CN109796206A - 一种高红外辐射陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高红外辐射陶瓷材料及其制备方法和应用，该高红外辐射陶瓷材料由基料和辅料通过高温固相反应合成；所述基料包括La₂O₃和CeO₂；所述辅料包括Mn₂O₃、SrO、SrCO₃中的一种或多种；按质量百分比计，在所述高红外辐射陶瓷材料中，所述La₂O₃为45％～50％，所述CeO₂为45％～50％，所述辅料为1％～5％。本发明的高红外辐射陶瓷材料原料组成简单，其均匀性好，红外辐射性能稳定，其红外辐射率≥0.95。

Description

一种高红外辐射陶瓷材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，特别涉及一种高红外辐射陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着超音速飞行器的研制，红外辐射传热技术得到了迅速的发展；世界能源危机的加剧也促进了该项技术在民用领域的兴起，并逐步应用于工业加热节能领域。强化辐射传热技术的关键就在于高红外辐射材料的研制。陶瓷材料由于具有优良的化学稳定性，高温稳定性及优良的红外辐射性能而成为首选材料，从而引起了世界各国的高度重视。因此，高红外辐射陶瓷材料的制备及应用技术成为当今高温热防护材料研究热点之一。

现有的红外辐射陶瓷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系列材料，镍铬尖晶石型系列材料，TiO₂+ZrO₂+NbO₅系列材料等，通过合理选择组分及配比，得到的高辐射率红外辐射材料，然而，其红外辐射率很难超过0.95，且高红外辐射率的红外辐射陶瓷材料制备方法比较复杂，不利于工业应用。

因此，开发一种制备方法简单又利于工业生产且红外辐射率可超过0.95的高红外辐射陶瓷材料具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高红外辐射陶瓷材料，以解决现有高红外辐射陶瓷材料红外辐射率较低，制备方法复杂的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高红外辐射陶瓷材料，所述高红外辐射陶瓷材料由基料和辅料通过高温固相反应合成；所述基料包括La₂O₃和CeO₂；所述辅料包括Mn₂O₃、SrO、SrCO₃中的一种或多种；按质量百分比计，在所述高红外辐射陶瓷材料中，所述La₂O₃为45％～50％，所述CeO₂为45％～50％，所述辅料为1％～5％。

可选地，所述辅料包括Mn₂O₃，或包括SrO和SrCO₃。

本发明的第二目的在于提供一种制备上述高红外辐射陶瓷材料的方法，该制备方法包括以下步骤：

向所述基料中加入所述辅料，球磨、干燥、研磨、过筛，然后，烧结进行高温固相反应，待所述高温固相反应结束后，加入去离子水进行配浆、球磨、造粒，制得高红外辐射陶瓷材料。

可选地，所述烧结的烧结温度为900～1300℃，烧结时间为9h～15h。

本发明的第三目的在于提供一种上述高红外辐射陶瓷材料在制备高红外辐射陶瓷块体制品或高红外辐射陶瓷涂层中的应用。

其中，上述高红外辐射陶瓷材料在制备高红外辐射陶瓷块体制品中的应用，包括以下步骤：

将所述高红外辐射陶瓷材料压制成型，制得高红外辐射陶瓷块体制品。

上述高红外辐射陶瓷材料在制备高红外辐射陶瓷涂层中的应用，包括以下步骤：

采用热喷涂方法将所述高红外辐射陶瓷材料喷射到工件表面，形成高红外辐射陶瓷涂层。

相对于现有技术，本发明所述的高红外辐射陶瓷材料具有以下优势：

1、本发明的高红外辐射陶瓷材料原料组成简单，M²⁺/M³⁺共掺杂La₂Ce₂O₇的电荷数及价键结构不相同引入了杂质能，提升了自由载离子跃迁的几率，此外由于金属价态变化代替后形成氧空位的同时，增加了自由载离子的浓度，同时因M²⁺/M³⁺与取代离子的半径不同，在一定程度上破坏La₂Ce₂O₇陶瓷材料晶格的对称性，产生了更多的晶格畸变，提升晶格的振动吸收，使其红外辐射性能提高，其红外辐射率≥0.95。

2、本发明高红外辐射陶瓷材料的制备方法简单易控，易于工业化生产和应用。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种高红外辐射陶瓷材料，由50％La₂O₃(基料)、48％CeO₂(基料)、1％Mn₂O₃(辅料)和1％SrCO₃(辅料)通过高温固相反应合成。

