[发明专利]一种高温纳米微传热板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温纳米微传热板及其制备方法。

背景技术

工业炉和各种高温反应器是大量消耗能源的设备，窑炉的能耗约占总生产能耗的40%-75%，大部分的能源被浪费损失。目前，用于热工设备隔热的材料主要有高温硅酸铝陶瓷纤维制品、硅酸钙绝热制品、玻璃纤维及矿棉制品等。硅酸钙绝热制品、玻璃纤维及岩棉制品主要用于中低温条件下的隔热材料；高温硅酸铝陶瓷纤维制品的耐火等级较高，但由于辐射热的影响，热导率随容重的增加而上升。因此，新一代质轻高效的耐火隔热材料成为发展的主要趋势。

热量的传递方式包括传导、对流、辐射三种，不同条件下，每种传热方式所占的比例不同。相对于其他物质，常温静止的状态下，空气具有较低的热导率和热容量，在工业上被广泛用作绝热体。普通耐火隔热材料就是利用这一特点，生产制造出具有较低容重、较大孔隙率的产品，用于隔绝热量，典型产品如高温硅酸铝陶瓷纤维制品。研究发现，若将隔热材料的空隙控制在100nm以下，气孔尺寸控制在50nm以下，此时材料不仅具有较低的体积密度，而且其导热系数可相当或者低于静止状态下的空气，科学上将这一技术称之为纳米效应，所述材料为纳米微传热材料。

目前纳米微传热研究的领域主要集中在采用SiO₂气凝胶作为绝热材料。SiO₂气凝胶具有三维多孔非晶固态结构，孔洞率大于80%，孔洞尺寸小于100nm，比表面积大、折射率低、导热系数小、吸附性强等特点，在隔热方面具有良好的性能，但SiO₂气凝胶单独使用也存在强度低、韧性差等缺点，限制了其使用的范围和条件。为有效改善这一缺陷，目前市场上多采用在SiO₂气凝胶混配低熔点玻璃态无机纤维或有机纤维作为增强组分的方式，以提高该类产品在工程上应用中具有的力学性能。

低熔点纤维的添加虽可一定程度上提高SiO₂气凝胶的力学强度，但却降低了SiO₂气凝胶的使用温度和耐温等级，在实际使用中还存在运输易破损、切割易断裂粉化等不良现象，影响产品的生产合格率及使用条件。

发明内容

本发明为克服上述缺陷，提供一种高温纳米微传热板。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：

一种高温纳米微传热板，该传热板为SiO₂气凝胶外表面包裹玻璃纤维布或铝箔，其中，SiO₂气凝胶由以下重量份的组分组成：

本发明为实现高温纳米微传热板具有的优良隔热性能及力学性能，采用如下原料进行制备：硅灰：SiO₂含量≥95%，粒径0.05-0.2μm；水玻璃：Na₂O含量7.80%-8.50%，SiO₂含量28.57%-30.25%，固含量≥36%；TiO₂：粒径80-100nm；ZrO₂：粒径80-100nm；Al₂O₃:纯度≥90%粒径80-100nm；Cr₂O₃:纯度≥90%粒径80-100nm；氧化铝纤维：直径20-50μm、长度10-30mm；包裹材料：铝箔：厚度0.1mm；玻璃纤维布：厚度0.2mm。

本发明中硅灰用于制备纳米级空心微球，作为基体材质，可提供足够的孔隙率，TiO₂、ZrO₂作为挡光剂和防辐射用散射剂，可有效阻止通过辐射方式传递的热量，降低光子导热；Al₂O₃作为添加剂可有效提高传热板的耐温等级；Cr₂O₃炭黑对光有较高的吸收率，用作吸收剂；氧化铝纤维作为支撑材料，增加整体的强度和韧性；铝箔和玻璃纤维布采用全包裹的形式，粘结或包裹在高温纳米微传热板的表面，提高制品的韧性和强度，便于运输和机械加工。

本发明的另一目的是提供一种高温纳米微传热板的制备方法，该方法包括以下步骤：