CN109534772A - 一种超导热瓷膜复合新材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导热瓷膜复合新材料及其制备方法，属于吸波功能材料技术领域，所述复合材料由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠20‑25份、结晶硅28‑32份、纳米氧化镁4‑8份、碳纤维13‑17份、硼纤维2‑5份、硅酸纤维2‑5份、氧化铝粉8‑12份、去离子水23‑28份。所得材料覆盖在金属表面与外界介质隔离开来，以阻碍外界高温氧及腐蚀物质，有效地保护了金属管壁，且吸波性能显著，产生红外辐射，有很好的节能效果，应用在锅炉领域，节能、环保，使锅炉运行安全，减少锅炉摩擦爆管，减少锅炉炉膛结焦，延长锅炉使用寿命。

Description

一种超导热瓷膜复合新材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸波功能材料技术领域，具体涉及一种超导热瓷膜复合新材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展，锅炉的种类也快速的增加，比如发电厂的燃煤锅炉，流化床锅炉，中石化的裂解炉，中石油的注汽锅炉，真空加热炉等。这些锅炉的磨损和腐蚀对锅炉的水冷壁表面的损害程度也同时显露出来，在运行过程中由于燃料的品种与质量多变，锅炉高温腐蚀和磨损促使管壁显著减薄，出现爆管事故，严重影响锅炉的安全运行，长期使用导致锅炉的热效率也明显降低，特别是当含有较大浓度的烟气直接冲刷管壁，燃料中的黄铁矿粉末随着未燃烧尽的燃料一起粘结在管壁上，受热分解生成单质硫和硫化铁，管壁上附着硫化氢和二氧化硫，对金属管壁产生硫化作用，严重的腐蚀金属管壁。从高温腐蚀的机理和特性看出，防止气流冲刷和防腐防磨，解决高温金属设备的表面防护势在必行。
发明内容
本发明提供一种超导热瓷膜复合新材料及其制备方法，制备工艺简单，所得材料覆盖在金属表面与外界介质隔离开来，以阻碍外界高温氧及腐蚀物质，有效地保护了金属管壁，且吸波性能显著，产生红外辐射，有很好的节能效果。将该复合新材料应用在锅炉领域，节能、环保，使锅炉运行安全，减少锅炉摩擦爆管，减少锅炉炉膛结焦，延长锅炉使用寿命。
本发明采用的技术方案如下：
一种超导热瓷膜复合新材料，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠20-25份、结晶硅28-32份、纳米氧化镁4-8份、碳纤维13-17份、硼纤维2-5份、硅酸纤维2-5份、氧化铝粉8-12份、去离子水23-28份。
优选的，所述超导热瓷膜复合新材料，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠22份、结晶硅30份、纳米氧化镁5份、碳纤维15份、硼纤维3份、硅酸纤维3份、氧化铝粉10份、去离子水25份。
优选的，所述氧化铝粉的粒度为150-180目。
本发明还提供一种超导热瓷膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将速溶硅酸钠中加入去离子水进行稀释，在75℃下搅拌得到透明溶液，稀释到60％浓度后，再加入纳米氧化镁、氧化铝粉，搅拌至得到澄清溶液；
（2）将结晶硅、碳纤维、硼纤维、硅酸纤维加入到上述澄清溶液中，搅拌均匀，即得超导热瓷膜复合新材料。
本发明复合新材料喷涂于金属管壁表面，室温4-5小时阴干，经高温烧结后固化，涂层渗入金属吸热体表层，高温状态下结合更牢固，永元不会自然脱落。主要用于火力发电、船舶、治金、化工、钢铁、橡胶、机械、电子、军工、医药、食品、环保等行业的高温金属设备表面防护，如电子锅高炉、船舶锅炉、热风炉、加热炉、烟道、烘道、排气管、高温热气管，实现高温金属设备的表面防护，并达到节能的效果。
本发明的有益效果表现在：本发明选用黑度较高和具有高辐射系数的红外发射材料所构成，使各种成分固有发射波长相吻合，因而提高了复合新材料在高温下发射率的稳定性和可靠性，增强受热面的吸收率和发射率，将该材料喷于金属表面可以常温下成膜，经高温下形成坚固的瓷膜，覆盖在金属表面与外界介质隔离开来，以阻碍外界高温氧及腐蚀物质，如氧化物、硫化物等对金属表面的腐蚀，有效地保护了金属管壁，吸波性能显著，产生红外辐射，有很好的节能效果。其中，高导电性能的硅酸钠作为粘合剂，结晶硅作为吸波剂，此外，硼纤维作为增强剂，具有高导热性和低热膨胀系数，强度高，质量轻，碳纤维的热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好，且碳纤维和硅酸纤维混合制成的复合化合物，还具有抗压性强、持久耐用的特性，氧化铝粉与纳米氧化镁在复合材料中起到增强导热和提高硬度的作用。
根据普朗克辐射理论，温度为1273K的辐射体其1-5μm波段的辐射能占全波段辐射总能的76%，当辐射温度1573K，1-5μm波段的辐射能量占全波段辐射能量的85%，因此提高锅炉内（向火面）1-5μm波段的辐射率是提高锅炉热效率的关键。
本发明超导热瓷膜复合新材料在高温中的作用主要有以下三个方面：
