[發明專利]高溫熱屏障材料、涂層和定型制品及其應用

有效

• 申請號: 201110168140.6
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102351545A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 馮力;蕭東山;張進;張海佑;陳濤
• 申請（專利權）人: 世林（漯河）冶金設備有限公司;納米集團公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B38/00
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 張欣棠

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技術領域

本發明涉及一種高溫熱屏障材料、涂層和定型制品及其應用，屬于耐高溫熱屏障材料技術領域。

背景技術

在鋼鐵冶金工業、建材行業等生產工藝流程中，多為高溫工序，如煉鐵、煉鋼和軋鋼過程。目前，世界各地的主要煉鐵手段是高爐。高爐及附屬設施熱風圍管、送風支管、熱風主管、熱風支管和熱風閥、熱風爐等鋼殼體內表面，以及耐火材料襯里熱面；鐵水包、鋼水包、煉鋼爐鋼殼體內表面，以及耐火材料襯里熱面；軋鋼加熱爐、中間退火爐鋼殼體內表面，以及耐火材料襯里熱面等高溫領域；為隔熱節能，大都采取隔熱措施，有的涂覆熱障涂層，以阻止熱量傳遞。

世林（漯河）冶金設備有限公司研究開發的微水節能熱風閥應用了耐材節能反射涂料，提高了閥門使用壽命，取得了良好節能效果。([4].?張明正，王銀河，馮力，趙承鈞，張進，劉振鈞，李鵬飛，馮國興，熊濱生，荊松波，“微水節能熱風閥”，中國發明專利號：ZL200510119730.4，2007年9月5日授權；[5].?馮力，張明正，王銀河，熊濱生，劉振均：“微水節能熱風閥的設計與試驗”，《煉鐵》2006.4.（47-49）)。

高溫絕熱/隔熱/熱屏障應用材料的選擇需要考慮如下性能：材料本身在應用溫度區的熱導率、輻射屏蔽以及熱機械性能。作為一個最基本的選擇標準，低熱導率的氧化物被選作常用的主要隔熱材料。這些氧化物中，最主要的成分有氧化鋯、氧化鋁及硅酸鹽等。其它氧化物也通常作為摻雜物加在里面作為改善此隔熱材料的韌性、高溫疲勞/抗疲勞、熱膨脹系數等。這些摻雜元素/化合物包括稀土系列的氧化釔、氧化鈰、氧化鈧，和氧化鎂、氧化鈦及氧化鈣等的金屬氧化物。紅外線或輻射屏蔽或反射材料成分包括氧化鋯、氧化鈦、氧化鐵及碳化硅等。

目前，商業絕熱/熱屏障應用的涂層或定型制品的配方里，有時可能是以上描述的全部材料按某種比例混合的組合物。為了創造更有效的隔熱效率，纖維結構/交織的纖維可能會用于高溫爐窯上，這些纖維結構物通常會是氧化硅基或氧化鋁基纖維等。

在涂層或定型制品的配方中，纖維的引入通常是多目的性的。這些目的包括改善其材料的熱機械疲勞強度、熱膨脹系數及隔熱效果。

熱屏障涂層已被引入航空航天及陸地渦輪發動機的應用中。這些涂層通常是已穩定的氧化鋯，把它設計成特殊的微觀結構以及摻雜成分。目前有很多制造熱屏障涂層的方法，這些方法包括等離子噴涂、電子束物理沉積法、化學沉積法、激光輔助的化學沉積法、溶液膠體法以及最簡單的涂刷后固化熱處理方法。用這些不同方法生產出來的涂層/材料有可能會有很大變化范圍的微觀結構。這些涂層或材料的微觀結構對它們的物理、機械、熱性能有很大的影響。

例，現在的高溫航空發動機葉片涂層通常是用等離子噴涂或電子束物理沉積法方法形成。([1].?N.P.?Padture?and?M.?Gell,?“Thermal?Barrier?Coatings?for?Gas-Turbine?Engine?Applications,”?Science?12?April?2002,?Vol.?296?no.?5566?pp.?280-284)?等離子噴涂方法能生產出層狀結構的涂層，它的層狀結構式平行于基體的，此結構能改善航空發動機的熱屏障性能，且經濟上可行。但是它的局限性在于它在1150℃度高溫運行時它的壽命受到限制。電子束物理沉積法產生柱狀結構的涂層，這些柱狀結構是垂直于基體的，此涂層提供優越的航空航天發動機性能，但是經濟費用昂貴限制了它的商業應用，它只局限于軍用。最近，美國英佛曼公司已開發出縱向開裂及納米孔洞的熱膨脹涂層，此涂層是利用一種革命性的液體等離子法制造的，此熱膨脹涂層的性能遠遠優于等離子及電子束物理沉積法生產的涂層。?([2].?M.?Gell,?X.Q.?Ma,?E.H.?Jordan,?N.P.?Padture,?L.D.?Xie,?T.D.?Xiao,?and?A.?DeCarmine,?“Coatings,?Materials,?Articles,?and?methods?of?Making?Thereof,”?US?Patent?No.?7,563,503?B2,?issued?July?21,?2009.????[3].?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)