一种填充型高导热复合压入料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种填充型高导热复合压入料及其制备方法，构建以环氧树脂作为导热媒介材料的多元混杂填充体系，通过选择具有高导热性填料和提高热交换效率，填料粒子之间相互接触，降低界面热阻，在聚合物基体中形成连续链状或网状结构的3D导热网络通路，以提高环氧树脂基复合材料的导热系数，改善其力学性能和热稳定性能，改善炉体的整体性，提高高炉的使用寿命，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产。适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种填充型高导热复合压入料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐火材料
，尤其涉及一种填充型高导热复合压入料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前我国大型高炉一代炉役的设计寿命达到15～20年，甚至20年以上，为了实现高炉长寿，现代大型高炉根据冷却系统和炉体不同部位选用不同材质的耐火材料，高炉内衬耐火材料的寿命是整个高炉实现长寿的重要方面。从热力学的角度出发，结合高炉实际的运行状态，通过配置有效的冷却系统，并配以高导热、抗热震性好的内衬材料，来降低耐火材料的热面温度，抵抗高强度的热冲击来延长内衬耐火材料的使用寿命。
[0003]在冶炼中高炉内衬不断受到各种侵蚀，包括温度变化造成的热冲击，炉料和高温气流造成的磨损和氧化作用，铁水、碱金属等的侵蚀等损坏过程；多种因素破坏下炉衬耐火材料变薄、崩裂、脱落等，造成冷却系统损坏，甚至炉壳直接受热变形，形成高炉热点或热区。在一些运行时间较长的高炉常见局部发红、变形等现象，导致内衬产生厚薄缺陷，使得炉壳表面出现热点和裂缝，炉缸出现局部温度过高现象，从而导致炉前操作环境的劣化，直接影响高炉的正常生产和使用寿命，即需要停炉检修，而停开炉难度大、影响时间长，内衬维修宜采用热态修补，压入料能够改善或解决这类问题。采用高导热碳质复合压入料，为高炉炉缸、炉底区域过热部分灌浆，从炉外对炉内压入修补是热态修补的主要方式。压入料要求压浆及浇注密实，具有足够热强度，并且压浆不能对相应被处理部位及周围耐火材料和设备造成损害。目前而言，高炉用压入密封料的导热性差．耐高温、耐侵蚀性及附着力差，不能同时兼顾导热性能和综合力学性能，难以满足使用要求。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供一种填充型高导热复合压入料及其制备方法，构建以环氧树脂作为导热媒介材料的多元混杂填充体系，通过选择具有高导热性填料和提高热交换效率，填料粒子之间相互接触，降低界面热阻，在聚合物基体中形成连续链状或网状结构的3D导热网络通路，以提高环氧树脂基复合材料的导热系数，该压入料的粘结性强，导热性好，耐高温、耐侵蚀性及附着力强，提高高炉的使用寿命。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种填充型高导热复合压入料，由以下重量份数的原料制成，碳化硅35
‑
55份、金刚石10
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15份、碳纳米管3
‑
10份、氮化硼5
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10份、铜粉2
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8份、锆铜合金粉2
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5份、二氧化硅微粉3
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6份，环氧树脂35
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50 份、外加固化剂0.5
‑
1.5份。
[0006]一种填充型高导热复合压入料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、混粉；首先将铜粉与锆铜合金粉(Zr
‑
Cu)按比例混合，保证Zr充分分散于Cu基体中，然后将混合粉末和碳化硅、金刚石、氮化硼一起加入球磨混合12 h；最后加入二氧化硅微粉、碳纳米管，利用混料机混合1 h；
步骤二、将步骤一得到的混合料加入环氧树脂溶液中搅拌30分钟，并外加固化剂，即制得填充型高导热复合压入料。
[0007]其中，碳化硅为颗粒＜0.065mm的细粉。
[0008]其中，氮化硼的粒径为0.5
‑5µ
m。
[0009]其中，金刚石为纳米级。
[0010]其中，固化剂为乌洛托品。
