一种SiO₂纳米/微米粉复合低维隔热材料及制备方法

专利名称：一种SiO₂纳米/微米粉复合低维隔热材料及制备方法
一种S i O2纳米/微米粉复合低维隔热材料及制备方法技术领域
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种S^2纳米/微米粉复合低维隔热材料及 制备方法。
背景技术：
在高温容器、军工和航空航天领域使用的热防护系统要求隔热材料具有耐高温、 轻质、隔热效果更优异的高效隔热材料。目前高效的超轻质隔热材料主要有耐火纤维和硅 酸钙板。低温时，耐火纤维、硅酸钙制品的导热系数尚可，温度升高以后这些材料的导热系 数显著变差。比如20°C时，耐火纤维制品的导热系数为0. 03ff/m. k，硅酸钙板的导热系数 为0. 06ff/m. k。600°C时，耐火纤维制品的导热系数为0. 2ff/m. k，硅酸钙板的导热系数增为 0. 7ff/m. k，这些材料的导热系数随温度升高而明显变大。
在纳米孔隔热材料中，具有超微细且致密的多孔结构，这种纳米级的多孔结构 有利于减少气体分子的导热和材料的气体对流传热，所以能够保持极低的热导率。降低材 料中的孔隙尺寸就能明显改善隔热材料的高温绝热性能，材料的导热系数不随温度升高而 明显变大。
公开号为CN101705075A中国专利申请公开的“纳米级隔热材料”提供了一种分 及重量百分比分别为纳米级二氧化硅粉末5 95%，纳米级或微米级二氧化锆粉末或硅 酸锆粉末和/或碳化硅粉末5 50%，增强用纤维3 15%，加溶剂至100%。专利号为 CN200810047741.X中国专利申请公开的“ 一种纳米孔硅质复合隔热材料及其制备方法”提 供了一种纳米孔硅质复合隔热材料，其由纳米孔硅质粉末30 60份、硅酸铝纤维40 20 份、六钛酸钾晶须5 20份和黏结剂5 20份制成。加入黏结剂，经过纤维预处理、疏解、成 型、干燥和热处理工序制成。文章名“高性能纳米孔硅质隔热材料制备，非金属矿，2007，30[4]:20-23”提供了一种采用溶胶凝胶工艺，以水玻璃制备的硅酸凝胶为基本原料，掺入硅 灰、漂珠、硅酸铝纤维和钛白粉，制备了纳米孔硅质隔热材料。文章名"SiO2纳米多孔绝热材 料的制备与绝热性能研究，硅酸盐学报，2009，，3 (10):1740-1743”提供了一种以纳米SW2 粉末为主要原料，添加红外遮光剂和无碱超细玻璃纤维，采用干压法成型成功制备了密度 小、导热系数低的SiO2纳米多孔绝热材料。但其不含S^2微米粉，且添加遮光剂。
以上专利公开、文献都无法得到SiA纳米/微米复合低维隔热材料，且目前尚没 有检索到任何关于SiA纳米/微米复合低维隔热材料方面的公知技术。发明内容
本发明的目的是针对上述技术中所存在的不足之处而言之的一种SiO2纳米/微 米粉复合低维隔热材料及制备方法。本发明的纳米S^2复合低维隔热材料是由零维的纳 米/微米S^2颗粒、一维的纤维所构成的低维隔热材料，颗粒之间是无烧结的点接触，这些 无烧结的点接触构成热阻；颗粒与颗粒之间形成了大量的微孔，微孔尺寸越小，空内气体的 对流传热越小，降低了热传递，添加硅酸铝耐火纤维增强，且不需要添加遮光剂，制备出一种具有耐高温、低热导率、低成本等特点，可以在1000°c以下使用的新型低维隔热材料，并 且制备方法简单，利于工业化生产。
本发明的技术方案可通过以下技术措施来实现本发明的SW2纳米/微米粉复合低维隔热材料以零维的SiA纳米粉和SiA微米粉为 主要原料，以一维的硅酸铝纤维为增强骨架制备而成；其组份按重量份数比计为=SiO2纳米 粉20-80%，SiO2微米粉10-50%，硅酸铝纤维10-30%。
本发明的所述的SiA纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的 SiO2微米粉为无定形SiA微米粉，粒径为ο. 2-5微米。
本发明的所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
本发明的SiA纳米/微米粉复合低维隔热材料的制备方法包括下述步骤a、将经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在5000-20000转/分钟的转速下搅 拌30-600秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入SW2纳米粉和SW2微米粉，在5000-20000转/分钟 的转速下搅拌30-600秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在0.3-5MPa成型压力下干压成型。
本发明的有益效果如下由于本发明以零维的SiA纳米粉和SiA微米粉为主要原料，以一维的硅酸铝纤维为增 强骨架，通过高速搅拌切碎纤维使纳米、微米颗粒和纤维分散均勻，采用干压成型工艺制备 而成SiO2纳米/微米复合低维隔热材料。这就使得本发明相比现有技术具有如下优点1、隔热性能优异纳米/微米粉复合低维隔热材料具有耐高温、低热导率等特点， 其 800°C热导率为 0. 035-0. 050ff/mK ；其密度为 200_500Kg/m3 ；2、SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料可以在1000°C以下使用；3、SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料的制备方法简单、成本低，应用范围广。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步说明，但不限制本发明。
实施例1按重量份数比取SiO2纳米粉80份，SiO2微粉10份，硅酸铝纤维10份，备用；所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将10份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在10000转/分钟转速下 搅拌120秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入80份SW2纳米粉和10份SW2微米粉，在10000转/ 分钟转速下搅拌180秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在2MPa成型压力下干压成型。
本实施例所得到的材料800°C的热导率为0. 038 ff/m. k ；体积密度为310Kg/m3。
