節(jié)能高發(fā)射率涂料

1、I993.N94材折導(dǎo)報(bào) 31 層的激光再改性。實(shí)際上，半導(dǎo)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(yīng)用了。2.5激光與等離子復(fù)合的表面改性將金屬試件放置在可控的有相應(yīng)化學(xué)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(yù)期的高性能 的氮化物、碳化物或其他強(qiáng)化相。其主要優(yōu)點(diǎn) 是:短時(shí)間的脈沖激光即可獲得深的擴(kuò)散 層;生產(chǎn)率高;持別適合形狀復(fù)雜工件的 局部表面強(qiáng)化。用此方法曾對(duì)Ti實(shí)現(xiàn)了氮化，雖然其工 藝時(shí)間較長(zhǎng)，但傳統(tǒng)工藝很難使Ti氮化。2.6激光沉積高溫超導(dǎo)薄膜利用準(zhǔn)分子激光，實(shí)現(xiàn)了原位低溫下氣

2、 相沉積Y-Ba-Cu-0超導(dǎo)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(jié)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(lái)，不少人在有關(guān)合金表面激 光非晶化的理論與實(shí)踐方面進(jìn)行了大量工 作。例如，采用多次預(yù)處理十表面涂層+激光 快速熔凝的方法實(shí)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(shí) 現(xiàn)了非晶化，這為二件表面大面積非晶化開(kāi) 創(chuàng)了先例。2.8材料表面激光電化學(xué)沉積金屬激光電化學(xué)

3、沉枳金屬是近年來(lái)岀現(xiàn)的新 技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是沉積速度快；沉積金屬的種類(lèi) 和沉積形狀或線(xiàn)寬可控，用于電路的金線(xiàn)寬 度可以為Mm,可在絕緣體上沉積金屬?？梢灶A(yù)期，隨者人們對(duì)干各種激光與材 料相互作用的研究和認(rèn)識(shí)的深化，以及工藝 研究的進(jìn)展，不僅現(xiàn)有各沖材料表面激光改 性新方法會(huì)逐步完善和實(shí)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(shù)。（責(zé)任編輯張漢民） 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導(dǎo)報(bào) 31 1994

4、-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導(dǎo)報(bào) 31 節(jié)能高發(fā)射率涂料周建初（南京航空學(xué)院材料系）摘要 闡述了嘉發(fā)射率涂料的特點(diǎn)、節(jié)能機(jī)理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)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(dǎo)報(bào) 31 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h(lp:/AvwwcnlcinctI993.N94材折導(dǎo)報(bào) 31 1特點(diǎn)高發(fā)射率材料，是一類(lèi)發(fā)射與吸收電磁 淡能力持強(qiáng)的材料。在工業(yè)加熱溫度其波 長(zhǎng)處于紅外波段,故又稱(chēng)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(lèi)涂料，就可 以節(jié)能。其節(jié)能的機(jī)理主耍是；（丨促進(jìn)了福 射傳熱。輻射是瞬時(shí)的，遠(yuǎn)比對(duì)流、傳導(dǎo)迅速, 當(dāng)翎射傳熱占主導(dǎo)地

6、位時(shí)熱雖的傳輸快，亦 即減少了通過(guò)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(dǎo)報(bào)1993, MM&越高，輻射傳熱越顯著。（2）此類(lèi)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(dāng)爐窯用燃料 （油、氣、煤）加熱時(shí)，燃燒產(chǎn)物HQ、CO等的 波

