專利名稱：一種多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紅外輻射材料領域，尤其涉及一種特別適用于高溫工業(yè)窯爐(鍋爐)的紅外輻射節(jié)能涂料、紅外輻射加熱器等產品的尖晶石-硅酸鹽多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料及其制備方法。
背景技術：
紅外輻射材料由于其優(yōu)異的紅外輻射性能而受到廣泛關注，在工業(yè)爐節(jié)能、提高紅外加熱器熱效率、航天器熱控制等方面得到廣泛應用。目前，國內外已研制出了多種紅外輻射陶瓷材料，主要有氧化鋯體系、鋯英砂體系、碳化硅體系、氧化鉻體系、氧化鐵_氧化錳體系等，但這些紅外輻射陶瓷材料還存在一些不足。碳化硅在高溫下產生氧化反應，引起碳化硅體系材料的紅外輻射性能降低。氧化鋯和鋯英砂的紅外輻射率隨溫度的升高而明顯下降，不利于氧化鋯體系和鋯英砂體系的紅外輻射材料在高溫下的應用(800-1200°C)。氧化鉻具有較好的紅外輻射性能，但鉻是一種會危害人體健康和造成環(huán)境污染的重金屬元素， 特別是高溫下氧化鉻(Cr2O3)中的Cr3+可被氧化，形成對人體具有高毒性的Cr6+的化合物， 這相應地限制了氧化鉻體系紅外輻射材料的應用。氧化鐵-氧化錳體系過渡金屬氧化物的紅外輻射性能優(yōu)良，且其結構和紅外輻射性能的溫度穩(wěn)定性較好，但其熱膨脹系數較大，抗熱震沖擊性能不理想，不利于這類紅外輻射材料的廣泛應用。在氧化鐵-氧化錳體系中加入熱膨脹系數較低的硅酸鹽礦物材料可以提高其抗熱震沖擊性能，但硅酸鹽礦物材料的紅外輻射率通常比較低，大量加入硅酸鹽礦物材料在改善抗熱震沖擊性能的同時，會降低材料的紅外輻射性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要解決現有紅外輻射陶瓷材料的紅外輻射性能不穩(wěn)定的技術問題，提出一種結構穩(wěn)定好、紅外輻射性能優(yōu)良的尖晶石-硅酸鹽的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料及其制備方法。為解決所述技術問題，本發(fā)明提出的一種多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料，其由下列質量百分含量的原料配置而成
尖晶石型固溶體陶瓷粉料20 80%、
Al2O3 :6 60%、SiO2 :5 56%、MgO :0 10%、BaO :0 3%、
CaO :0 3%、Ti02 :0 6% ；
所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料，由下列質量百分含量的原料配置而成 Fe2O3 :0 60%、MnO2 :0 60%、CuO :0 12%、Co2O3 :0 10%、 Mo2O3 :0 6%、NiO :0 6%、V2O5 :0 5%、WO3 :0 5%。本發(fā)明提出的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料的制備方法，步驟如下 步驟 1 先將過渡金屬氧化物Fe203、Mn02、Cu0、Co203、Mo203、Ni0、
V205、WO3按規(guī)定的比例配料，再對該配料進行球磨、混合、干燥、壓制成型為塊狀坯體的初步處理；
步驟2 在105(T118(TC溫度范圍內，對初步處理后的粉料進行固相合成，固相合成時間為廣6小時，形成尖晶石型固溶體的黑色燒結體；
步驟3 將所述的黑色燒結體再經破碎、粉碎和過320目的篩子，制成尖晶石型固溶體陶瓷粉料；
步驟4 然后將所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料與Al203、Si02、Mg0、Ba0、Ca0、Ti02按規(guī)定的比例進行二次配料，再對該二次配料進行球磨、混合、干燥、壓制成型為塊狀坯體的二次處理；
步驟5 在105(T130(TC溫度范圍內，對二次處理后的粉料再進行二次固相合成，二次固相合成時間為2、小時，形成多相復合結構的合成物；
步驟6 最后對所述的合成物進行粉碎，并過20(Γ500目的篩子，制備出粒度為 10^40 μ m的尖晶石-硅酸鹽的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料。與現有產品相比，本發(fā)明的特點是
(1)采用Fe2O3、MnO2、CuO、Co2O3、Mo2O3、NiO,V2O5和TO3等多種過渡金屬氧化物，通過高溫固相反應合成尖晶石型固溶體。由于在尖晶石型固溶體的晶體結構中分布有不同種類和價態(tài)的多種過渡金屬離子，增強了其紅外輻射能力，與目前的氧化鐵-氧化錳體系材料相比，具有更優(yōu)良的紅外輻射性能；
(2)在尖晶石-硅酸鹽多相復合體系的高溫固相合成過程中，少量尖晶石型固溶體中的過渡金屬離子能夠固溶進入A1203、Si02、MgO、BaO、CaO、TiO2等氧化物所形成的硅酸鹽物相的晶格中，從而提高其紅外輻射性能，克服了普通硅酸鹽礦物材料紅外輻射率較低的不足；
(3)利用尖晶石型固溶體與硅酸鹽物相紅外輻射譜帶的相互疊加，可以使尖晶石-硅酸鹽多相復合體系在寬的紅外譜帶內達到優(yōu)良的紅外輻射性能；
(4)將尖晶石型固溶體與硅酸鹽物相進行多相復合，能降低熱膨脹系數，提高耐高溫性能，擴大應用范圍。本發(fā)明所用原料均為普通原料，制備方法簡單，尖晶石-硅酸鹽多相復合體系材料的結構穩(wěn)定好，紅外輻射性能優(yōu)良，并易于通過控制組成來調節(jié)材料的結構和性能，應用前景廣泛，特別適用于高溫工業(yè)窯爐(鍋爐)的紅外輻射節(jié)能涂料、紅外輻射加熱器等產品。


圖1為過渡金屬氧化物的尖晶石型固溶體陶瓷粉料的XRD圖； 圖2為尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的XRD圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料，其由下列質量百分含量的原尖晶石型固溶體陶瓷粉料20 80%、
Al2O3 :6 60%、SiO2 :5 56%、MgO :0 10%、BaO :0 3%、 CaO :0 3%、Ti02 :0 6% ；
所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料，由下列質量百分含量的原料配置而成Fe2O3 :0 60%、MnO2 :0 60%、CuO :0 12%、Co2O3 :0 10%、 Mo2O3 :0 6%、NiO :0 6%、V2O5 :0 5%、WO3 :0 5%。下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明