上述高红外辐射陶瓷材料具体通过如下方法制得：

按照上述原料比例，向作为基料的La₂O₃、CeO₂中加入作为辅料的Mn₂O₃和SrCO₃，随后球磨12h、干燥、研磨、过250目筛，然后，在900℃的高温炉中烧结12h以进行高温固相反应，待高温固相反应结束后，加入去离子水进行配浆、球磨24h、造粒，制得高红外辐射陶瓷材料。

采用热喷涂方法将本实施例的高红外辐射陶瓷材料喷射到工件表面，形成厚度为0.3mm的高红外辐射陶瓷涂层。

经测试，在1～22μm特定波长范围内，本实施例的高红外辐射陶瓷涂层在600℃下的红外辐射率为0.95。

实施例2

一种高红外辐射陶瓷材料，由46％La₂O₃(基料)、48％CeO₂(基料)、3％Mn₂O₃(辅料)和3％SrCO₃(辅料)通过高温固相反应合成。

上述高红外辐射陶瓷材料具体通过如下方法制得：

按照上述原料比例，向作为基料的La₂O₃、CeO₂中加入作为辅料的Mn₂O₃和SrCO₃，随后球磨12h、干燥、研磨、过250目筛，然后，在1100℃的高温炉中烧结12h以进行高温固相反应，待高温固相反应结束后，加入去离子水进行配浆、球磨24h、造粒，制得高红外辐射陶瓷材料。

采用热喷涂方法将本实施例的高红外辐射陶瓷材料喷射到工件表面，形成厚度为1mm的高红外辐射陶瓷涂层。

经测试，在1～22μm特定波长范围内，本实施例的高红外辐射陶瓷涂层在600℃下的红外辐射率为0.96。

实施例3

一种高红外辐射陶瓷材料，由45％La₂O₃(基料)、45％CeO₂(基料)、5％Mn₂O₃(辅料)和5％SrCO₃(辅料)通过高温固相反应合成。

上述高红外辐射陶瓷材料具体通过如下方法制得：

按照上述原料比例，向作为基料的La₂O₃、CeO₂中加入作为辅料的Mn₂O₃和SrCO₃，随后球磨12h、干燥、研磨、过250目筛，然后，在1300℃的高温炉中烧结12h以进行高温固相反应，待高温固相反应结束后，加入去离子水进行配浆、球磨24h、造粒，制得高红外辐射陶瓷材料。

采用热喷涂方法将本实施例的高红外辐射陶瓷材料喷射到工件表面，形成厚度为0.5mm的高红外辐射陶瓷涂层。

经测试，在1～22μm特定波长范围内，本实施例的高红外辐射陶瓷涂层在600℃下的红外辐射率为0.97。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高红外辐射陶瓷材料，其特征在于，所述高红外辐射陶瓷材料由基料和辅料通过高温固相反应合成；所述基料包括La₂O₃和CeO₂；所述辅料包括Mn₂O₃、SrO、SrCO₃中的一种或多种；按质量百分比计，在所述高红外辐射陶瓷材料中，所述La₂O₃为45％～50％，所述CeO₂为45％～50％，所述辅料为1％～5％。

2.根据权利要求1所述的高红外辐射陶瓷材料，其特征在于，所述辅料包括Mn₂O₃，或包括SrO和SrCO₃。

3.制备权利要求1或2所述的高红外辐射陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

向所述基料中加入所述辅料，球磨、干燥、研磨、过筛，然后，烧结进行高温固相反应，待所述高温固相反应结束后，加入去离子水进行配浆、球磨、造粒，制得高红外辐射陶瓷材料。

4.根据权利要求3所述的高红外辐射陶瓷材料，其特征在于，所述烧结的烧结温度为900～1300℃，烧结时间为9h～15h。

5.权利要求1或2所述的高红外辐射陶瓷材料在制备高红外辐射陶瓷块体制品中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

将所述高红外辐射陶瓷材料压制成型，制得高红外辐射陶瓷块体制品。

6.权利要求1或2所述的高红外辐射陶瓷材料在制备高红外辐射陶瓷涂层中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

采用热喷涂方法将所述高红外辐射陶瓷材料喷射到工件表面，形成高红外辐射陶瓷涂层。