[发明专利]一种高红外发射率填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层填料，特别是涉及一种高红外发射率涂层填料。

背景技术

高红外发射率涂层具有辐射换热效率高的特点，广泛应用于工业窑炉内壁，用来提高窑炉热效率，实现节能减排。另外，飞行器的表面热防护系统面临着严酷的气动加热，需要在其表面制备高红外发射率涂层，通过增强辐射散热来降低热防护系统的热负荷。高红外发射涂层具有厚度薄、重量轻、重量散热效益比高的优点。

具有高红外发射率的填料是制备高红外辐射涂层的核心原料，决定着涂层的发射率。高红外辐射陶瓷粉是用于制备高红外发射涂层的一种填料，其发射率一般要求不低于0.80，但发射率高于0.85才具有较高的应用价值，该填料一般在2.5～25μm红外波长范围内具有高红外发射率。

根据红外辐射产生机制的不同，高红外辐射材料主要有两大类。一类是过渡金属化合物，如三氧化二钴、碳化铬、四氧化三铁、一氧化镍以及它们的复合物等。这类高红外辐射材料主要以化合物的晶格热振动和过渡金属元素的电子热激发产生红外辐射，具有良好的室温和高温红外发射率。程旭东等人以TiO₂、NiO和Cr₂O₃为原料，高温烧结制备高红外辐射材料，用其制备的涂层具有良好的室温和高温发射率。过渡金属化合物具有良好的室温和高温红外发射率，但其热膨胀系数高，抗热震性差，使用时需要与其它低热膨胀系数材料混合使用或将过渡金属元素掺杂到低热膨胀系数材料的晶体结构中，以提高涂层抗热震性。张霞等人将过渡金属元素铥掺杂到热膨胀系数低、抗热震性好的堇青石中，所制备样品的室温红外发射率达到0.91。

另一类是主要靠晶格热振动产生红外辐射的高红外辐射材料，如碳化硅、无定形硅碳化合物等，这类材料的高温结构稳定且热膨胀系数相对较低，抗热震性好，如碳化硅的热膨胀系数为4.4×10^-6，并具有较高的室温发射率，但高温发射率不如过渡金属化合物，例如碳化硅的室温发射率一般在0.88左右，在800℃时室温发射率会下降到0.84。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种在室温和高温下都具有高红外发射率，光谱吸收率高，且高温结构稳定，热膨胀系数低，抗热震性能好的高红外发射率填料。

本发明的技术解决方案：一种高红外发射率填料，包含碳、硅、氧三种元素，所述碳、硅、氧元素以无定形相结构存在于填料中，所述高红外发射率填料还包含钴元素或镍元素中的一种或两种；反应原料中碳元素的摩尔含量为16.39mol％-37.45mol％，计算方法(按摩尔数)为C/(C+Si+O+Co/Ni)，硅的摩尔含量为12.35mol％-16.64mol％，计算方法(按摩尔数)为Si/(C+Si+O+Co/Ni)，氧的摩尔含量为49.38mol％-66.56mol％，计算方法(按摩尔数)为O/(C+Si+O+Co/Ni)，钴或镍的含量为0.12mol％-1.64mol％，计算方法(按摩尔数)为(Co/Ni)/(C+Si+O+Co/Ni)。

提供所述碳元素的碳源为蔗糖、葡萄糖或丁四醇。

提供所述硅元素和氧元素的硅源和氧源为正硅酸四乙酯或硅溶胶。

提供所述镍元素的镍源为硝酸镍、氯化镍或硫酸镍。

提供所述钴元素的钴源为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴。

一种制备高红外发射率填料的制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备高红外发射率填料的干凝胶前驱体；

首先将碳源溶解在去离子水中，接着将作为镍源和钴源的一种或两种溶于去离子水中，然后将作为硅源和氧源的正硅酸四乙酯或硅溶胶加入水中，充分搅拌，形成均一混合液，将制成的混合液在100-140℃加热直至其变成干凝胶。

第二步，将第一步中制得的干凝胶前驱体进行高温烧结得到所述高红外发射率填料。

所述碳源为蔗糖、葡萄糖或丁四醇。

所述硅源和氧源同为为正硅酸四乙酯或硅溶胶。

所述镍源为硝酸镍、氯化镍和硫酸镍。

所述钴源为硝酸钴、氯化钴和硫酸钴。

所述碳源中的碳与硅源中的硅的摩尔比为1：1～3：1。

所述碳源中的碳与镍源中的镍的摩尔比为1：0.01～1：0.1。

所述碳源中的碳与钴源中的钴的摩尔比为1：0.01～1：0.1。

所述去离子水与碳的摩尔比为5：1。