實施例 1 按質量比50%Fe203、30%Mn02、6%Cu0、6%Mo203、5%V205、3%W03 的進行配料， 將上述配料進行球磨、混合、干燥和壓制成型為塊狀坯體，在1115°C下固相合成3小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比40%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、21%A1203、26%Si02、10%Mg0、1. 5%Ba0、 1. 5%Ca0進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和壓制成型為塊狀坯體，在1290°C下固相合成5小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 90，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 93，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0. 92，14μπΓ25μπι波段的輻射率為 0. 95。實施例 2 按質量比30%Fe203、49%Mn02、10%Co203、3%Mo203、3%V205、5%W03 的進行配料，并將上述配料進行球磨、混合、干燥、成型，在1050°C下固相合成6小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比20%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、60%A1203、1 l%Si02、6%Ti02、3%Ca0進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1300°C下固相合成2小時，再經破碎和粉碎，過200目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 89，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 94，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0.91，14 41^25 4111波段的輻射率為 0. 94。實施例 3 按質量比60%Fe203、13%Mn02、12%Cu0、5%Co203、5%V205、5%W03 進行配料， 將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1180°C下固相合成1小時，再經破碎和粉碎，過 320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比20%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、15. 5%Al203、56%Si02、5%Mg0、3%Ba0、 0. 5%Ca0進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1050°C下固相合成8小時， 再經破碎和粉碎，過500目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 89，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 92，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0.91，14 41^25 4111波段的輻射率為 0. 93。實施例 4 按質量比60%Mn02、12%Cu0、10%Co203、2%Mo203、6%Ni0、5%V205、5%W03 進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1050°C下固相合成3. 5小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比50%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、33%Al203、14%Si02、3%Ca0進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1175°C下固相合成2小時，再經破碎和粉碎，過 320目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 90，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 93，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0. 92，14μπΓ25μπι波段的輻射率為0. 95。實施例 5 按質量比60%Fe203、12%Cu0、10%Co203、6%Mo203、3%Ni0、5%V205、4%W03 進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1180°C下固相合成4小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比70%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、6%Al203、13%Si02、5%Mg0、6%Ti02進行配料，將上述組成進行球磨、混合、干燥和成型，在1250°C下固相合成4小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 91，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 94，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0. 93，14μπΓ25μπι波段的輻射率為 0. 95。實施例 6 按質量比22%Fe203、60%Mn02、6%Mo203、2%Ni0、5%V205、5%W03 進行配料， 將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1180°C下固相合成4小時，再經破碎和粉碎，過 320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比70%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、13%Al203、5%Si02、6%Mg0、3%Ti02、3%Ba0 進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1250°C下固相合成4小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 91，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 94，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0. 