CN101302091A - 一种纳米孔硅质复合隔热材料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米孔硅质复合隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的纳米孔硅质复合隔热材料，按重量份计，其由纳米孔硅质粉末30～60份、硅酸铝纤维40～20份、六钛酸钾晶须5～20份和黏结剂5～20份制成。该纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法是：以具有纳米尺寸孔洞特性的纳米孔硅质粉末为基材，以硅酸铝纤维增强骨架，以具有低热导率且具有负温度系数和高红外反射特性的六钛酸钾晶须为添加剂，加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成型、干燥和热处理工序制成。本发明提供的纳米孔硅质复合隔热材料，具有耐高温、低热导率、无有机物挥发等特点，可以在1000℃以下使用，能满足对高温隔热性能要求较高的场合，并且制备方法简单，利于工业化生产。

Description

一种纳米孔硅质复合隔热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是涉及低热导率的硅质复合高温隔热材料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的高速发展，全球能源消耗急剧上升，能源紧缺已成为世界范围的问题。隔热材料作为能源节约最有效的措施之一，已得到充分关注和广泛研究。在工业中采用良好的隔热材料有利于减少产品能耗，降低生产成本，增长设备使用寿命等，具有可观的社会经济效益。在军工及航空航天领域，其器件使用环境苛刻，要求其热防护系统不仅具有高效的隔热性能，还必须具备耐更高温、高可靠性及轻质高效等特征。因此，开展耐高温、高效隔热的复合隔热材料的研究，无论对于民用还是军用装备都具有重要的现实意义。
目前，在高温(600℃以上)隔热领域主要采用耐火纤维制品，包括氧化锆纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维等。根据使用环境一般制备成纤维棉、纤维毡、纤维毯等。这类材料的特点是具有稳定的隔热性能和耐化学侵蚀性。然而，这类制品的热导率相对较高(600℃时在0.1W/m·k以上)，不能满足对高温隔热性能要求较高的场合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种低热导率的纳米孔硅质复合隔热材料，以适于在高温隔热性能要求较高的场合下使用。同时提供该材料的容易制备的方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的纳米孔硅质复合隔热材料，按重量份计，由以下原料制成：纳米孔硅质粉末30～60份，硅酸铝纤维40～20份，六钛酸钾晶须5～20份，黏结剂5～20份。
本发明提供的制备上述纳米孔硅质复合隔热材料的方法，具体是：以具有纳米尺寸孔洞特性的纳米孔硅质粉末为基材，以硅酸铝纤维增强骨架，以具有低热导率且具有负温度系数和高红外反射特性的六钛酸钾晶须为添加剂，加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成型、干燥、热处理工序，制成纳米孔硅质复合隔热材料。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：
其一.性能优异：纳米孔硅质复合隔热材料具有耐高温、低热导率、无有机物挥发等特点，常温热导率仅为0.0180W/m·k，200℃-550℃之间的导热系数在0.0194-0.0508W/m·k之间。纳米孔硅质复合的高温低热导率特性是通过添加六钛酸钾晶须和纳米孔硅质材料而实现的，其中纳米孔硅质材料具有特殊的纳米尺寸孔洞的特性，六钛酸钾具有低热导率而且具有负温度系数和高红外反射的特性。
其二.纳米孔硅质复合隔热材料可以在1000℃以下使用，能满足对高温隔热性能要求较高的场合。
其三.纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法简单，利于工业化生产。
附图说明
图1是隔热块体整体微观形貌的场发射扫描电镜图。
