[發(fā)明專利]帶有輻射屏蔽層的納米氧化硅隔熱材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310718862.3
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103693938A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳玉峰;張世超;石興;孫浩然;王廣海;李懋強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國建筑材料科學(xué)研究總院
• 主分類號: C04B30/02
• 分類號: C04B30/02
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 魯兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隔熱、保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶有輻射屏蔽層的納米氧化硅隔熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，用于隔熱、保溫技術(shù)領(lǐng)域的耐高溫隔熱材料主要是用陶瓷纖維、晶須、陶瓷空心微珠或空心球為主要原料制備的微孔陶瓷材料（張麗杰，多孔SiO₂基塊材的制備與表征，北京航空航天大學(xué)碩士論文，2010，11-14）。這些材料的常溫導(dǎo)熱系數(shù)通常都大于0.04W/m·K，隔熱性能遠不能滿足一些需要高效隔熱的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、航天、船舶等行業(yè)的需求。此外，由于輻射強度與溫度的四次方成正比，高溫下的輻射傳熱非常嚴重，為了減少隔熱材料中的輻射傳熱，提高高溫隔熱性能，可在熱輻射傳播的路徑上放置輻射屏蔽層，制備成多層隔熱材料（MTI，multilayer?thermal?insulation）。

20世紀50年代，隨著人類對太空的開發(fā)，一種主要采用鋁箔和尼龍網(wǎng)疊層復(fù)合的多層隔熱材料（現(xiàn)有材料1，江經(jīng)善，多層隔熱材料及其在航天器上的應(yīng)用，宇航材料工藝，2000,4:17-25）被廣泛應(yīng)用于航天器的熱防護，如航天器的推進劑儲箱、推進劑管路、蓄電池倉等都用到了這種多層隔熱材料，但是這種材料具有耐溫低（400度）的缺點。多層隔熱材料在高溫隔熱領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了越來越多的重視。Markus?Spinnlera等人研究出用于高溫燃料電池的多層隔熱材料（現(xiàn)有材料2），采用石英纖維隔熱材料與金箔疊層復(fù)合制備多層隔熱材料，這種多層隔熱材料試樣的導(dǎo)熱系數(shù)按文獻介紹為在700℃可以達到0.06W/m·K左右，而不加金箔時，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.10W/m·K，但是這種材料具有高溫下隔熱性能差的缺點（Markus?Spinnler,Edgar?R.F.Winter?et?al.Studies?on?high-temperature?multilayer?thermal?insulations.International?Journal?of?Heat?and?Mass?Transfer.2004,47:1305-1312）。Kamran等人研究出用于再入飛行器的熱防護多層隔熱材料（現(xiàn)有材料3），采用鍍金陶瓷紙與多晶氧化鋁隔熱材料疊層復(fù)合制備得到多層隔熱材料，模擬再入（飛行器由太空重返地面為再入）飛行器氣動加熱狀態(tài)，通過研究發(fā)現(xiàn)多層隔熱材料中間隔層的厚度為2mm時，可以取得最好的隔熱性能，但是這種材料同樣具有高溫下隔熱性能差（文獻介紹700℃導(dǎo)熱系數(shù)約為0.06W/m·K左右）的缺點（Kamran?Daryabeigi,Thermal?analysis?and?design?optimization?of?multilayer?insulation?for?reentry?aerodynamics?heating,Journal?of?Spacecraft?and?Rockets）。

現(xiàn)有的多層隔熱材料，其層間材料，如多晶氧化鋁或石英纖維，因材料本征導(dǎo)熱系數(shù)比較高，難以獲得高效隔熱材料。而氣凝膠超級隔熱材料，其低溫隔熱性能良好，但因高溫下輻射傳熱嚴重，高溫下的隔熱性能差。輕質(zhì)、高溫多層隔熱結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為高速飛行器熱防護的關(guān)鍵材料技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有隔熱材料高溫下輻射傳熱較大的缺點，本發(fā)明的第一個目的是提供一種帶有輻射屏蔽層的納米氧化硅隔熱材料。

本發(fā)明提供的帶有輻射屏蔽層的納米氧化硅隔熱材料，是由若干個單面帶有輻射屏蔽層的納米氧化硅預(yù)制體經(jīng)壓制復(fù)合而成。

所述輻射屏蔽層是用鉬箔、鋁箔或金箔等可以阻擋紅外輻射的箔片材料制成，厚度為0.01-0.5mm，優(yōu)選為0.01-0.1mm。

所述納米氧化硅預(yù)制體的主要原料配方包括以下重量份數(shù)比的組分：納米氧化硅粉體100份，陶瓷粉體遮光劑5-40份、硬硅鈣石晶須或其它增強纖維或晶須5-20份。

所述納米氧化硅預(yù)制體的厚度為0.2-5mm，個數(shù)為2-50或者更多（根據(jù)設(shè)計需要），經(jīng)壓制復(fù)合后每個納米氧化硅層的厚度為0.2mm-3mm，密度為0.1-0.5g/cm³。

所述納米氧化硅粉體可以采用氣相法或液相法制備，優(yōu)選采用氣相法制備的納米氧化硅粉體，粉體需要進行憎水處理，在流化床中用高活性的一甲基三氯硅烷和六甲基二硅烷混合物或八甲基環(huán)四硅氧烷液體霧化后與粉體同時噴射到流化床中，進行憎水處理，憎水處理后比表面積不小于200m²/g，一次顆粒平均粒徑小于50nm。納米氧化硅粉體是本發(fā)明的基體材料，其固相導(dǎo)熱系數(shù)低，隔熱功能大部分由其實現(xiàn)。