一种轻量高温红外辐射元件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量高温红外辐射元件及其制备方法。技术方案中的轻量高温红外辐射元件的原料及其含量是：硅切割废料细粉为50～60wt％；生产重铬酸钠产生的残渣细粉为10～18wt％；煤矸石细粉为16～24wt％；菱镁矿细粉为4～9wt％；磷酸二氢铝溶液4～5％wt％。其制备方法是：先将硅切割废料细粉与生产重铬酸钠产生的残渣细粉、磷酸二氢铝溶液球磨，再加入煤矸石细粉和菱镁矿细粉，继续球磨，困料，成型，干燥；然后置于中温炉中，先升温至950～1050℃，再升温至1200～1400℃，保温，随炉冷却，切磨，制得轻量高温红外辐射元件。本发明专利技术工艺简单、工业废弃物的资源化利用率高和环境污染小，所制制品密度小、热震稳定性好和在1～8μm波段具有高红外发射率。μm波段具有高红外发射率。

【技术实现步骤摘要】
114288604A)专利技术，通过预处理、还原、酸洗和硫化对铬渣进行湿法解毒，但解毒工艺繁琐，且湿法解毒法还原得到的Cr
3+
容易再次被氧化为Cr
6+
，解毒不够彻底，同时，解毒过程会产生酸、碱废液和废气，易造成二次污染。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、工业废弃物的资源化利用率高和环境污染小的高发射率轻量高温红外辐射元件的制备方法，用该方法制备的轻量高温红外辐射元件密度小、热震稳定性好、在1～8μm波段具有高红外发射率。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案中：
[0011]所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量是：
[0012][0013]所述轻量高温红外辐射元件的制备方法是：
[0014]步骤一、按所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量，先将所述硅切割废料细粉、所述生产重铬酸钠产生的残渣细粉和所述磷酸二氢铝溶液球磨5～10min，得到混合料A；向所述混合料A中加入所述煤矸石细粉和菱镁矿细粉，球磨15～20min，得到混合料B。
[0015]步骤二、将所述混合料B困料12～24小时，于20～50MPa条件下压制成型，得到素坯；将所述素坯置于鼓风干燥箱内，在80～100℃条件下干燥12～24h，得到干燥后的素坯。
[0016]步骤三、将所述干燥后的素坯置于中温炉中，先以4～6℃/min的速率升温至950～1050℃，再以1.5～2.5℃/min的速率升温至1200℃～1400℃，保温3～5h；随炉冷却后取出，切磨，制得轻量高温红外辐射元件。
[0017]所述硅切割废料细粉是将单晶硅或多晶硅的切割废液经干燥后磨细得到的细粉，所述硅切割废料细粉的平均粒径小于74μm；所述硅切割废料细粉：Si含量≥30wt％，SiC含量≥30wt％。
[0018]所述生产重铬酸钠产生的残渣细粉：Fe2O3含量≥40wt％，Al2O3+Cr2O3含量≥10wt％；所述生产重铬酸钠产生的残渣细粉的平均粒径小于45μm。
[0019]所述煤矸石细粉：Al2O3含量≥30wt％，SiO2含量≥40wt％；所述煤矸石细粉的平均粒径小于74μm。
[0020]所述菱镁矿细粉的MgO含量≥43wt％；菱镁矿细粉的平均粒径小于74μm。
[0021]所述磷酸二氢铝溶液的Al(H2PO4)3含量≥50wt％。
[0022]由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0023]本专利技术采用的主要原料为硅切割废料、生产重铬酸钠产生的残渣细粉和煤矸石细粉，都属于工业废弃物，且所述工业废弃物的资源化利用率高，再利用率为86～92％；不仅能显著降低生产成本，充分发挥了工业废弃物的潜在价值。为这些工业废弃物的高附加值
利用提供了新的途径，且减少了个废弃物的污染，提高了工业废弃物的资源化利用率，具有显著的环保价值和经济价值。
[0024]本专利技术采用的硅切割废料细粉中含有的聚乙二醇、表面活性剂和乳化剂等有机残留物，在高温下会裂解并留下气孔；另外，本专利技术采用的煤矸石细粉中含有约10～15％的碳，碳在高温下燃烧会留下气孔，且煤矸石中主要矿相为高岭石，高岭石在高温下失去结构水，从而使轻量高温红外辐射元件内形成大量微孔；本专利技术采用的菱镁矿细粉主要成分为MgCO3，MgCO3在高温下会分解产生CO2并留下气孔。故上述原料经过高温烧成后留下大量的微气孔，使得轻量高温红外辐射元件具备低的密度；加之本专利技术选取20～50MPa的成型压力，使所制备的高温红外辐射元件素坯密度相降低；因此不仅悬挂在工业炉窑顶部时不易脱落。尤为重要的是，大量微孔的存在也非常有利于高温红外辐射元件的红外辐射吸收，这些微孔能增加散射面积和投影深度，保证高温下经过微孔反射的能量进一步被吸收，最终使得轻量高温红外辐射元件在1～8μm波段具有高的发射率。
