浸渍烧结法制备的氧化物红外光反射保温炭毡及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化物红外光反射保温炭毡及其应用，尤其是涉及一种浸渍烧结法制备的氧化物红外光反射保温炭毡及其应用，属于保温热场材料技术领域。
【背景技术】
[0002]高温热工炉是一种常见的工业设备，主要是通过加热升温，使得被处理的材料在高温环境下发生性质的改变，如重结晶，烧结，扩散等，多用于晶体，陶瓷，金属等材料的生产及处理，工作温度也根据材料不同，跨度比较大，从400°C、500°C到3000°C均有。各行各业的高温炉数目众多，平均热效率在30%左右，意味着有大于一半的热量，由于高温炉配套的保温材料性能不好而被浪费掉，这对工业生产造成巨大的损失。
[0003]热量主要是通过传导、对流及辐射来传播，在800°C以上的高温环境中，热量主要是依靠辐射传播，即加热器以黑体辐射的方式发射出红外光，大部分热量以红外光的方式向外传播。因此如果选用红外光反射材料，将热量以光反射的形式反射回热场内部，可以提高热效率。目前行业内用到的高温热反射材料，工作温度从500-2500°C的，主要是选用涂料烧结的方式，将红外光反射材料涂覆在保温砖的内壁，对于高孔隙率的保温材料而言，例如炭毡，涂料的方法很难使得红外光反射材料牢固地粘结在炭毡上面，即使粘结上去，涂层的抗热震性能很差，几个工艺周期之后涂层就会开裂，甚至脱落，因此对于选用高孔隙率炭毡保温材料而言的高温设备，适合的氧化物红外光反射材料几乎没有，但是国内外有大量的高温生产设备，如太阳能、半导体的晶体硅生长炉，冶金炉，陶瓷烧结炉等，都是选用炭毡作为保温层，他们耗电量占了工业生产用电量的25%以上。中高温度段选用炭毡、炭-炭复合材料进行保温的设备，保守估计国内应该有十几万台之多，主要分布在光伏，晶体生长，粉末冶金及硬质合金等领域；而放眼全球，国内外选用炭毡作为保温层的高温设备则至少有百万台之多，基本上都还没有使用氧化物红外光反射节能材料，其市场容量不容小觑，对保温节能的需求尤其强烈。目前国家提倡锅炉等设备节能减排，以炭毡为保温基础的高温设备的节能改造已经迫不及待，同时也是高能耗生产型企业降低成本，提升生产技术的关键步骤。
[0004]炭毡无论是固化炭毡还是软毡，都是主要的保温热场材料，被广泛地用于晶体生长炉(如多晶硅铸锭炉，硅单晶提拉炉等)，工艺炉(如石墨化炉，压力烧结炉等)等多种领域。另外，还有很多高密度炭-炭复合材料，由于其独特的高强度，耐高温，抗腐蚀等特性，作为结构件用于高温设备中，因此提高炭-炭复合材料的保温性能，可以进一步降低高温设备中炭热场的热损失，使得设备进一步节能，环保。
[0005]其中光伏行业中有单晶硅，多晶硅多种晶体炉1-2万台，用于硅晶体的生长，而且炭毡等保温材料作为热场耗材，每2年左右更换一次；同时为了节能降耗，降低整个光伏发电产业链的成本，炭毡与炭-炭复合材料本身的性能也在不断提高，先后出现了低热导率的黏胶基、预氧丝基、炭基气凝胶基等炭毡，其共同的特点是都是以炭纤维作为基体，形成多孔，轻质的毡体结构。另外，由于炭毡作为保温材料，碳也是晶体硅生长过程中不可避免被带入的杂质之一，因此如何在使用当前主流炭毡的前提下，最大程度地避免碳杂质的污染，也是光伏行业研究的重点。
[0006]众所周知，中高温环境下，热量的传递主要是以近红外光辐射为主，在现有高温设备中，保温材料仅仅是具有很低的热传导系数，其热辐射的阻隔能力普遍偏弱，因此高温下炭毡保温材料的综合导热系数急剧升高，是其常温下的10倍左右，高达1.5-2ff/m.K，主要原因在于加热器的辐射热量主要是以近红外线发射为主，但是保温的普通炭毡其近红外光透射率大，很多热量以近红外线的形式辐射出来，造成了无端的浪费。
