CN106439392A - 一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料 - Google Patents

一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料，由高温合金薄膜与纤维反射隔热芯材经真空封装而成的板材，纤维反射隔热芯材由超细陶瓷纤维纸层和玻璃纤维纸层构成，纤维纸层内部间隔分布超薄镍箔和铝箔反射层，实现热量最大程度的反射，高温合金薄膜与陶瓷纤维纸层交界处温度不超过1200℃，陶瓷纤维纸层与玻璃纤维纸层交界处温度不超过500℃。轻质隔热材料抗氧化性能好，能在高温环境下长时间服役，同时在高低温交变环境作用下，能长时间保持内部真空度，在900℃时的导热系数低至0.06W/(m·K)，面密度低至1.6Kg/m2，与传统保温材料相比，在减少保温层厚度降低整体重量的同时提高了隔热性能，能广泛应用于发动机外壳、热力管道等高温领域。

Description

一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料
技术领域
本发明专利涉及一种轻质隔热材料，特别是涉及一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料，可以在1100℃高温环境下长期使用。
技术背景
近年来，节能环保成为人们最关心的问题，传统的有机保温材料易燃易腐蚀的缺陷限制了其在建筑领域的广泛应用，而无机保温材料又存在保温性能差，密度大等缺点，有很大的局限性。因此人们越来越重视隔热保温材料的制作与使用，特别是对一些新兴、环保夹层材料的保温性能、隔音性能的研究越来越深入。
真空绝热板是新型保温材料的一种，其基于真空绝热原理，通过最大限度的提高板内真空度并填充多孔低热导率材料而实现高效绝热，从其结构来讲，是由隔热性能良好的填充芯材和阻隔薄膜复合而成，复合时，先将阻隔薄膜作为保护表层包覆多孔的填充芯材，再通过减压抽真空使得保护表层和填充芯材紧密贴合，最后对保护表层薄膜进行热封封口。在复合时，减压抽真空处理使得真空绝热板能够有效避免空气对流引起的热传递，其导热系数大幅降低，所以在相同的保温要求的基础上，真空绝热板较之普通的绝热板可有效减小绝热板的厚度，使得真空绝热板具有体积小、重量轻的优点，目前，真空绝热板因其具有单位面积质量轻、施工简便、无毒、无污染、绿色环保、使用寿命长、不易燃烧等优点而被广泛应用于航空飞行器、航母、舰船、潜艇、风洞、冷库、集装箱、冰箱、高铁、汽车、建筑等多个节能领域。但是现有的真空绝热板对使用环境具有极高的要求，不同膜材的使用温度不同，不锈钢膜材的真空绝热板能够在高温环境下实现应用，而铝塑膜真空绝热板在低温下的使用效果更佳。传统高温环境的保温材料一般采用不锈钢包裹石棉棉毡组成，导热系数大，厚度大，保温元件重量大，不利于减重，限制了它的应用领域，因此研制一种隔1100℃高温的轻质隔热材料具有重要价值。
申请号为201510854691.6的中国发明专利公开了一种发动机隔热罩，包括排气歧管上罩、排气歧管下罩、三元催化器上罩和三元催化器下罩，所述排气歧管上罩内外侧均采用金属板制成，所述金属板之间设置有陶瓷纤维纸板；所述排气歧管上罩与所述排气歧管上罩之间通过连接件可拆卸式活动连接。该专利优点是提高了隔热效果的同时避免了隔热罩与发动机共振，另外表面采用金属板制成，提高了隔热罩的刚度。其缺点是采用单一的金属板与陶瓷纤维纸板进行隔热，并未进行真空处理，隔热效果并不理想，同时陶瓷纤维易吸水变质，导热系数急剧升高，不利于长时间服役。
申请号为201310069325.0的中国发明专利公开了一种汽车发动机热端用隔热罩，所述隔热罩包括半圆弧形结构的隔热罩本体，隔热罩本体由内层隔热板及外层隔热板构成，内层隔热板与外层隔热板点焊连接。该发明的优点是汽车发动机热端用隔热罩通过采用双层隔热板结构，有效提高了隔热效果和降噪效果，结构简单，易于实现，适宜推广使用。其缺点是在高温环境下，隔热板的导热系数较高，同时也存在吸水变质的问题，材料的服役寿命不长。
