高发射率涂料

3 国内研究现状
时间：80年代末 90年代初 单位：中科院上海硅酸盐研究所、南京航空航天大学、 北京科技大学、武汉理工大学、吉林大学、 天津大学、苏州大学等 体系：尖晶石结构体系(Fe-Mn系、Ni-Cr系、Al-Si系等)、 堇青石体系(Mg-Al-Si) 碳化物体系(SiC)
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涂料 名称
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2 热辐射涂层性能要求
Stefan-Boltzmann Law Eb=σ0T4 Planck’s Law
Eb C 1
5
e x p [ C 2 /( T )] 1
Wien’s Displacement Law
λmT=2897.6 µm· K
黑体的光谱发射力 T=1000K, λm=2.90 µ m LOGO
发射率 生产单位
2.5-5µm
中科院上海 硅酸盐研究所
2.5-25µ m
最高使用 温度
主要应用
HT-1
0.85-0.90 (500oC)
0.90 (500oC)
1800 oC
高温窑炉 加热器件
NH-9
南京航空航天 大学
0.85-0.90(650oC)
0.88-0.93(650oC)
1400 oC
电阻炉 辐射罩
1200oC下各波段辐射能量占总辐射能量的百分比
波段 占总辐射能量 百分比 0.76-5 µ m 83.0% 5-8 µ m 11.2% 8-12 µ m 3.5% 12-20 µ m 1.8%
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(1) 短波段(<5 µm)涂层发射率较大； (2)抗氧化 (3) 抗热震；结合强度高
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材料热辐射机理
短波：电子或电子空穴的跃迁，电子空穴浓度增加， 材料热辐射增强； 长波：晶格的非对称振动，振动对称性越低， 偶极矩变化越大 ，热辐射越强。
1~5 µm波段的辐射，主要来自于自由载流子的 带内跃迁或电子从杂质能级到导带的直接跃迁。
潘儒宗, 邓尉林, 钱进夫. 高性能红外辐射材料研制途径探讨. 红外与毫米波学报,1991,10(4):312-316
二是纳米化 与大块材料相比，纳米微粒吸收带普遍存在蓝移现象，即向短波长方向移动。 解释说法归纳起来有两种：一种是量子尺寸效应，即由于颗粒尺寸下降能隙变 宽；另一种说法是表面效应，即大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小，键 长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，使红外光吸收带移向高波数低 波长。
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高温 窑炉
BJ-1
北京科技大学
0.78-0.85(400oC)
0.89-0.92(80oC)
1400 oC
ZGW ZYT
山东新材料 研究所 中科院上海 有机化学所
0.70 (400oC) 0.82 (700oC)
0.88 (室温) 0.93 (高温)
1200oC
窑炉
SH
0.95-0.96
300oC
铁路轴温 检测
主要内容
1 研究背景 2 热辐射涂层性能要求 3 国内研究现状
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1 研究背景
1650oC
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0.2-0.5
Conduction
பைடு நூலகம்
Metal substrate
High emissivity coating ≥0.8
Metal Conduction substrate
Thermal radiation 发射率 (Emissivity)：
Mn-Cu-Ni体系在20oC时的等电导率曲线 LOGO
短波段发射率改善途径： 一是产生杂质或缺陷：化学掺杂、多孔化 含有杂质和缺陷的晶体，其平移对称性被破坏，声子谱不同于完整的晶体， 将产生以杂质、缺陷为中心的局域振动模式；同时杂质能级处于禁带之内，容 易发生电子跃迁；杂质也可能产生比热激发更多的载流子，从而改变材料的吸 收性能。
ε=E/Eb
黑体 ： ε=1 实际物体：ε=0~1 LOGO
Stefan-Boltzmann Law
Eb=σ0T4 E= εσ0T4
实际物体
辐射能量
Q=εCoating·0· 4Coating-T4Space) σ (T
TCoating=1200oC, TSpace=27oC
ε
0.1
∆Q=4699.6W/m2
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500oC时光谱发射率 上硅所 HT-1涂料
2.5µm
5µm
25µm
美国涂料
日本 HRC涂料
胡仲寅, 陈文通, 夏继余等. 多晶矿化黑陶瓷红外辐射材料的研制和应用. 红外技术, 14(5), 92: 1-6
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南航NH-9涂料
几种涂料及加热器的光谱发射率
屠平亮, 陈建康, 周建初. 高发射率节能涂料及其应用. 红外与毫米波学报, 1993, 12(6): 436-440
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Q&A
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