節(jié)能高發(fā)射率涂料

1、I993.N94材折導報 31 層的激光再改性。實際上，半導體材料離子注 入表面摻雜后，采用激光退火消除晶體缺陷 的方法若千年前就已應用了。2.5激光與等離子復合的表面改性將金屬試件放置在可控的有相應化學成 分的氣氛中，氣體有2lOMPa的高壓，用脈 沖激光擊穿氣體使其等離子化并與金屬試樣 表面相互作用，表面即可形成預期的高性能 的氮化物、碳化物或其他強化相。其主要優(yōu)點 是:短時間的脈沖激光即可獲得深的擴散 層;生產(chǎn)率高;持別適合形狀復雜工件的 局部表面強化。用此方法曾對Ti實現(xiàn)了氮化，雖然其工 藝時間較長，但傳統(tǒng)工藝很難使Ti氮化。2.6激光沉積高溫超導薄膜利用準分子激光，實現(xiàn)了原位低溫下氣

2、 相沉積Y-Ba-Cu-0超導薄膜，其零電阻溫度 為 92K。2.7激光非晶化1979年BM. Kmiukkh用脈沖激光照射 Cu-Zr.Cu-Nb合金的研究結果表明，可以使 合金表面非晶化。與其他形成非晶的方法相 比激光非甜化可在工件表面大面積地形成 非晶層，因而可大大提高工件的耐蝕性、抗磨 性及壽命。近年來，不少人在有關合金表面激 光非晶化的理論與實踐方面進行了大量工 作。例如，采用多次預處理十表面涂層+激光 快速熔凝的方法實現(xiàn)了 FscNhPfBg合金表 面激光非晶化。在激光掃描的“搭接區(qū)”也實 現(xiàn)了非晶化，這為二件表面大面積非晶化開 創(chuàng)了先例。2.8材料表面激光電化學沉積金屬激光電化學

3、沉枳金屬是近年來岀現(xiàn)的新 技術。其優(yōu)點是沉積速度快；沉積金屬的種類 和沉積形狀或線寬可控，用于電路的金線寬 度可以為Mm,可在絕緣體上沉積金屬?？梢灶A期，隨者人們對干各種激光與材 料相互作用的研究和認識的深化，以及工藝 研究的進展，不僅現(xiàn)有各沖材料表面激光改 性新方法會逐步完善和實用化，而H必將不 斷地出現(xiàn)更多的材料表面激光改性新技術。（責任編輯張漢民） 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導報 31 1994

4、-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導報 31 節(jié)能高發(fā)射率涂料周建初（南京航空學院材料系）摘要 闡述了嘉發(fā)射率涂料的特點、節(jié)能機理及國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)。介紹了南航 研制的優(yōu)啟涂料的紐成、制備工藝、使用方法及社會經(jīng)濟效益。關鍵詞 節(jié)能高發(fā)射率涂料 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/

5、AvwwcnlcinctI993.N94材折導報 31 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導報 31 1特點高發(fā)射率材料，是一類發(fā)射與吸收電磁 淡能力持強的材料。在工業(yè)加熱溫度其波 長處于紅外波段,故又稱紅外材料。發(fā)射電磁 波即發(fā)射熱竝，吸收電磁波即吸收熱量。工業(yè) 爐的爐幢、發(fā)熱元件如果涂上此類涂料，就可 以節(jié)能。其節(jié)能的機理主耍是；（丨促進了福 射傳熱。輻射是瞬時的，遠比對流、傳導迅速, 當翎射傳熱占主導地

6、位時熱雖的傳輸快，亦 即減少了通過爐it的散熱瓠失。輛射傳熱的 呈與0（尸一冗）成正比小為熱發(fā)射率,T及 To為發(fā)熱體與受熱體的溫度,所以熱發(fā)射率 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/Avwwcnlcinct32材料導報1993, MM&越高，輻射傳熱越顯著。（2）此類材料發(fā)射 的波譜與鋼件的吸收波譜相近，較為匹配，較 易引起電磁波的共振，亦即熱陡較多地為鋼 件所吸收，而散熱損失校少。當爐窯用燃料 （油、氣、煤）加熱時，燃燒產(chǎn)物HQ、CO等的 波

7、譜是斷續(xù)的，在某些持定波長區(qū)段熱發(fā)肘 率、熱吸收率甚低，存在所謂“波譜窗”;如果 爐村內(nèi)壁是低發(fā)射率材料，則爐襯吸收的熱 就大部反射回來,其波譜與燃燒產(chǎn)物的相同, 反射的熱蚩:較多為廢氣吸收，排岀煙囪。如將 爐對內(nèi)壁涂以髙發(fā)射率涂料，則其吸收的熱 最反射回來的少,輻射回來的多，后者的波 譜是連續(xù)的,與啊件的吸收譜相近，較多為鋼 件吸收，較少為岌氣帶走熱損失少。2進展紅外涂料在低溫場合（500 C以下），如用 來烘干或固化渝漆、食品、藥材、紡織品等以 及用作醫(yī)療保儺用品，國內(nèi)外都較為成熟。但 花屮溫（800I000C）應用，還繪近年來的 軋照理說，輻射能與“一“）成正比,T越 高，應該節(jié)匪更顯著

