雙色磷光測溫塗料的製作方法

2023-10-05 09:15:44 2

專利名稱：雙色磷光測溫塗料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於非接觸測試溫度的新型雙色磷光測溫塗料與其製備方法適， 屬於發光塗料技術領域，應用於磷光測溫領域。
背景技術：
在航空航天領域，隨著高速飛行器的發展，氣動熱力學正在面臨一系列急待解決 的氣動傳熱問題。諸如，激波與附面層相互幹擾引起的分離和漩渦流動；湍流結構；超聲速 /高超聲速繞突起物的流動特性；大迎角三維分離流動等等。在工程熱物理傳熱學領域，強 化傳熱、射流冷卻技術、複雜結構中的傳熱現象等的研究也同樣遇到了一些複雜傳熱問題。 對這些複雜現象的研究，需要對熱交換過程有全面的了解，掌握大量細緻的傳熱信息數據。 傳統的測熱手段，如熱電偶、柱塞熱流計、薄膜熱流計、零點量熱計、水卡等，只能獲取某一 點的信息。同時，由於測量方法的限制，這些測量手段都很難對模型結構較複雜的區域進行 測量，比如，翼身結合部位、突起物根部附近等。因此傳統的點測量手段越來越不能適應新 的傳熱研究的要求。因此，迫切需要發展一種全場測量技術，來解決這些學科研究中面臨的 複雜傳熱問題。隨著當代高科技的飛速發展，尤其是計算機技術、近代光學技術、數字信息和圖像 處理技術的迅猛發展，為全場測量技術提供了契機。近些年來，尤其在溫度測量領域中，各 種面測量技術都相繼出現，如紅外熱像儀、溫度敏感塗層(TSP)、磷光熱圖等。TSP測量過 程中相角影響較大，紅外測量依賴於表面發射率、物體的譜特性和環境溫度。磷光體測溫則 不存在這些問題，還具有特有的一些優點1、屬於非接觸式測量方法。這是所有面測量技術所共有的特點。磷光體噴塗於模 型表面大概形成15-25 μ m的膜層，不會改變模型的幾何外形，也不會對流場產生幹擾影 響；2、模型製造實驗和數據處理的周期都較短且相對廉價，可以迅速製成複雜外形模 型；3、使用單一的一張圖片記載模型表面熱圖，實驗和數據處理的周期都要短且相對 廉價；4、可與多個熱像系統集成，便攜、可移動、移動後不需要繁瑣的調整和標定。磷光測溫技術最早是在1940年代的後期由Eastman Kodak研究的，最近幾年在 國外得到飛速發展。該技術是建立在發光材料的發光與溫度變化成線性關係的基礎上的。 英國諾丁漢-特倫特大學1998年曾研製了可用到1200°C的磷光測溫劑。美國田納西州的 ORNL實驗室(橡山國家實驗室)發展了動態高溫磷光熱圖技術，毫秒級響應時間。NASA Glenn中心2003年報導說，用高溫磷光塗層可測表面溫度達1500°C 1700°C，已作過火箭 噴管測溫試驗。而第一次把磷光熱像技術用於脈衝風洞中的表面溫度和熱傳導測量則是 McDonnell公司。這是在一個運行時間為50毫秒量級的熱射風洞中進行的。Cornell航空實驗室(CAL)把這項技術應用於運行時間僅為5毫秒的激波風洞，並取得了較為理想的結 果。高超聲速轉捩在理論上近些年來雖然取得了一些進展，然而在實際飛行器設計中依然 依賴於半經驗方法。但是CFD和磷光測熱技術所進行的全表面熱流測量的發展及其綜合應 用使得在精度有了很大的改善，而且大大縮減了分析所需時間。整體來說，用於磷光測溫的技術分為單色和雙色兩種，單色發光測溫基於分析發 光塗層的某種波長的發光隨溫度變化的關係，而雙色發光測溫技術基於分析發光塗層的兩 種不同波長的發光隨溫度變化的關係。與單色發光測溫技術相比，雙色發光測溫的測溫精 確度更高。目前使用的發光測溫技術測溫溫度相應區域較高，在100攝氏度之上才較靈敏。 但是在實際使用中往往根據不同的條件需要在不同溫度區間敏感的發光塗層，如室溫時對 溫度敏感的塗層。本發明提供了一種發射發藍光和紅光的、從20°C至180°C區間內對溫度敏感的塗 料，該塗料由發光材料Sr2_xCe04:XEU3+(X = 0. 0001-0. 1)和與能透過波長小於400納米的紫 外光的基質塗料共同組成。本發明的塗料在20°C至180°C區間內藍光和紅光的發光強度的 變化與溫度呈線型關係，能精確的反應20至180°C範圍內溫度的變化。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種發射發藍光和紅光的、 從20°C至180°C區間內對溫度敏感的雙色磷光測溫塗料。本發明的技術解決方案是雙色磷光測溫塗料，包括基質塗料和發光材料，發光材 料化學式為Sr2^xCeO4xEu3+, χ = 0. 0001-0. 1，發光材料的質量百分比為3 70%，基質塗 料的質量百分比為30 97%。所述的基質塗料為能透過波長小於400納米的紫外光的有機矽體系、聚丙烯酸體 系、環氧樹脂體系、聚脂體系、氨基樹脂體系、醇酸樹脂體系或酚醛樹脂體系。