一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，所述耐辐照陶瓷纤维由如下原料制成：SiO

A kind of radiation resistant ceramic fiber thermal insulation composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及绝热材料领域，具体涉及一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料及其制备方法。
技术介绍
为减少舰船、核电站等军民装备设施工作过程中的散热损失，提高热效率，防止工作人员烫伤，保证电器设备、仪表等安全可靠工作；或防止表面温度较低的设备和管道产生凝露，必须对装备设施的部分高温或低温设备及管道包覆绝热材料。目前，国内外应用于军民装备设施的非金属绝热材料主要包括玻璃棉、岩棉等无机纤维类材料。文献[段晨,国占东,白宗良等.舰船用隔热绝缘材料研究现状[J].舰船科学技术,2016,38(10):1-6.]指出，无机纤维类绝热材料存在导热系数较高导致隔热性能降低，易吸潮造成纤维材料粉化失效，残留物的高腐蚀性会造成使用安全隐患等问题，严重影响军民装备设施技术性能的充分发挥。
技术实现思路
为了解决无机纤维类绝热材料应用于军民装备设施的问题，本专利技术的目的在于提供一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，该材料可应用于高剂量核辐照环境下的军民装备设施，具有超低导热系数、超低吸湿率、超高憎水率的特点，并且不会对奥氏体不锈钢产生腐蚀，可以很好的解决现有无机纤维类材料存在的导热系数较高、易吸潮、高腐蚀性等问题，更好的保障军民装备设施技术性能的充分发挥。除特殊说明外，本专利技术所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比，所述浓度为质量百分比浓度。本专利技术的目的是这样实现的：一种耐辐照陶瓷纤维，其特征在于：所述耐辐照陶瓷纤维由如下原料制成：SiO2：55～65％，Al2O3：10～15％，CaO：20～25％，MgO：0～5％，Li2O：0～0.1％，B2O3：0～0.05％，余者为不可避免的杂质，所述百分比为质量百分比。本专利技术耐辐照陶瓷纤维是由包含SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Li2O、B2O3和不可避免的杂质形成的原料烧制成陶瓷，然后制成耐辐照陶瓷纤维。本专利技术制备耐辐照陶瓷纤维的原料SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Li2O、B2O3和不可避免的杂质总量为100％。一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，以上述耐辐照陶瓷纤维制成的针刺毡为增强相，采用凝胶成型工艺制得。本专利技术还提供上述耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料的制备方法，该方法操作简单，不需要大型工业设备，适合工业化生产。本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：采用通用的坩埚或池窑拉制耐辐照陶瓷，形成单丝直径为9μm～13μm的耐辐照陶瓷纤维丝束，通过对耐辐照陶瓷纤维丝束进行短切、定量铺料、梳理、成网、针刺工艺形成耐辐照陶瓷纤维针刺毡；然后以耐辐照陶瓷纤维针刺毡为增强相，采用凝胶成型工艺制备耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料。上述方法中所述耐辐照陶瓷纤维针刺毡的厚度为3mm～6mm，容重为100kg/m3～115kg/m3。上述方法中，所述凝胶成型工艺包括以下步骤：(1)以Na2SiO3为先驱体，C2H5OH为溶剂，H2SO4为催化剂，将Na2SiO3与C2H5OH混合并搅拌，向搅拌中的混合液加入去离子水和H2SO4，静置，待Na2SiO3充分水解后形成SiO2溶胶；(2)用模具对耐辐照陶瓷纤维针刺毡进行固形，然后通过抽真空浸渍SiO2溶胶，封口保存；(3)对SiO2溶胶经过缩聚反应形成的凝胶进行老化处理，老化过程中发生缩合、粗化，促进凝胶的进一步交联，增强凝胶的骨架强度，使凝胶网络结构继续长大，老化在乙醇环境中进行，老化时间1-2天；(4)采用低表面张力的三甲基氯硅烷(TMCS)或六甲基二硅醚(HMDSO)作为表面修饰剂对表面张力较大的C2H5OH进行替换，最后去除表面修饰剂后制成厚度为3mm～6mm的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料。具体的说，一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料的制备方法，其特征在于：所述耐辐照陶瓷纤维由如下原料制成：SiO2：55～65％，Al2O3：10～15％，CaO：20～25％，MgO：0～5％，Li2O：0～0.1％，B2O3：0～0.05％，余者为不可避免的杂质，所述百分比为质量百分比；制备工艺为：采用通用的坩埚或池窑拉制耐辐照陶瓷，形成单丝直径为9μm～13μm的耐辐照陶瓷纤维丝束，通过对耐辐照陶瓷纤维丝束进行短切、定量铺料、梳理、成网、针刺工艺形成耐辐照陶瓷纤维针刺毡；所述耐辐照陶瓷纤维针刺毡的厚度为3mm～6mm，容重为100kg/m3～115kg/m3；然后以耐辐照陶瓷纤维针刺毡为增强相，采用凝胶成型工艺制备耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料；所述凝胶成型工艺包括以下步骤：(1)以Na2SiO3为先驱体，C2H5OH为溶剂，H2SO4为催化剂，将Na2SiO3与C2H5OH混合并搅拌，向搅拌中的混合液加入去离子水和H2SO4，静置，待Na2SiO3充分水解后形成SiO2溶胶；(2)用模具对耐辐照陶瓷纤维针刺毡进行固形，然后通过抽真空浸渍SiO2溶胶，封口保存；(3)对SiO2溶胶经过缩聚反应形成的凝胶进行老化处理，老化过程中发生缩合、粗化，促进凝胶的进一步交联，增强凝胶的骨架强度，使凝胶网络结构继续长大，老化在乙醇环境中进行，老化时间1-2天；(4)采用低表面张力的三甲基氯硅烷(TMCS)或六甲基二硅醚(HMDSO)作为表面修饰剂对表面张力较大的C2H5OH进行替换，最后去除表面修饰剂后制成厚度为3mm～6mm的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料。有益效果：本专利技术针对目前舰船、核电站等军民装备设施用玻璃棉、岩棉等无机纤维类绝热材料存在的导热系数较高、易吸潮、高腐蚀性等问题，开发出了一种具有超低导热系数、低吸湿、高憎水的耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料。本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料承受1.0×107Gy以上剂量γ射线辐照后，不发生明显的脆化、粉化、收缩等现象。本专利技术材料成分中，严格控制Li2O、B2O3等对热中子有很大俘获截面的氧化物含量，具有良好的耐中子辐照性能。本专利技术对奥氏体不锈钢无腐蚀，可溶出离子含量和浸出液pH值满足GB/T17393要求，不会对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀开裂。本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料常温(25℃)导热系数可从无机纤维类绝热材料的(0.04～0.05)W·m-1·K-1降至0.016W·m-1·K-1以下，平均200℃导热系数不大于0.024W·m-1·K-1，质量吸湿率不大于0.3％，憎水率不小于99.5％，适用于高剂量核辐照环境下的舰船、核电站等军民装备设施的高效绝热，更好的保障军民装备设施技术性能的充分发挥。附图说明图1是本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料制备工艺过程图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料制备主要工艺过程见图1。本专利技术耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料性能测试方法为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐辐照陶瓷纤维，其特征在于：所述耐辐照陶瓷纤维由如下原料制成：SiO