[0007]高温红外反射涂料是指涂覆于设备内表面，对高温辐射过程中的近、中红外波段具有很高的反射比，并将吸收的热量以光学长波的形式辐射回热场内部，从而可以有效阻止涂层表面热量的穿透和热量损失。红外光辐射涂料是由辐射粉体基料与载体粘结剂组成，其中，辐射粉体基料的作用是提供高热辐射性能，载体粘结剂则使涂料牢固地粘结在基体表面。在工业炉的生产过程中，一般选用氧化物红外反射材料作为涂料的填料，其中主要是过渡金属的氧化物及碳化物，如SiC，T12, S12，空心微珠，氧化铝等。
[0008]现有技术主要是利用涂料的方法将氧化物红外反射材料涂在热场的内表面，形成热反射。而且一般对氧化物红外反射材料的尺度要求在微纳米级，要求在粘结剂中分散均匀，具有良好的成膜能力，并且粘结剂纯度高，耐高温，不对高温产品产生污染。
[0009]但是，目前来说，尤其对于炭毡及炭-炭复合材料而言，其工作温度高，对涂料的抗热震性能要求极高，绝大多数的粘结剂由于不能反复承受热胀冷缩的工艺过程，热反射涂层使用几次后多数将龟裂，粉化以及脱落，从而影响了氧化物红外光反射涂层的高温保温性能。
[0010]一般的氧化物红外光反射涂层，适用于具有较高密度，较低孔隙率的保温基底，如保温砖，保温瓦等，但是对于孔隙率较高的炭毡和炭-炭复合材料，涂层很难在其表面形成，而且由于氧化物红外反射材料与炭毡、炭-炭复合材料的热膨胀系数不一致，所以氧化物红外光反射涂层在炭毡、炭-炭复合材料上的抗热震性能差。溶胶凝胶法是一种有效的将氧化物红外反射材料与炭毡、炭-炭复合材料进行粘结复合的方法，但是其工艺相对比较复杂，需要有从溶胶变为凝胶的过程，周期比较长。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够对高温热场环境下的红外光辐射热进行反射处理，提高氧化物红外光反射材料与母体炭纤维结合能力，抗热震性能好的浸渍烧结法制备的氧化物红外光反射保温炭毡；该氧化物红外光反射保温炭毡应用于保温热场，可大幅降低保温热场能耗；而且，其制备方法比溶胶凝胶法简单，高效，适合大规模工业化生产。
[0012]本发明解决其技术问题所选用的技术方案是:
本发明之浸渍烧结法制备的氧化物红外光反射保温炭毡，按照以下方法制成:
(I)配制混合溶液:将氧化物红外光反射材料的前驱体与树脂、有机溶剂酒精混合而成混合溶液，所述前驱体的重量比例为混合溶液重量的1wt %-90wt % (优选40 Wt %-60 wt%)；
所述前驱体主要是与氧化物相应的金属的酯盐或者醇盐；所述有机溶剂可选用酒精(从经济角度考虑，可以使用工业酒精)，用于调节溶液的粘度；
(2)浸渍处理:将待处理的炭毡母体或者炭-炭复合材料母体浸渍到步骤(I)配制的混合溶液中，使母体的炭纤维骨架基体与混合溶液充分接触，浸润后，混合溶液成分包覆在炭骨架上；
(3)干燥处理:将经步骤(2)处理后的母体取出干燥处理；或者将经步骤(2)处理后的母体置于离心设备中进行离心脱液处理，去除多余的溶液后，将离心处理后的母体从离心设备中取出进行、燥处理；
(4)烧结处理:将经步骤(3)处理后的母体进行高温煅烧，煅烧温度为550°C?1650°C(优选1200-1600°C)，煅烧时间为60?120min，氧化物红外光反射材料的前驱体，炭化分解，部分分解成氧化物红外光反射材料，粘接在母体炭骨架上；同时经过煅烧处理，该氧化物红外反射材料从无定型态转变成为纳米结晶态，而成纳米氧化物红外光反射材料，由此即得纳米氧化物红外光反射保温炭毡。
[0013]进一步，所述氧化物红外光反射材料是T12红外光反射材料、S1 2红外光反射材料、Al2O3红外光反射材料中的一种；所述前驱体为受热可以分解出碳、二氧化碳及其相应氧化物红外光反射材料的金属有机化合物；具体为:1102的前驱体为含氧有机钛化合物，优