CN105236743B - 具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料及其应用，该材料以硅酸锆粉料和玻璃釉粉料为原料，原料与乙醇和分散剂混合后得到的浆料用喷涂或浸渍的方法均匀涂覆在碳化硅、碳化锆、碳化硼、二硼化锆、二硅化钼陶瓷或者硅碳棒和硅钼棒发热体的表面，经高温热处理制得釉层。本发明所制备的釉层可保护被涂覆的陶瓷和发热体，防止陶瓷和发热体在高温下被氧化。釉层的1~22μm全波段红外辐射率大于0.93，具有较高的红外辐射散热作用。同时，釉层具有良好的热稳定性能，可用于近空间飞行器和高温发热体的抗氧化和辐射散热的需要。

Description

具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料及其应用。

背景技术

这种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层主要应用于高温发热体、碳化物、硼化物陶瓷的保护，也可以用于航天飞行器和高温窑炉领域。釉层可在高温下隔绝空气，保护被涂覆的陶瓷、碳/碳复合材料或发热体，防止这些在高温下被氧化。同时，釉层中含有红外辐射性能高的成分，因而具有较高的红外辐射散热作用。这种釉层可用于满足部分航天飞行器和窑炉设备的抗氧化和红外辐射散热的需要。比如应用于碳化硅、碳化锆、碳化硼、二硼化锆、二硅化钼陶瓷或者硅碳棒和硅钼棒发热体的表面，不仅可以提高陶瓷和发热体在高温环境下的抗氧化性能，还可以延长它们的使用寿命；应用于硅碳棒和硅钼棒发热体表面还可以让热能以红外辐射的形式释放出来，提高加热效率，同时使产品受热更加均匀，提高产品质量，提高能源利用率。

至今为止，具有高红外辐射率的抗氧化涂层应用到航天领域和硅碳棒和硅钼棒等发热体上的报道很少。本实验室之前公布了一种用氧化硅、氧化锆为原料的高温红外辐射率抗氧化涂层材料(中国专利CN101891398A)，但是所用原料成本高、需要涂层具有一定的厚度，才能满足抗氧化的需要。目前，美国，日本，韩国等国公布的高温釉料，如NBSA-19等，使用温度最高为1000℃，并且不具备高的红外辐射功能，还含有对人体有害的金属元素铍。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料。

本发明的目的之二在于提供本釉层材料的应用方法。不仅可以解决多种航天飞行器的抗氧化、散热问题，还可以用于保护窑炉设备发热体，提高发热体的抗氧化性能、热效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料，其特征在于该材料的组成及质量百分含量为：

硅酸锆粉料，小于3μm 70~90%；

玻璃釉粉料，小于10μm 10~30%；

外加无水乙醇，粉料总量与无水乙醇的质量比为1:7～1:9；外加浆料总量的0.1~2%的分散剂聚乙二醇；

所述的玻璃釉粉料的组成及质量百分含量为：

SiO₂ 65~75%

Al₂O₃ 0.01~20%

Na₂O 3~10%

BaO 3~5%

CaO 2~5%

K₂O 0.01~3%

B₂O₃ 0.01~20%。

一种根据上述的具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料应用方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将配料混合后，球磨至浆料的粒度小于3微米，用喷涂或浸渍的方法均匀涂覆在碳化硅陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、二硼化锆陶瓷、二硅化钼陶瓷、硅碳棒或硅钼棒发热体的表面，厚度50~200微米；烘干后，在高纯氩气保护条件下，1200°C ~1600°C高温热处理，时间为1~3h，然后随炉冷却至室温，最终制得具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层。

本发明的这种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层主要应用于高温发热体、碳化物、硼化物陶瓷的保护，可用于航天飞行器和高温窑炉领域。釉层可在高温下隔绝空气，保护被涂覆的陶瓷和发热体，防止陶瓷和发热体在高温下被氧化。釉层具有很高的全波段红外辐射率，因而具有较高的红外辐射散热作用。这种釉层可用于满足多种航天飞行器和窑炉设备的抗氧化和高效热辐射散热需要。比如应用于碳化硅、碳化锆、碳化硼、二硼化锆、二硅化钼陶瓷或者硅碳棒和硅钼棒发热体的表面，不仅可以提高陶瓷和发热体在高温环境下的抗氧化性能，还可以延长它们的使用寿命；应用于硅碳棒和硅钼棒发热体表面可以让热能以高效热辐射的形式释放出来，提高加热效率，同时使产品受热更加均匀，提高产品质量，提高能源利用率。