图2是材料中的纳米孔隙的场发射扫描电镜图(1)。
图3是材料中的纳米孔隙的场发射扫描电镜图(2)。
具体实施方式
本发明提供的纳米孔硅质复合隔热材料，按重量份计，由以下原料制成：纳米孔硅质粉末30～60份，硅酸铝纤维40～20份，六钛酸钾晶须5～20份，黏结剂5～20份。
本发明提供的制备上述纳米孔硅质复合隔热材料的方法，具体是：以具有纳米尺寸孔洞特性的纳米孔硅质粉末为基材，以硅酸铝纤维增强骨架，以具有低热导率且具有负温度系数和高红外反射特性的六钛酸钾晶须为添加剂，加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成型、干燥、热处理工序，使纳米孔硅质粉末和六钛酸钾晶须与硅酸铝纤维和黏结剂复合形成高温低热导率的纳米孔硅质复合隔热材料。隔热材料的微观形貌可由图1、图2、图3反映。其中图1为隔热块体整体微观形貌，图2、图3为材料的局部放大，很清楚的反映了材料所具备的纳米级空洞特征。
上述纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，可采用以下步骤的方法：
(1)将硅酸铝纤维捣碎切短，加入水，搅拌，利用离心力除去纤维中的渣球；
(2)加入六钛酸钾晶须、黏结剂、纳米孔硅质粉末，搅拌成浆料，并充分疏解；
(3)将搅拌充分的浆料干燥到泥浆状，入模具成型，烘干。
(4)在550～650℃下空气气氛中热处理1小时，即制得纳米孔硅质复合隔热材料。
上述成型根据需要可选择板型、块型，从而制得纳米孔硅质复合隔热材料板或纳米孔硅质复合隔热材料块体。
所述的硅酸铝纤维为直径1～6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O345～55％，SiO244～54％，其余为杂质。
所述的六钛酸钾晶须为针状晶体，长径比20～40，导热系数在25℃时0.054W/M·K，在800℃时为0.017W/M·K。
所述的黏结剂为硅溶胶、铝溶胶中的一种，或多种混合物。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1：
1.纳米孔硅质复合隔热材料的组分如下，均为重量份：
纳米孔硅质粉末60份，硅酸铝纤维20份，六钛酸钾晶须20份，铝溶胶20份。
所述纳米孔硅质粉末为具备纳米级尺寸孔洞的多孔材料(见图2)，外观为白色粉末。
所述硅酸铝纤维状态为直径1-6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O345％，SiO254％，其余为杂质；
所述六钛酸钾晶须外观为针状晶体，长径比20～40。
2.制各方法：
将20份经过除渣处理的硅酸铝纤维棉加入到400份水中，随后，依次加入六钛酸钾晶须20份，纳米孔硅质粉末60份，铝溶胶20份搅拌均匀，充分疏解。然后将浆料干燥到呈泥浆状。倒入一定形状的模具内成型，于95℃真空干燥，后在550℃下空气气氛中热处理1小时即制得纳米硅质复合隔热材料。
该隔热材料550℃的热导率为0.0498W/M·K。
实施例2：
1.纳米孔硅质复合隔热材料的组分如下，均为重量份：
纳米孔硅质粉末30份，硅酸铝纤维40份，六钛酸钾晶须5份，铝溶胶5份。
所述纳米硅质粉末为具备纳米级尺寸孔洞的多孔材料(见图2)，外观为白色粉末。
所述硅酸铝纤维状态为直径1-6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O345％，SiO254％，其余为杂质；
所述六钛酸钾晶须外观为针状晶体，长径比20～40。
2.制备方法：
将40份经过除渣处理的硅酸铝纤维棉加入到400份水中，随后，依次加入六钛酸钾晶须5份，纳米孔硅质粉末30份，铝溶胶5份搅拌均匀，充分疏解。然后将浆料干燥到呈泥浆状。倒入一定形状的模具内成型，于95℃真空干燥，后在650℃下空气气氛中热处理1小时即制得纳米硅质复合隔热材料。
该隔热材料550℃的热导率为0.0503W/M·K。
实施例3：
1.纳米孔硅质复合隔热材料的组分如下，均为重量份：
纳米孔硅质粉末50份，硅酸铝纤维30份，六钛酸钾晶须10份，硅溶胶10份。
所述纳米孔硅质粉末为具备纳米级尺寸孔洞的多孔材料(见图2)，外观为白色粉末。
所述硅酸铝纤维状态为直径1-6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O345％，SiO254％，其余为杂质；
