[發(fā)明專利]一種碳化硅紅外輻射陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010061183.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111170743B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳健;祝明;黃政仁;朱云洲;姚秀敏;陳忠明;劉學(xué)建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C04B35/565
• 分類號(hào): C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種碳化硅紅外輻射陶瓷材料及其制備方法，所述碳化硅紅外輻射陶瓷材料的原料組成包括：β?SiC和MgO?Al₂O₃?SiO₂助劑；優(yōu)選包括：76.5～95wt% β?SiC、0～8.5wt% AlN、5～15wt% MgO?Al₂O₃?SiO₂助劑，各組分含量之和為100wt%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅紅外輻射陶瓷材料及其制備方法，具體涉及一種具有高紅外發(fā)射率的碳化硅陶瓷材料及其制備方法，屬于紅外輻射陶瓷領(lǐng)域。

背景技術(shù)

紅外輻射陶瓷材料是指在紅外波段具有高發(fā)射率或特征發(fā)射率的無(wú)機(jī)材料，是一種重要的功能材料。紅外輻射陶瓷材料具有優(yōu)良的紅外輻射性能、化學(xué)穩(wěn)定性及高溫穩(wěn)定性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于紅外光源、紅外加熱器、熱光伏輻射器、航天器熱控制涂層、星載微波定標(biāo)源、核聚變定標(biāo)源、LED散熱基板等領(lǐng)域。

例如：在高溫爐中，絕大部分傳熱是由于輻射引起的，將高發(fā)射率涂料涂覆在金屬或耐火基體表面，可有效提高爐的熱輻射效率，顯著降低熱損失，使?fàn)t內(nèi)回火分布更加均勻，紅外輻射涂層材料可以對(duì)基體起到保護(hù)作用，減少維護(hù)，提高爐體的使用壽命，美國(guó)CRC公司研制的紅外輻射材料應(yīng)用于工業(yè)爐可節(jié)能10～30％，同時(shí)能夠?qū)t襯基體有一定的保護(hù)作用，可延長(zhǎng)其使用壽命1～4倍；在高超聲速飛行器領(lǐng)域，其突出特點(diǎn)是飛行過(guò)程中對(duì)飛行器表面的傳熱，這種熱能可以通過(guò)增加表面的輻射和傳導(dǎo)傳熱來(lái)降低，高發(fā)射率材料在這一散熱過(guò)程中可發(fā)揮有效作用；此外，高發(fā)射率的紅外輻射涂層用于LED散熱基板能很好地解決功率LED的散熱難題，紅外輻射材料還可以用作抗菌建材，并在紡織品上有一定的應(yīng)用。

近年來(lái)，紅外輻射材料的相關(guān)研究發(fā)展迅速，其中8～20μm波段的發(fā)射率已超過(guò)0.9，而在1～8μm波段的輻射性能較差，只有0.5左右，且在高溫條件下發(fā)射率不夠高。

SiC具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、高真空適應(yīng)性、高彈性模量、低熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的抗熱震性能、抗腐蝕性能和抗氧化性能等多種優(yōu)勢(shì)，是重要的高溫結(jié)構(gòu)材料。SiC還是很好的紅外輻射材料，在全波段都具有較高的紅外發(fā)射率，且在2.5～8μm波段的輻射率較高。SiC材料以其優(yōu)異的性能，有潛力可以作為現(xiàn)有紅外輻射材料應(yīng)用領(lǐng)域的更佳替代品。但是碳化硅材料在中波段的發(fā)射率較低，常溫條件下最低點(diǎn)僅為0.2～0.3左右，這是SiC紅外輻射材料亟需解決的問(wèn)題。例如，專利1(中國(guó)公開(kāi)號(hào)CN110078514A)雖然公開(kāi)了一種碳化硅陶瓷在1～22μm波段范圍內(nèi)的法向發(fā)射率≥0.85。第一，其發(fā)射率是在高溫條件下測(cè)試得到，測(cè)試溫度越高，材料的發(fā)射率是越大的，有較大差別。第二，其測(cè)試的為1～22μm波段，由于碳化硅在15微米波段之后發(fā)射率很高，接近于1，在一定程度上會(huì)給總發(fā)射率帶來(lái)較大提升。實(shí)際上，該專利1所得碳化硅在2.5～16μm，仍然較低(例如僅為0.69)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種中波段發(fā)射率較高的碳化硅陶瓷紅外輻射材料及其制備方法。

一方面，本發(fā)明提供了一種碳化硅紅外輻射陶瓷材料，所述碳化硅紅外輻射陶瓷材料的原料組成包括：β-SiC和MgO-Al₂O₃-SiO₂助劑；優(yōu)選包括：76.5～95wt％β-SiC、0～8.5wt％AlN、5～15wt％MgO-Al₂O₃-SiO₂助劑，各組分含量之和為100wt％。

較佳的，所述MgO-Al₂O₃-SiO₂助劑的原料組分包括：10～30wt％MgO、15～40wt％Al₂O₃、20～60wt％SiO₂，各組分含量之和為100wt％。