[0011]环氧树脂由于具有耐化学腐蚀、收缩性低、化学惰性强、可塑性强、电绝缘性能优良等特点逐渐取代金属成为应用最广泛的导热媒介材料。填充型环氧树脂基复合材料的导热过程主要是依靠填料的导热作用来完成的，引入导热填料之后，填料与填料、填料与环氧树脂基体之间形成了很多界面，而且环氧树脂基体与导热填料的极性不同，界面相容性很差，填料难以在环氧树脂中有效分散，填料表面难以被环氧树脂基有效润湿，环氧树脂与填料之间存在一定的界面热阻、填充材料单位质量传热效率较低等因素导致复合材料的导热系数提高效率低。
[0012]通过引入多元混杂体系填充聚合物基体，采用原位复合法制备导热复合材料解决上述难题。该多元混杂填充体系中以环氧树脂作为导热媒介材料，以纳米金刚石微粒子包裹在碳纳米管表面形成二元复合填料作为增强相，同时以铜作为金属基体，铜粒子与相邻的氮化硼粒子相连接，应用于连续碳纤维带表面，并将Zr元素引入铜基体中作为碳化物形成元素，以优化Cu
‑
C界面，通过选择具有高导热性填料和提高单位质量热交换效率，填料粒子之间相互接触，降低界面热阻，在聚合物基体中形成连续链状或网状结构的3D导热网络通路，综合了金属与增强相各自的优点，兼具铜良好的导热、力学性能以及碳纳米管、金刚石的高导热性、低密度、低热膨胀系数，以提高环氧树脂基复合压入料的导热系数，改善其力学性能和热稳定性能。
[0013]将纳米金刚石粒子包裹在碳纳米管表面形成二元复合填料再将其均匀分散在环氧树脂中，有效改善了填料在聚合物基体中的分散性，并在环氧树脂中形成了3D导热传导路径，能实现复合材料连续导热通路的构筑，大大地提升了该复合材料的导热性能，该方法简单易操作，无化学污染，还可在低填料含量下实现复合材料的高导热系数。
[0014]氮化硼本身具有低介电常数、低介电损耗、电阻率高、热膨胀系数大、热稳定性好等特点，且氮化硼的导热系数梯度位于各类填料导热系数值的中间梯度，成为填充型环氧树脂基导热复合材料的优良选择。选取环氧树脂作为制备导热复合材料的基体，与氮化硼填料进行复配，制得的复合材料在具备高导热性能的同时，还具有优异的力学性能，在热固性环氧树脂中混入氮化硼，氮化硼分散在结构界面处，构筑成3D导热网络，其复合材料的导热性能明显提高，填料氮化硼以3D的形式引入到体系中，有效抑制了分子链段在环氧树脂中的运动，氮化硼粒子在吸收一部分热量同时还能延缓环氧树脂分解，提高该复合材料的热稳定性，分散稳定性更好。
[0015]本专利技术制备的填充型高导热复合压入料，针对实际现场应用对产品材质的需求，优化配方组合，构建以环氧树脂作为导热媒介材料的多元混杂填充体系，通过选择具有高导热性填料和提高单位质量热交换效率，填料粒子之间相互接触，降低界面热阻，在聚合物基体中形成连续链状或网状结构的3D 导热网络通路，综合了金属与增强相各自的优点，以提高环氧树脂基复合材料的导热系数，改善其力学性能和热稳定性能，改善炉体的整体性，
提高高炉的使用寿命；采用原位复合法制备，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产。
具体实施方式
[0016]下面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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，以下实施实例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]实施例1：一种填充型高导热复合压入料，由以下重量份数的原料制成，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种填充型高导热复合压入料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成，碳化硅35
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55份、金刚石10
‑
15份、碳纳米管3
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10份、氮化硼5
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10份、铜粉2
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8份、锆铜合金粉2
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5份、二氧化硅微粉3
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6份，环氧树脂35
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50 份、外加固化剂0.5
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1.5份。2.根据权利要求1所述的一种填充型高导热复合压入料，其特征在于：碳化硅为颗粒＜0.065mm的细粉。3.根据权利要求1所述的一种填充型高导热复合压入料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：白朝阳，白嗣强，康晨曦，
申请(专利权)人：巩义市富康耐材有限公司，
类型：发明
国别省市：