【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及紅外輻射材料領(lǐng)域，尤其涉及一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料。
技術(shù)介紹
1、熱傳遞有三種主要形式，即熱對流、熱傳導(dǎo)和熱輻射。根據(jù)維恩位移定律和普朗克定律，在1000℃下黑體90%的能量是通過熱輻射傳遞的，而輻射熱波長大部分在紅外波段。因此，可以考慮通過熱輻射進(jìn)一步散熱，特別是在高溫真空環(huán)境中，其中熱輻射耗散占主導(dǎo)地位，并且大部分輻射波長在紅外波段。紅外輻射除了在高超聲速飛行器、先進(jìn)航空發(fā)動機、航天器上有應(yīng)用前景外，還可應(yīng)用于工業(yè)鍋爐內(nèi)部，提高燃料利用率，起到節(jié)能環(huán)保的作用。因此，研究具有低導(dǎo)熱系數(shù)和高紅外發(fā)射率的綜合防熱涂層材料具有重要意義。
2、目前，對熱防護(hù)涂層的研究主要集中在熱障涂層上，熱障涂層通常采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料進(jìn)行隔熱，并提供防沖蝕和防腐蝕性能，它用于航空和陸基燃?xì)廨啓C的熱段部件，以提高其熱效率和耐用性。然而，由于高超音速飛行器和先進(jìn)航空發(fā)動機的快速發(fā)展，單一的低熱導(dǎo)率熱障涂層難以滿足高溫下的實際應(yīng)用。
3、源于“節(jié)能降碳”背景和“雙碳”目標(biāo)，以改善表面輻射特性和強化輻射傳熱為目的的新型紅外輻射節(jié)能材料應(yīng)運而生。目前，紅外輻射材料多以氧化物體系為主，包括稀土氧化物、堇青石、尖晶石、六鋁酸鹽、缺陷螢石、鈣鈦礦等，其通過多相混合或者摻雜來提高混合材料的紅外發(fā)射率，這影響了該材料在高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性，材料本身極易在高溫下發(fā)生再次反應(yīng)，從而使該材料的紅外輻射性能降低。
4、a2b2o7型氧化物是一類組分可調(diào)空間大和結(jié)構(gòu)包容性強的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具有優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種性能良好的多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料。
2、為解決上述問題，本專利技術(shù)所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料，其特征在于：該高熵紅外輻射材料的導(dǎo)熱率＜1?w·(m·k)-1，在1~16μm波段的紅外發(fā)射率＞0.90；其化學(xué)式為a2b2o7，其中a位為la、sm、eu、ni、co中的至少三種元素，且各元素的含量介于20~34%之間；b位為ce、zr、cr、mn中的至少兩種，且各元素的含量介于25~50%之間。
3、所述高熵紅外輻射材料具有缺陷螢石或燒綠石結(jié)構(gòu)，屬于立方面晶體系，fm-3m空間群或fd-3m空間群。
4、如上所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，包括以下步驟：
5、步驟1：以金屬元素摩爾比為1：1的aox粉末和boy粉末為原料，aox為la2o3、sm2o3、eu2o3、nio、coo粉末中的至少三種，且各元素的含量介于20~34%之間，boy為ceo2、zro2、cr2o3、mno2粉末中的至少兩種，且各元素的含量介于25~50%之間；各原料經(jīng)球磨混合、干燥、研磨、過400目篩，即得前驅(qū)體粉末；
6、步驟2：所述前驅(qū)體粉末在空氣氣氛中高溫煅燒，經(jīng)冷卻、研磨即得a2b2o7高熵氧化物粉體材料；
7、步驟3：所述a2b2o7高熵氧化物粉體材料過400目篩，經(jīng)壓片、高溫煅燒、冷卻，即得高熵紅外輻射材料。
8、所述步驟1中球磨的條件是指采用行星式球磨機，球磨介質(zhì)為氧化鋯球，球磨轉(zhuǎn)速為200~400?r/min，球磨時間為12~24小時球料水的質(zhì)量比為3：1：2。
9、所述步驟1中干燥的條件是指溫度為80~100℃，干燥時間為12~24小時。
10、所述步驟2中高溫煅燒的條件是指煅燒溫度為1000~1500℃，升溫速率為3~5℃/min，煅燒時間為6~8小時。
11、所述步驟3中壓片的條件是指用粉末壓片機，壓力為20~31mpa，壓片時間為10~20min。
12、所述步驟3中高溫煅燒的條件是指煅燒溫度為1000~1500℃，升溫速率為5℃/min，煅燒時間為6~8小時。
13、所述步驟2和所述步驟3中冷卻方式為隨爐冷卻、空氣淬火冷卻和液氮淬火冷卻中的一種。
14、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
15、1、本專利技術(shù)制備的高熵紅外輻射材料，化學(xué)式為a2b2o7，具有缺陷螢石或燒綠石結(jié)構(gòu)，屬于立方面晶體系，其中a、b位離子和氧空位均隨機分布，呈現(xiàn)無序狀態(tài)。a、b位陽離子半徑比值（ra/rb）是影響相結(jié)構(gòu)的主要因素，如圖1所示。當(dāng)ra/rb＜1.46時，傾向于形成缺陷螢石結(jié)構(gòu)，fm-3m空間群；當(dāng)1.46≤ra/rb≤1.78時，傾向于形成有序燒綠石結(jié)構(gòu)，fd-3m空間群，陽離子a3+和b4+分別位于16c和16d位置并形成有序的立方密堆積排列。
