專利名稱：一種輻射熱強化吸收劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及工業窯爐輻射熱吸收利用領域，具體來說涉及一種輻射熱強化吸收劑及其制備方法。
背景技術：
在高溫紅外輻射涂層技術中，關鍵的是制備高發射率的陶瓷質涂層材料，其次是通過合理的工藝很牢固地將其附著在基體材料上制成輻射加熱器。但選擇怎樣的輻射材料配方、制備工藝及基體材料則決定了加熱效果會存在顯著的不同。世界各國特別是日本已經成功獲得了多種適合于物料干燥的高溫紅外輻射材料，主要有鋯英砂系，碳化硅系等，全波段輻射率達到了 0. 92以上。但是當前紅外輻射涂層的發展仍面臨困難，主要表現在以下幾個方面(I)紅外輻射涂層在使用過程中的輻射基料發生老化，導致其輻射率不能夠長·期穩定在比較高溫度的范圍。(2)多數高發射率紅外輻射涂層抗熱震性不好。主要表現在兩方面一、涂層材料自身在急劇的升降溫過程中被破壞。二、由于涂層材料與基體的熱膨脹系數差距大，導致在升降溫過程中涂層材料與基體材料分離。(3)紅外輻射涂層與基體粘結工藝不成熟。當前主要應用可溶性硅酸鹽(俗稱水玻璃)、磷酸鹽、有機硅酸鹽以及環氧等材料將紅外輻射涂層粉粘結在基體上。由于用于物料干燥的紅外輻射涂層的工作溫度一般在400 600°C，粘結劑容易老化，導致了產品使用壽命變短。因此如何設計一種有效的適合工業窯爐的輻射熱吸收的涂層材料是研究的重點。
發明內容
本發明針對目前工業窯爐輻射熱利用率不高，常規高溫紅外輻射節能涂層難以滿足環境的要求的情況下，我們提供了一種新型工業窯爐輻射熱強化吸收材料及其制備方法，能夠彌補現有技術上的不足。本發明的一個技術方案是提供了一種工業窯爐專用的輻射熱強化劑，針對目前紅外節能涂層在熱穩定性差、耐磨性能低、使用壽命短、發射率不高的缺陷，我們從原料本身發射率、晶體結構、抗熱震性、耐磨性等方面出發來設計，制備了一種高耐磨性，熱穩定性高，發射率高且不衰減的工業窯爐輻射熱強化吸收劑，包括輻射基料、粘結劑
其中輻射基料為30% 45%Cr203，15% 20%Fe203，20% 30%Mn02，2% 4%CuO，5% 15%Ti02, 5% 12%Ni0，3% 8%Zr02，2% 8%Si02，所述百分數為質量百分數，且所述物質之和為100% ；
低溫玻璃粉和Al2O3作為粘結劑，低溫玻璃粉與Al2O3質量比為(I 3) :1，粘結劑與輻射基料質量比為(I 2. 5): I。本發明提供的另一個技術方案是輻射熱強化劑的制備方法，包括以下步驟
(1)配料將質量百分數為30% 45%Cr203，15% 20%Fe203，20% 30%Mn02，2% 4%CuO, 5% 15%Ti02, 5% 12%Ni0, 3% 8%Zr02, 2% 8%Si02 混合球磨 I 3 小時;
(2)燒成將上述混合好的原料放入電爐中燒結，溫度恒定后保溫2 5小時；(3)水淬將(2)中燒成的熔融體迅速倒入水中水淬，然后干燥I 3小時；
(4)研磨將(3)中干燥后的塊狀體進行破碎研磨，形成大小均一的小顆粒或者粉末；
(5)熱處理將(4)中的顆粒或粉末裝模，置于電爐中在800 1200°C微晶化生長，溫度恒定后保溫I 4小時；
(6)球磨將(5)中塊體去模后用破碎機破碎，得到輻射基料，放入球磨機中，加入低溫玻璃粉和Al2O3作為粘結劑，球磨2 8小時即制得一種具有高發射率的輻射熱強化吸收劑。而且，所述步驟(2)中燒結溫度為900°C 1500°C，升溫速率3 6°C /min。而且，所述步驟(3)中干燥溫度為60 100°C。
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而且，進行熱處理時，微晶化生長得到微晶結構，晶化溫度為800 1200°C，升溫速率2 6°C /min。而且，在球磨中，低溫玻璃粉與Al2O3質量比為(I 3) :1，粘結劑與輻射基料質量比為(I 2. 5) : I。而且，所述的熱處理，是采取石膏制成模具后，再將磨碎后的顆粒按照致密化堆積的方式加入模具中。本發明的特點及優勢
I、先高溫燒成工藝改變材料微觀結構與物相組成，形成尖晶石結構，以強化材料的自由載流子及雜質能級的電子躍遷輻射機制，提高材料全波段的紅外輻射性能。2、高溫燒成后急速水淬，使晶體結構發生一定的畸變，同時快速冷卻能使晶體結構中存在的晶格缺陷以最大的程度保存下來，這些都降低了晶格振動的對稱性。根據振動對稱性選擇定則，粒子振動時的對稱性越低，則電偶極矩的變化就越大，其紅外輻射就越強。3、通過二次熱處理，引入微晶生長的方式，控制輻射涂料微晶生長，使晶粒細小且分布均勻，此后盡量磨細，便可有效降低輻射涂料的散射系數，改善涂層的紅外輻射性能，使紅外輻射涂料在較高溫度下的窯爐上發揮優良的作用。4、在輻射基料制成后，加入低溫玻璃粉和氧化鋁作為固態粘結劑，充分混合研磨均勻后制備成紅外輻射涂料。低溫玻璃粉是一種有效的金屬-陶瓷、陶瓷-陶瓷等不同材料間的封接材料，可以有效的解決材料的脫落和熱震性問題。本發明有效的解決了傳統紅外涂料易脫落、不穩定、高溫輻射率低等問題，適合各種工業窯爐的環境，有利于工業化應用。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明。實施例I
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (30%), Fe2O3(20%)，MnO2 (21%)，CuO (4%)，TiO2(9%)，NiO (8%), ZrO2(3%), SiO2 (5%)。將上述粉末混合后研磨2h，放入1200°C的電爐中，升溫速率5°C /min,焙燒3h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干2h，干燥溫度為100°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在900°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為4°C /min,保溫2小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=1:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨6小時后取出，即得到產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。
