高发射率红外辐射涂料的制备与性能研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 红外辐射
• 1.1.2 红外辐射的经典物理模型
• 1.1.2.1 自由电子模型
• 1.1.2.2 谐振子模型
• 1.1.2.3 阻尼振子模型
• 1.1.2.4 振子的耦合
• 1.1.3 红外辐射的基本特点
• 1.1.4 红外辐射的基本规律
• 1.1.4.1 反射率、吸收率、透射率和发射率
• 1.1.4.2 基尔霍夫定律
• 1.1.4.3 普朗克辐射定律
• 1.1.4.4 维恩位移定律
• 1.1.4.5 斯蒂芬-波尔兹曼定律
• 1.2 红外辐射材料简介
• 1.2.1 热辐射体的分类
• 1.2.1.1 高效红外辐射陶瓷
• 1.2.1.2 选择性红外辐射陶瓷
• 1.2.1.3 低发射率材料
• 1.2.2 红外辐射材料节能机理
• 1.2.3 红外辐射材料的研究历史和现状
• 1.2.4 红外辐射材料的应用
• 1.2.4.1 红外干燥和加热
• 1.2.4.2 建筑涂层原料
• 1.2.4.3 医疗保健材料
• 1.2.4.4 车用节油材料
• 1.2.4.5 其它应用
• 1.2.5 影响红外辐射材料发射率的因素
• 1.2.6 改善材料红外发射率的途径
• 1.2.6.1 晶格振动频率的调整
• 1.2.6.2 杂质的合理加入
• 1.2.6.3 红外辐射涂料涂层结构的改善
• 1.2.7 高发射率红外辐射陶瓷目前存在的主要问题
• 1.3 本论文的研究意义、目的和重要内容
• 1.3.1 本课题的研究意义
• 1.3.2 本课题研究目的
• 1.3.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 实验工艺和测试表征
• 2.1 实验原料和设备
• 2.1.1 原料和试剂
• 2.1.2 实验仪器和设备
• 2.2 实验工艺流程
• 2.3 测试和表征
• 2.3.1 热分析（TG-DSC）
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.4 傅立叶红外光谱（FT-IR）分析
• 2.3.5 X 射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.3.6 电子能谱分析（EDX）
• 2.3.7 红外发射率的测试
• 2.3.8 抗热震性测试
• 第三章 研究体系与工艺设计
• 3.1 组成设计
• 3.2 合成工艺的设计
• 3.2.1 合成温度及烧成制度的确定
• 2O₃为主配方的烧成曲线的制定'>3.2.1.1 以Fe₂O₃为主配方的烧成曲线的制定
• 2为主配方的烧成曲线的制定'>3.2.1.2 以MnO₂为主配方的烧成曲线的制定
• 3.2.2 烧成气氛的设定
• 3.2.3 样品合成后的降温方式设定
• 3.2.4 制备涂层工艺设计
• 第四章 红外辐射基料的研制
• 4.1 尖晶石物相的基本概念
• 4.2 尖晶石的晶体结构与红外辐射特性
• 4.2.1 尖晶石的晶体结构
• 4.2.2 尖晶石的阳离子分布
• 4.2.3 尖晶石的红外辐射特性
• 4.2.3.1 红外辐射率与成分的关系
• 4.2.3.2 红外辐射率与尖晶石结构的关系
• 4.3 铁、锰尖晶石的合成
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 红外辐射基料的性能测试与表征
• 4.3.2.1 红外发射率的测试结果
• 4.3.2.2 物相（XRD）分析
• 4.3.2.3 微观结构分析
• 4.3.2.4 红外吸收光谱分析
• 4.3.2.5 光电子能谱分析（XPS）
• 4.3.3 红外发射率的影响因素
• 2的添加量对材料红外辐射率的影响'>4.3.3.1 MnO₂的添加量对材料红外辐射率的影响
• 4.3.3.2 烧成气氛对材料红外辐射率的影响
• 4.3.3.3 冷却方式对材料红外辐射率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 红外辐射涂料的制备与研究
• 5.1 实验
• 5.1.1 实验工艺的设计
• 5.1.2 涂层制备
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 涂层试样的抗热震性
• 5.2.2 涂层试样的物相分析
• 5.2.3 涂层试样的 SEM 分析
• 5.2.4 EDX 分析
• 5.2.5 红外涂料的光谱发射率测试结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究结果
• 致谢