[發明專利]一種寬波段內具有高紅外輻射率的粉體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210114813.4
• 申請日: 2012-04-18
• 公開（公告）號: CN102633494A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 劉茜;唐馥涵;張孔;莊建東;費凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/195
• 分類號: C04B35/195
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種紅外輻射粉體材料及其制備方法，具體說，是涉及一種可適用于紅外內墻保溫涂料、紅外陶瓷釉面磚、工業窯爐保溫涂層及面磚等民用和工業節能領域的，在較寬波段內均具有高紅外輻射率的粉體材料及其制備方法，屬于功能材料技術領域。

背景技術

為社會和經濟的可持續發展，近年來，節能減排已成為全社會共同努力的目標。對于工業生產上必不可少的工業窯爐(如燒制耐火磚、合成化學品等)，由于其工作溫度較高，熱交換以輻射傳熱為主。依據傳熱原理分析，如果將紅外輻射涂料用于工業窯爐，可以提高爐內參與輻射傳熱的物體表面輻射系數，進而改善傳熱過程，減少熱散失，提高熱能利用率。但現有的紅外輻射粉體一般都只在特定波段(6～18μm)內具有較高的發射率，強輻射波段與被加熱物體強吸收段存在不匹配問題。此外，常用的一些輻射基料還或多或少存在其它不足，比如，碳化硅的高溫氧化問題限制了其輻射特性；再如氧化鋯(或鋯英砂)和氧化鉻，其紅外輻射率隨溫度的升高而下降，無法保持高溫下的輻射能力。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種在較寬波段內均具有高紅外輻射率的粉體材料及其制備方法，以滿足紅外內墻保溫涂料、紅外陶瓷釉面磚、工業窯爐保溫涂層及面磚等民用和工業節能領域的應用要求。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種寬波段內具有高紅外輻射率的粉體材料，是一種摻雜有Ba²⁺或/和Fe³⁺的堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，即：Mg₂Al₄Si₅O₁₈)基材料。

作為一種優選方案，所述的Ba²⁺或/和Fe³⁺的摻雜量在所述粉體材料中占10～20mol％。

作為進一步優化方案，所述粉體材料由氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化鋇(BaO)和氧化鐵(Fe₂O₃)組成，且各組成的質量百分比如下：

上述各組成的質量百分比之和為100％。

一種所述的寬波段內具有高紅外輻射率的粉體材料的制備方法，是首先將構成堇青石的先驅原料和摻雜原料按配比溶于醇水混合溶劑中，攪拌，干燥；然后先在空氣氣氛下于600～1000℃進行預燒，再在空氣氣氛下于1150～1350℃進行煅燒；最后隨爐冷卻到室溫，研磨，過篩。

作為一種優選方案，構成堇青石的先驅原料為硝酸鎂、硝酸鋁和正硅酸乙酯，所述的摻雜原料為硝酸鋇或/和硝酸鐵。

作為一種優選方案，所述的醇水混合溶劑是由去離子水與無水乙醇按質量比為(4～6)∶10組成。

作為一種優選方案，構成堇青石的先驅原料和摻雜原料的總質量與醇水混合溶劑的質量之比為1∶(14～16)。

作為一種優選方案，所述干燥是指在60～90℃烘箱中烘18～24小時。

作為一種優選方案，按每小時150～200℃的升溫速率升溫到預燒溫度，預燒時間為1～3小時。

作為一種優選方案，按每小時150～600℃的升溫速率升溫到煅燒溫度，煅燒時間為1～4小時。

本發明通過在堇青石中摻雜Ba²⁺或/和Fe³⁺，使其進入堇青石中由[SiO₄]四面體和[AlO₄]四面體圍成的六元環中間的空腔，取代其中的Mg²⁺或與Mg²⁺共存，造成較大的晶格畸變，減低結構對稱性，提高了材料的紅外輻射性能。實驗證明，單摻Ba²⁺或Fe³⁺對提高紅外輻射性能效果明顯；尤其是，對堇青石進行Ba²⁺和Fe³⁺的共摻會進一步提高所述粉體材料的紅外輻射性能。