一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料及制备方法和应用技术

本发明专利技术创造提供了一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料及制备方法和应用，高温稳定的绿色稀土辐射涂料，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：稀土辐射功能粉：30%~60%；稀土高温粘结剂：40%~70%。本发明专利技术的高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料采用稀土碳酸盐和多种氧化物作为原料高温煅烧，烧成后在空气中急冷制备稀土辐射功能粉，形成多种金属元素掺杂的高熵固溶体，具有高的红外发射率，其中1

【技术实现步骤摘要】
一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料及制备方法和应用


[0001]本专利技术创造属于辐射涂料领域，尤其是涉及一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]热风炉、加热炉等工业窑炉占据我国每年总能耗的20%
‑
30%，热效率平均约25%
‑
35%，远低于国际平均水平。工业窑炉的工作温度通常在800℃以上，此时热量传递以辐射传热为主。红外辐射涂料作为一种新型节能材料，在红外波段范围内具有高的辐射吸收率和发射率，可以有效改善窑炉的热效率、提高炉内温度均匀性，实现窑炉的节能降耗。
[0003]为实现高温窑炉的节能减排，红外辐射涂料取得了长足发展。红外辐射涂料由具有高发射率的红外辐射粉体、粘结剂和助剂混合而成，其功能成分通常由多种金属氧化物，如三氧化二铁、二氧化锰、二氧化钛、氧化铜、氧化锆、氧化铬、氧化钴、氧化镍、二氧化硅等混合后经高温烧结而成。或是采用氧化铬、镍铬尖晶石、镁铬尖晶石、铁铬尖晶石、铬绿、绿铬矿等为原料，掺杂钴、镍、铜、铁、锰、钛、锆、硅、铝等元素。
[0004]例如，CN113214685A以CuO掺杂的镁铬尖晶石细粉作为辐射功能粉体，制备方法是将氧化镁、氧化铜、氧化铬作为原料，球磨后压制成素坯，在1150~1450℃煅烧3~6小时；CN103305040B公开了一种复合红外辐射涂料，其红外粉料由二氧化锰、三氧化二铁、氧化铜、氧化钴、氧化铬、氧化镍中的至少一种烧结而成，烧结温度为1250~1300℃；CN105860611B公开了以尖晶石结构高红外辐射粉料、刚玉粉、SiO2粉、堇青石和釉粉原料制备复合红外辐射料的烧结温度为1200℃~1400℃；CN108441006B公开了采用二氧化硅、三氧化二铁、氧化铬、二氧化钛、氧化钴、氧化铜、硅酸锆、高岭土、二氧化锰制备高转化率黑体辐射涂料基料；CN100357365C公开了利用硅铁合金产生的副产品二氧化硅超细微粉以及工业纯三氧化二铁、氧化铬、二氧化锰为原料制备辐射基料；CN101481551A公开了以氧化锆、氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、三氧化二铬、磷酸钠、碳酸钙作为高温窑炉红外辐射涂料的辐射固料；CN1318526C公开了采用二氧化钛、氧化锆、氧化铬、碳化硅、氧化铝、玻璃粉、氧化铅、氧化铋作为红外辐射节能涂料的增黑物质。CN105924184B公开了红外辐射基料由二氧化锰、工业级铬绿、氧化钴、氧化镍、氧化铜、三氧化二铁、二氧化钛、氧化锆经高温烧结得到。
[0005]上述方法中采用高温煅烧的方法实现不同元素在晶格中的掺杂，获得高发射率的功能粉体，但是煅烧温度和时间对于材料晶型结构的影响，以及对于材料发射率和高温稳定性的影响研究不足，出现材料使用温度窄、高温时发射率下降等问题。涂层在高温下的力学性能和高发射率往往不可兼得，经过长时间高温使用后涂层辐射性能下降。另外，对于含有铬元素的基料，在高温条件下易产生环境毒性，基料中的铬元素通常是以Cr
3+
形式存在，无毒无害。但是在高温窑炉中气氛含O2，基材中含有Na2O、CaO、MgO等碱性氧化物，王武育等的研究表明Na
+
、Ca
2+
等促进Cr
3+
氧化生成有毒的Cr
6+
。Cr
6+
随烟气排入环境中，对人体和环境造成危害。此外，掺杂元素中的钴向环境中排放，也有造成土壤和水体污染的风险。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料及制备方法和应用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：作为本专利技术的第一方面，提供了一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料，包括如下质量百分比的组分：稀土辐射功能粉：30%~60%；稀土高温粘结剂：40%~70%。
[0008]优选的，所述稀土辐射功能粉由包括如下质量百分比的原料制得：碳酸稀土：5%~95%；金属氧化物：5%~95%。
[0009]优选的，所述碳酸稀土包括碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇、碳酸钐中的一种或几种。