所述六钛酸钾晶须外观为针状晶体，长径比20～40。
2.制备方法：
将30份经过除渣处理的硅酸铝纤维棉加入到400份水中，随后，依次加入六钛酸钾晶须10份，纳米孔硅质粉末50份，硅溶胶10份搅拌均匀，充分疏解。然后将浆料干燥到呈泥浆状。倒入一定形状的模具内成型，于95℃真空干燥，后在600℃下空气气氛中热处理1小时即制得纳米硅质复合隔热材料。
该隔热材料550℃的热导率为0.0506W/M·K。
实施例4：
1.纳米孔硅质复合隔热材料的组分如下，均为重量份：
纳米孔硅质粉末60份，硅酸铝纤维40份，六钛酸钾晶须10份，硅溶胶5份，铝溶胶5份。
所述纳米孔硅质粉末为具备纳米级尺寸孔洞的多孔材料(见图2)，外观为白色粉末。
所述硅酸铝纤维状态为直径1-6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O345％，SiO254％，其余为杂质；
所述六钛酸钾晶须外观为针状晶体，长径比20～40。
2.制备方法：
将40份经过除渣处理的硅酸铝纤维棉加入到400份水中，随后，依次加入六钛酸钾晶须10份，纳米孔硅质粉末60份，硅溶胶5份，铝溶胶5份搅拌均匀，充分疏解。然后将浆料干燥到呈泥浆状。倒入一定形状的模具内成型，于95℃真空干燥，后在580℃下空气气氛中热处理1小时即制得纳米硅质复合隔热材料。
该隔热材料550℃的热导率为0.0508W/M·K。

Claims (9)

1.一种纳米孔硅质复合隔热材料，其特征是按重量份计，由以下原料制成：
纳米孔硅质粉末30～60份，硅酸铝纤维40～20份，六钛酸钾晶须5～20份，黏结剂5～20份。
2.根据权利要求1所述的纳米孔硅质复合隔热材料，其特征是所述硅酸铝纤维为直径1～6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O3 45～55％，SiO2 44～54％，其余为杂质。
3.根据权利要求1所述的纳米孔硅质复合隔热材料，其特征是所述六钛酸钾晶须为针状晶体，长径比20～40，导热系数在25℃时0.054W/M·K，在800℃时为0.017W/M·K。
4.根据权利要求1所述的纳米孔硅质复合隔热材料，其特征是黏结剂为硅溶胶、铝溶胶中的一种，或多种混合物。
5.一种纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，其特征是以具有纳米尺寸孔洞特性的纳米孔硅质粉末为基材，以硅酸铝纤维增强骨架，以具有低热导率且具有负温度系数和高红外反射特性的六钛酸钾晶须为添加剂，加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成型、干燥、热处理工序，制成纳米孔硅质复合隔热材料，
按重量份计，各组分含量为：纳米孔硅质粉末30～60份，硅酸铝纤维40～20份，六钛酸钾晶须5～20份，黏结剂5～20份。
6.根据权利要求5所述的纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，其特征是采用以下步骤的方法：
(1)将硅酸铝纤维捣碎切短，加入水，搅拌，利用离心力除去纤维中的渣球；
(2)加入六钛酸钾晶须、黏结剂、纳米孔硅质粉末，搅拌成浆料，并充分疏解；
(3)将搅拌充分的浆料干燥到泥浆状，入模具成型，烘干。
(4)在550～650℃的空气气氛中热处理，即制得纳米孔硅质复合隔热材料。
7.根据权利要求5或6所述的纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，其特征是所述硅酸铝纤维为直径1～6um的纤维棉，成分重量百分比为：Al2O3 45～55％，SiO2 44～54％，其余为杂质。
8.根据权利要求5或6所述的纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，其特征是所述六钛酸钾晶须为针状晶体，长径比20～40，导热系数在25℃时0.054W/M·K，在800℃时为0.017W/M·K。
9.根据权利要求5或6所述的纳米孔硅质复合隔热材料的制备方法，其特征是黏结剂为硅溶胶、铝溶胶中的一种，或多种混合物。
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