CN111548192A - 一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层及其制备方法，使得更多热量反射出去而不是被氧化锆纤维吸收，属于氧化锆纤维高温热防护材料技术领域。目的是为了提高氧化锆纤维的高温辐射率，在室温下在氧化锆纤维表面涂覆一层涂层，然后，涂层在高温环境下反应生成高温反射涂层。未处理的氧化锆纤维，在1600℃下的辐射率为0.63，而高温处理处理的氧化锆纤维1600℃下的辐射率为0.83。

Description

一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层及其制备方法，使得更多热量反射出去而不是被氧化锆纤维吸收，属于氧化锆纤维高温热防护材料技术领域。
背景技术
热量传递是一种复杂的现象，常把它分成三种基本方式，即热传导、热对流及热辐射，生产和生活中所遇到的热量传递现象往往是这三种基本方式的不同主次的组合。在炼铝、炼钢，甚至是火箭发动机工作过程中，产生的热量通常以辐射的形式向外传播，这使得热防护材料必须具有较高的反射能力，即，能将热量尽可能多的反射出去，目前，研究表明氧化锆纤维的高温辐射率约为0.65左右，还有还有很大的提升空间。高温辐射率通常与材料本身性质和材料表面光洁度有关，在相同材质的情况下越为光洁的表面辐射率越高，因为氧化锆纤维表面存在很多缺陷，在一定程度上弱化了氧化锆纤维的高温辐射率。已有研究表明高温下光滑的氧化硅具有着非常高的辐射率，通常在0.88左右。
另外一方面，氧化锆是两性氧化物——也就是说，理论上既溶于强酸，又溶于强碱。但实际情况要看反应条件：氧化锆是非常典型的原子晶体，Zr的亲氧能力极强，也就是说，Zr-O化学键极其稳定，很难破坏，也就是其硬度很高，化学惰性很强，非极端条件下难以起化学反应。因为氧化锆的性质比较稳定所以很难有合适的抛光剂。此外，难反应主要是ZrO2晶体本身稳定性太高，其动力学活性太差，室温反应速率太慢，因为，很难在氧化锆表面做一层高辐射率涂层。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层，该涂层的原料包括氧化硼、氧化钙、氧化硅和硅氧烷，硅氧烷数均分子量为500～2000，以硅氧烷的质量为100份计算，氧化硼的质量含量为10～20份，氧化钙的质量含量为10～30份，氧化硅的质量含量为10～40份。
一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
第一步，将涂层的原料进行混合，搅拌，机械搅拌速度为300～400转/分钟，搅拌时间为20～40分钟，得到混合物；
第二步，将氧化锆纤维浸泡在第一步得到的混合物中，并且采用机械搅拌，因为混合液黏度较大，所以，搅拌速度为10～30转/分钟下处理150～200分钟，较低的搅拌速度不会对氧化锆纤维造成破坏作用；
第三步，浸泡后的氧化锆纤维，在200～300℃先脱除小分子100～150分钟，随后，将预处理的氧化锆纤维，在600～800℃脱除有机分子20～30分钟，最后将氧化锆纤维在1500～1650℃下处理20～30分钟，然后，自然冷却到室温，得到带有涂层的氧化锆纤维。
对得到的带有涂层的氧化锆纤维进行高温辐射率测试，采用半球辐射率(发射率)检测仪1600℃测试改性后氧化锆纤维的高温辐射率。
有益效果
目的是为了提高氧化锆纤维的高温辐射率，在室温下在氧化锆纤维表面涂覆一层涂层，然后，涂层在高温环境下反应生成高温反射涂层。未处理的氧化锆纤维，在1600℃下的辐射率为0.63，而高温处理处理的氧化锆纤维1600℃下的辐射率为0.83。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，本发明的应用不局限于所举的实施例。
实施例
一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，该方法的步骤包括：
第一步，10份氧化硼、10份氧化钙、10份氧化硅与100份数均分子量500甲基丙烯基硅氧烷，机械搅拌速度为300转/分钟，混合20分钟后成一定黏度的混合物；
第二步，将氧化锆纤维浸泡在混合物中，并且采用机械搅拌，搅拌速度为10转/分钟下处理150分钟，较低的搅拌速度不会对氧化锆纤维造成破坏作用；
第三步，浸泡后的氧化锆纤维，在200℃先脱除小分子100分钟，随后，将预处理的氧化锆纤维，在600℃脱除有机分子20分钟，最后将氧化锆纤维在1500℃下处理20分钟，然后，自然冷却到室温；
第四步，测试热处理后的氧化锆纤维的高温辐射率，采用半球辐射率(发射率)检测仪1600℃测试改性后氧化锆纤维的高温辐射率。同时，为了证明本发明的优势，将未处理的氧化锆纤维也测试了高温辐射率。
测试结果表明：未处理的氧化锆纤维，在1600℃下的辐射率为0.63，而高温处理处理的氧化锆纤维1600℃下的辐射率为0.83。

Claims (10)

1.一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层，其特征在于：该涂层的原料包括氧化硼、氧化钙、氧化硅和硅氧烷，以硅氧烷的质量为100份计算，氧化硼的质量含量为10～20份，氧化钙的质量含量为10～30份，氧化硅的质量含量为10～40份。
2.根据权利要求1所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层，其特征在于：硅氧烷数均分子量为500～2000。
3.根据权利要求2所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层，其特征在于：硅氧烷数均分子量为500。
4.根据权利要求1所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层，其特征在于：硅氧烷为甲基丙烯基硅氧烷。
5.一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
第一步，将涂层的原料进行混合，搅拌得到混合物；
第二步，将氧化锆纤维浸泡在第一步得到的混合物中；
第三步，浸泡后的氧化锆纤维，在200～300℃处理100～150分钟，随后，在600～800℃处理20～30分钟，最后将氧化锆纤维在1500～1650℃下处理20～30分钟，自然冷却到室温，得到带有涂层的氧化锆纤维。
6.根据权利要求5所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于：所述的第一步中，搅拌速度为300～400转/分钟。
7.根据权利要求5所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于：所述的第一步中，搅拌时间为20～40分钟。
8.根据权利要求5所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于：所述的第二步中，将氧化锆纤维浸泡在第一步得到的混合物中，进行机械搅拌。
9.根据权利要求8所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于：搅拌速度为10～30转/分钟。
10.根据权利要求8所述的一种提高氧化锆纤维辐射率的涂层的制备方法，其特征在于：搅拌时间为150～200分钟。
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