热辐射涂料
- 热辐射涂料 （层）是指在红外波段具有高发射率值或特定选择性辐射特性的涂料，此种涂料涂刷或喷涂，或熔射于工业炉衬体表面形成涂层，可提高炉壁表面的热辐射率，提高炉内的热
热辐射涂料（层）是指在红外波段具有高发射率值或特定选择性辐射特性的涂料，此种涂料涂刷或喷涂，或熔射于工业炉衬体表面形成涂层，可提高炉壁表面的热辐射率，提高炉内的热利用效率。因此也称为节能涂料。
热辐射是一种电磁波的能量传递。在任何温度下，能够全部吸收和发射任何波长（0.1～100μ㎜）的辐射能的物体称为黑体，黑体具有最佳的辐射特性。但一般物体的辐射特性在任何波长都低于黑体。在某温度下单位面积单位时间所辐射的能量称为该物体的辐射能。在同一温度下，某一物体的辐射能与黑体的辐射能之比称为该物体的辐射率ε，又称为黑度。辐射率值介于0与1之间，发射率值愈大，说明该物体的热辐射本领愈高。
在耐火材料衬体上涂上一层高温发射率的涂料后，能提高输入能量转换成辐射能的效率。金属氧化物、碳化物、氮化物和硼化物中有些材料适合于制造高温高发射率值的涂料。
几种耐火材料的辐射率（ε）
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材料名称 |
温度/℃ |
辐射率ε |
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耐火黏土砖 |
1100 |
0.35～0.65 |
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硅砖 |
1000 |
0.8 |
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1000 |
0.85 |
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镁砖 |
1100 |
0.38 |
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硅线石砖 |
1010～1560 |
0.432～0.78 |
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莫来石砖 |
700 |
0.4 |
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刚玉材料 |
1010～1560 |
0.18～0.52 |
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SiC材料 |
1000～1400 |
0.82～0.92 |
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ZrO2-CaO-SiO2材料 |
800～1600 |
＞0.9 |
|
耐火纤维材料 |
1100 |
0.35 |
SiC材料和ZrO2-CaO-SiO2系材料具有较高的辐射率值。因此一般选用SiC和ZrO2-CaO-SiO2系材料作涂料基体的较多。
SiC质热辐射涂料是由SiC粉料（小于0.1㎜），结合剂和外加剂组成的。结合剂可采用有机硅类溶胶，或磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐。外加剂包括有防沉降剂（如羧甲基纤维素、阿拉伯树脂、糊精等）和塑化剂（如软质黏土、膨润土、氧化硅微粉等）。
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温度/℃ |
全辐射率ε |
烧结强度/MPa |
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1000 |
0.82 |
0.75～1.5 |
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1100 |
0.85 |
— |
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1200 |
0.87 |
1.20～1.95 |
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1300 |
0.90 |
— |
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1400 |
0.92 |
2.00～3.11 |
ZrO2-CaO-SiO2系热辐射涂料其基本成分是ZrO2、CaO、SiO2，此类材料在近红外波段辐射率并不高，但具有较高的耐火度、结构强度和耐高温腐蚀性。为了提高在1～5μm波段的热辐射率，可采取在ZrO2晶体中掺杂增黑剂来增大杂质能级而提高其热辐射率。可采用的增黑剂是过渡元素氧化物：Al2O3、Cr2O3、Fe2O3、MgO、CoO。这些氧化物可提供的正离子（Al3+、Cr3+、Fe3+、Co2+、Mg2+）半径与Zr4+离子半径相近，可以取代Zr4+离子位置或掺杂于ZrO2晶隙，从而增加杂质能级，提高近红外辐射能力。
ZrO2-CaO-SiO2系涂料是由含ZrO2熟料，结合剂和添加剂组成的。含锆熟料是由ZrO2、锆英石和增黑剂（过渡族元素氧化物）组成的烧结料，经粉碎成400目粉料使用，此粉料可与由SiO2、SiC和高岭土组成的300目粉料按比例配制成涂料的基体材料。结合剂是由磷酸二氢铝、硅溶胶和水溶性聚乙烯醇按6：3：1（质量比）配制成的，结合剂的PH=3。添加剂包括有分散剂（六偏磷酸钠）、防沉降剂（羧甲基纤维素、钛白粉）、成膜剂（蒽麻油）等。此涂料工作温度为800～1450℃，红外波段平均热辐射率ε＞0.9。可作电热加热炉，燃气加热炉内衬的热辐射涂层，节能率可达10%左右。
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