16、2、本專利技術(shù)由于a、b位同時存在多主元素，使材料具有更高的摻雜寬容度，在帶隙引入雜質(zhì)能級，拓寬載流子發(fā)生躍遷的范圍，促進(jìn)自由載流子的躍遷頻率，提高價帶中載流子的濃度，從而提高了材料的紅外發(fā)射率。
17、3、本專利技術(shù)中由于多種主元元素在質(zhì)量和半徑上的差異，使得晶格膨脹或收縮產(chǎn)生晶格畸變，同時晶體對稱性降低使偶極矩增加，從而促進(jìn)了轉(zhuǎn)動振動能級的吸收，進(jìn)而提高了材料的紅外發(fā)射率。
18、4、本專利技術(shù)中a、b位元素包括稀土元素和過渡金屬元素，多價態(tài)元素化合價的變化能夠產(chǎn)生小極化子，進(jìn)而促進(jìn)電子躍遷，提高中紅外發(fā)射率，使得低導(dǎo)熱高熵a2b2o7紅外輻射材料在1~16μm波段的紅外發(fā)射率＞0.90。
19、5、本專利技術(shù)中由于高濃度氧空位的存在和多組分陽離子在獨特的高熵構(gòu)型中的高度無序排列，該高度無序的高熵結(jié)構(gòu)可以顯著增強晶格非簡諧振動，增強聲子散射，導(dǎo)致熱導(dǎo)率的大幅度降低，800℃的導(dǎo)熱率最低為0.58?w·(m·k)-1。
20、6、本專利技術(shù)所述材料采用機械濕磨法和高溫煅燒相結(jié)合的方法制備，具有制備技術(shù)簡單，可重復(fù)性強，生產(chǎn)效率高，適用于自動化操作等優(yōu)點。所得高熵紅外輻射材料物相單一、純度高、元素分布均勻等特點，作為隔熱材料在航空航天器、大型能源設(shè)備、工業(yè)窯爐、電站鍋爐等熱防護(hù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
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1.一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料，其特征在于：該高熵紅外輻射材料的導(dǎo)熱率＜1?W·(m·k)-1，在1~16μm波段的紅外發(fā)射率＞0.90；其化學(xué)式為A2B2O7，其中A位為La、Sm、Eu、Ni、Co中的至少三種元素，且各元素的含量介于20~34%之間；B位為Ce、Zr、Cr、Mn中的至少兩種，且各元素的含量介于25~50%之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料，其特征在于：所述高熵紅外輻射材料具有缺陷螢石或燒綠石結(jié)構(gòu)，屬于立方面晶體系，F(xiàn)m-3m空間群或Fd-3m空間群。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟1中球磨的條件是指采用行星式球磨機，球磨介質(zhì)為氧化鋯球，球磨轉(zhuǎn)速為200~400?r/min，球磨時間為12~24小時球料水的質(zhì)量比為3：1：2。
5.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟1中
6.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟2中高溫煅燒的條件是指煅燒溫度為1000~1500℃，升溫速率為3~5℃/min，煅燒時間為6~8小時。
7.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟3中壓片的條件是指用粉末壓片機，壓力為20~31MPa，壓片時間為10~20min。
8.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟3中高溫煅燒的條件是指煅燒溫度為1000~1500℃，升溫速率為5℃/min，煅燒時間為6~8小時。
9.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟2和所述步驟3中冷卻方式為隨爐冷卻、空氣淬火冷卻和液氮淬火冷卻中的一種。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料，其特征在于：該高熵紅外輻射材料的導(dǎo)熱率＜1?w·(m·k)-1，在1~16μm波段的紅外發(fā)射率＞0.90；其化學(xué)式為a2b2o7，其中a位為la、sm、eu、ni、co中的至少三種元素，且各元素的含量介于20~34%之間；b位為ce、zr、cr、mn中的至少兩種，且各元素的含量介于25~50%之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料，其特征在于：所述高熵紅外輻射材料具有缺陷螢石或燒綠石結(jié)構(gòu)，屬于立方面晶體系，fm-3m空間群或fd-3m空間群。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的一種多主元摻雜的低導(dǎo)熱高熵紅外輻射材料的制備方法，其特征在于：所述步驟1中球磨的條件是指采用行星式球磨機，球磨介質(zhì)為氧化鋯球，球磨轉(zhuǎn)速為200~400?r/min，球磨時間為12~24小時球料水的質(zhì)量比為3：1：2。
5.如權(quán)利要求3所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬軍，高祥虎，高建軍，姚小軍，張國山，劉寶華，何成玉，辛廣洋，
申請(專利權(quán))人：甘肅電投常樂發(fā)電有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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