所述的發光材料的原子比χ為0. 0001 0. 001。所述的發光材料的原子比χ為0. 001 0. 01。所述的發光材料的原子比χ為0. 01 0. 1。所述的發光材料的原子比χ為0. 0004 0. 004。所述的發光材料的原子比χ為0. 0008 0. 007。所述的發光材料的原子比χ為0. 004 0. 04。所述的發光材料的原子比χ為0. 007 0. 07。雙色磷光測溫塗料的製備方法，通過以下步驟實現第一步，將碳酸鍶、氧化鈰和氧化銪按原子比0. 0001-0. 1的比例稱量，混合均勻 後，在不低於1000°c溫度下反應至少10小時，製得Sr2_xCe04:XEu3+塊狀發光材料；第二步，將發光材料SivxCeO4xEu3+的塊料通過顎式破碎機粗碎後，再通過球磨 機研磨成細粉，過250目篩；第三步，過篩的Sr2_xCe04:xEu3+粉料經過水洗和無水乙醇洗後，在不低於200攝氏 度下烘乾；第四步，將烘乾的Sr2_xCe04:XEu3+粉料按發光材料質量百分比為3 70%，加入的 質量百分比為30 97%的基質塗料中，用高速攪拌器攪拌至少30分鐘，製成均勻雙色磷光測溫塗料。本發明與現有技術相比有益效果為(1)本發明採用發光材料Sr2_xCe04:XEu3+(X = 0. 0001-0. 1)，此發光材料在20°C至 180°C區間內對溫度敏感，20到180攝氏度範圍內，隨溫度變化發光材料發射發藍光和紅光 的比值與溫度呈線型關係，能精確的反映溫度；(2)本發明採用能透過波長小於400納米的紫外光的基質塗料，雙色磷光測溫塗 料溫度測試的光條件低；(3)本發明雙色磷光測溫塗料製備方法簡單；(4)本發明能精確測量20到180攝氏度範圍內物體的溫度，具有較好的經濟效益。


圖1為本發明實施例5在用發射波長是365納米的紫外燈激發時不同溫度下的發 光光譜圖；圖2為本發明實施例5不同溫度下藍光(410nm-570nm)與紅光(600nm_680nm)光 譜積分強度的比值關係圖；圖3為本發明實施例14在用發射波長是365納米的紫外燈激發時不同溫度下的 發光光譜圖；圖4為本發明實施例14不同溫度下藍光(410nm-570nm)與紅光(600nm_680nm) 光譜積分強度的比值關係圖；圖5為本發明實施例23在用發射波長是365納米的紫外燈激發時不同溫度下的 發光光譜圖；圖6為本發明實施例23不同溫度下藍光(410nm-570nm)與紅光(600nm_680nm)
光譜積分強度的比值關係圖。
具體實施例方式本發明基質塗料和發光材料組成，發光材料化學式為SivxCeO4 xEu3+ (χ = 0. 0001-0. 1)，發光材料的質量百分比為3 70%，當磷光材料含量過低時塗層發光不強； 磷光材料含量過高時影響塗層的噴塗質量，同時也造成材料的浪費。基質塗料為能透過波 長小於400納米的紫外光的有機矽體系、聚丙烯酸體系、環氧樹脂體系、聚脂體系、氨基樹 脂體系、醇酸樹脂體系或酚醛樹脂體系，基質塗料的質量百分比為30 97%。具體實施例如下表所示 僅以實施例5為例簡要說明一下本發明的製備過程，其餘實施例的製備過程原理 相同。1、將碳酸鍶、氧化鈰和氧化銪按原子比0.0004的比例稱量，混合均勻後，在 1000°c溫度下反應10小時，製得SiY 9996CeO4 = O. 0004Eu3+塊狀發光材料。2、將發光材料SiY 9996CeO4 = O. 0004Eu3+的塊料通過顎式破碎機粗碎後，再通過球磨 機研磨成細粉，過250目篩。3、過篩的SiY 9996CeO4 = O. 0004Eu3+粉料經過水洗和無水乙醇洗後，在200攝氏度下烘乾。4、將烘乾的SiY 9996CeO4 = O. 0004Eu3+粉料按發光材料質量百分比為40%，加入的質 量百分比為60%的基質塗料中，用高速攪拌器攪拌至少30分鐘，製成均勻雙色磷光測溫塗 料。5、用噴槍將值得的塗料噴塗於製品表面上，自然乾燥後形成發光測溫塗層。在365 納米紫外燈激發下，測得實施例5塗層的20 180°C不同溫度下的發光光譜圖如圖1所示， 圖1顯示塗層的主發射波長分別位於藍色發光的480納米和紅色發光的613納米；塗層的 藍色和紅色發光的強度都隨著溫度的增加而下降。不同溫度下藍光(410nm-570nm)與紅光 (600nm-680nm)光譜積分強度的比值關係圖如圖2所示，圖2說明了實施例5的藍光和紅光 的比值在20到180攝氏度範圍內與溫度成線型關係，利用該圖來測試溫度，圖2是實施例 5的工作曲線。與實施例5在同一數量級的實施例1 9的不同溫度下的發光光譜圖和藍光 (410nm-570nm)與紅光(600歷-680歷)光譜積分強度的比值關係圖與圖1、2類似。