实施例2按重量份数比取SiO2纳米粉50份，SiO2微粉40份，硅酸铝纤维10份，备用；所述的SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将10份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在20000转/分钟转速下 搅拌100秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入50份SiA纳米粉和40份SiA微米粉，在15000转/ 分钟转速下搅拌240秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在IMPa成型压力下干压成型。
本实施例所得到的材料800°C的热导率为0. 044 ff/m. k ；体积密度为300Kg/m3。
实施例3按重量份数比取SiO2纳米粉30份，SiO2微粉45份，硅酸铝纤维25份，备用；所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将25份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在20000转/分钟转速下 搅拌400秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入30份SW2纳米粉和45份SW2微米粉，在5000转/ 分钟转速下搅拌480秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在0.5MPa成型压力下干压成型。
本实施例所得到的材料800°C的热导率为0. 047 ff/m. k，体积密度为330Kg/m3。
实施例4按重量份数比取SiO2纳米粉40份，SiO2微粉40份，硅酸铝纤维20份，备用；所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将20份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在20000转/分钟转速下 搅拌120秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入40份SW2纳米粉和40份SW2微米粉，在20000转/ 分钟转速下搅拌60秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在4MPa成型压力下干压成型。
本实施例所得到的材料800°C的热导率为0. 046 ff/m. k ；体积密度300Kg/m3。
实施例5按重量份数比取SiO2纳米粉70份，SiO2微粉15份，硅酸铝纤维15份，备用；所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将15份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在15000转/分钟转速下 搅拌300秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入70份SW2纳米粉和15份SW2微米粉，在8000转/ 分钟转速下搅拌500秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在3MPa成型压力下干压成型。
本实施例所得到的材料800°C的热导率为0. 042 ff/m. k ；体积密度为320Kg/m3 实施例65按重量份数比取SiO2纳米粉50份，SiO2微粉35份，硅酸铝纤维15份，备用；所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米；所述的硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
a、将15份经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在15000转/分钟转速下 搅拌400秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入50份SW2纳米粉和35份SW2微米粉，在12000转/ 分钟转速下搅拌1500秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在2MPa成型压力下干压成型。
本实施例所得材料800°C的热导率为0. 043 ff/m. k ；体积密度为340Kg/m3。
权利要求
1.一种SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料，其特征在于所述材料以零维的SiO2纳 米粉和SW2微米粉为主要原料，以一维的硅酸铝纤维为增强骨架制备而成；其组份按重量 份数比计为纳米粉20-80%，SiO2微米粉10-50%，硅酸铝纤维10_30%。
2.根据权利要求1所述的S^2纳米/微米粉复合低维隔热材料，其特征在于所述的 SiO2纳米粉为无定形SiA纳米粉，粒径为10-100纳米；所述的SiA微米粉为无定形SiA 微米粉，粒径为0. 2-5微米。
3.根据权利要求1所述的SiA纳米/微米粉复合低维隔热材料，其特征在于所述的 硅酸铝纤维为直径1-10微米，长度为为1-20微米。
4.一种用于制备权利要求1所述SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料的制备方法，其 特征在于它包括下述步骤a、将经过除渣处理的硅酸铝纤维放置于搅拌器内，在5000-20000转/分钟的转速下搅 拌30-600秒实现切短，备用；b、在步骤a所得到的纤维中加入SW2纳米粉和SW2微米粉，在5000-20000转/分钟 的转速下搅拌30-600秒后，备用；c、将步骤b所得到的物料装入模具内，在0.3-5MPa成型压力下干压成型。
全文摘要
本发明提供了一种SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料及制备方法，其特征在于以零维的SiO2纳米粉和SiO2微米粉为主要原料，以一维的硅酸铝纤维为增强骨架，通过高速搅拌切碎纤维使纳米、微米颗粒和纤维分散均匀，采用干压成型工艺制备出SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料。本发明方法简单，制备条件容易控制，成本低，制备的SiO2纳米/微米粉复合低维隔热材料具有耐高温、低热导率、低成本等特点，可以在1000℃以下使用的新型低维隔热材料。
文档编号C04B35/66GK102040390SQ20101054876
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者叶国田, 贾全利, 马成良, 黄亚东 申请人:郑州大学