7、譜是斷續(xù)的，在某些持定波長(zhǎng)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(lái),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(duì)內(nèi)壁涂以髙發(fā)射率涂料，則其吸收的熱 最反射回來(lái)的少,輻射回來(lái)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(jìn)展紅外涂料在低溫場(chǎng)合（500 C以下），如用 來(lái)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(guó)內(nèi)外都較為成熟。但 花屮溫（800I000C）應(yīng)用，還繪近年來(lái)的 軋照理說(shuō)，輻射能與“一“）成正比,T越 高，應(yīng)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(yīng)的使用方法，進(jìn)展緩慢。 要在中溫應(yīng)用，涂料必須：（1）在相應(yīng)干中溫 的25um波長(zhǎng)段具有高的熱發(fā)射率“，而H 此高&在中溫應(yīng)不衰減。（2）解決涂料與基 體，持別是金屬基體的粘結(jié)問(wèn)題，在中溫使用 過(guò)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(shí)，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(huì)促使 爐襯散熱，未必會(huì)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(guān)犍問(wèn)題。 過(guò)去有人說(shuō)，“中溫?zé)o紅外”，除了紅外波圧定 義之爭(zhēng)外，還反映了過(guò)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(fèi)大，節(jié) 能比低溫更感加切。本文所述，主要是計(jì)對(duì)中 溫應(yīng)用的，中溫涂料用干低溫，當(dāng)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?yàn)橐话憬饘俦旧砭筒荒苣?300 CM 溫。80年代后期，中溫用的高發(fā)射材料在國(guó) 外迅速發(fā)展，被稱(chēng)為“工業(yè)爐枝術(shù)的重大進(jìn) 展”，“工業(yè)爐性能的堪大改進(jìn)”廣工業(yè)爐枝術(shù) 發(fā)展的里程碑”。聲譽(yù)校著的有英國(guó)CRC公 司、美國(guó)賓州CRC公司和美國(guó)匹茨堡H&S 涂料公司的涂料,以及歐、澳諸國(guó)與英國(guó)聯(lián)營(yíng) 的一種名叫Enecoa

10、t的涂料日本則有日板研 究所的“赤外線(xiàn)放射膜”，并有較多文章報(bào)道 研究成果。資科報(bào)導(dǎo)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(shí)節(jié)能2545%的:也有說(shuō)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(gè)關(guān)鍵冋 題解決的程度不同，就會(huì)得到不同程度的節(jié) 能效果。升溫時(shí)的節(jié)走幅度大于課溫,是合理 的，因輻射能與0（戶(hù)一/）成正比升溫時(shí)T 與To的邃值大,輻拆傳熱的優(yōu)勢(shì)更加顯薔。我國(guó)從80年代起，也有人研制中溫節(jié)能 涂料，但步履較為蹣細(xì)，有些單位做岀了成 績(jī)。我們多年來(lái)對(duì)中溫高發(fā)射率涂料進(jìn)

11、行了 試驗(yàn)研究，有過(guò)近百臺(tái)爐子節(jié)能技術(shù)改造經(jīng) 驗(yàn)，發(fā)表過(guò)一些交罩,近期通過(guò)了部級(jí)鑒定， 認(rèn)為涂科“達(dá)到當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平”，制成的 節(jié)能爐樣機(jī)，經(jīng)國(guó)家電爐質(zhì)量監(jiān)督測(cè)試中心 實(shí)測(cè)，性能優(yōu)良。比國(guó)內(nèi)現(xiàn)行生產(chǎn)的同型新 爐，節(jié)電20%左右，用戶(hù)反映，比舊爐節(jié)電 40%。獲得能源部的肯定與推廣，并巳被國(guó)務(wù) 院列入“八五”期間國(guó)家更點(diǎn)推廣的新枝術(shù)項(xiàng) 目。3組成及制備璃等類(lèi)涂料，滿(mǎn)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(guó) 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(chǎng)合應(yīng)用的碳化硅加水玻Publishing House. All rights reser

