一种溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡及其应用，该红外光反射保温炭毡按照以下方法制成：（1）将红外光反射材料的前驱体在pH≤3的酸性环境下，逐渐水解，形成溶胶；（2）将待处理的炭毡母体或者炭-炭复合材料母体，浸渍到经步骤（1）生成的溶胶中，使溶胶成分包覆在炭骨架上；（3）将经步骤（2）处理后的母体通过调节温度和时间，使包覆在炭毡母体或炭-炭复合材料母体之炭骨架上的溶剂充分凝固成为凝胶；（4）将经步骤（3）处理后的母体进行高温煅烧，使凝胶从无定型态转变成为纳米结晶态而成纳米红外光反射材料。使用本发明专利技术红外光反射保温炭毡于工业炉中，能够节能降耗；延长工业炉使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种红外光反射保温炭毡及其应用，尤其是涉及。
技术介绍
高温加热炉是一种常见的工业设备，主要是通过加热升温，使得被处理的材料在高温环境下发生性质的改变，如重结晶、烧结、扩散等，多用于晶体、陶瓷、金属等材料的生产及处理，工作温度也根据被处理材料的不同，跨度比较大，从400 °C、500 °C到3000 °C均有。各行各业的高温炉数目众多，平均热效率在30%?50%，意味着有大于一半的热量，由于高温炉配套的保温材料性能不好而被浪费掉，这对工业生产造成巨大的损失。热量主要是通过传导、对流及辐射来传播。在800°C以上的高温环境中，热量主要是依靠辐射传播，即加热器以黑体辐射的方式发射出红外光，大部分热量以红外光的方式向外传播。因此，如果采用红外光反射材料，将热量以光反射的形式反射回热场内部，可以提高热效率。目前行业内用到的高温热反射材料，工作温度从500-2500°C的，主要是采用涂料烧结的方式，将红外光反射材料涂覆在保温砖的内壁。对于高孔隙率的炭毡保温材料而言，涂料的方法很难使得红外光反射材料牢固地粘结在炭毡上面，即使粘结上去，涂层的抗热震性能也很差，涂层很快就会开裂，甚至脱落。因此，对于采用高孔隙率炭毡保温材料的高温设备，尚未见到有适合的红外光反射材料报道。但是，国内外有大量的高温生产设备，如太阳能、半导体的晶体硅生长炉，冶金炉，陶瓷烧结炉等，都是采用炭毡作为保温层，他们耗电量占了工业生产用电量的25%以上。中高温度段采用炭毡、炭-炭复合材料进行保温的设备，保守估计国内应该有十几万台之多，主要分布在光伏，晶体生长，粉末冶金及硬质合金等领域。而放眼全球，国内外采用炭毡作为保温层的高温设备则至少有百万台之多，基本上都还没有使用红外光反射节能材料，其市场容量不容小觑，对保温节能的需求尤其强烈。以炭毡为保温基础的高温设备的节能改造已经迫不及待，同时也是高能耗生产型企业降低成本，节能降耗，提升生产技术的关键步骤。炭毡，无论是固化炭毡还是软毡，都是主要的保温热场材料，被广泛地用于晶体生长炉(如多晶硅铸锭炉，硅单晶提拉炉等)，工艺炉(如石墨化炉，压力烧结炉等)等多种领域。另外，还有很多高密度炭-炭复合材料，由于其独特的高强度、耐高温、抗腐蚀等特性，作为结构件用于高温设备中，因此，提高炭-炭复合材料的保温性能，可以进一步降低高温设备中炭热场的热损失，使得设备进一步节能，环保。其中光伏行业中有单晶硅、多晶硅等多种晶体炉数万台，用于硅晶体的生长，而且炭毡等保温材料作为热场耗材，需要每2年左右更换一次；同时，为了节能降耗，降低整个光伏发电产业链的成本，炭毡与炭-炭复合材料本身的性能也在不断提高，先后出现了低热导率的黏胶基、预氧丝基、炭基气凝胶基等炭毡，其共同的特点是都是以炭纤维作为基体，形成多孔、轻质的毡体结构。众所周知，中高温环境下，热量的传递主要是以红外光辐射为主，在现有高温设备中，保温材料仅仅具有很低的热传导系数，其热辐射的阻隔能力普遍偏弱，因此，高温下炭毡保温材料的综合导热系数急剧升高，是其常温下的10倍左右，高达1.5-2ff/m.K，主要原因在于加热器的辐射热量主要是以近红外线发射为主，但是，保温的普通炭毡其近红外光透射率大，很多热量以近红外线的形式辐射出来，造成了无端的浪费。高温红外反射涂料是指涂覆于设备内表面，对高温辐射过程中的近、中红外波段具有很高的反射比，并将吸收的热量以光学长波的形式辐射回热场内部，从而可以有效阻止涂层表面热量的穿透和热量损失。红外辐射涂料是由辐射粉体基料与载体粘结剂组成，其中，辐射粉体基料的作用是提供高热辐射性能，载体粘结剂则使涂料牢固地粘结在基体表面。在工业炉的生产过程中，多采用红外反射材料作为涂料的填料，主要是过渡金属的氧化物及碳化物，如SiC，T12，空心微珠，氧化铝等。现有技术主要是利用涂料的方法将红外反射材料涂在热场的内表面，形成热反射。一般对红外反射材料的尺度要求在微纳米级，并在粘结剂中分散均匀，具有良好的成膜能力，且粘结剂纯度尚，耐尚温，不对尚温广品广生污染。