具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料及其應用。
【背景技術】
[0002]這種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層主要應用于高溫發熱體、碳化物、硼化物陶瓷的保護，也可以用于航天飛行器和高溫窯爐領域。釉層可在高溫下隔絕空氣，保護被涂覆的陶瓷、碳/碳復合材料或發熱體，防止這些在高溫下被氧化。同時，釉層中含有紅外輻射性能高的成分，因而具有較高的紅外輻射散熱作用。這種釉層可用于滿足部分航天飛行器和窯爐設備的抗氧化和紅外輻射散熱的需要。比如應用于碳化硅、碳化鋯、碳化硼、二硼化鋯、二硅化鉬陶瓷或者硅碳棒和硅鉬棒發熱體的表面，不僅可以提高陶瓷和發熱體在高溫環境下的抗氧化性能，還可以延長它們的使用壽命；應用于硅碳棒和硅鉬棒發熱體表面還可以讓熱能以紅外輻射的形式釋放出來，提高加熱效率，同時使產品受熱更加均勾，提尚廣品質量，提尚能源利用率。
[0003]至今為止，具有高紅外輻射率的抗氧化涂層應用到航天領域和硅碳棒和硅鉬棒等發熱體上的報道很少。本實驗室之前公布了一種用氧化硅、氧化鋯為原料的高溫紅外輻射率抗氧化涂層材料(中國專利CN101891398A)，但是所用原料成本高、需要涂層具有一定的厚度，才能滿足抗氧化的需要。目前，美國，日本，韓國等國公布的高溫釉料，如NBSA-19等，使用溫度最高為100tC，并且不具備高的紅外輻射功能，還含有對人體有害的金屬元素鈹。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一在于提供一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料。
[0005]本發明的目的之二在于提供本釉層材料的應用方法。不僅可以解決多種航天飛行器的抗氧化、散熱問題，還可以用于保護窯爐設備發熱體，提高發熱體的抗氧化性能、熱效率。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案。
[0007]—種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料，其特征在于該材料的組成及質量百分含量為:
硅酸鋯粉料，小于3 μ m70-90% ；
玻璃釉粉料，小于10 μ m10-30% ；
外加無水乙醇，粉料總量與無水乙醇的質量比為1:7?1:9 ;外加漿料總量的0.1-2%的分散劑聚乙二醇；
所述的玻璃釉粉料的組成及質量百分含量為:
S1265-75%
Al2O30.01-20%
Na2O3-10%
BaO3?5% CaO2-5%
K200.01-3%
B2030.01~20%。
[0008]一種根據上述的具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料應用方法，其特征在于該方法的具體步驟為:將配料混合后，球磨至漿料的粒度小于3微米，用噴涂或浸漬的方法均勻涂覆在碳化硅陶瓷、碳化鋯陶瓷、碳化硼陶瓷、二硼化鋯陶瓷、二硅化鉬陶瓷、硅碳棒或硅鉬棒發熱體的表面，厚度50~200微米；烘干后，在高純氬氣保護條件下，1200° C-1600° C高溫熱處理，時間為l~3h，然后隨爐冷卻至室溫，最終制得具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層。
[0009]本發明的這種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層主要應用于高溫發熱體、碳化物、硼化物陶瓷的保護，可用于航天飛行器和高溫窯爐領域。釉層可在高溫下隔絕空氣，保護被涂覆的陶瓷和發熱體，防止陶瓷和發熱體在高溫下被氧化。釉層具有很高的全波段紅外輻射率，因而具有較高的紅外輻射散熱作用。這種釉層可用于滿足多種航天飛行器和窯爐設備的抗氧化和高效熱輻射散熱需要。比如應用于碳化硅、碳化鋯、碳化硼、二硼化鋯、二硅化鉬陶瓷或者硅碳棒和硅鉬棒發熱體的表面，不僅可以提高陶瓷和發熱體在高溫環境下的抗氧化性能，還可以延長它們的使用壽命；應用于硅碳棒和硅鉬棒發熱體表面可以讓熱能以尚效熱福射的形式釋放出來，提尚加熱效率，同時使廣品受熱更加均勾，提尚廣品質量，提尚能源利用率。
[0010]本發明制得的釉層可保護被涂覆的陶瓷和發熱體，防止陶瓷和發熱體在高溫下被氧化。釉層的1~22 μ m全波段紅外輻射率大于0.93，具有較高的紅外輻射散熱作用。同時，抗氧化效果明顯，具有良好的熱穩定性能，可用于近空間飛行器和高溫發熱體的抗氧化和輻射散熱的需要。
【具體實施方式】
[0011 ] 現將本發明的具體實施例敘述于后。
[0012]實施例1
