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高发射率红外辐射涂料的制备与性能研究

作　者: 蔡洪兵
导　师: 税安泽
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 过渡金属氧化物红外辐射基料红外辐射涂料发射率抗热震性
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文以价格低廉的过渡金属氧化物Fe2O3和MnO2为主要原料,并以少量的CuO和CoO为辅助料,根据TG-DSC测试结果,分别在还原气氛和氧化气氛条件下进行了烧成,通过急冷和缓慢冷却制备了红外辐射基料。在此基础上添加一定量的堇青石和粘结剂,制备了抗热震性能优良的红外辐射涂料,并通过正交试验优化了原料配方。最后通过XRD、SEM、FT-IR、XPS、光谱发射率测试等现代测试方法对红外辐射涂料的物相、微观结构、内部离子化学价态及辐射性能等进行了表征,主要结果如下:1.对Fe-Mn-Cu-Co体系进行了堇青石和粘结剂的掺杂改性,制得了高抗热震性、高辐射率红外辐射涂料,其全红外波段的光谱发射率均在0.85以上,尤其在2.5～5μm的近红外波段范围内其光谱发射率接近于黑体。2.以Fe2O3为主的红外辐射涂料主要由正尖晶石(CuFe)Fe2O4物相构成,而以MnO2为主的红外辐射涂料主要由反尖晶石CoMn2O4物相构成。3.随着MnO2含量的增加红外光谱发射率逐渐增大,当MnO2含量在60wt%左右时,其发射率达到最大值,然后开始呈现下降趋势。4.由于还原气氛烧成和急冷使红外辐射基料中Fe、Mn、Cu和Co离子呈现了多种化学价态,还原气氛烧成和急冷均有利于提高红外辐射涂料的辐射性能。5.堇青石和粘结剂的掺杂对红外辐射涂料的发射率没有明显影响,但大大改善了红外辐射涂料的抗热震性能。6.粘结剂添加量对红外辐射涂料的抗热震性能有显著影响,但粘结剂配方对其影响较小。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-28
  1.1 引言  13-18
    1.1.1 红外辐射  13-14
    1.1.2 红外辐射的经典物理模型  14-15
      1.1.2.1 自由电子模型  14
      1.1.2.2 谐振子模型  14
      1.1.2.3 阻尼振子模型  14-15
      1.1.2.4 振子的耦合  15
    1.1.3 红外辐射的基本特点  15-16
    1.1.4 红外辐射的基本规律  16-18
      1.1.4.1 反射率、吸收率、透射率和发射率  16
      1.1.4.2 基尔霍夫定律  16
      1.1.4.3 普朗克辐射定律  16-17
      1.1.4.4 维恩位移定律  17-18
      1.1.4.5 斯蒂芬-波尔兹曼定律  18
  1.2 红外辐射材料简介  18-26
    1.2.1 热辐射体的分类  18-19
      1.2.1.1 高效红外辐射陶瓷  18-19
      1.2.1.2 选择性红外辐射陶瓷  19
      1.2.1.3 低发射率材料  19
    1.2.2 红外辐射材料节能机理  19
    1.2.3 红外辐射材料的研究历史和现状  19-21
    1.2.4 红外辐射材料的应用  21-22
      1.2.4.1 红外干燥和加热  21
      1.2.4.2 建筑涂层原料  21
      1.2.4.3 医疗保健材料  21
      1.2.4.4 车用节油材料  21-22
      1.2.4.5 其它应用  22
    1.2.5 影响红外辐射材料发射率的因素  22-24
    1.2.6 改善材料红外发射率的途径  24-25
      1.2.6.1 晶格振动频率的调整  24-25
      1.2.6.2 杂质的合理加入  25
      1.2.6.3 红外辐射涂料涂层结构的改善  25
    1.2.7 高发射率红外辐射陶瓷目前存在的主要问题  25-26
  1.3 本论文的研究意义、目的和重要内容  26-28
    1.3.1 本课题的研究意义  26-27
    1.3.2 本课题研究目的  27
    1.3.3 本论文研究的主要内容  27-28
第二章实验工艺和测试表征  28-34
  2.1 实验原料和设备  28-29
    2.1.1 原料和试剂  28
    2.1.2 实验仪器和设备  28-29
  2.2 实验工艺流程  29
  2.3 测试和表征  29-34
    2.3.1 热分析(TG-DSC)  29-30
    2.3.2 X 射线衍射(XRD)分析  30-31
    2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析  31
    2.3.4 傅立叶红外光谱(FT-IR)分析  31
    2.3.5 X 射线光电子能谱(XPS)分析  31-32
    2.3.6 电子能谱分析(EDX)  32
    2.3.7 红外发射率的测试  32-33
    2.3.8 抗热震性测试  33-34
第三章研究体系与工艺设计  34-42
  3.1 组成设计  34-36
  3.2 合成工艺的设计  36-42
    3.2.1 合成温度及烧成制度的确定  37-40
      3.2.1.1 以Fe_2O_3为主配方的烧成曲线的制定  37-38
      3.2.1.2 以MnO_2为主配方的烧成曲线的制定  38-40
    3.2.2 烧成气氛的设定  40
    3.2.3 样品合成后的降温方式设定  40-41
    3.2.4 制备涂层工艺设计  41-42
第四章红外辐射基料的研制  42-57
  4.1 尖晶石物相的基本概念  42
  4.2 尖晶石的晶体结构与红外辐射特性  42-44
    4.2.1 尖晶石的晶体结构  42-43
    4.2.2 尖晶石的阳离子分布  43
    4.2.3 尖晶石的红外辐射特性  43-44
      4.2.3.1 红外辐射率与成分的关系  43-44
      4.2.3.2 红外辐射率与尖晶石结构的关系  44
  4.3 铁、锰尖晶石的合成  44-56
    4.3.1 实验  44-45
    4.3.2 红外辐射基料的性能测试与表征  45-54
      4.3.2.1 红外发射率的测试结果  45-46
      4.3.2.2 物相(XRD)分析  46-48
      4.3.2.3 微观结构分析  48-49
      4.3.2.4 红外吸收光谱分析  49-51
      4.3.2.5 光电子能谱分析(XPS)  51-54
    4.3.3 红外发射率的影响因素  54-56
      4.3.3.1 MnO_2的添加量对材料红外辐射率的影响  54
      4.3.3.2 烧成气氛对材料红外辐射率的影响  54-55
      4.3.3.3 冷却方式对材料红外辐射率的影响  55-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章红外辐射涂料的制备与研究  57-70
  5.1 实验  57-59
    5.1.1 实验工艺的设计  57-58
    5.1.2 涂层制备  58-59
  5.2 实验结果与分析  59-68
    5.2.1 涂层试样的抗热震性  59-63
    5.2.2 涂层试样的物相分析  63-65
    5.2.3 涂层试样的 SEM 分析  65-66
    5.2.4 EDX 分析  66-67
    5.2.5 红外涂料的光谱发射率测试结果  67-68
  5.3 本章小结  68-70
结论  70-71
参考文献  71-76
攻读硕士学位期间取得的研究结果  76-77
致谢  77

高发射率红外辐射涂料的制备与性能研究

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