8、。但由于早期缺乏適用于 中溫的涂料及其相應的使用方法，進展緩慢。 要在中溫應用，涂料必須：（1）在相應干中溫 的25um波長段具有高的熱發(fā)射率“，而H 此高&在中溫應不衰減。（2）解決涂料與基 體，持別是金屬基體的粘結問題，在中溫使用 過程中不剝落。（3）根據(jù)基爾霍夫定律材料 的熱吸收率等干其熱發(fā)射率，在爐村的熱發(fā) 射率梶高的同時，熱吸收率也提高了，必須使 爐襯隔熱良好，否則熱吸收率的增大會促使 爐襯散熱，未必會節(jié)能所以涂料能否在中溫 起節(jié)能作用,取決干能否解決上述關犍問題。 過去有人說，“中溫無紅外”，除了紅外波圧定 義之爭外，還反映了過去涂斜在中溫節(jié)能作 用不大的狀況。中溫窯爐耗能

9、多,浪費大，節(jié) 能比低溫更感加切。本文所述，主要是計對中 溫應用的，中溫涂料用干低溫，當然是可以 的,用干高淋（1300 C以上），如杲曜體是耐火 1994-2011 China Academic Journal Electronic 材料，多數(shù)涂料是可以的但用于金屬則不 行，因為一般金屬本身就不能耐1300 CM 溫。80年代后期，中溫用的高發(fā)射材料在國 外迅速發(fā)展，被稱為“工業(yè)爐枝術的重大進 展”，“工業(yè)爐性能的堪大改進”廣工業(yè)爐枝術 發(fā)展的里程碑”。聲譽校著的有英國CRC公 司、美國賓州CRC公司和美國匹茨堡H&S 涂料公司的涂料,以及歐、澳諸國與英國聯(lián)營 的一種名叫Enecoa

10、t的涂料日本則有日板研 究所的“赤外線放射膜”，并有較多文章報道 研究成果。資科報導的節(jié)能輔度，頗有差距. 有云節(jié)能在"以上的；有云在間歆爐上節(jié) 能15% 在連續(xù)爐上節(jié)能8%的;有云在升溫 時節(jié)能2545%的:也有說根據(jù)不同傭況. 節(jié)能221%的。在肯定聲中，也有少數(shù)文章 持保留態(tài)度。這都是正常的前述三個關鍵冋 題解決的程度不同，就會得到不同程度的節(jié) 能效果。升溫時的節(jié)走幅度大于課溫,是合理 的，因輻射能與0（戶一/）成正比升溫時T 與To的邃值大,輻拆傳熱的優(yōu)勢更加顯薔。我國從80年代起，也有人研制中溫節(jié)能 涂料，但步履較為蹣細，有些單位做岀了成 績。我們多年來對中溫高發(fā)射率涂料進

11、行了 試驗研究，有過近百臺爐子節(jié)能技術改造經(jīng) 驗，發(fā)表過一些交罩,近期通過了部級鑒定， 認為涂科“達到當前國際先進水平”，制成的 節(jié)能爐樣機，經(jīng)國家電爐質量監(jiān)督測試中心 實測，性能優(yōu)良。比國內(nèi)現(xiàn)行生產(chǎn)的同型新 爐，節(jié)電20%左右，用戶反映，比舊爐節(jié)電 40%。獲得能源部的肯定與推廣，并巳被國務 院列入“八五”期間國家更點推廣的新枝術項 目。3組成及制備璃等類涂料，滿足不了中淋要求，在ki.nct涂料由骨料（粉料）和粘劑組成，幾種國 內(nèi)外的中溫髙發(fā)射率涂料組成列于&丨。¥ 期和目前仍在低溫場合應用的碳化硅加水玻Publishing House. All rights reser

12、ved, hitI993.N54材料導抿35區(qū)段碳化硅的“值低,到中溫s更低，而R 碳化硅在中溫要氧化變質,需加防老化劑。國 內(nèi)外較多應用氧化物制作中溫高發(fā)射率涂 料，其中氧化謀、氧化珞本身有0. 8左右的乞 值，仍嫌不高，而且價格昂貴。較多應用的是 FeO、FeO、Sj02、AIO等氧化物，這些材料本 身的乞并不高，而且到中溫"迅速降低如 果是單純的混合，或采用夭然的礦石加一些 添加劑，有無節(jié)能效果是令人懷疑的。采用 什么方法提高其3英美資料秘而不宣，日本 資料透露用多種甄化物燒結，但燒結工藝及 &的提高機理亦語焉不詳。我們釆用價廉易 得的Fe。為基料，加入一定量的MnO,

