过渡金属掺杂铜锰尖晶石的红外辐射特性及其应用研究

发布时间：2021-05-20 22:06

　　红外辐射材料作为提升多孔节能陶瓷产业的核心竞争力,将促进工业窑炉、锅炉、燃气炉头等的节能减排,对工业能源高效化利用和环保生产上具有深远的意义。本文采用固相合成和微波合成两种方式制备红外辐射基料,探究原料配方、工艺参数、不同过渡族金属掺杂等对基料红外辐射性能影响。选择高红外发射率基料,并添加适量粘接剂、消泡剂、防沉剂在堇青石基片上制备高抗热震性能红外辐射涂层。对涂层的物相、表面形貌、附着力及红外辐射性能等进行详细研究。固相合成CuMn₂O₄尖晶石红外辐射基料。采用化学纯CuO 30wt%和MnO₂ 70wt%为原料在马沸炉中升温至1050℃,保温2h,在空气中冷却制备出CuMn₂O₄尖晶石基料,其红外发射率为0.92。固相和微波合成合成红外辐射基料。微波合成红外辐射基料的情况复杂,采用COMSOL Multiphysics仿真软件分析并实验发现以6 KW功率使用分时分段开关微波源方式合成红外基料性能最好。对比微波和固相两种合成方式,结果表明使用微波合成出的基料中尖晶石含量高且颗粒... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 红外辐射材料研究背景
    1.2 国内外红外节能涂层研究现状
        1.2.1 过渡金属氧化物红外辐射材料
        1.2.2 堇青石系红外辐射材料
    1.3 红外材料的应用
        1.3.1 红外加热与干燥
        1.3.2 红外保健和医疗
        1.3.3 红外散热应用
        1.3.4 环保建材涂层
    1.4 红外辐射理论
        1.4.1 基尔霍夫定律
        1.4.2 普朗克定律
        1.4.3 维恩位移定律
    1.5 本课题研究目的和意义及主要研究内容
        1.5.1 研究目的和意义
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 技术路线
        1.5.4 创新点
2 实验材料及方法
    2.1 材料组成体系设计
    2.2 红外涂料的制备
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验仪器和设备
        2.2.3 实验工艺流程
    2.3 实验测试及表征方法
        2.3.1 XRD物相分析
        2.3.2 SEM形貌分析
        2.3.3 傅里叶红外(FT-IR)
        2.3.4 热分析
        2.3.5 红外发射率
        2.3.6 抗热震性能测试
        2.3.7 附着力测试
        2.3.8 红外成像
3 高红外辐射基料的制备
    3.1 固相合成CuMn_2O_4 尖晶石红外辐射基料
        3.1.1 CuMn_2O_4 尖晶红外辐射特性
        3.1.2 X射线衍射分析(XRD)
        3.1.3 扫描电子显微镜分析(SEM)
        3.1.4 傅里叶红外光谱分析(IR)
        3.1.5 CuMn_2O_4 尖晶石红外发射率分析
            3.1.5.1 不同CuO含量对红外发射率的影响
            3.1.5.2 不同合成温度对红外发射率的影响
            3.1.5.3 不同冷却方式对红外发射率的影响
    3.2 固相合成与微波合成对基料的影响
        3.2.1 微波合成原理
        3.2.2 微波合成有限元仿真
            3.2.2.2 烧成制度分析
            3.2.2.3 微波电磁场分布分析
            3.2.2.4 温度均一分布分析
        3.2.3 固相合成与微波合成差异影响
            3.2.3.1 不同合成方式对材料的物相影响
            3.2.3.2 不同合成方式对材料微光形貌影响
            3.2.3.3 不同合成方式合成的材料红外光谱分析
            3.2.3.4 不同合成方式对材料红外性能影响
    3.3 过渡族金属掺杂对红外辐射性能影响
        3.3.1 掺杂Co对红外辐射特性影响
            3.3.1.1 X衍射分析(XRD)
            3.3.1.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
            3.3.1.3 傅里叶红外光谱(IR)
            3.3.1.4 红外发射率分析
        3.3.2 掺杂Cr对红外辐射特性影响
            3.3.2.1 X衍射分析(XRD)
            3.3.2.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
            3.3.2.3 傅里叶红外光谱(IR)
            3.3.2.4 红外发射率分析
        3.3.3 掺杂Ni对红外辐射特性影响
            3.3.3.1 X衍射分析(XRD)
            3.3.3.2 扫描电子显微镜分析(SEM)
            3.3.3.3 傅里叶红外光谱(IR)
            3.3.3.4 红外发射率分析
    3.4 本章小结
4 高红外发射率涂层性能研究及应用
    4.1 红外辐射涂层的制备
        4.1.1 金属片或陶瓷片的处理
        4.1.2 添加剂的选择
        4.1.3 红外辐射基料的处理
        4.1.4 涂层的优化
    4.2 红外辐射涂层结构与性能分析
        4.2.1 红外辐射涂层附着力测试
        4.2.2 红外辐射涂层物相分析
        4.2.3 红外辐射涂层微观形貌SEM
        4.2.4 红外辐射涂层高温红外成像及红外性能
    4.3 红外辐射涂料应用研究
        4.3.1 基于STM32 的温度控制设计
        4.3.2 总体设计方案
        4.3.3 系统软件设计
        4.3.4 各模块软件设计
        4.3.5 散热应用研究
    4.4 本章小结
结论
展望
致谢
参考文献
附录1 各模块代码
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]红外高发射率涂层的研究进展[J]. 高广睿,厉英,呼丹,吴宗海,李超众,李争显,奚正平.  材料导报. 2018(S1)
[2]工业锅炉节能减排现状、存在的问题与对策[J]. 张志强.  中国资源综合利用. 2018(04)
[3]微波加热合成Fe-Mn-Cu-Co红外辐射材料[J]. 刘霄昱,张顺,王慧,曾令可,刘艳春.  中国陶瓷工业. 2018(01)
[4]NaBa1-xAxPO4（A=Mg,Ca,Sr）材料的制备和红外辐射特性[J]. 邓玲玲,赵韦人,方夏冰,蓝立财,钟剑明.  广东工业大学学报. 2015(02)
[5]Effect of Microwave Heating on Infrared Radiation Properties of Cordierite-Ferrites Based Composite Ceramics[J]. LU Lei,FAN Xi’an,HU Xiaoming,ZHANG Jianyi.  Journal of the Chinese Ceramic Society. 2015(01)
[6]高红外辐射陶瓷材料的研究进展[J]. 王峰,钱学强,李小伟,韦国静,韩召,叶建克,陈义祥,李江涛.  硅酸盐通报. 2015(01)
[7]堇青石-铁氧体基红外辐射非晶节能涂层的制备与性能[J]. 樊希安,陆磊,吴传栋,蔡新志,杨帆,胡晓明.  粉末冶金材料科学与工程. 2014(05)
[8]堇青石--铁氧体基复合节能涂层的结构与红外辐射性能[J]. 樊希安,张坚义,陆磊,胡晓明,张洎源.  硅酸盐学报. 2014(07)
[9]高抗热震性红外辐射节能涂层的制备与性能研究[J]. 陆磊,樊希安,胡晓明,张坚义,吴朝阳,杨帆,蔡新志.  红外技术. 2014(02)
[10]红外辐射陶瓷的研究进展[J]. 武晓燕,于宏兵,耿丽娟.  硅酸盐通报. 2013(02)

硕士论文
[1]商用燃气灶节能技术研究[D]. 周含笑.浙江工业大学 2014



本文编号：3198510