到的性能决定的；优选的，所述的烧结采用分段式烧结：包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段；其中，预热阶段的烧结温度为700-900℃，时间为0.5-1h；熔融阶段的烧结温度为1400-1600℃，时间为10-30min；成晶阶段的烧结温度为1200-1300℃，时间为1-3h；通过分段烧结，并对烧结温度和时间进行针对性选择，能增加粉体基料的结晶率，并对晶粒的结构和晶型进行优化调整，能显著提高涂料的热稳定性。
其中，优选的，步骤（3）中研磨得到的粉体基料粒径为0.1-2μm，在该粒径范围内，粉体基料的分散性更好，应用更方便。
本发明一种稳定型高温釉面涂料是将所述粉体基料和所述载体粘结剂按所述重量份配比进行混合得到的。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明釉面涂料的通过调整粉体基料配方中各物质的组成及其含量配比，使粉体基料在制备的烧结过程中形成的晶粒中原子间力学结构更合理，晶粒的热震稳定性更好，进而使釉面涂料在高温环境中的稳定性得到显著提高。
2、本发明釉面涂料中的粉体基料在烧结过程中采用交流磁场处理能优化烧结形成的晶粒晶型，晶粒中原子距离更小，结构更稳定，热稳定性更好。
3、本发明釉面涂料中的粉体基料通过分段烧结，并对烧结温度和时间进行针对性的选择，增加了粉体基料的结晶率，并对晶粒的结构和晶型进行优化调整，能显著提高涂料的热稳定性。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种釉面涂料原材料：包括45重量份的粉体基料和35重量份的载体粘结剂；
其中，粉体基料由以下重量份原材料制备得到：5份的二氧化硅，20份的三氧化二铁，20份的氧化铬，12份的二氧化钛，5份的氧化钴，4份的二氧化铪，3份的硅酸锆，4份的高岭土，1份的氮化硼；所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为2.0-5.0μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为1.0-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.5-1.0μm；
制备方法为：
（1）将二氧化硅，三氧化二铁，氧化铬，二氧化钛，氧化钴，二氧化铪，硅酸锆，高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在频率为100Hz，磁场强度为0.1T的交流磁场中进行烧结，烧结采用分段式烧结：包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段；其中，预热阶段的烧结温度为800℃，时间为45min；熔融阶段的烧结温度为1500℃，时间为20min；成晶阶段的烧结温度为1250℃，时间为2h，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粒径为1μm的粉体基料；
（4）将粉体基料和载体粘结剂按上述重量份配比进行混合得到釉面涂料。
实施例2
一种釉面涂料原材料：包括30重量份的粉体基料和50重量份的载体粘结剂；
其中，粉体基料由以下重量份原材料制备得到：3份的二氧化硅，30份的三氧化二铁，10份的氧化铬， 20份的二氧化钛，0.5份的氧化钴，5份的二氧化铪，1份的硅酸锆，5份的高岭土，0.5份的氮化硼；所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为1.0-10μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为0.5-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.1-1.0μm；载体粘结剂为水玻璃和羧甲基纤维素；
制备方法为：
（1）将二氧化硅，三氧化二铁，氧化铬，二氧化钛，氧化钴，二氧化铪，硅酸锆，高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在频率为50Hz，磁场强度为1.0T的交流磁场中进行烧结，烧结采用分段式烧结：包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段；其中，预热阶段的烧结温度为900℃，时间为0.5h；熔融阶段的烧结温度为1600℃，时间为10min；成晶阶段的烧结温度为1300℃，时间为1h，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粒径为0.1μm的粉体基料；
（4）将粉体基料和载体粘结剂按上述重量份配比进行混合得到釉面涂料。
实施例3
一种釉面涂料原材料：包括60重量份的粉体基料和20重量份的载体粘结剂；
其中，粉体基料由以下重量份原材料制备得到： 8份的二氧化硅，10份的三氧化二铁，30份的氧化铬，5份的二氧化钛，10份的氧化钴，2份的二氧化铪，5份的硅酸锆，2份的高岭土，2份的氮化硼；所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为1.0-10μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为0.5-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.1-1.0μm；载体粘结剂为磷酸二氢铝；
制备方法为：
（1）将二氧化硅，三氧化二铁，氧化铬，二氧化钛，氧化钴，二氧化铪，硅酸锆，高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在频率为120Hz，磁场强度为0.05T的交流磁场中进行烧结，烧结采用分段式烧结：包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段；其中，预热阶段的烧结温度为700℃，时间为1h；熔融阶段的烧结温度为1400℃，时间为30min；成晶阶段的烧结温度为1200℃，时间为1h，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粒径为2μm的粉体基料；
（4）将粉体基料和载体粘结剂按上述重量份配比进行混合得到釉面涂料。
对比例1
一种釉面涂料原材料：包括45重量份的粉体基料和35重量份的载体粘结剂；
其中，粉体基料由以下重量份原材料制备得到：5份的二氧化硅，20份的三氧化二铁，20份的氧化铬，12份的二氧化钛，5份的氧化铜，4份的二氧化铪，3份的硅酸锆，4份的高岭土，1份的氮化硼；所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为2.0-5.0μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为1.0-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.5-1.0μm；