但是，对于炭毡及炭-炭复合材料而言，由于其工作温度高，对涂料的抗热震性能要求极高，现有绝大多数粘结剂，由于不能反复承受热胀冷缩的工艺过程，热反射涂层使用几次后即龟裂、粉化、脱落，从而影响了红外光反射涂层的高温保温性能。一般的红外光反射涂层，仅适用于具有较高密度，较低孔隙率的保温基底，如保温砖，保温瓦等；对于孔隙率较高的炭毡和炭-炭复合材料，涂层很难在其表面形成，而且，由于红外反射材料与炭毡、炭-炭复合材料的热膨胀系数不一致，所以红外光反射涂层在炭毡、炭-炭复合材料上的抗热震性能差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够对高温热场环境下的红外光辐射热进行有效反射处理，节能降耗效果显著，抗热震性能优异，高温保温性能好的溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡及其应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 本专利技术之溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡，按照以下方法制成: (1)将红外光反射材料的前驱体在pH〈3的酸性环境下，逐渐水解，形成溶胶； (2)将待处理的炭毡(可为软毡，也可为固化毡)母体或者炭-炭复合材料母体，浸渍到步骤(I)生成的溶胶中，使母体的炭纤维骨架基体与溶胶充分接触，浸润后，溶胶成分包覆在炭骨架上； (3)将经步骤(2)处理后的母体通过调节温度和时间，即温度升高至多40°C，或者在常温下，经过3天以上时间的陈化，使包覆在炭毡母体或炭-炭复合材料母体之炭骨架上的溶胶充分凝固成为凝胶； (4)将经步骤(3)处理后的母体进行高温煅烧，煅烧温度为550°C?1600°C，煅烧时间为60?120min，红外光反射材料的前驱体凝胶分解成红外光反射材料，粘接在母体炭骨架上，同时经过煅烧，该凝胶从无定型态转变成为纳米结晶态而成纳米红外光反射材料。进一步，所述红外光反射材料是T12、S12、Al2O3中的一种；其中T12的前驱体为钛酸四丁酯、硫酸钛、四氯化钛中的一种，S1JA前驱体为正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷中的一种，Al2O3的前驱体为有机铝或三氯化铝。进一步，步骤(I)中，所述红外光反射材料的用量为炭毡或炭-炭复合材料重量的0.5% ?25%。进一步，步骤(I)中，所述酸性环境的pH值为I?3。进一步，步骤(I)中，为了提高凝胶过程中凝胶与炭纤维的结合强度，可以在溶胶中加入5%?10%的环氧树脂或者酚醛树脂；同时，使得粉末在浸渍过程中不发生沉淀和团聚。进一步，步骤(2)中，所述炭租或炭-炭复合材料的密度为0.1?1.8g/ cm3。进一步，步骤(2)中，为了提高浸渍效率，可以使用超声波振荡或压力浸渍，将炭毡或炭-炭复合材料孔隙中的空气排出，然后，溶胶会更均匀地包覆在炭毡或炭-炭复合材料的炭纤维基体骨架上。进一步，步骤(4)中，煅烧后，红外光反射材料以纳米颗粒的形式包覆在炭毡或炭-炭复合材料母体的炭纤维骨架上，粒径为0.1?5 μπι。本专利技术还包括所述红外光反射保温炭毡在工业炉中的应用。所述工业炉包括晶体硅炉、冶金炉、烧结炉和化学气相沉积炉等。晶体硅炉，工作温区在1000°C以上，炉内热场具有本专利技术溶胶凝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种溶胶凝胶法制备的红外光反射保温炭毡，其特征在于，按照以下方法制成：（1）将红外光反射材料的前驱体在pH<3的酸性环境下，逐渐水解，形成溶胶；（2）将待处理的炭毡母体或者炭‑炭复合材料母体，浸渍到经步骤（1）生成的溶胶中，使母体的炭纤维骨架基体与溶胶充分接触，浸润后，溶胶成分包覆在炭骨架上；（3）将经步骤（2）处理后的母体通过调节温度和时间，即温度升高至≥40℃，或者在常温下，经过3天以上陈化，使包覆在炭毡母体或炭‑炭复合材料母体之炭骨架上的溶剂充分凝固成为凝胶；（4）将经步骤（3）处理后的母体进行高温煅烧，煅烧温度为550℃～1600℃，煅烧时间为60～120min，红外光反射材料的前驱体凝胶分解成红外光反射材料，粘接在母体炭骨架上，同时经过煅烧，该凝胶从无定型态转变成为纳米结晶态而成纳米红外光反射材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽丽，吕铁铮，
申请(专利权)人：赵丽丽，吕铁铮，
类型：发明
国别省市：湖南;43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。