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在热工炉窑内壁涂覆红外辐射陶瓷涂层后,可大幅度强化由窑炉内壁向工件的辐射传热,从而实现炉窑的辐射节能。若能通过高发射率红外陶瓷涂层的应用,炉窑实现10%的节能效果,则有望对我国热工装备的效率提升作出重要贡献。 在1-5μm近红外波段具有高发射率的红外陶瓷材料(ε≥0.9)是实现辐射节能的关键。目前,适用于高温氧化气氛的红外陶瓷材料以钙钛矿、尖晶石等结构的氧化物体系为主,通过合适的金属阳离子掺杂可以提高氧化物陶瓷的红外辐射性能。因此,本文以阳离子掺杂型铝酸盐陶瓷(LaAlO3、YAG)作为研究对象,制各得到了两类在红外波段具有优异辐射性能的新型氧化物陶瓷材料;系统研究离子掺杂对产物的物相组成、微观结构、禁带宽度以及红外发射率的影响规律;探讨了Ca2+/Cr3+离子掺杂铝酸盐的红外辐射机理。具体工作内容包括: 1.以火焰喷淬工艺制备Ca2+/Cr3+离子掺杂LaAlO3球形粉体的研究。建立了火焰喷淬制备Ca2+/Cr3+掺杂LaAlO3球形粉体的工艺流程,研究得出了掺杂离子浓度和热处理温度等工艺参数对产物粉末的物相组成、微观形貌以及红外辐射性能的影响规律。通过紫外-可见吸光度图谱的分析计算,探讨了Ca2+、Cr3+离子掺杂浓度与LaAlO3禁带宽度变化的对应关系,进而提出了Ca2+/Cr3+掺杂LaAlO3陶瓷的红外辐射机制。研究发现,掺杂LaA1O3陶瓷在0.75-2.5μm及3-5μm近红外波段的发射率分别为0.93、0.92。 2.以高温固相反应烧结工艺制备Ca2+/Cr3+离子掺杂YAG陶瓷的研究。采用高温固相反应合成工艺制备了Ca2+/Cr3+-YAG高发射率红外陶瓷材料,研究了Ca2+/Cr3+掺杂对YAG材料的物相组成、晶格常数、微观形貌以及红外辐射性能的影响,优化了Ca2+/Cr3+离子的掺杂比例。通过对掺杂YAG材料的禁带宽度进行计算,探讨了Ca2+/Cr3+离子掺杂YAG的红外辐射机制。研究发现,掺杂YAG陶瓷在0.75-2.5μm及3-5μm近红外波段的发射率分别为0.96、0.89。 综上所述,本论文研究结果表明,Ca2+/Cr3+-LaAlO3和Ca2+/Cr3+-YAG两类氧化物陶瓷可分别通过火焰喷淬工艺和高温固相反应合成工艺制备得到,这为以后研发高发射率红外陶瓷涂层提供了两种材料体系及制备技术的储备。