铁钴系红外辐射涂料的制备与性能研究

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能源是提供能量的重要物质资源,然而随着人类社会的不断发展,能源危机在不断加剧,因此对能源的合理开发利用变得尤为重要。在这样的情况下,红外辐射材料作为一种具有光热转换功能的节能材料,得到国内外学者的关注。铁钴系红外辐射材料具有反尖晶石结构,红外辐射率高,高温结构稳定,具有广泛的应用前景。本论文采用溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备铁钴系红外辐射基料,研究了原料配方、工艺参数等对样品制备与性能的影响。在此基础上,添加适量的粘结剂在SUS304不锈钢基底上制备了高抗热震性红外辐射涂层,并对涂层的物相、附着力、表面形貌、元素分布、红外辐射性能及节能效果等进行了详细研究。溶胶凝胶自蔓延燃烧反应可看作一个氧化还原反应,在反应过程中,前驱液pH值、络合剂类型、柠檬酸含量以及干凝胶的热处理方式都会影响CoFe2O4粉体制备及其红外辐射性能。研究结果表明最佳前驱液pH为6,最佳络合剂为柠檬酸,最佳柠檬酸与溶液中总金属离子摩尔比(CA/MI)为1:1,干凝胶的最佳热处理方式是先燃烧后煅烧。此时得到的CoFe2O4粉体结晶度好,晶粒小,结构呈现疏松连续多孔,且比表面积大,红外辐射性能优良,其红外法向全发射率高达0.87。利用制备的CoFe2O4粉末作为红外辐射基料,铝磷酸盐作为粘结剂,Cu O作为固化剂,通过正交实验优化试验参数,制备出高抗热震性红外辐射涂层。结果表明:最优的参数是调胶比为0.7g/ml,CuO添加量为10wt%,煅烧温度为700℃,其中调胶比对涂层抗热震性影响最大。在最优参数下制备的涂层,可以承受32次1000℃空冷热震,具有很好的抗热震性能。对最优参数条件下制备涂层的物相、附着力、表面形貌、元素分布及红外辐射性能进行了详细研究,研究结果表明:所制备的涂层主要由铁氧体、磷酸铝(Al PO4)、偏磷酸铝(Al(PO3)3)及焦磷酸铜(Cu2P2O7)等晶相组成,具有尖晶石结构的铁氧体是主晶相;涂层表面整体比较致密且凹凸不平,各元素在涂层表面分布均匀,且涂层附着力达到GB/T9286-1998中的二级标准;涂层的物相组成与表面形貌决定了其具有很好的红外辐射性能,其红外法向全发射率高达0.90。所制备的红外辐射涂层在家用厨具及散热领域具有良好的应用前景。在家用厨具领域,用涂覆红外辐射涂层的不锈钢碗加热水的过程中,在室温90℃温度范围内节能效率高达28.3%,而市售涂料只有22.6%;在散热领域,涂覆有红外辐射涂层的不锈钢电阻片从300℃冷却5min后温度比空白试样低25℃,比涂覆市售涂层的电阻片低6℃,具有较好的散热效果。
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
第一章 绪论第12-24页
    1.1 研究背景第12页
    1.2 红外辐射涂料简介第12-19页
        1.2.1 红外辐射理论基础第13-14页
        1.2.2 红外辐射涂料的发展现状第14-16页
        1.2.3 红外辐射涂料发射率改善方法第16-17页
        1.2.4 红外辐射涂料发展趋势第17-19页
    1.3 铁钴系铁氧体简介第19-22页
        1.3.1 铁钴系铁氧体的结构第19-20页
        1.3.2 铁钴系铁氧体的红外辐射性能第20页
        1.3.3 铁钴系铁氧体的制备方法第20-22页
        1.3.4 铁钴系铁氧体的研究现状第22页
    1.4 本课题的研究目的、意义和主要研究内容第22-24页
        1.4.1 研究的目的和意义第22-23页
        1.4.2 研究的主要内容及目标第23-24页
第二章 实验设计与测试表征第24-32页
    2.1 实验原料第24页
    2.2 实验设备第24-25页
    2.3 实验流程第25-26页
    2.4 测试与表征第26-32页
        2.4.1 TG-DSC综合热分析第26-27页