一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層的制備方法，包括如下步驟:
a、具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層的成分以及質量百分比為:
硅酸鋯粉料80%
玻璃釉粉料20%
外加無水乙醇，粉料:無水乙醇=1:8，配成漿料。
[0013]外加楽料總量的分散劑，1%。
[0014]其中，分散劑為聚乙二醇，玻璃釉粉料的化學成分以及質量百分數為:
Si0271.57%
A120314.20%
Na204.90%
BaO3.65%
CaO3.06%
K201.34% B2031.28%
b、按照步驟a配方配料，球磨12h，漿料的粒度約1微米，用浸漬的方法均勻涂覆在碳化硅基材的表面，厚度約50微米。烘干后，在高純氬氣保護條件下，1300° C高溫熱處理，時間為2h，然后隨爐冷卻至室溫，最終制得具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層。
[0015]本實例制備的具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層，經測試分析，該釉層由硅酸鋯和玻璃釉兩種物相組成，室溫下1~22 μ m全波段紅外輻射率為0.933。碳化硅基材表面形成一層致密釉層，1500° C氧化實驗結果表明:有保護釉層的材料未出現氧化現象，而無保護釉層的材料明顯被氧化。
[0016]涂覆該釉層的碳化硅樣品，迅速放入1500° C高溫爐中，10分鐘后取出，在空氣條件下冷卻，循環20次未出現明顯裂紋和脫落現象，具有良好的熱穩定性能。
[0017]實施例2
本實施例與實施例1基本相同，不同之處在于，硅酸鋯粉料和玻璃釉粉料的質量百分比為70 %和30 %，制得的樣品經1500° C高溫熱處理。本實例制備的具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層，經測試分析，該釉層由硅酸鋯和玻璃釉兩種物相組成，室溫下1~22 μ m全波段紅外輻射率為0.931。碳化硅樣品表面形成一層致密釉層，1500° C氧化實驗結果表明:有保護釉層的材料未出現氧化現象，而無保護釉層的材料明顯被氧化。
[0018]涂覆該釉層的碳化硅樣品，迅速放入1500° C高溫爐中，10分鐘后取出，在空氣條件下冷卻，循環10次未出現明顯裂紋和脫落現象，具有良好的熱穩定性能。
【主權項】
1.一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料，其特征在于該材料的組成及質量百分含量為: 硅酸鋯粉料，小于3 μ m70-90% ； 玻璃釉粉料，小于10 μ m10-30% ； 外加無水乙醇，粉料總量與無水乙醇的質量比為1:7?1:9 ;外加漿料總量的0.1-2%的分散劑聚乙二醇； 所述的玻璃釉粉料的組成及質量百分含量為: Si0265-75% A12030.01-20% Na203-10% BaO3?5% CaO2?5% K200.01-3% Β2030.01?20%。2.根據權利要求1所述的一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料應用方法，其特征在于該方法的具體步驟為:將配料混合后，球磨至漿料的粒度小于3微米，用噴涂或浸漬的方法均勻涂覆在碳化硅陶瓷、碳化鋯陶瓷、碳化硼陶瓷、二硼化鋯陶瓷、二硅化鉬陶瓷、硅碳棒或硅鉬棒發熱體的表面，厚度50~200微米；烘干后，在高純氬氣保護條件下，1200° C ~1600° C高溫熱處理，時間為l~3h，然后隨爐冷卻至室溫，最終制得具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層。
【專利摘要】本發明涉及一種具有紅外輻射散熱作用的高溫抗氧化釉層材料及其應用，該材料以硅酸鋯粉料和玻璃釉粉料為原料，原料與乙醇和分散劑混合后得到的漿料用噴涂或浸漬的方法均勻涂覆在碳化硅、碳化鋯、碳化硼、二硼化鋯、二硅化鉬陶瓷或者硅碳棒和硅鉬棒發熱體的表面，經高溫熱處理制得釉層。本發明所制備的釉層可保護被涂覆的陶瓷和發熱體，防止陶瓷和發熱體在高溫下被氧化。釉層的1~22μm全波段紅外輻射率大于0.93，具有較高的紅外輻射散熱作用。同時，釉層具有良好的熱穩定性能，可用于近空間飛行器和高溫發熱體的抗氧化和輻射散熱的需要。
【IPC分類】C03C8/14
【公開號】CN105236743
【申請號】CN201510589719
【發明人】甄強, 李政, 李榕
【申請人】上海大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月17日