【技术特征摘要】
1.一种耐辐照陶瓷纤维，其特征在于：所述耐辐照陶瓷纤维由如下原料制成：SiO2：55～65％，Al2O3：10～15％，CaO：20～25％，MgO：0～5％，Li2O：0～0.1％，B2O3：0～0.05％，余者为不可避免的杂质，所述百分比为质量百分比。


2.一种耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料，以权利要求1所述耐辐照陶瓷纤维制成的针刺毡为增强相，采用凝胶成型工艺制得。


3.如权利要求2所述耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料的制备方法，其特征在于：采用通用的坩埚或池窑拉制耐辐照陶瓷，形成单丝直径为9μm～13μm的耐辐照陶瓷纤维丝束，通过对耐辐照陶瓷纤维丝束进行短切、定量铺料、梳理、成网、针刺工艺形成耐辐照陶瓷纤维针刺毡；然后以耐辐照陶瓷纤维针刺毡为增强相，采用凝胶成型工艺制备耐辐照陶瓷纤维绝热复合材料。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述耐辐照陶瓷纤维针刺毡的厚度为3mm～6mm，容重为100kg/m3～115kg/m3。


5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶成型工艺包括以下步骤：
(1)以Na2SiO3为先驱体，C2H5OH为溶剂，H2SO4为催化剂，将Na2SiO3与C2H5OH混合并搅拌，向搅拌中的混合液加入去离子水和H2SO4，静置，待Na2SiO3充分水解后形成SiO2溶胶；
(2)用模具对耐辐照陶瓷纤维针刺毡进行固形，然后通过抽真空浸渍SiO2溶胶，封口保存；
(3)对SiO2溶胶经过缩聚反应形成的凝胶进行老化处理，老化过程中发生缩合、粗化，促进凝胶的进一步交联，增强凝胶的骨架强度，使凝胶网络结构继续长大，老化在乙醇环境中进行，老化时间1-2天；
(4)采用低表面张力的三甲基氯硅烷(TMCS)或六...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠盛，罗明波，吴护林，黄安畏，孙彩云，叶妙芬，蒋龙，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50