申请号为201120034789.4的中国实用新型专利公开了一种发动机排气隔热罩，具体是一种防止发动机排气歧管高温烫伤人员的发动机排气隔热罩，发动机排气隔热罩主要由不锈钢外壳与隔热层组成，不锈钢外壳为整体结构，隔热层包括内衬及隔热材料，内衬为金属丝网，隔热材料填充于内衬与不锈钢外壳中间，在不锈钢外壳左侧面的下端开有1个侧边孔，在不锈钢外壳顶面的右前端开有1个顶面孔，发动机排气隔热罩通过侧边孔、顶面孔与发动机总成进行紧固安装。本实用新型的优点是结构简单、安装方便、安全有效，其缺点是隔热层并不是被不锈钢完全包覆，部分隔热材料置于高低温交变环境下，易吸水变质，导热系数升高，材料的抗老化性能系降低。
如上述三个专利，为了实现保温材料在高温领域的应用，多采取多层不锈钢和隔热层材料的复合结构，但是均存在一定的结构缺陷，不能长时间稳定服役，因此，开发新型的隔1100℃高温的轻质隔热材料成为现在的研究中的研究重点之一。
发明内容
本发明专利的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种隔热效果更好、整体厚度更薄的耐高温抗氧化的轻质隔热材料。
为实现本发明专利的目的所采用的技术方案是：一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料，由高温合金薄膜与纤维反射隔热芯材经真空封装而成的板材，所述板材内部气压0.1Pa～10Pa，双层高温合金薄膜边缘是经过焊接形成的焊缝，纤维反射隔热芯材由陶瓷纤维纸层和玻璃纤维纸层构成的；所述的陶瓷纤维纸层厚度为1mm～5mm，由0.05mm～0.1mm厚的陶瓷纤维纸与6μm～15μm厚的镍箔叠层构成，两层镍箔间的厚度为0.1mm～0.6mm，陶瓷纤维直径为1mm～4mm；所述的玻璃纤维纸厚度为2mm～4mm，由0.05mm～0.1mm厚的玻璃纤维纸与6μm～15μm厚的铝箔叠层构成，两层铝箔间的厚度为0.3mm～0.9mm，玻璃纤维直径为1mm～4mm；高温合金薄膜与陶瓷纤维纸层交界处温度为800℃～1200℃，陶瓷纤维纸层与玻璃纤维纸层交界处温度为200℃～500℃。
进一步地，所述的高温合金为GH3030，其中铬含量为23％～27％，熔化温度范围为1400℃～1450℃，900℃时氧化速率为0.0435g/(m2·h)～0.0525g/(m2·h)，薄膜厚度为0.02mm～0.4mm。
进一步地，所述的焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm～0.1mm，焊缝宽度为0.05mm～0.3mm，焊接速度0.5mm/min～1mm/min，焊缝深度0.5mm～2mm。
进一步地，所述的板材为长方形，长度方向10cm～50cm，宽度方向10cm～40cm，常温环境下板材中心距边界＞25cm时，导热系数＜0.008W/(m·K)。
进一步地，所述的轻质隔热材料面密度为1.6-2Kg/m2，20℃～200℃时导热系数为0.005-0.012W/(m·K)，600～900℃时导热系数为0.03-0.06W/(m·K)。
本发明的有益效果是：①轻质隔热材料的耐温性能好，相比于传统的保温材料可以在更高的高温环境下服役，且表面具有抗氧化性能，能够长时间使用；②轻质隔热材料内部气压仅为0.1Pa～10Pa，在高低温交变环境作用下，其内部的真空度不会随着时间的推移而产生较大的变化，保证了材料在高温环境下的低导热系数和稳定性，同时使得其能在复杂环境下长时间服役；③轻质隔热材料在800℃时的导热系数低至0.04W/(m·K)，面密度低至1.6Kg/m2，远远小于其他保温材料，在减少保温层厚度降低整体重量的同时提高了隔热性能。
附图说明
图1是一种轻质隔热材料结构示意图。
图中10为高温合金GH3030，20为陶瓷纤维纸层，30为镍箔，40为玻璃纤维纸层，50为铝箔。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
参照图1，是一种轻质隔热材料结构示意图，10为高温合金GH3030，20为超细陶瓷纤维纸层，30为镍箔，40为超细玻璃纤维纸层，50为铝箔，由高温合金薄膜与纤维反射隔热芯材经真空封装而成的板材，所述板材内部气压0.1Pa，双层高温合金薄膜边缘是经过焊接形成的焊缝，纤维反射隔热芯材由陶瓷纤维纸层和玻璃纤维纸层构成的；所述的陶瓷纤维纸层厚度为1mm，由0.05mm厚的陶瓷纤维纸与6μm厚的镍箔叠层构成，两层镍箔间的厚度为0.1mm，陶瓷纤维直径为4mm；所述的玻璃纤维纸厚度为2mm，由0.05mm厚的玻璃纤维纸与6μ.m厚的铝箔叠层构成，两层铝箔间的厚度为0.3mm，玻璃纤维直径为4mm；高温合金薄膜与陶瓷纤维纸层交界处温度为1200℃，陶瓷纤维纸层与玻璃纤维纸层交界处温度为500℃。
