高发射率红外陶瓷粉体与红外辐射涂料的制备及性能研究

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红外辐射涂料可有效提高涂覆表面发射率,强化辐射传热,达到节能的目的,因此在工业窑炉节能领域具有广阔的应用前景。  高发射率红外陶瓷粉体是决定红外辐射涂料性能的关键。目前,氧化性气氛下高发射率红外陶瓷粉体以尖晶石结构的氧化物体系为主,但其服役温度低于1300℃,难以应用于高温窑炉。因此,本文旨在研发一种以SiB6为辐射基料,可应用于1300℃以上的红外辐射涂料。首先研究以商品化B4C为辐射基料的涂料一般配方和配制工艺;进而研究了以高温固相反应合成工艺制备SiB6陶瓷粉体;再以之配制出SiB6基红外辐射涂料。另外,针对非氧化气氛最广泛应用的SiC粉体,在近红外0.76~2.5μm波段存在发射率较低的问题,采用热爆燃烧合成制备了Al掺杂SiC粉体,以提高其近红外发射率。  本文主要研究内容和结果包括以下三个部分:  首先研究了以商品化B4C为辐射料红外辐射涂料的配方和配制工艺。研究表明增稠剂占液体质量分数为3.5~5wt%时,涂料的稳定性与流动性最佳;当辐射料固相含量不低于8wt%时,涂层在3~5μm波段发射率稳定。此外,测试了该涂层的辐射加热能力和节能效果,发现在1200℃时,与无涂层刚玉片相比,涂层对上方热电偶处辐射加热温度高24℃;加热节能率为12.5%。  采用高温固相反应合成制备了SiB6红外陶瓷粉体材料,研究表明,在1400℃可通过Si-B反应制备出粒径在2~3μm的SiB6陶瓷粉体,反应中间相SiB0.09~0.1对其合成起重要作用。参考B4C涂料的配方和配制工艺,以SiB6为辐射料基配制了涂料,并于1400℃烧结制成涂层,研究发现该涂层在3~5μm波段发射率为0.82,加热节能率为17%。  采用热爆燃烧反应合成工艺,制备了Al掺杂SiC粉体。研究发现,当Al掺杂量为10at%时,Al-SiC粉体在0.76~~2.5μm波段发射率可由未掺杂时0.80提高至0.94。Al掺杂能够降低SiC的能带间隙,强化杂质能级吸收,从而有效提高了样品在近红外波段的发射率。
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