通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環20次無明顯脫落現象，法相全發射率在0. 90。實施例2
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (30%)，Fe2O3 (15%)，MnO2 (30%)，CuO (2%) ,TiO2(8%)，NiO (8%), ZrO2(3%), SiO2 (4%)。將上述粉末混合后研磨2h，放入1400°C的電爐中，升溫速率6°C /min,焙燒3h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干2h，干燥溫度為80°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在1100°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為3°C /min,保溫2小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=1. 5:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混·合后球磨8小時后取出，即得產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。
通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環20次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 9以上，在2 7 ii m時，發射率更是達到9. 7，接近黑體。實施例3
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (35%)，Fe2O3(20%)，MnO2 (20%)，CuO (3%)，TiO2(8%), NiO (8%), ZrO2 (3%), Si O2 (3%)。將上述粉末混合后研磨2h，放入900°C的電爐中，升溫速率為3°C /min，焙燒5h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干2h，干燥溫度為60°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在1200°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為2V /min，保溫3小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=1:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨5小時后取出，即得到產品，進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。通過測試的得知部分形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環10次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 89。實施例4
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (45%)，Fe2O3 (15%)，MnO2 (20%)，CuO (2%) ,TiO2(5%)，NiO (5%), ZrO2(3%), SiO2 (5%)。將上述粉末混合后研磨2h，放入1400°C的電爐中，升溫速率3°C /min,焙燒2h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干2h，干燥溫度為80°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在800°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為2V /min，保溫I小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=1. 5:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨4小時后取出，即得到產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環30次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 86以上。實施例5配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (30%), Fe2O3 (20%)，MnO2 (30%)，CuO (2%) ,TiO2(5%)，NiO (8%), ZrO2(3%), SiO2 (2%)。將上述粉末混合后研磨3h，放入1400°C的電爐中，升溫速率3°C /min,焙燒5h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干3h，干燥溫度為100°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在1200°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為2V Mn,保溫4小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=2:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨8小時后取出，即得到產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環30次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 94以上。實施例6