        2.4.2 X射线粉末衍射(XRD)第27-28页
        2.4.3 微观形貌分析(SEM)第28-29页
        2.4.4 比表面积测试第29页
        2.4.5 红外光谱分析(FT-IR)第29页
        2.4.6 抗热震性测试第29-30页
        2.4.7 附着力测试第30页
        2.4.8 红外发射率测试第30-32页
第三章 溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备高发射率CoFe_2O_4粉体第32-57页
    3.1 溶胶凝胶自蔓延燃烧机理探究第32-35页
        3.1.1 干凝胶的热分析第32-33页
        3.1.2 干凝胶和自燃烧粉末的晶相分析第33-34页
        3.1.3 干凝胶和自燃烧粉末的红外光谱分析第34-35页
    3.2 pH对CoFe_2O_4粉体制备及其红外辐射性能的影响第35-39页
        3.2.1 pH对烧成产物物相的影响第35-36页
        3.2.2 pH对烧成产物形貌的影响第36-38页
        3.2.3 pH对烧成产物比表面积的影响第38页
        3.2.4 pH对烧成产物红外辐射性能的影响第38-39页
    3.3 络合剂对CoFe_2O_4粉体制备及其红外辐射性能的影响第39-47页
        3.3.1 络合剂对干凝胶自蔓延燃烧的影响第40页
        3.3.2 络合剂对烧成产物的物相的影响第40-43页
        3.3.3 络合剂对烧成产物形貌及比表面积的影响第43-45页
        3.3.4 络合剂对烧成产物红外辐射性能的影响第45-47页
    3.4 柠檬酸含量对CoFe_2O_4粉体制备及其红外辐射性能的影响第47-52页
        3.4.1 柠檬酸含量对干凝胶自蔓延燃烧的影响第47-48页
        3.4.2 柠檬酸含量对烧成产物的物相的影响第48-49页
        3.4.3 柠檬酸含量对烧成产物的形貌的影响第49-50页
        3.4.4 柠檬酸含量对烧成产物的比表面积的影响第50-51页
        3.4.5 柠檬酸含量对烧成产物的红外辐射性能的影响第51-52页
    3.5 热处理方式对CoFe_2O_4粉体制备及其红外辐射性能的影响第52-55页
        3.5.1 热处理方式对烧成产物物相的影响第52-53页
        3.5.2 热处理方式对烧成产物形貌及比表面积的影响第53-54页
        3.5.3 热处理方式对烧成产物红外辐射性能的影响第54-55页
    3.6 本章小结第55-57页
第四章 高发射率红外辐射涂层的制备及相关性能研究第57-70页
    4.1 红外辐射涂层的制备第57-61页
        4.1.1 金属基片预处理第57页
        4.1.2 粘结剂的选择第57-58页
        4.1.3 涂层的制备与相关参数优化第58-61页
    4.2 红外辐射涂层的结构与性能分析第61-65页
        4.2.1 红外辐射涂层的物相分析第61-62页
        4.2.2 红外辐射涂层的附着力测试第62-63页
        4.2.3 红外辐射涂层的形貌分析第63-64页
        4.2.4 红外辐射涂层的能谱分析第64-65页
        4.2.5 红外辐射涂层的红外辐射性能第65页
    4.3 红外辐射涂层的应用研究第65-68页
        4.3.1 家用厨具领域应用研究第65-66页
        4.3.2 散热领域应用研究第66-68页
    4.4 本章小结第68-70页
结论与展望第70-72页
参考文献第72-77页
攻读硕士学位期间取得的研究成果第77-78页
致谢第78-79页
答辩委员会对论文的评定意见第79页
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