圖3、4是實施例14的不同溫度下的發光光譜圖和藍光(410nm-570nm)與紅光 (600nm-680nm)光譜積分強度的比值關係圖，圖3、4所表示的內容與圖1、2相似。與實施例 14在同一數量級的實施例10 18的不同溫度下的發光光譜圖和藍光(410nm-570nm)與紅 光(600nm-680nm)光譜積分強度的比值關係圖與圖3、4類似。圖5、6是實施例23的不同溫度下的發光光譜圖和藍光(410nm-570nm)與紅光 (600nm-680nm)光譜積分強度的比值關係圖，圖5、6所表示的內容與圖1、2相似。與實施例 23在同一數量級的實施例19 30的不同溫度下的發光光譜圖和藍光(410nm-570nm)與紅 光(600nm-680nm)光譜積分強度的比值關係圖與圖5、6類似。本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
雙色磷光測溫塗料，其特徵在於包括基質塗料和發光材料，發光材料化學式為Sr2 xCeO4:xEu3+，x＝0.0001 0.1，發光材料的質量百分比為3～70％，基質塗料的質量百分比為30～97％。
2.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的基質塗料為能透過 波長小於400納米的紫外光的有機矽體系、聚丙烯酸體系、環氧樹脂體系、聚脂體系、氨基 樹脂體系、醇酸樹脂體系或酚醛樹脂體系。
3.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 0001 0. 001。
4.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 001 0. 01。
5.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 01 0. 1。
6.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 0004 0. 004。
7.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 0008 0. 007。
8.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 004 0. 04。
9.根據權利要求1所述的雙色磷光測溫塗料，其特徵在於所述的發光材料的原子比χ 為 0. 007 0. 07。
10.雙色磷光測溫塗料的製備方法，其特徵在於通過以下步驟實現第一步，將碳酸鍶、氧化鈰和氧化銪按原子比0. 0001 0. 1的比例稱量，混合均勻後， 在不低於1000°c溫度下反應至少10小時，製得Sr2_xCe04:XEu3+塊狀發光材料；第二步，將發光材料SivxCeO4xEu3+的塊料通過顎式破碎機粗碎後，再通過球磨機研磨 成細粉，過250目篩；第三步，過篩的Sr2_xCe04:XEu3+粉料經過水洗和無水乙醇洗後，在不低於200攝氏度下 烘乾；第四步，將烘乾的Sr2_xCe04:XEu3+粉料按發光材料質量百分比為3 70%，加入的質量 百分比為30 97%的基質塗料中，用高速攪拌器攪拌至少30分鐘，製成均勻雙色磷光測溫 塗料。
全文摘要
雙色磷光測溫塗料，包括基質塗料和發光材料，發光材料化學式為Sr2-xCeO4:xEu3+(x＝0.0001-0.1)，發光材料的質量百分比為3～70％，基質塗料的質量百分比為30～97％。雙色磷光測溫塗料的製備方法，包括發光材料Sr2-xCeO4:xEu3+(x＝0.0001-0.1)的製備、粉碎、水洗和無水乙醇洗後烘乾及將發光材料Sr2-xCeO4:xEu3+(x＝0.0001-0.1)與基質塗料混合製成雙色磷光測溫塗料。本發明採用發光材料Sr2-xCeO4:xEu3+(x＝0.0001-0.1)，此發光材料在20℃至180℃區間內對溫度敏感，20到180攝氏度範圍內，隨溫度變化發光材料發射發藍光和紅光的比值與溫度呈線型關係，能精確的反映溫度；本發明採用能透過波長小於400納米的紫外光的基質塗料，雙色磷光測溫塗料溫度測試的光條件低；本發明雙色磷光測溫塗料製備方法簡單。
文檔編號C09D167/00GK101891978SQ200910241348
公開日2010年11月24日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者伍超華, 劉訓華, 張洪傑, 李成宇, 李睿劬, 畢志獻, 蘇鏘 申請人:中國航天空氣動力技術研究院;中國科學院長春應用化學研究所