[0010]优选的，所述过渡金属氧化物包括Fe2O3、MnO2、CuO、TiO2、ZrO2、NiO、Al2O3中的一种或几种。
[0011]优选的，所述稀土高温粘结剂包括如下质量百分比的组分：磷酸稀土：5%~15%；硅溶胶：5%~25%；磷酸二氢铝：30%~40%；分散剂：0.2%~1.0%；水：余量。
[0012]优选的，所述磷酸稀土包括磷酸镧、磷酸铈、磷酸镧铈中的一种或几种。
[0013]作为本专利技术的第二方面，提供了一种上述稀土红外辐射涂料的制备方法，具体包括如下步骤：（1）将稀土辐射功能粉的原料混合后，在120℃下烘干8
‑
12小时，研磨至粒径D
90
为1.0
‑
10.0μm；（2）混合研磨后的粉体在高温炉内进行分阶段程序升温煅烧，升温至1250
‑
1600℃并保温后，将粉体取出在空气中急速降温至室温，得到粒径D
90
为2.0
‑
4.0μm的稀土辐射功能粉；（3）将磷酸稀土、分散剂与水混合，球磨至粒径D
90
为0.2
‑
1.0μm，得到磷酸稀土浆液；（4）磷酸稀土浆液与硅溶胶、磷酸二氢铝混合搅拌均匀，得到稀土高温粘结剂；（5）将步骤（2）得到的稀土辐射功能粉与步骤（4）得到的稀土高温粘结剂混合搅拌均匀制得高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料。
[0014]优选的，所述步骤（2）中的分阶段程序升温煅烧具体过程为：从室温以5
‑
10℃/min的速率升温至180
‑
250℃，保温1
‑
2h，再以3
‑
5℃/min的速率升至600
‑
800℃，保温1
‑
2h，再以3
‑
5℃/min的速率升至1000
‑
1200℃，保温1
‑
2h，再以3
‑
5℃/min的速率升至1250
‑
1600℃，保温1
‑
2h，程序结束后，将粉体在空气中急速降温至10
‑
50℃。
[0015]作为本专利技术的第三方面，提供了上述稀土红外辐射涂料在耐火材料表面的应用。
[0016]作为本专利技术的第四方面，提供了一种稀土红外辐射涂层，所述耐高温稀土辐射涂
层通过本专利技术的耐高温稀土辐射涂料附着在耐火材料表面形成，涂层厚度0.1
‑
0.4mm。
[0017]优选的，所述稀土红外辐射涂层的工作温度为600℃
‑
1800℃。
[0018]优选的，常温下所述稀土红外辐射涂层在1
‑
22μm波段发射率不小于0.96，1
‑
5μm波段发射率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料，其特征在于：包括如下质量百分比的组分：稀土辐射功能粉：30%~60%；稀土高温粘结剂：40%~70%；所述稀土辐射功能粉由包括如下质量百分比的原料制得：碳酸稀土：5%~95%；金属氧化物：5%~95%；所述稀土高温粘结剂包括如下质量百分比的组分：磷酸稀土：5%~15%；硅溶胶：5%~25%；磷酸二氢铝：30%~40%；分散剂：0.2%~1.0%；水：余量。2.根据权利要求1所述的高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料，其特征在于：所述碳酸稀土包括碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇、碳酸钐中的一种或几种；所述金属氧化物包括Fe2O3、MnO2、CuO、TiO2、ZrO2、NiO、Al2O3中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料，其特征在于：所述磷酸稀土包括磷酸镧、磷酸铈、磷酸镧铈中的一种或几种。4.权利要求1
‑
3任一所述的高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：（1）将稀土辐射功能粉的原料混合后，在120℃下烘干8
‑
12小时，研磨至粒径D
90
为1.0
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10.0μm；（2）混合研磨后的粉体在高温炉内进行分阶段程序升温煅烧，升温至1250
‑
1600℃并保温后，将粉体取出在空气中急速降温至室温，得到粒径D
90
为2.0
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4.0μm的稀土辐射功能粉；（3）将磷酸稀土、分散剂与水混合，球磨至粒径D
90
为0.2
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1.0μm，得到磷酸稀土浆液；（4）磷酸稀土浆液与硅溶胶、磷酸二氢铝混合搅拌均匀，得到稀土高温粘结剂；（5）将步骤（2）得到的稀土辐射功能粉与步骤（4）得到的稀土高温粘结剂混合搅拌均匀制得高温稳定的绿色稀土红外辐射涂料。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀荣，张呈祥，祁雅琼，彭维，阚丽欣，刘文静，闫雅倩，李璐，张光睿，郝先库，王计平，曹建伟，谌礼兵，
申请(专利权)人：包头市安德窑炉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：