制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种釉面涂料原材料：包括45重量份的粉体基料和35重量份的载体粘结剂；
其中，粉体基料由以下重量份原材料制备得到：5份的二氧化硅，20份的三氧化二铁，20份的氧化铬，3份的二氧化钛，5份的氧化钴，10份的二氧化铪，3份的硅酸锆，4份的高岭土，1份的氮化硼；所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为2.0-5.0μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为1.0-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.5-1.0μm；
制备方法与实施例1相同。
对比例3
一种釉面涂料原材料：原材料及配比与实施例1相同；
制备方法为：
（1）将二氧化硅，三氧化二铁，氧化铬，二氧化钛，氧化钴，二氧化铪，硅酸锆，高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料进行烧结，烧结采用分段式烧结：包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段；其中，预热阶段的烧结温度为800℃，时间为45min；熔融阶段的烧结温度为1500℃，时间为20min；成晶阶段的烧结温度为1250℃，时间为2h，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粒径为1μm的粉体基料；
（4）将粉体基料和载体粘结剂按上述重量份配比进行混合得到釉面涂料。
对比例4
一种釉面涂料原材料：原材料及配比与实施例1相同；
制备方法为：
（1）将二氧化硅，三氧化二铁，氧化铬，二氧化钛，氧化钴，二氧化铪，硅酸锆，高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在频率为100Hz，磁场强度为0.1T的交流磁场中进行烧结，烧结温度为1450℃，时间为3h，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粒径为1μm的粉体基料；
（4）将粉体基料和载体粘结剂按上述重量份配比进行混合得到釉面涂料。
将上述实施例1-3和对比例1-4中制备得到的釉面涂料，依据ASTM C 1371-04检查方法，进行性能检测，记录数据如下：
性能 初始红外线发射率 1600℃使用30d后红外线发射率 1600℃使用60d后红外线发射率 1600℃使用100d后红外线发射率 1600℃使用150d后红外线发射率
实施例1 0.96 0.92 0.89 0.87 0.86
实施例2 0.95 0.91 0.88 0.86 0.85
实施例3 0.96 0.91 0.87 0.86 0.85
对比例1 0.96 0.89 0.84 0.82 0.80
对比例2 0.95 0.90 0.85 0.82 0.79
对比例3 0.92 0.86 0.81 0.78 0.76
对比例4 0.93 0.86 0.80 0.76 0.74
对上述实验数据分析可知，实施例1-3中制备得到的釉面涂料，初始红外发射率高，在高温条件下长期使用后，发射率衰减小，热稳定性好；而对比例1中，原材料中将氧化钴替换成了氧化铜，釉面涂料中晶粒结构热稳定性变差，在高温环境下长期使用后，发射率显著降低；对比例2中，原材料未采用本发明配比，对晶粒的结构组成造成影响，釉面涂料的耐热稳定性变差，在在高温环境下长期使用后，发射率显著降低；对比例3中，在制备过程中，烧结时未用交流磁场进行处理，釉面涂料中的晶粒结构稳定性变差，在在高温环境下长期使用后，发射率显著降低，同时，还对涂料的初始发射率造成影响；对比例4中，在制备过程中，烧结时未采用分段烧结，未对涂料的晶粒结构进行调整，釉面涂料中的晶粒结构稳定性变差，在高温环境下长期使用后，发射率显著降低，同时，还对涂料的初始发射率造成影响。
应用例
在某某热轧1450钢生产线1号加热炉进行节能技术改造，采用上述实施例1制备的高温釉面涂料进行改造，施工完成后，经850℃-1250℃试用100d后，改造后加热炉的釉面涂层红外发射率依然保持在0.93以上，与设计预期效果基本一致。

Claims (10)

1.一种釉面涂料，其特征在于，包括30-60重量份的粉体基料和20-50重量份的载体粘结剂；所述的粉体基料由以下重量份原材料：3-8份的二氧化硅，10-30份的三氧化二铁，10-30份的氧化铬，5-20份的二氧化钛，0.5-10份的氧化钴，2-5份的二氧化铪，1-5份的硅酸锆，2-5份的高岭土，0.5-2份的氮化硼制备得到。
2.根据权利要求1所述的釉面涂料，其特征在于，载体粘结剂包括硅溶胶、水玻璃、羧甲基纤维素、磷酸二氢铝、铝溶胶中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的釉面涂料，其特征在于，所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为1.0-10μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为0.5-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.1-1.0μm。
4.根据权利要求3所述的釉面涂料，其特征在于，所述的二氧化硅、硅酸锆和高岭土的粒径为2.0-5.0μm；所述的二氧化铪和氮化硼粒径为1.0-2.0μm；所述的三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛和氧化钴粒径为0.5-1.0μm。
5.根据权利要求1所述的釉面涂料，其特征在于，所述的粉体基料是将原材料通过以下方法制备得到的，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅、三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛、氧化钴、二氧化铪、硅酸锆、高岭土和氮化硼混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料在交流磁场中进行烧结，得到烧结料；
（3）将烧结料进行研磨，得到粉体基料。
6.根据权利要求5所述的釉面涂料，其特征在于，步骤（2）中的交流磁场频率为50-120Hz，磁场强度为0.05-1.0T。
7.根据权利要求6所述的釉面涂料，其特征在于，步骤（2）中的交流磁场频率为80-100Hz，磁场强度为0.1-0.5T。
8.根据权利要求6所述的釉面涂料，其特征在于，步骤（2）中的烧结采用分段式烧结，包括预热阶段、熔融阶段和成晶阶段。
9.根据权利要求8所述的釉面涂料，其特征在于，预热阶段的烧结温度为700-900℃，时间为0.5-1h；熔融阶段的烧结温度为1400-1600℃，时间为10-30min；成晶阶段的烧结温度为1200-1300℃，时间为1-3h。
10.根据权利要求5所述的釉面涂料，其特征在于，步骤（3）中研磨得到的粉体基料粒径为0.1-2μm。
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