４高温红外涂料的应用
高学峰等【１６］报道了他们的研制ＺＧＷ，ＺＹＴ等系列中高温远红外辐射涂料在新疆克拉玛依油田 “重整加氢”炉上的应用情况，可以节能２０％以上，炉外壳温度降低２０℃。这对延长炉子的使用寿 命是有益的。洪晓江【１７】在扬子石油化工有限公司烯烃厂裂解炉使用红外节能涂料后，有效地改善了其 裂解炉局部高温的情况，并使炉外壁温度降低２３℃，排烟温度平均下降１３．７℃，燃料消耗量平均
主要为自由载流子吸收，这一波段正好是近红外范围。该波段的微弱吸收限制了高温下材料的发射率。
要想进一步提高高温辐射涂层的发射率，除了考虑提高晶格振动的辐射率外，还应考虑１＾５｝Ｌｍ波段 的光谱发射率。因为一般材料的晶格振动吸收波长在５～１５ ｐｍ。要想缩短晶格振动吸收波长，对纯材 料来说，只有ＢＮ是唯一较好的选择对象，而该材料价格十分昂贵，不利于推广应用。一般的红外辐 射材料主要是由具有较强振动辐射带的离子晶体或强共价键晶体组成，其禁带宽度较大，基本吸收处 于紫外光和可见光区。所以使用单一材料或者几种材料的简单混合不可能实现辐射材料的高发射率。 但）红外涂层材料的材料设计和杂质效应
２Ｉ。
综上所述，根据红外辐射的特性进行相关理论研究和工艺研究，结合计算机技术实现红外辐射材 料的设计和调控，实现按波长匹配原理加热，必将进一步推广其在工业和人们日常生活中的应用。
参考文献： 【１】任卫纽外陶瓷【Ｍ】武汉：武汉工业大学出版社，１９９８．
［２］陈建康，屠平亮，周建初．高发射率涂料的特性、应用及其制备叨．航天工艺，１９９１，（４）：６－１２ ［３］石成利，梁忠友，侯和峰．红外辐射材料的研究现状及其应用［Ｊ］．陶瓷，２００４，（４）：１９．２１ ［４】李贤扬，王世峰．红外高辐射节能涂料的研究与应用．中国陶瓷，２０１３，４９（１２）：６－９ ［５】Ｋｌｅｅｂ Ｔ＇Ｏｌｖｅｒ Ｊ．Ｈｉ曲一ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ
红外线是一种波长位于０．７６～１０００ｐ．ｍ的电磁波，该波段范围具有显著的热辐射效应。基于这一特
点的红外辐射材料在军事技术、工农业生产、空间技术、资源勘测、气象预报和环境科学等许多不同
的领域内有着广泛应用【１．９】。红外辐射涂料是其中一个重要的应用形式，随着应用的深入和拓展，对 红外辐射涂料的性能要求越来越高。体现在辐射性能的高效性、可调节性和长期稳定性等方面。开发 红外高辐射节能涂料对节能减排，提高生产效率和改善产品质量有着重要的意义。
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高温红外涂料及其应用综述
任雪潭１，２，刘艳春２
（１．西南科技大学，绵阳，６２１０１０； ２．广州市红日燃具有限公司博士后工作站，广州，５１０４３５） 摘要：本文综述了红外节能的基本原理，红外发射率的测试方法和相关设备。从微观 和宏观上归纳了提高红外发射率的途径和相应的措施，并对高温红外涂料在工业节能领域的 应用进行了相应阐述，最后对红外涂料未来的发展方向和研究动向进行了总结和展望。 关键词：红外线；涂料；节能
率较大；Ａ只有～种价态，或Ｂ有一种或两种价态时，材料的辐射率较小。
