红外辐射涂料用红外屏蔽/隔热层高温材料的设计及优化机理研究

本项目针对高温窑炉节能的迫切需求，解决基于强辐射的红外辐射涂料向窑炉内衬耐火材料散热大的现实问题，重点研究红外辐射涂料底衬用红外屏蔽/隔热层耐高温MeII和Re取代对MeII（Al，Re）12O19系材料的设计及其热学性能，阐明材料的微观多孔/片晶结构的调控对材料导热系数的影响规律及在高温下红外光学性能，揭示高温下高折射率/低折射率的复相材料红外屏蔽性能和机制以及红外辐射层/复相红外屏蔽层/隔热层材料的化学相容和功能协调的相关作用机理，优化高折射率/低折射率复相材料的制备技术，获得用于红外辐射涂料底衬材料的具有红外屏蔽功能和隔热功能的高效节能材料。研究工作为丰富高温窑炉节能相关材料的技术理论有重要意义。

本项目共获得了八个方面的研究成果：（1）获得了高温固相合成法制备ReMeIIAl11O19系材料的优化制备工艺条件，研究了不同碱土/过渡金属元素（Mg、Mn、Co、Ni、Zn）和稀土金属元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd）取代对ReMeIIAl11O19系材料物相组成和晶体结构的影响规律；（2）采用两步烧结法制备得到了不同稀土离子（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd）取代的ReMgAl11O19系致密陶瓷材料，获得了稀土元素取代对ReMgAl11O19系陶瓷材料力学和热学性能的影响规律；（3）采用无压烧结法制备得到不同过渡金属元素MeII（Mn、Co、Ni、Zn）取代的LaMgAl11O19致密陶瓷材料，获得了过渡金属元素取代对LaMeIIAl11O19材料力学和热学性能的影响规律；（4）获得了稀土离子（Eu、Sm、Dy、Tm、Er、Ho、Pr）掺杂对LaMgAl11O19系材料辐射性能的影响规律，研究发现稀土离子掺杂的LaMgAl11O19: Re3+辐射材料均表现出了辐射性能，为稀土离子的特征辐射光谱，特征光谱的强度均随着温度的升高逐渐降低，但温度对辐射光谱的波长改变影响较小；（5）研究获得了MnO2和Cr2O3对ZrO2-Al2O3-SiO2系材料辐射率的影响规律以及不同温度热处理下MnO2和Cr2O3添加的ZrO2-Al2O3-SiO2系材料物相组成和显微形貌的变化规律；（6）设计并建立了红外辐射涂料性能评价系统，探讨了不同配方组成对SiC-Al2O3-Cr2O3系红外辐射材料的红外辐射性能的影响，研究获得了SiC-Al2O3-Cr2O3系红外辐射材料的优化配方；（7）研究获得了特定红外波段（2.5μm-25μm）下不同温度以及材料成分对SiC-Al2O3-Cr2O3、Al2O3-SiC系复相材料红外辐射率的影响规律；（8）设计并完成了高温传热性能测试平台的搭建工作，研究获得了氧化铝-金红石相系列的复相红外反射屏蔽层材料；结果表明复相红外反射屏蔽层可以改变高温下材料光子传热行为，获得的红外辐射层/复相红外屏蔽层/隔热层三层结构的复合涂层能够有效降低材料在高温下的导热性能。本项目的研究成果能够为高温窑炉节能提供新途径，对我国冶金、石化、建材等高温工业的节能减排具有重要意义，对于隔热耐高温材料的理论和技术发展具有重要意义。