12、ved, hitI993.N54材料導(dǎo)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(zhì),需加防老化劑。國(guó) 內(nèi)外較多應(yīng)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(jià)格昂貴。較多應(yīng)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(wú)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(jié)，但燒結(jié)工藝及 &的提高機(jī)理亦語(yǔ)焉不詳。我們釆用價(jià)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(yīng)燒結(jié)I2小時(shí),X射線(xiàn)分析喪明經(jīng)反 應(yīng)燒結(jié)，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(jié)構(gòu)中的部分Fe原子已 為Mn.Co.Cu等原子所直換，實(shí)現(xiàn)了摻朵效 應(yīng)，使晶格輪變，振動(dòng)加強(qiáng)，在局部地區(qū)形成 雜質(zhì)能級(jí)，使電子從滿(mǎn)帶躍遷到導(dǎo)帶的可能 性增大，其振動(dòng)'波長(zhǎng)有向近紅外波段擴(kuò)展的 趨弟，故&特別定2卸m區(qū)段的"比原來(lái) 大幅度提高。表2列出了上海技術(shù)物理研究 所實(shí)測(cè)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(dǎo)抿35I993.N54材料導(dǎo)抿35表1幾種高發(fā)射卑涂料的主要組成廠(chǎng)家商標(biāo)骨料主要組成粘劑主要組分英國(guó)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(shù) 為基礎(chǔ)美國(guó)賓州CRC公司C-10AC-90SSBEZrO2（用于耐火林料ZrO存A1Q廠(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)英國(guó) Harbert-Bevcn 公 司與歐澳諸國(guó)聯(lián)營(yíng)EnecoatSiC加少量填加劑并經(jīng)anneal 處理防止老化和加強(qiáng)與基體 的粘結(jié)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(dá)華涂料廠(chǎng)（上海 硅酸鹽所轉(zhuǎn)讓?zhuān)〩K81FeO、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(xué)院NH9FcO .MnOCo,O3 CuO 加殺加無(wú)機(jī)水溶液用熱化學(xué)反應(yīng)劑高溫反應(yīng)饒結(jié)法與金厲基體粘結(jié)I993.N54材料導(dǎo)抿35I993.N54材料導(dǎo)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(guó)標(biāo)GB 1653-84規(guī)定心0. 85經(jīng)上海硅酸鹽研究所實(shí)測(cè)

16、，直到 1000 （?七仍維持0. 88而不減小。我們做過(guò) 抗老化試驗(yàn)，1100 C長(zhǎng)期加熱心基本不變。粘劑是何組成，國(guó)外資料諱莫如深。用傳 統(tǒng)的粘劑，無(wú)法使涂料和金屬超體粘牢，我們 將某些無(wú)機(jī)化臺(tái)物的水溶液與粉料處成水圧 陶紇粉末懸浮液，涂在經(jīng)過(guò)凈化活化的金屬 基體上，陰干、烘千、固化涂層即牢固地粘結(jié) 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(jié)合力遠(yuǎn)髙干 HB53H-86的要求及一些資料透得的國(guó)外涂 層的結(jié)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(xué)反應(yīng)，生成某些 氧化物復(fù)合相它一面與金屬基體自然形成 的氧

17、化物結(jié)合，一面又與涂層中的氧化物結(jié) 合，所以結(jié)合牢固。多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐也表 明，我們?cè)陔娮鑾贤客苛蠌奈窗l(fā)生過(guò)涂層 脫落的情況。4應(yīng)用涂料的熱發(fā)射率高，熱吸收率也高，在應(yīng) 用中必須揚(yáng)長(zhǎng)避短即揚(yáng)熱發(fā)射率高之長(zhǎng)，避 熱吸收率高之短。倘若把涂料簡(jiǎn)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(shù)必節(jié)祀.我們?cè)檬惺蹖?shí)驗(yàn) 室IkW小電爐做過(guò)試驗(yàn)上了涂料不節(jié)電， 反而耗電，這是因?yàn)樾t子的表面枳相對(duì)干 容枳的比例大，該爐的隔熱性乂差，此時(shí)熱吸 收率高的消極因素起了主導(dǎo)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(guò)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(qiáng)度和耐火度，便陶瓷纖維氈內(nèi)貼面節(jié)能法 又有了實(shí)現(xiàn)的可能，二者揚(yáng)長(zhǎng)避短，相得益 影，此法用在南京汽輪電機(jī)廠(chǎng)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(dāng)角度的扭轉(zhuǎn)，在對(duì)著爐瞠和工件 的平面上，涂高發(fā)射率涂料，對(duì)著爐村的反面 不涂涂料。這佯，煤M定向向爐膛工件増強(qiáng)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(fù)仟爐襯，可以茯得高效節(jié)能效 果。國(guó)家電爐質(zhì)晴監(jiān)測(cè)中心對(duì)我們兩臺(tái)樣機(jī)