（４）控制涂层的厚度和表面粗糙度 一般认为，涂层发射效率随厚度的增加呈现出先迅速增大，后增速缓慢，最终趋于某一定值的变 化规律［１４１。因此，在实际应用中需要对涂层厚度进行优化，在满足高发射率咱勺前提下，尽量降低涂层 厚度，以满足力学性能要求，节约原料。另外增加涂层表面的粗糙度也可以增加比表面积，从而增加 辐射的有效面积，提高辐射能力。 （５）提高涂层的结合强度 红外辐射涂层在使用一段时间后经常会出现裂纹或剥落的情况，这在红外辐射涂料的工程化应用 中是不希望看到的，也严重制约了辐射材料节能效率的发挥。另外，采用刷涂工艺制备的红外辐射涂 层与基体之间为物理结合，与基体表面的结合强度不高，且粘结剂高温下容易老化，也会导致涂层表 面出现裂纹，甚至脱落。高基体结合强度、高抗热震性能的红外节能涂层在工程化应用中具有非常重 要的现实意义ｌｌ川。
ｐｍ、８～１４
ｕＩＪ对烧结产物的红外辐射性能采用５ＤＸ傅里叶变换红外光谱仪测定了其在３００℃（８～１４“ｍ）的法向
发射率。
王新北【１２１对利用傅里叶红外光谱仪测量材料的光谱发射率进行了系统的研究，在采用恒温环境补
偿技术和考虑环境辐射对测量结果影响的条件下，研制了相应的光谱发射率测量装置。
随着红外技术在传热、测温、太阳能应用、隐身技术等方面的应用和深入发展，对发射率测量的 精度和准确度的要求越来越高。开发新型测量设备和新型测试方法是一个重要的研究课题。准确的发 射率测试可以为红外辐射材料的热物性数据库建立提供大量的数据，为以后进行材料的设计制造提供 重要的依据。
１红外涂料节能原理
当辐射表面获得热量，处于高温状态时。原子核外围电子会吸收一定热量，由能级低的一层跳到 较外面远离原子核的能级较高的一层。跃迁的电子处于不稳定态，仍然要退回能级低的一层去。在退 回的时候把吸收的能量以辐射的形式释放出来，因此辐射传热以电磁波的形式进行，且主要集中在
０．８－４０
ｐａｎ波段。两个固体表面相互辐射传热时，可用下式表示：
卿脚一（剐Ｆ
其中：Ｑ为热量；正、互为两个物体表面的温度；Ｃ为辐射传热系数；Ｆ为传热面积。
可以看出，辐射传热增量和温度的４次方成正比，所以辐射传热的速度快于传导传热和对流传热。 红外涂料中的红外辐射材料往往都有很高的辐射率，这有效地提高了辐射传热系数，同时红外涂层还 能增加传热面积。这样的结果使得辐射换热量增加，强化了传热的能力，从而达到节能的目的。
３高温红外节能涂层技术的实现途径
（１）提高红外发射材料的发射率 提高红外节能涂层效率的一个重要途径就是提高红外发射材料的发射率。孙汉东等【１ ３Ｊ认为影响红 外涂层发射率的两个主要因素是涂层的吸收系数以及散射系数。对高红外辐射涂料则希望具有很小的 散射系数，通过配方优化和工艺设计实现涂层材料的微晶化可以大大减少散射系数，并使材料具有良 好的抗热震性，提高涂层的使用寿命。 同时他们认为，根据介质在紫外到红外波段吸收的３种主要形式：基本吸收，自由载流子吸收和 声子吸收。在整个紫外到红外光谱区，只有基本吸收和晶格振动吸收具有较高的吸收系数。二者之间
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夏继余等１２１］研究了ＨＫ．８１涂料在大连石油公司石油七厂的工艺加热炉使用后，热效率提高８％左右。
在上海炼油厂酚精制馏炉，辽阳化纤公司的裂解炉，上海色织二厂烧煤锅炉上应用后都起到了良好的
节能效果。
可以看到高温红外涂料在工业加热和民用加热领域都有着广泛的应用，随着研究的不断深入，应 用势必更加广泛，并在节能方面发挥巨大的作用。
的建立提供科学和严谨的数据保障。 满足实际使用要求是材料制备工艺研究的重点之一，根据各种红外材料的物理和化学性能，通过
