一种具有空心壳层结构的隔热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有空心壳层结构的隔热材料及其制备方法。隔热材料包括铝合金基体和双层空心球，所述双层空心球填充在所述铝合金基体中，其中，所述双层空心球由陶瓷空心球和金属壳层组成，所述金属壳层包覆在所述陶瓷空心球外部。本申请提供的具有空心壳层结构的隔热材料充分利用了空心球结构在金属基复合材料中的增强作用和隔热特性，具有低密度、高比强度、低热导率、结构可设计等功能特性，拓宽了金属材料的应用领域和场景。通过引入空心球结构，降低了材料的热导率，使得金属材料具有了良好的隔热特性。通过在陶瓷空心球内坯外部复合金属壳层，使得该种隔热材料同时具有了增强作用，能适用于更为复杂、对强度有一定要求的工作场景。的工作场景。的工作场景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有空心壳层结构的隔热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合隔热材料领域，尤其涉及一种具有空心壳层结构的隔热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着核电事业的蓬勃发展，新型核电技术不断升级，迫切需要研制新型的高性能核电隔热材料。例如：新一代核电装备的反应堆体系中的隔热筒构件，要求在构件厚度较小的情况下，构件材料具备较低的导热系数。金属隔热材料具有耐高温、耐腐蚀、保温效果好的优点，在核电领域得到广泛应用。金属基空心球复合材料是一种以铸造、粉末冶金等成形方法，将毫米级金属空心球引入金属基体中的一种金属多孔复合材料，兼具轻质、高强、减震降噪、隔热、屏蔽等功能特性优势。金属复合材料，是指利用复合技术或多种、化学、力学性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料，其极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能，因而被广泛应用到产品广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、矿山、机械制造、电力、水利、交通、环保、压力容器制造、食品、酿造、制药等工业领域。但是现有的复合金属材料其稳定性、耐腐蚀性、隔热性及通气性均比较差。
[0003]专利CN109927369A公开了一种隔热复合金属材料，金属材料本体各组分质量份为：Al：80
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90份，Fe：5
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8份，Cu：15
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18份，Cr：3
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5份，Mo：2
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6份，Ni：2
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8份，C：2/>‑
5份，Co：2
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5份及不可除去的杂质，金属材料本体上表面由内至外依次设有储氢材料层和坡莫合金层，金属材料本体底层由内至外依次设有陶瓷纤维板、粉末冶金材料层以及轴承合金，坡莫合金层上表面以及轴承合金下表面均黏贴有一层隔热膜，隔热膜的外表面还设有聚合物复合层以及纳米层。该隔热复合材料具有较高的稳定性、耐腐蚀性、通气性等优点，但在隔热效果和强度上仍然不足以满足核电装备中对核电隔热材料的需求。
[0004]如何制备一种新型的核电隔热材料，使其能够满足核电工作环境下的隔热效果和材料强度，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请的方案基于上述思路，以不同材质的双层空心球取代传统的单层金属空心球，从而获得了一种具有双层空心壳层的金属基复合材料。通过改变双层空心壳层中的材料，充分利用其层间材料差异性对复合材料性能的影响，并以此为基础，开发新型的具有空心壳层结构的隔热材料。这对于提高核电工作环境下的隔热效果、减少热量损失、保护核心构件具有重要作用。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一方面，本专利技术提供一种具有空心壳层结构的隔热材料，所述隔热材料包括铝合金基体和双层空心球，所述双层空心球填充在所述铝合金基体中，其中，所述双层空心球由陶瓷空心球和金属壳层组成，所述金属壳层包覆在所述陶瓷空心球外部。
