[发明专利]一种碳陶复合隔热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳陶复合隔热材料，原料包括：氧化铝、Y₂O₃和碳纳米管，且，氧化铝：碳纳米管＝1：0.05～1：0.2，Y₂O₃的添加量为氧化铝质量的0.05％。制备过程包括：将氧化铝、Y₂O₃和碳纳米管混合，球磨，获得陶瓷料浆；将陶瓷料浆烘干、造粒；将造粒好的粉体模压成型，然后烘干、烧结；烧结温度从室温开始升温，升温速率为20℃/min，当温度达到200℃时，升温速率为5℃/min，直到1500℃，保温2～5h，随炉冷却。本发明解决了现有多孔陶瓷隔热性低的问题，用于作为高温隔热材料，能够有效地抵制热量的散失，起到良好的保温效果，达到节约能源的目的。

技术领域

本发明属于隔热碳陶复合材料的制备技术领域，具体涉及一种碳陶复合隔热材料及其制备方法。

背景技术

为了保证隔热材料良好的耐高温性能，传统的制备方法采用耐高温的陶瓷材料作为原料，通过添加不同的造孔剂进行造孔，高温烧结形成多孔陶瓷隔热材料。为了保证材料具有良好的隔热效果，需要将气孔制备的足够小，以保证对热空气对流的有效抑制，实现良好的隔热效果。除此之外，以岩棉纤维组成的具有不规则孔洞多孔材料为主，岩棉使用硅酸盐材质拉丝而成的纤维，具有良好的强度和一定的耐火性。

但是，当温度高于600℃后，岩棉会分解成球珠状，从而破坏了多孔材料的隔热效果。高分子材料具有高的气孔率，隔热效果较好，但是高分子材料耐高温性能不好，只能在略高于室温条件下使用。

因此，如何提供一种能够保持材料良好的隔热效果和较高的耐高温性能的复合隔热材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维填充多孔结构的多孔碳陶复合材料解决了现有多孔陶瓷隔热性低的问题，用于作为高温隔热材料，能够有效地抵制热量的散失，起到良好的保温效果，达到节约能源的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳陶复合隔热材料，其特征在于，原料包括：氧化铝、Y2O3、碳纳米管、氧化铁、碳酸盐和二氧化硅，且，各组分的质量比为氧化铝：碳纳米管＝1：0.05～1：0.2，Y2O3的添加量为氧化铝质量的0.05％，氧化铁、碳酸盐和二氧化硅的添加量分别为氧化铝质量的0.02％、0.03％、0.01％。

以上技术方案达到的技术效果是：本发明使用碳纳米管作为造孔剂，碳纳米管具有细小的体积和良好的分散性，能够弥散均匀分布在氧化铝陶瓷颗粒之间。使用碳纳米管作为造孔剂能够明显减小陶瓷中气孔的尺寸。碳纳米管与氧化铝粉末一起球磨，既能保证对氧化铝粉体的进一步细小化，又能保证氧化铝与碳纳米管充分的混合，从而保证了最终多孔陶瓷的气孔均匀性。烧结过程中，碳纳米管被氧化，形成具有细小的孔洞的多孔氧化铝；在利用碳化工艺碳化，同时利用包裹在有机物外面的陶瓷浆隔绝氧气的作用，实现多孔碳质的保留。由于碳化物中有碳纤维成分，可以起到强化作用，而多孔的碳化物实现热反射作用，起到隔绝热辐射。综合隔热保温性能大幅提高

一种碳陶复合隔热材料的制备方法，包括下述步骤：

1)将氧化铝粉末、Y₂O₃、碳纳米管、氧化铁、碳酸盐和二氧化硅混合，球磨，获得陶瓷料浆；

2)将步骤1)获得的陶瓷料浆烘干、造粒；

3)将步骤2)造粒好的粉体模压成型，然后烘干、烧结；烧结温度从室温开始升温，升温速率为20℃/min，当温度达到200℃时，升温速率为5℃/min，直到1500℃，保温2～5h，随炉冷却。

作为上述技术方案优选的技术方案，步骤1)中，球磨为使用刚玉球作为球磨介质，使用无水乙醇作为液体介质，放入陶瓷罐中进行球磨，球磨的时间≥48h。