93，14μπΓ25μπι波段的輻射率為 0. 95。實施例 7 按質量比31%Fe203、50%Mn02、6%Cu0、5%Co203、6%Mo203、2%Ni0 的配方，將上述組成進行混合和成型，在1150°C下固相合成5小時，再經破碎和粉碎，過320目蹄，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比為80%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、14%Al203、5%Si02、l%Mg0的配方，將上述組成進行混合和成型，在1100°c下固相合成8小時，再經破碎和粉碎，過320目蹄，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 90，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0. 92，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0.91，14 41^25 4111波段的輻射率為 0. 93。實施例 8 按質量比60%Fe203、20%Mn02、8%Cu0、8%Co203、4%W03 進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1120°C下固相合成4小時，再經破碎和粉碎，過320目篩，制備出尖晶石型固溶體陶瓷粉料。按質量比80%尖晶石型固溶體陶瓷粉料、6%A1203、13%Si02、l%CaO進行配料，將上述配料進行球磨、混合、干燥和成型，在1150°C下固相合成6小時，再經破碎和粉碎，過320 目篩，制備出尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料。尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料的法向全波段輻射率為0. 89，8 μ πΓ25 μ m 波段的輻射率為0.91，8 4!^14 4!11波段的輻射率為0. 92，14μπΓ25μπι波段的輻射率為 0. 93。圖1為實施例1中多種過渡金屬氧化物的固相合成產物的XRD圖譜，與尖晶石結構的衍射圖譜特征相對應，說明多種過渡金屬氧化物形成尖晶石型結構的固溶體。
圖2為尖晶石型固溶體粉料與A1203、SiO2, MgO、BaO、CaO等氧化物經過二次配料
和二次高溫固相反應后所形成合成產物的XRD圖譜，主要為尖晶石型固溶體和堇青石的衍射峰，此外還有少量鎂鋁尖晶石的衍射蜂，說明合成產物具有多相復合結構，主要由尖晶石型固溶體和堇青石構成。經紅外輻射性測試證明，本發(fā)明的尖晶石-硅酸鹽多相復合體系陶瓷粉料具有優(yōu)良的紅外輻射性能，其法向全波段輻射率為0. 88、. 93，8 μ πΓ25 μ m波段的輻射率為0. 90 0. 94，8 μ πΓ 4 μ m波段的輻射率為0. 89 0. 96，14 μ πΓ25 μ m波段的輻射率為 0. 92^0. 96。本發(fā)明所用原料均為來源廣泛的普通原料，尖晶石-硅酸鹽多相復合體系材料的結構穩(wěn)定好，紅外輻射性能優(yōu)良，并易于通過控制組成來調節(jié)材料的結構和性能，應用前景廣泛。以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料，其特征在于由下列質量百分含量的原料配置而成尖晶石型固溶體陶瓷粉料20 80%、Al2O3 :6 60%、SiO2 :5 56%、MgO :0 10%、BaO :0 3%、CaO :0 3%、Ti02 :0 6% ；所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料，由下列質量百分含量的原料配置而成 Fe2O3 :0 60%、MnO2 :0 60%、CuO :0 12%、Co2O3 :0 10%、 Mo2O3 :0 6%、NiO :0 6%、V2O5 :0 5%、WO3 :0 5%。
2.一種如權利要求1所述多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料的制備方法，包括如下步驟步驟 1 先將過渡金屬氧化物Fe2O3、MnO2、CuO、Co2O3、Mo2O3、Ni0、 V205、WO3按規(guī)定的比例配料，再對該配料進行球磨、混合、干燥、壓制成型為塊狀坯體的初步處理；步驟2 在105(T118(TC溫度范圍內，對所述初步處理后的粉料進行固相合成，固相合成時間為廣6小時，形成尖晶石型固溶體的黑色燒結體；步驟3 將所述的黑色燒結體再經破碎、粉碎和過320目的篩子，制成尖晶石型固溶體陶瓷粉料；步驟4 然后將所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料與Al203、Si02、Mg0、Ba0、Ca0、Ti02按規(guī)定的比例進行二次配料，再對該二次配料進行球磨、混合、干燥、壓制成型為塊狀坯體的二次處理；步驟5 在105(T130(TC溫度范圍內，對二次處理后的粉料再進行二次固相合成，二次固相合成時間為2、小時，形成多相復合結構的合成物；步驟6 最后對所述的合成物進行粉碎，并過20(Γ500目的篩子，制備出粒度為 10^40 μ m的尖晶石-硅酸鹽的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于高溫工業(yè)窯爐(鍋爐)的紅外輻射節(jié)能涂料、紅外輻射加熱器等產品的多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料，其由下列質量百分含量的原料配置而成尖晶石型固溶體陶瓷粉料20～80%、Al2O36~60%、SiO25~56%、MgO0~10%、BaO0~3%、CaO0~3%、TiO20~6%；所述的尖晶石型固溶體陶瓷粉料，由下列質量百分含量的原料配置而成Fe2O30~60%、MnO20~60%、CuO0~12%、Co2O30~10%、Mo2O30~6%、NiO0~6%、V2O5 0~5%、WO30~5%。本發(fā)明還公開了一種多相復合體系紅外輻射陶瓷粉料的制備方法。本發(fā)明所用原料均為來源廣泛的普通原料，尖晶石-硅酸鹽多相復合體系材料的結構穩(wěn)定好，紅外輻射性能優(yōu)良，并易于通過控制組成來調節(jié)材料的結構和性能，應用前景廣泛。
文檔編號C04B35/622GK102219496SQ20111007678
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者張建國, 張楓, 彭凡, 徐慶, 李春義, 李正曦, 王剛, 黃端平 申請人:佛山市康泰威新材料有限公司, 廣東新勁剛超硬材料有限公司