进一步地，所述的高温合金为GH3030，其中铬含量为23％，熔化温度范围为1400℃，900℃时氧化速率为0.0525g/(m2·h)，薄膜厚度为0.4mm。
进一步地，所述的焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.1mm，焊缝宽度为0.3mm，焊接速度1mm/min，焊缝深度0.5mm。
进一步地，所述的板材为长方形，长度方向10cm，宽度方向10cm。
进一步地，所述的轻质隔热材料面密度为1.6Kg/m2。
实施例2
参照图1，是一种轻质隔热材料结构示意图，10为高温合金GH3030，20为超细陶瓷纤维纸层，30为镍箔，40为超细玻璃纤维纸层，50为铝箔，由高温合金薄膜与纤维反射隔热芯材经真空封装而成的板材，所述板材内部气压0.1Pa，双层高温合金薄膜边缘是经过焊接形成的焊缝，纤维反射隔热芯材由陶瓷纤维纸层和玻璃纤维纸层构成的；所述的陶瓷纤维纸层厚度为5mm，由0.05mm厚的陶瓷纤维纸与15μm厚的镍箔叠层构成，两层镍箔间的厚度为0.6mm，陶瓷纤维直径为1mm；所述的玻璃纤维纸厚度为4mm，由0.05mm厚的玻璃纤维纸与15μm厚的铝箔叠层构成，两层铝箔间的厚度为0.3mm，玻璃纤维直径为1mm；高温合金薄膜与陶瓷纤维纸层交界处温度为800℃，陶瓷纤维纸层与玻璃纤维纸层交界处温度为200℃。
进一步地，所述的高温合金为GH3030，其中铬含量为27％，熔化温度范围为1450℃，900℃时氧化速率为0.0535g/(m2·h)，薄膜厚度为0.02mm。
进一步地，所述的焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm，焊缝宽度为0.05mm，焊接速度0.5mm/min，焊缝深度2mm。
进一步地，所述的板材为长方形，长度方向50cm，宽度方向40cm。
进一步地，所述的轻质隔热材料面密度为2Kg/m2。
上述仅为本发明的二个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐高温抗氧化的轻质隔热材料，由高温合金薄膜与纤维反射隔热芯材经真空封装而成的板材，其特征在于所述的板材内部气压0.1Pa～10Pa，双层高温合金薄膜边缘是经过焊接形成的焊缝，纤维反射隔热芯材由陶瓷纤维纸层和玻璃纤维纸层构成的；所述的陶瓷纤维纸层厚度为1mm～5mm，由0.05mm～0.1mm厚的陶瓷纤维纸与6μm～15μm厚的镍箔叠层构成，两层镍箔间的厚度为0.1mm～0.6mm，陶瓷纤维直径为1mm～4mm；所述的玻璃纤维纸厚度为2mm～4mm，由0.05mm～0.1mm厚的玻璃纤维纸与6μm～15μm厚的铝箔叠层构成，两层铝箔间的厚度为0.3mm～0.9mm，玻璃纤维直径为1mm～4mm；高温合金薄膜与陶瓷纤维纸层交界处温度为800℃～1200℃，陶瓷纤维纸层与玻璃纤维纸层交界处温度为200℃～500℃。
2.根据权利要求1所述的轻质隔热材料，其特征在于所述的高温合金为GH3030，其中铬含量为23％～27％，熔化温度范围为1400℃～1450℃，900℃时氧化速率为0.0435g/(m2·h)～0.0525g/(m2·h)，薄膜厚度为0.02mm～0.4mm。
3.根据权利要求1所述的轻质隔热材料，其特征在于所述的焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm～0.1mm，焊缝宽度为0.05mm～0.3mm，焊接速度0.5mm/min～1mm/min，焊缝深度0.5mm～2mm。
4.根据权利要求1所述的轻质隔热材料，其特征在于所述的板材为长方形，长度方向10cm～50cm，宽度方向10cm～40cm，常温环境下板材中心距边界＞25cm时，导热系数＜0.008W/(m·K)。
5.根据权利要求1所述的轻质隔热材料，其特征在于所述的轻质隔热材料面密度为1.6-2Kg/m2，20℃～200℃时导热系数为0.005-0.012W/(m·K)，600～900℃时导热系数为0.03-0.06W/(m·K)。
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