本发明制得的釉层可保护被涂覆的陶瓷和发热体，防止陶瓷和发热体在高温下被氧化。釉层的1~22μm全波段红外辐射率大于0.93，具有较高的红外辐射散热作用。同时，抗氧化效果明显，具有良好的热稳定性能，可用于近空间飞行器和高温发热体的抗氧化和辐射散热的需要。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层的制备方法，包括如下步骤：

a、具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层的成分以及质量百分比为：

硅酸锆粉料 80%

玻璃釉粉料 20%

外加无水乙醇，粉料:无水乙醇=1:8，配成浆料。

外加浆料总量的分散剂，1%。

其中，分散剂为聚乙二醇，玻璃釉粉料的化学成分以及质量百分数为：

SiO₂ 71.57%

Al₂O₃ 14.20%

Na₂O 4.90%

BaO 3.65%

CaO 3.06%

K₂O 1.34%

B₂O₃ 1.28%

b、按照步骤a配方配料，球磨12h，浆料的粒度约1微米，用浸渍的方法均匀涂覆在碳化硅基材的表面，厚度约50微米。烘干后，在高纯氩气保护条件下，1300°C高温热处理，时间为2h，然后随炉冷却至室温，最终制得具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层。

本实例制备的具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层，经测试分析，该釉层由硅酸锆和玻璃釉两种物相组成，室温下1~22μm全波段红外辐射率为0.933。碳化硅基材表面形成一层致密釉层，1500°C氧化实验结果表明：有保护釉层的材料未出现氧化现象，而无保护釉层的材料明显被氧化。

涂覆该釉层的碳化硅样品，迅速放入1500°C高温炉中，10分钟后取出，在空气条件下冷却，循环20次未出现明显裂纹和脱落现象，具有良好的热稳定性能。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，硅酸锆粉料和玻璃釉粉料的质量百分比为 70 % 和30 %，制得的样品经1500°C高温热处理。本实例制备的具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层，经测试分析，该釉层由硅酸锆和玻璃釉两种物相组成，室温下1~22μm全波段红外辐射率为0.931。碳化硅样品表面形成一层致密釉层，1500°C氧化实验结果表明：有保护釉层的材料未出现氧化现象，而无保护釉层的材料明显被氧化。

涂覆该釉层的碳化硅样品，迅速放入1500°C高温炉中，10分钟后取出，在空气条件下冷却，循环10次未出现明显裂纹和脱落现象，具有良好的热稳定性能。

Claims (2)

1.一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料，其特征在于该材料的组成及质量百分含量为：

硅酸锆粉料，小于3μm 70~90%；

玻璃釉粉料，小于10μm 10~30%；

外加无水乙醇，粉料总量与无水乙醇的质量比为1:7～1:9；外加浆料总量的0.1~2%的分散剂聚乙二醇；

所述的玻璃釉粉料的组成及质量百分含量为：

SiO₂ 65~75%

Al₂O₃ 0.01~20%

Na₂O 3~10%

BaO 3~5%

CaO 2~5%

K₂O 0.01~3%

B₂O₃ 0.01~20%。

2.根据权利要求1所述的一种具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层材料应用方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将配料混合后，球磨至浆料的粒度小于3微米，用喷涂或浸渍的方法均匀涂覆在碳化硅陶瓷、碳化锆陶瓷、碳化硼陶瓷、二硼化锆陶瓷、二硅化钼陶瓷、硅碳棒或硅钼棒发热体的表面，厚度50~200微米；烘干后，在高纯氩气保护条件下，1200°C ~1600°C高温热处理，时间为1~3h，然后随炉冷却至室温，最终制得具有红外辐射散热作用的高温抗氧化釉层。