[0025]本专利技术采用的原料中：硅切割废料细粉的主要成分为高发射率的单质Si和SiC；生产重铬酸钠产生的残渣中最主要物相Fe3O4也是高发射率组分，所述生产重铬酸钠产生的残渣的存在有利于所制备的轻量高温红外辐射元件能获得高的红外发射率；硅切割废料细粉中含有的聚乙二醇、表面活性剂和乳化剂等有机残留物的裂解、煤矸石细粉中碳的燃烧会导致材料内部形成CO还原性气氛，硅切割废料细粉中单质Si会与CO反应生成SiC，少量单质Si与煤矸石中的碳直接接触也会反应生成SiC；生产重铬酸钠产生的残渣中含有MgO、Al2O3和Cr2O3，再加上煤矸石细粉中Al2O3和SiO2与菱镁矿细粉中MgO会反应先后生成MgAl2O4、MgFe2O4和MgCr2O4等尖晶石及堇青石(Mg2Al4Si5O
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)相，并且高温下部分离子半径相近的离子会相互取代形成掺杂尖晶石，部分离子也进入堇青石晶体结构的孔隙中形成掺杂堇青石。高温下原位反应生成的SiC、掺杂尖晶石及掺杂堇青石均会进一步提升红外辐射元件的发射率。
[0026]本专利技术采用的原料经高温烧结反应后得到的SiC、单质Si和堇青石的膨胀系数均较低，三者形成复合材料有利于提高制得的轻量高温红外辐射元件整体的热震稳定性；同时大量微孔的存在能有效地降低热应力，防止裂纹的扩展，从而提高了元件的抗热震性能。
[0027]本专利技术采用生产重铬酸钠产生的残渣细粉中通常会含有部分六价铬(如以重铬酸钠等形式存在)，依然存在六价铬的污染问题。硅切割废料细粉中含有的聚乙二醇、表面活性剂和乳化剂等有机残留物的裂解、煤矸石细粉中碳的燃烧会导致材料内部形成CO还原性气氛，在高温还原气氛下六价铬很容易还原成三价铬，可以彻底消除六价铬污染。故本专利技术采用的生产重铬酸钠产生的残渣无需解毒便能直接使用，避免了六价铬的污染问题，工艺简单，尤其是不存在其他二次污染，环境友好。
[0028]本专利技术制备的轻量高温红外辐射元件经检测：密度为1.1～1.5g/cm3；在1100℃条件下保温20min，水冷反复12～20次不发生开裂现象；使用傅里叶光谱发射率测量系统测试该元件在1～8μm波段平均发射率为0.85～0.93。
[0029]因此，本专利技术具有工艺简单、工业废弃物的资源化利用率高和环境污染小的特点，所制备的高温红外辐射元件密度小、热震稳定性好、在1～8μm波段具有高红外发射率。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0031]一种轻量高温红外辐射元件及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法是：
[0032]所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量为：
[0033][0034]所述轻量高温红外辐射元件的制备方法是：
[0035]步骤一、按所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量，先将所述硅切割废料细粉、所述生产重铬酸钠产生的残渣细粉和所述磷酸二氢铝溶液球磨5～10min，得到混合料A；向所述混合料A中加入所述煤矸石细粉和菱镁矿细粉，球磨15～20min，得到混合料B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量高温红外辐射元件的制备方法，其特征在于，所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量是：所述轻量高温红外辐射元件的制备方法是：步骤一、按所述轻量高温红外辐射元件的原料及其含量，先将所述硅切割废料细粉、所述生产重铬酸钠产生的残渣细粉和所述磷酸二氢铝溶液球磨5～10min，得到混合料A；向所述混合料A中加入所述煤矸石细粉和菱镁矿细粉，球磨15～20min，得到混合料B；步骤二、将所述混合料B困料12～24小时，于20～50MPa条件下压制成型，得到素坯；将所述素坯置于鼓风干燥箱内，在80～100℃条件下干燥12～24h，得到干燥后的素坯；步骤三、将所述干燥后的素坯置于中温炉中，先以4～6℃/min的速率升温至950～1050℃，再以1.5～2.5℃/min的速率升温至1200℃～1400℃，保温3～5h；随炉冷却后取出，切磨，制得轻量高温红外辐射元件。2.根据权利要求1所述的轻量高温红外辐射元件的制备方法，其特征在于所述硅切割废料细粉是将单晶硅或多晶硅的切割废液经干燥后磨细得到的细粉，所述硅切割废料细粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑绍柏，孙义燃，王光阳，李亚伟，王庆虎，朱天彬，廖宁，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：