13、.CoO、CuO以及某些添加劑，在1250 C高溫 反應燒結I2小時,X射線分析喪明經(jīng)反 應燒結，F(xiàn)cQ變成了 FesC,并出現(xiàn)了 CuFeMnO,、CoFe?。八 CuFe;O«、MnFe.O,等新 相。顯然FejO.面心結構中的部分Fe原子已 為Mn.Co.Cu等原子所直換，實現(xiàn)了摻朵效 應，使晶格輪變，振動加強，在局部地區(qū)形成 雜質能級，使電子從滿帶躍遷到導帶的可能 性增大，其振動'波長有向近紅外波段擴展的 趨弟，故&特別定2卸m區(qū)段的"比原來 大幅度提高。表2列出了上海技術物理研究 所實測的南航N H 9與某市售紅外涂料在不 同波段的全法向發(fā)射率“值

14、。I993.N54材料導抿35I993.N54材料導抿35表1幾種高發(fā)射卑涂料的主要組成廠家商標骨料主要組成粘劑主要組分英國CRC公司ET1桔英石（用于耐火材料）SiO?.AlzO（用于金屬未透露據(jù)云覽以薄膜技術 為基礎美國賓州CRC公司C-10AC-90SSBEZrO2（用于耐火林料ZrO存A1Q廠SiO?（用于耐火材 料SiOzCbCM用于金屬）未透靄據(jù)云是一種叫做 RCB旳底層不怕具他公司 競爭英國 Harbert-Bevcn 公 司與歐澳諸國聯(lián)營EnecoatSiC加少量填加劑并經(jīng)anneal 處理防止老化和加強與基體 的粘結力未透霜日本CRC公司CRC1100CRC 1500CoO、

15、Cr,O3、Fe2O5. Mo,Os、SiO2 等未透露上海達華涂料廠（上海 硅酸鹽所轉讓）HK81FeO、TiO八 ZrO八 SjO?、MnO,.Ni2O3.AI?O3%K2O可溶性硅酸鹽膠體溶液南京航空學院NH9FcO .MnOCo,O3 CuO 加殺加無機水溶液用熱化學反應劑高溫反應饒結法與金厲基體粘結I993.N54材料導抿35I993.N54材料導抿35«2幾種涂料的全法向發(fā)射率“（650C）2.520uniJ 20“m5*20um南航NH90.910. 940. 9G某市售涂料0. 750. 810. 86注：國標GB 1653-84規(guī)定心0. 85經(jīng)上海硅酸鹽研究所實測

16、，直到 1000 （?七仍維持0. 88而不減小。我們做過 抗老化試驗，1100 C長期加熱心基本不變。粘劑是何組成，國外資料諱莫如深。用傳 統(tǒng)的粘劑，無法使涂料和金屬超體粘牢，我們 將某些無機化臺物的水溶液與粉料處成水圧 陶紇粉末懸浮液，涂在經(jīng)過凈化活化的金屬 基體上，陰干、烘千、固化涂層即牢固地粘結 在金屬基體上。涂層試片可冷彎120。,涂層 多次II00C淬水而不掉，其結合力遠髙干 HB53H-86的要求及一些資料透得的國外涂 層的結合力。電子探針微區(qū)成分分析表明涂 料與粘劑中的某些元素在涂料與基體的界面 上富集亦即界面已起了化學反應，生成某些 氧化物復合相它一面與金屬基體自然形成 的氧

17、化物結合，一面又與涂層中的氧化物結 合，所以結合牢固。多年來的生產(chǎn)實踐也表 明，我們在電阻帶上涂涂料從未發(fā)生過涂層 脫落的情況。4應用涂料的熱發(fā)射率高，熱吸收率也高，在應 用中必須揚長避短即揚熱發(fā)射率高之長，避 熱吸收率高之短。倘若把涂料簡單地涂在爐 襯內(nèi)壁，如果爐林的隔熱性好，可以節(jié)能；如 果隔熱性差，則術必節(jié)祀.我們曾用市售實驗 室IkW小電爐做過試驗上了涂料不節(jié)電， 反而耗電，這是因為小爐子的表面枳相對干 容枳的比例大，該爐的隔熱性乂差，此時熱吸 收率高的消極因素起了主導作用，故反而耗 能。因此，我們主張爐襯內(nèi)壁先貼一層陶瓷纖 維氈再上涂料。1980年前后，曾推廣過陶纖 氈內(nèi)貼面節(jié)能法，