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (30%)，Fe2O3 (15%)，MnO2 (20%)，CuO (3%) ,TiO2·(15%), NiO (12%), ZrO2 (3%), SiO2 (2%)。將上述粉末混合后研磨3h，放入1200°C的電爐中，升溫速率6°C /min,焙燒5h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干3h，干燥溫度為80°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在800°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為6°C /min,保溫2小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al2O3=I: I、粘結劑/輻射基料=2. 5:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨8小時后取出，即得到產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環20次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 84以上。實施例7
配備 2kg 粉末，按照質量比 Cr2O3 (30%)，Fe2O3 (15%)，MnO2 (20%)，CuO (2%) ,TiO2(15%), NiO (12%), ZrO2 (3%), SiO2 (3%)。將上述粉末混合后研磨3h，放入1400°C的電爐中，升溫速率3°C /min,焙燒5h后取出，急劇水淬冷卻，放入烘箱中烘干3h，干燥溫度為70°C，研磨成小顆粒后，致密化堆積的方式裝入石膏模具中，在1200°C的電爐中進行二次熱處理，升溫速率為2V /min，保溫4小時后取出冷卻后，去模，進行破碎后得到輻射基料，按照質量比低溫玻璃粉/Al203=2: I、粘結劑/輻射基料=2. 5:1的比例加入低溫玻璃粉以及Al2O3,混合后球磨8小時后取出，即得到產品。進行掃面電鏡、XRD物相、抗熱震性、紅外光譜發射率測試。通過測試的得知形成混合的錳鐵鉻尖晶石結構，循環20次無明顯脫落現象，全波段發射率在0. 88以上。
權利要求
1.一種輻射熱強化吸收劑，其特征在于，包括輻射基料、粘結劑； 其中輻射基料為30% 45%Cr203，15% 20%Fe203，20% 30%Mn02，2% 4%CuO，5% 15%Ti02, 5% 12%NiO，3% 8%Zr02，2% 8%Si02，所述百分數為質量百分數，且所述物質之和為100% ； 低溫玻璃粉和Al2O3作為粘結劑，低溫玻璃粉與Al2O3質量比為I 3:1，粘結劑與輻射基料質量比為I 2. 5:1。
2.一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)配料將質量百分數為30% 45%Cr203，15% 20%Fe203，20% 30%Mn02，2% 4%CuO，5% 15%Ti02, 5% 12%Ni0, 3% 8%Zr02 和 2% 8%Si02 混合球磨 I 3 小時; (2)燒成將上述混合好的原料放入電爐中燒結，保溫2 5小時； (3)水淬將(2)中燒成的熔融體迅速倒入水中水淬，然后干燥I 3小時； (4)研磨將(3)中干燥后的塊狀體進行破碎研磨，形成大小均一的小顆粒或者粉末； (5)熱處理將(4)中的顆粒或粉末裝模，置于電爐中在800 1200°C微晶化生長，保溫I 4小時； (6)球磨將(5)中塊體去模后用破碎機破碎，得到輻射基料，放入球磨機中，加入低溫玻璃粉和Al2O3作為粘結劑，球磨2 8小時即制得一種具有高發射率的輻射熱強化吸收劑。
3.根據權利要求2所述的一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中燒結溫度為900°C 1500°C，升溫速率3 6°C/min。
4.根據權利要求2所述的一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中干燥溫度為60 100°C。
5.根據權利要求2所述的一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，進行熱處理時，微晶化生長得到微晶結構，升溫速率2 6°C /min。
6.根據權利要求2所述的一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，在球磨中，低溫玻璃粉與Al2O3質量比為I 3:1，粘結劑與輻射基料質量比為I 2. 5: I。
7.根據權利要求2所述的一種輻射熱強化吸收劑的制備方法，其特征在于，所述的熱處理，是采取石膏制成模具后，再將磨碎后的顆粒按照致密化堆積的方式加入模具中。
全文摘要
本發明提供了一種輻射熱強化吸收劑及其制備方法，所述的輻射熱強化吸收劑包括輻射基料、粘結劑，其中輻射基料為30%～45%Cr2O3，15%～20%Fe2O3，20%～30%MnO2，2%～4%CuO，5%～15%TiO2，5%～12%NiO，3%～8%ZrO2，2%～8%SiO2；低溫玻璃粉和Al2O3作為粘結劑，低溫玻璃粉與Al2O3質量比為1～3:1，粘結劑與輻射基料質量比為1～2.5:1。制備方法包括配料、燒成、水淬、研磨、熱處理、球磨，制備了一種高耐磨性，熱穩定性高，發射率高且不衰減的工業窯爐輻射熱強化吸收劑。
文檔編號C04B35/42GK102786300SQ20121028993
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者佘有緣, 盧鵬薦, 周靜, 楊文明, 熊遠碌 申請人:武漢瑞干科技開發有限公司