[0008]进一步地，所述金属壳层的强度高于铝合金基体。
[0009]进一步地，所述金属壳层的材质为不锈钢；所述陶瓷空心球的材质为氧化铝陶瓷。
[0010]进一步地，所述陶瓷空心球的外径为2～3mm，并且所述的金属壳层的厚度大于或等于陶瓷空心球的壁厚。
[0011]进一步地，所述陶瓷空心球与金属壳层的结合方式为机械结合；所述的金属壳层与铝合金基体的结合方式为冶金结合。
[0012]另一方面，本申请还提供一种具有空心壳层结构的隔热材料的制备方法，用于制备上述隔热材料，包括如下步骤：
[0013]1)筛选若干球形度高的陶瓷空心球作为内坯，在陶瓷空心球表面涂覆金属粉末；
[0014]2)对涂覆有金属粉末的陶瓷空心球进行烧结，得到双层空心球；
[0015]3)将双层空心球以随机分布的方式放入模具，将铝合金粉末填入模具内双层空心球之间的空隙中；
[0016]4)将填充有双层空心球和铝合金粉末的模具进行热压烧结，匀速升温至一定温度，保温一定时间，冷却，得到具有空心壳层结构的隔热材料。
[0017]进一步地，步骤1)中所述陶瓷空心球和金属粉末的质量比为1:2，步骤2)中所述烧结的温度为1100～1250℃。
[0018]进一步地，步骤3)中所述双层空心球和铝合金粉末的质量比为8:5。
[0019]进一步地，所述步骤4)中匀速升温的速率为10℃/min，所述热压烧结的温度为580～600℃。
[0020]进一步地，所述步骤4)中热压烧结的压强为5MPa，保温时间为1～3h。
[0021]本专利技术所提供的具有空心壳层结构的隔热材料，充分利用了空心球结构在金属基复合材料中的增强作用和隔热特性。通过引入空心球结构，降低了材料的热导率，使得金属材料具有了良好的隔热特性。通过在陶瓷空心球内坯外部复合金属壳层，使得该种隔热材料同时具有了增强作用，能适用于更为复杂、对强度有一定要求的工作场景。本专利技术不仅通过材料的选择实现了金属材料热导率的降低，并且空心球结构上的复合设计，实现了隔热性能与增强作用的统一，本专利技术提供的空心球增强隔热材料具有低密度、高比强度、低热导率、结构可设计等功能特性，能够应用于如核电隔热材料等多种
和场景。
附图说明
[0022]下面对说明书附图所表达的内容做简要说明：
[0023]图1为本申请提供的具有空心壳层结构的隔热材料的内部结构示意图；
[0024]图2为本申请实施例1所制备的具有空心壳层结构的隔热材料中双层空心球与铝基体之间冶金结合层的电镜表征图；
[0025]图3为本申请实施例1所制备的具有空心壳层结构的隔热材料的隔热性能测试结果；
[0026]图4为本申请实施例1所制备的具有空心壳层结构的隔热材料的力学性能测试结果。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本申请提供一种具有空心壳层结构的隔热材料，如图1所示，这种具有空心壳层结构的隔热材料以陶瓷空心球为内坯，在内坯外部设有金属壳层，同时在金属壳层外部以铝合金为基体。
[0029]这种空心球增强隔热材料的实现形式是，金属壳层的增强作用，以及陶瓷空心球、金属壳层等低热导率组元的隔热作用。在增强方面，球壳是一种耐压结构，并且，金属壳层因其高的强度在复合材料中能够起到增强相的作用。在隔热方面，单层空心球复合材料的热导率可以通过Maxwell方程进行理论计算和预测。根据Maxwell方程：
[0030][0031][0032]其中，σ
210
为单层空心球复合材料的热导率，0、1、2分别指单层空心球的内部空气、空心球壳层和金属基体，σ和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有空心壳层结构的隔热材料，其特征在于，所述隔热材料包括铝合金基体和双层空心球，所述双层空心球填充在所述铝合金基体中，其中，所述双层空心球由陶瓷空心球和金属壳层组成，所述金属壳层包覆在所述陶瓷空心球外部。2.根据权利要求1所述的一种具有空心壳层结构的隔热材料，其特征在于，所述金属壳层的强度高于铝合金基体。3.根据权利要求2所述的一种具有空心壳层结构的隔热材料，其特征在于，所述金属壳层的材质为不锈钢；所述陶瓷空心球的材质为氧化铝陶瓷。4.根据权利要求1所述的一种具有空心壳层结构的隔热材料，其特征在于，所述陶瓷空心球的外径为2～3mm，并且所述的金属壳层的厚度大于或等于陶瓷空心球的壁厚。5.根据权利要求1所述的一种具有空心壳层结构的隔热材料，其特征在于，所述陶瓷空心球与金属壳层的结合方式为机械结合；所述的金属壳层与铝合金基体的结合方式为冶金结合。6.一种具有空心壳层结构的隔热材料的制备方法，用于制备权利要求1～5任一所述的隔热材料，其特征在于，包括如下步骤：1)筛选若干球形度高的陶瓷空心球作为内坯，在陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜风春，曹梦馨，果春焕，张贺新，刘杨，高华兵，
申请(专利权)人：青岛哈船材料成型研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：