19、實(shí)測(cè)得到的數(shù)據(jù)列干表3,由錢(qián)可見(jiàn)各項(xiàng)指 標(biāo)都超過(guò)r gb、jb國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).持別是升溫速 度，JB43II5-91要求，從室溫空爐升到 950 C,應(yīng)不超過(guò)3小時(shí)，我們的樣機(jī)只需要 23分鐘。用這種方法改爐，熱處理全過(guò)程比 舊爐節(jié)電240%（升溫時(shí)節(jié)能3055%,保 溫時(shí)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(mǎn)總。如第一拖拉機(jī)制造廠(chǎng)的 70kW井式爐，其他條件不變，只在電阻絲和 爐村上噴涂料，結(jié)果冷爐升溫、裝工

20、件復(fù)溫和 保溫，分別節(jié)電23%、10%利7.7% 全過(guò)程 節(jié)電187%。表3樣機(jī)實(shí)測(cè)幾個(gè)主要指標(biāo)試臉項(xiàng)目RJ2-609 型RX3T59 型JB431H5-91要求樣機(jī) 實(shí)測(cè)GB10966 1-89鑒求樣機(jī)實(shí)測(cè)空爐升溫時(shí)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(guó)總發(fā)電量為6774. 9億 kWh,工業(yè)電阻爐是用電大戶(hù)，大多數(shù)是按 六、七十年代技術(shù)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(lái)計(jì)算，則年節(jié)電152億kWh,相當(dāng) T興建一兩座大亞灣孩電站，社會(huì)效益巨大。 如果將涂料推廣應(yīng)用到燒油燒氣燒煤的窯爐 上去，則能源節(jié)約更為可觀(guān)。用戶(hù)本身的經(jīng)濟(jì)效益也是社老的用此 技術(shù)制造新?tīng)t，成本不過(guò)增加5%.（II可以?xún)?電20%,股不出半年，即可由節(jié)電一項(xiàng)回 收多加的投資,改造IH爐所花費(fèi)川一般也可在68個(gè)月內(nèi)由節(jié)電冋收。武鋼硅鋼片廠(chǎng)從 日本引進(jìn)的3000kW、長(zhǎng)120m的大退火爐， 其電阻帶及燃?xì)廨椛涔芡苛宋覀兊耐苛?，?料成本及施工費(fèi)不到2萬(wàn)元J99I年全年節(jié) 能回收即達(dá)24萬(wàn)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(duì)工廠(chǎng)生 產(chǎn)有重大實(shí)際意義。由于電阻爐耗電多，許多 工廠(chǎng)只準(zhǔn)在夜班開(kāi)爐，現(xiàn)升溫速度加快，原來(lái) 一班開(kāi)一爐的，可以一班開(kāi)兩爐，使勞動(dòng)生產(chǎn) 率提高1倍;爐溫均勻可保證產(chǎn)品質(zhì)量。 (3)使部件延長(zhǎng)壽命.推遲了大修期。國(guó)外資 料認(rèn)為維修費(fèi)的節(jié)約比起能源節(jié)約來(lái)繪 濟(jì)效益更為顯著?？傊甙l(fā)射率材料是一類(lèi)值得推廣應(yīng) 用的新材料.釜考文獻(xiàn)(36篇.略(責(zé)任編輯張漢民)I993.N54材料導(dǎo)抿35I993.N54材料導(dǎo)抿35多孔硅發(fā)光寧永強(qiáng) 全億養(yǎng)(中科院長(zhǎng)春物理研究所丿摘要 根攜靈近幾年大童的文獻(xiàn)報(bào)道，綜述了關(guān)于多孔吐制冬、發(fā)光茅方而的 研究結(jié)果，并簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)一些羊伎的工作。關(guān)鍵詞 多孔硅發(fā)光電致發(fā)光器件I9