（1）该新材料具有0.9以上的发射率并提高锅炉向烟1-5μm波段的辐射率，同时涂层发射率相对于炉管表面的发射率提高，增加了炉膛内吸热面的辐射量，确保炉膛内的温度均匀，减少粉末在炉管表面的附着，使炉管表面在吸收热能的能量提高20-35%左右；
（2）强化红外匹配波，提高加热效率，缩短升温时间，使炉管内的液态加速吸收热量，受热均匀，并使其快速提升温度；
（3）红外是一种电磁波，由于水分子在电磁场的作用下，由原来的气连状结构变成单个水离子周围形成水分子包围圈，使钙镁等金属离子碰撞几率减少，故而不能产生亲和作用，减少锅炉内结垢率达40%以上，降低因炉管内壁结垢导致炉管吸热效果，也减少因结垢所产生的爆管事故，减少酸洗等除垢的次数。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种超导热瓷膜复合新材料，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠22份、结晶硅30份、纳米氧化镁5份、碳纤维15份、硼纤维3份、硅酸纤维3份、氧化铝粉10份、去离子水25份。
所述氧化铝粉的粒度为150-180目。
上述超导热瓷膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将速溶硅酸钠中加入去离子水进行稀释，在75℃下搅拌得到透明溶液，稀释到60％浓度后，再加入纳米氧化镁、氧化铝粉，搅拌至得到澄清溶液；
（2）将结晶硅、碳纤维、硼纤维、硅酸纤维加入到上述澄清溶液中，搅拌均匀，即得超导热瓷膜复合新材料。
将上述复合新材料喷涂于金属管壁表面，室温4-5小时阴干，经高温烧结后固化即可在金属管壁表面形成超导热瓷膜。
将上述实施例1所得的复合新材料进行性能检测，检测结果如下表1所示：
表1
主要技术指标 实际参数值
耐热温度 ＜1800℃
热辐射率 98%（λ=20μm）
抗冲刷性能 气流冲刷750KPa，水流冲刷350KPa
耐冷热变性能 1800℃以下，降至-50℃无变化
节能率 2-25%
实施例2：
一种超导热瓷膜复合新材料，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠20份、结晶硅32份、纳米氧化镁8份、碳纤维17份、硼纤维5份、硅酸纤维5份、氧化铝粉12份、去离子水23份。
所述氧化铝粉的粒度为150-180目。
上述超导热瓷膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将速溶硅酸钠中加入去离子水进行稀释，在75℃下搅拌得到透明溶液，稀释到60％浓度后，再加入纳米氧化镁、氧化铝粉，搅拌至得到澄清溶液；
（2）将结晶硅、碳纤维、硼纤维、硅酸纤维加入到上述澄清溶液中，搅拌均匀，即得超导热瓷膜复合新材料。
将上述复合新材料喷涂于金属管壁表面，室温4-5小时阴干，经高温烧结后固化即可在金属管壁表面形成超导热瓷膜。
实施例3：
一种超导热瓷膜复合新材料，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠25份、结晶硅28份、纳米氧化镁4份、碳纤维13份、硼纤维2份、硅酸纤维2份、氧化铝粉8份、去离子水28份。
所述氧化铝粉的粒度为150-180目。
上述超导热瓷膜复合新材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将速溶硅酸钠中加入去离子水进行稀释，在75℃下搅拌得到透明溶液，稀释到60％浓度后，再加入纳米氧化镁、氧化铝粉，搅拌至得到澄清溶液；
（2）将结晶硅、碳纤维、硼纤维、硅酸纤维加入到上述澄清溶液中，搅拌均匀，即得超导热瓷膜复合新材料。
将上述复合新材料喷涂于金属管壁表面，室温4-5小时阴干，经高温烧结后固化即可在金属管壁表面形成超导热瓷膜。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种超导热瓷膜复合新材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠20-25份、结晶硅28-32份、纳米氧化镁4-8份、碳纤维13-17份、硼纤维2-5份、硅酸纤维2-5份、氧化铝粉8-12份、去离子水23-28份。
2.根据权利要求1所述的一种超导热瓷膜复合新材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：速溶硅酸钠22份、结晶硅30份、纳米氧化镁5份、碳纤维15份、硼纤维3份、硅酸纤维3份、氧化铝粉10份、去离子水25份。
3.根据权利要求1所述的一种超导热瓷膜复合新材料，其特征在于，所述氧化铝粉的粒度为150-180目。
4.权利要求1-3任一项所述的一种超导热瓷膜复合新材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 将速溶硅酸钠中加入去离子水进行稀释，在75℃下搅拌得到透明溶液，稀释到60％浓度后，再加入纳米氧化镁、氧化铝粉，搅拌至得到澄清溶液；
(2) 将结晶硅、碳纤维、硼纤维、硅酸纤维加入到上述澄清溶液中，搅拌均匀，即得超导热瓷膜复合新材料。
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