高温热辐射涂料的制备与热性能研究

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本实验采用SiC以及多种过渡金属氧化物作为高发射率填料,自制改性磷酸二氢铝作为耐高温粘结剂制备出了兼具高红外发射率和极佳耐高温性能的热辐射涂料,并研究了填料的组分配比,不同处理温度以及稀土氧化物的掺杂量对于涂层红外发射率以及其他性能的影响。实验表明,填料中不同组分的质量占比,胶粉比,烧结温度以及稀土氧化物的掺杂量都会对涂层的性能产生一定的影响。利用XRD,XPS,FT-IR,SEM,红外发射率等表征与测试方式对热辐射涂层的物质组成,晶体结构,微观结构,表层离子化合价态和红外发射率进行了测试与分析,揭示不同配比填料对于涂层热辐射性能的影响。以SiC及SiO2作为高发射率填料,自制改性磷酸二氢铝作为粘合剂通过球磨以及高速搅拌等方法制备出了性能较为良好的热辐射涂料。测试结果表明,当氧化铬绿添加量为9%时,粘合剂具有最佳的成膜性以及耐高温性;胶粉比为1:1.75的同时SiC在体系中占比为60%时,热辐射涂层的红外发射率最佳,达到0.9,具有较高发射率的同时其附着性也较为优异,与耐火砖具有很高的结合强度;此外还对该涂层进行了抗热震性实验,经历20次极热极冷循环过程后依然保持较为完好的表面形貌。以ZnO,Fe2O3以及MnO2为填料制备出的热辐射涂料具有较高的红外发射率和较为良好的耐高温能力。测试结果表明,以ZnO为主要成分涂料的产物主要为Zn Fe2O4,当ZnO质量占比为20%时涂层的红外发射率最佳,为0.93;当MnO2的质量占比为40%时,涂层的红外发射率最高,为0.92,随着MnO2含量的进一步增加,涂层红外发射率则会降低,推测此现象与涂层中物质趋于同一性有关;在三种烧结温度中,1200℃的环境中烧结的热辐射涂层具有最高的红外发射率,在对三种涂层进行SEM测试后发现,800℃环境中生成的尖晶石结构并不完整且红外发射率最低,1000℃环境中尖晶石结构虽然开始生成,但是晶粒完整度以及结构层次的丰富度不如1200℃环境中烧结的涂层,1200℃环境中烧结的涂层具有最高的红外发射率且具有良好的附着性;对于稀土氧化物Y2O3,添加量为2%时涂层的红外发射率最高,为0.935。以NiO,Fe2O3,MnO2为主要填料制备出的热辐射涂料具有较为良好的实际应用价值。测试结果表明,当原料中NiO含量为30%时涂层的红外发射率最高(0.94),还拥有着极佳的耐高温性及附着性。将此涂层涂覆于不锈钢盆上,与未涂覆涂料的盆同做烧水测试,测试结果表明,实验中制备的热辐射涂料节能效率大约为26.4%,具有较为良好的实际应用前景。
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