18、由干陶纖氈易損，失敗了。 現(xiàn)花在陶纖徳表面涂了涂料，既克服了涂料 熱吸收率高的缺越涂料又增加了陶纖氈的 強度和耐火度，便陶瓷纖維氈內(nèi)貼面節(jié)能法 又有了實現(xiàn)的可能，二者揚長避短，相得益 影，此法用在南京汽輪電機廠的2m油爐上， 熱效率由等外躍至一等，油堯降低23%。我們更推薦把涂料涂在電阻爐的發(fā)熱元 件上，持別是采用電阻帶，把連續(xù)之字形的電 阻帶作適當角度的扭轉，在對著爐瞠和工件 的平面上，涂高發(fā)射率涂料，對著爐村的反面 不涂涂料。這佯，煤M定向向爐膛工件増強輛 射而樓射到爐村的熱雖較少。i'f配合貼彳j陶 纖氈涂科的復仟爐襯，可以茯得高效節(jié)能效 果。國家電爐質晴監(jiān)測中心對我們兩臺樣機

19、實測得到的數(shù)據(jù)列干表3,由錢可見各項指 標都超過r gb、jb國家標準.持別是升溫速 度，JB43II5-91要求，從室溫空爐升到 950 C,應不超過3小時，我們的樣機只需要 23分鐘。用這種方法改爐，熱處理全過程比 舊爐節(jié)電240%（升溫時節(jié)能3055%,保 溫時節(jié)能2530%）.目前較多的電阻爐是采用電阻絲加熱 的，電阻絲放在擱磚上，這種方法施工容易, 維修方便。在爐村電阻絲上噴涂料，也起節(jié)能 作用，但電阻絲是圓的，定向輻射作用不如電 阻帶，此外未加陶纖內(nèi)貼面，節(jié)能效果較差， 但也令人滿總。如第一拖拉機制造廠的 70kW井式爐，其他條件不變，只在電阻絲和 爐村上噴涂料，結果冷爐升溫、裝工

20、件復溫和 保溫，分別節(jié)電23%、10%利7.7% 全過程 節(jié)電187%。表3樣機實測幾個主要指標試臉項目RJ2-609 型RX3T59 型JB431H5-91要求樣機 實測GB10966 1-89鑒求樣機實測空爐升溫時間h<3.00. 379M250. 925空爐損失kWC116. 82<97. 82爐溫穩(wěn)定度c土 1C±1.7±10±0. 55空爐能飛kWh<450193.6<320196. 45效益1991年，我國總發(fā)電量為6774. 9億 kWh,工業(yè)電阻爐是用電大戶，大多數(shù)是按 六、七十年代技術生產(chǎn)的電老虎。如粗略地以 工業(yè)電阻爐用

21、電占10%,改造其中3/4且節(jié) 電30%來計算，則年節(jié)電152億kWh,相當 T興建一兩座大亞灣孩電站，社會效益巨大。 如果將涂料推廣應用到燒油燒氣燒煤的窯爐 上去，則能源節(jié)約更為可觀。用戶本身的經(jīng)濟效益也是社老的用此 技術制造新爐，成本不過增加5%.（II可以冇 電20%,股不出半年，即可由節(jié)電一項回 收多加的投資,改造IH爐所花費川一般也可在68個月內(nèi)由節(jié)電冋收。武鋼硅鋼片廠從 日本引進的3000kW、長120m的大退火爐， 其電阻帶及燃氣輻射管涂了我們的涂料，涂 料成本及施工費不到2萬元J99I年全年節(jié) 能回收即達24萬元。高發(fā)射率涂料除了節(jié)能以外還有如下 的效益：(丨)升溫速度大大加快

22、，這對工廠生 產(chǎn)有重大實際意義。由于電阻爐耗電多，許多 工廠只準在夜班開爐，現(xiàn)升溫速度加快，原來 一班開一爐的，可以一班開兩爐，使勞動生產(chǎn) 率提高1倍;爐溫均勻可保證產(chǎn)品質量。 (3)使部件延長壽命.推遲了大修期。國外資 料認為維修費的節(jié)約比起能源節(jié)約來繪 濟效益更為顯著?？傊?，高發(fā)射率材料是一類值得推廣應 用的新材料.釜考文獻(36篇.略(責任編輯張漢民)I993.N54材料導抿35I993.N54材料導抿35多孔硅發(fā)光寧永強 全億養(yǎng)(中科院長春物理研究所丿摘要 根攜靈近幾年大童的文獻報道，綜述了關于多孔吐制冬、發(fā)光茅方而的 研究結果，并簡要介紹了國內(nèi)一些羊伎的工作。關鍵詞 多孔硅發(fā)光電致發(fā)光器件I9