高温热屏障材料、涂层和定型制品及其应用制造技术

本发明专利技术披露了一种高温热屏障材料、涂层和定型制品及其应用。当此材料配方形成涂层和定型制品时，可提供或显示如下特征：纳米/微观/宏观孔洞的多孔结构（蜂窝结构）、低热导率和高温辐射屏蔽等特征。它的另一发明专利技术要点是此材料可具体应用在条件苛刻的高温设备上，可大大地减少设备在高温使用时由材料本身的热传导率结合高温辐射而产生的热量传递。此材料、涂层和定型制品的主要应用范围包括，但不限制在钢铁行业的高温炉窑、高温阀门、热风管道及其设备、铁水包、钢水包等高温设备，有色金属、建材、耐材（陶瓷）、机械和化工行业高温炉窑及其设备，汽车、航空、航天、能源、卫星、船舶、汽轮机、锅炉和化工行业高温设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温热屏障材料、涂层和定型制品及其应用，属于耐高温热屏障材料

技术介绍
在钢铁冶金工业、建材行业等生产工艺流程中，多为高温工序，如炼铁、炼钢和轧钢过程。目前，世界各地的主要炼铁手段是高炉。高炉及附属设施热风围管、送风支管、热风主管、热风支管和热风阀、热风炉等钢壳体内表面，以及耐火材料衬里热面；铁水包、钢水包、炼钢炉钢壳体内表面，以及耐火材料衬里热面；轧钢加热炉、中间退火炉钢壳体内表面， 以及耐火材料衬里热面等高温领域；为隔热节能，大都采取隔热措施，有的涂覆热障涂层， 以阻止热量传递。世林(漯河)冶金设备有限公司研究开发的微水节能热风阀应用了耐材节能反射涂料，提高了阀门使用寿命，取得了良好节能效果。( ].张明正，王银河，冯力，赵承钧，张进，刘振钧，李鹏飞，冯国兴，熊滨生，荆松波，“微水节能热风阀”，中国专利技术专利号 ZL200510119730.4，2007年9月5日授权；.冯力，张明正，王银河，熊滨生，刘振均“微水节能热风阀的设计与试验”，《炼铁》2006. 4. (47-49))。高温绝热/隔热/热屏障应用材料的选择需要考虑如下性能材料本身在应用温度区的热导率、辐射屏蔽以及热机械性能。作为一个最基本的选择标准，低热导率的氧化物被选作常用的主要隔热材料。这些氧化物中，最主要的成分有氧化锆、氧化铝及硅酸盐等。 其它氧化物也通常作为掺杂物加在里面作为改善此隔热材料的韧性、高温疲劳/抗疲劳、 热膨胀系数等。这些掺杂元素/化合物包括稀土系列的氧化钇、氧化铈、氧化钪，和氧化镁、 氧化钛及氧化钙等的金属氧化物。红外线或辐射屏蔽或反射材料成分包括氧化锆、氧化钛、 氧化铁及碳化硅等。目前，商业绝热/热屏障应用的涂层或定型制品的配方里，有时可能是以上描述的全部材料按某种比例混合的组合物。为了创造更有效的隔热效率，纤维结构/交织的纤维可能会用于高温炉窑上，这些纤维结构物通常会是氧化硅基或氧化铝基纤维等。在涂层或定型制品的配方中，纤维的引入通常是多目的性的。这些目的包括改善其材料的热机械疲劳强度、热膨胀系数及隔热效果。热屏障涂层已被引入航空航天及陆地涡轮发动机的应用中。这些涂层通常是已稳定的氧化锆，把它设计成特殊的微观结构以及掺杂成分。目前有很多制造热屏障涂层的方法，这些方法包括等离子喷涂、电子束物理沉积法、化学沉积法、激光辅助的化学沉积法、溶液胶体法以及最简单的涂刷后固化热处理方法。用这些不同方法生产出来的涂层/材料有可能会有很大变化范围的微观结构。这些涂层或材料的微观结构对它们的物理、机械、热性能有很大的影响。例，现在的高温航空发动机叶片涂层通常是用等离子喷涂或电子束物理沉积 feAfe^fj^。 (· N. P. Padture and Μ. Gell, "Thermal Barrier Coatings for Gas-Turbine Engine Applications, ” Science 12 April 2002, Vol. 296 no. 5566 pp. 280-284)等离子喷涂方法能生产出层状结构的涂层，它的层状结构式平行于基体的，此结构能改善航空发动机的热屏障性能，且经济上可行。但是它的局限性在于它在1150°C 度高温运行时它的寿命受到限制。电子束物理沉积法产生柱状结构的涂层，这些柱状结构是垂直于基体的，此涂层提供优越的航空航天发动机性能，但是经济费用昂贵限制了它的商业应用，它只局限于军用。最近，美国英佛曼公司已开发出纵向开裂及纳米孔洞的热膨胀涂层，此涂层是利用一种革命性的液体等离子法制造的，此热膨胀涂层的性能远远优于等离子及电子束物理沉积法生产的涂层。