预先设计、剪裁，达到预定的性能是材料制备所追求的的目标。例如通过预先设计，将几种材料的辐 射特征加以叠加，通过计算机的辅助设计，为复合材料制备中采用新工艺、新技术提供可靠的依据。 结合材料设计与复合技术，实现对材料红外光谱发射率的控制。使材料的红外辐射特性按实际需 要在指定的波段上达到高的发射率，而在另外的波段达到低的发射率。实现红外辐射粉体的超细化和 纳米化是高红外辐射率涂料的一个重要研究方向【２
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利用杂质效应是改善材料的红外辐射性能的一个有效途径。在晶体中引入杂质，使其破坏晶格周 期性。利用本征能级与杂质能级的跃迁产生的光吸收波长总是比基本吸收限长这一特点使杂质吸收在 长波限至晶格振动吸收带之间的一段低吸收区的吸收系数增加，从而提高这一波段的光谱发射率。另 外杂质缺陷还可能产生比热激发更多的载流子，从而增加自由载流子的吸收；同时杂质的存在使晶格
２红外发射率的测试
发射率是红外辐射材料的一个重要参数，在很大程度上决定了涂料的节能效果［１】。实际研究和应 用中多考虑红外辐射材料的半球光谱发射率和方向Biblioteka 谱发射率。其中半球光谱发射率的定义为：
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“班器
８ｈ（五）是波长的函数，表征物体在某一温度下波长五处向半球空间的发射接近黑体的程度。方向
在红外辐射基础理论研究方面，通过近代发展的固体理论、晶格动力学、声子理论和量子力学等，
从固体晶格结构上实现辐射能谱的优化分布，把辐射能量集中到匹配的波段上去，从而实现红外加热 的节能和高效，提高热辐射的加热效率。同时通过研究物料在红外辐射中的传热机理和辐射换热机理， 为红外辐射加热系统的设计和完善提供理论上的依据。这两方面的理论研究需要大量的试验数据为依 据，通过在理论上的深入和突破，结合具体实验数据揭示红外辐射的本质，同时为红外热性能数据库
下降２４７．３ ｋｇ／ｈ，直接经济效益达５３．４万元／月。文献【ｌ ８Ｊ把红外节能涂料用于高热风炉的格子砖，以改
善蓄放热性能。结果表明，在相同供热条件下能减少格子砖的吸热时间和放热时间。并且１２００℃时 的效果要远优于６００℃时的效果。谢炳豪等［１ ９】对日上公司的节能涂料进行了详细介绍。采用了辐射
战。文献报道中常用的多为上海技术物理研究所研制的ＩＲ－１型红外发射率测试仪器以及在此基础上 升级的ＩＲ一２型双波段发射率测量仪。该新型发射率测量仪通过采用主动黑体辐射源测定待测物表面 的法向反射率，能测量室温到５００℃范围内样品在３．５ ｐ和ｌ也２｝Ｉｍ三个波段的发射率。 王黔平等【ｌ ０Ｊ采用ＮＥＭ８０Ｃ测量仪对在制备的金属基表面涂层法向辐射率进行了检测表征。吴晓艳等
振动的吸收增强，从而增强晶格振动吸收带。
对材料根据成分和结构特点进行合理设计就可以实现高红外发射材料的制备。以常见的尖晶石型 铁氧体为例，其发射率与成分之间的关系影响很大，ＺｎＡｌ２０４、ＭｇＡｌ２０４、ＺｎＥＴｉ０４等其法向全辐射率 和法向光谱辐射率是最小的。而Ａ、Ｂ全为铁、铬、锰、镍、钴、锡、钛和铜离子组成的尖晶石如 ＮｉＣｒ２０４、ＣｏＭｎ２０４、ＦｅＦｅ２０４等具有很高的辐射率。反尖晶石结构和混合型尖晶石结构也有很高的辐 射率。 （３）控制发射材料的表面价态与其发射率 尖晶石中，Ａ和Ｂ为钴、锰、镍、铁、钛时，这些元素均为变价元素，在化合物中同时有两种价 态存在，以ＦｅＦｅ２０４最为典型，二价铁和三价铁共存。 光电子能谱证实，当Ａ和Ｂ均为变价元素，且Ａ和Ｂ均有二价和三价离子共存时，材料的辐射