(. M. Gell, X.Q. Ma, E. H. Jordan, N. P. Padture, L. D. Xie, Τ. D. Xiao, and A. DeCarmine, “Coatings, Materials, Articles, and methods of Making Thereof, ” US Patent No. 7,563,503 B2, issued July 21, 2009. , X.Q. Ma, S. Murphy, J. D. Roth, T. D. Xiao, and B. M. Cetegen, "Apparatus and method for Solution Plasma Spraying, " US Patent No. 7,112, 758 B2, issued Sep. 26， 2006)在高温工业领域，离不开优质耐火材料，有些部位将承受高温热辐射、温度变化剧烈、 热气流冲刷、有腐蚀气体侵蚀等，极大加剧了耐火材料的损毁，材料本身导热也极大，增加能源消耗。目前一般使用的隔热材料，陶瓷纤维棉强度低易压缩后致导热率升高，或长期使用易玻璃化。采用定型隔热材料孔隙率低隔热效果有限且又难以满足复杂形状的要求，无法进行快速施工和修补。传统的远红外节能反射涂料，仅起表面的热反射作用，内层导热率高，涂层施工后在空气中长期易吸潮脱落。中国专利CN200310114615. 9 “高温远红外涂料及其制备方法”描述了一种以碳化硅为主要材料的微纳米超细高温原红外涂料，其它涂料配方化合物包括氧化锆、氧化铁、氧化铝、氧化铬、等。而且此涂料具有较好的红外反射率。其它同等的红外反射材料包括美国的CRC公司CRC-10A、G-125、英国CRC公司的ET-4、日本的CRC1500、1500涂料等。所有这些产品都是以碳化硅和氧化铁为主的材料。而且它们的主要考虑是红外反射而设计的， 而忽略了材料本身的热导率问题。以上所述用不同方法生产出来的热屏障涂层或定型制品虽然它们有很多优点，但是仍有很多需要提高及改善的地方。这些改善包括热屏障/热隔热涂层/热隔热定型制品，尤其是当材料需要拥有特殊的微观结构，及选择性的化学配方，以及需要改善的热机械性能和热屏障性能。这些需要改善的地方将利用以下描述的，但不局限于小结、图解、以及专利技术实例来说明。
技术实现思路
为了克服现有热屏障涂层仅起表面的热反射作用，内层导热率高，涂层施工后在空气中长期存放易吸潮脱落的不足以及定型制品孔隙率低隔热效果有限且又难以满足复杂形状、快速施工和修补的技术难题，本专利技术利用纳米技术研制成功了系列高温热屏障材料涂层和定型制品。本专利技术高温热屏障材料、涂层和定型制品主要由对远红外高辐射率耐高温耐磨材料组成，在高温状况下，表面形成致密陶瓷涂层，提高热辐射效率，内层具有泡沫或蜂窝状结构，形成孔梯度，孔的合理分布和大小，有效避免微裂纹的扩展，提高材料热震稳定性，高气孔率使材料具有极低的有效导热率。涂层耐磨、耐腐蚀、隔热、热反射率高，大大延长基材 (工作部件)使用寿命，成为一种优良的高温热屏障材料、涂层和定型制品。本专利技术第一个体现是纳米、微米和/或宏观多孔结构的热屏障材料，能改进上面现有技术描述的缺点和不足，其配方包括(a).至少一个，但不是限于一个，主要成分的无机或有机金属化合物溶液，固化后形成纳米热屏障结构组织，其纳米热屏障结构组织拥有纳米、微观和宏观的多孔结构；(b).浆料中第一部分溶液和/或粉末的颗粒添加剂，用于强化此无机或有机金属化合物溶液的隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高温热屏障材料，其配方经配料呈浆料，该配方包括：（ａ）．　至少一个，但不是限于一个，主要成分的无机或有机金属化合物溶液，固化后形成纳米热屏障结构组织，其纳米热屏障结构组织拥有纳米、微观和／或宏观的多孔结构；（ｂ）．　浆料中第一部分溶液和／或粉末的颗粒添加剂，　用于强化此无机或有机金属化合物溶液的隔热性能；（ｃ）．　浆料中的第二部分溶液和／或粉末颗粒添加剂，具备高温辐射屏蔽或反射属性；（ｄ）．　浆料中的第三部分辅助添加剂，提供低温和高温粘结剂功能。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯力，萧东山，张进，张海佑，陈涛，
申请(专利权)人：世林漯河冶金设备有限公司，纳米集团公司，
类型：发明
国别省市：41