[发明专利]一种空心陶瓷微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷微球技术领域，特别是涉及一种空心陶瓷微球及其制备方法。

背景技术

目前，传统的隔热材料按照形态可大致分为以膨胀蛭石、氧化物空心球和轻质浇注料为代表的粉粒状隔热材料，以轻质耐火砖为代表的定形隔热材料和以石棉及各种纤维制品为代表的纤维及其复合材料等，但这些传统隔热材料的热导率相对较高，很难达到某些极端条件隔热设计的要求。近年来随着纳米粒子微观设计和制备技术的不断发展，使制备多孔纳米粒子成为可能。具有纳米孔结构的SiO₂隔热材料便是一种具有超低热导率和低密度的隔热材料。多孔SiO₂或SiO₂气溶胶可以通过减少颗粒之间的接触面积来降低其热导率。同时还可以通过减小粒子内部孔洞的孔径，使其小于空气热对流的临界尺寸，从而降低材料的热对流散热。但SiO₂作为隔热材料最大的缺点就是其在高温环境下对红外辐射几乎完全透明，而且SiO₂基隔热材料在超过800℃长时间使用时会使内部纳米孔隙结构遭到破坏，进而大幅降低SiO₂的隔热效果。因此，通过添加少量辐射热遮蔽微粉对一定波段的红外线进行散射，减少其在隔热材料中的透过，抑制辐射热传导，显示出良好的应用发展前景。目前主要采用SiC、TiO₂等陶瓷颗粒作为抗红外遮盖剂，由于这类陶瓷粉本身密度较大，已有研究结果表明，这类遮蔽微粉在凝胶过程中极易发生沉淀，引起热遮蔽微粉在气凝胶基体中分散不均，降低高温下对辐射传热遮蔽效果，而且沉淀物还会增加固相传热，甚至会导致气凝胶块体在干燥过程中开裂，严重影响其使用性能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种空心陶瓷微球及其制备方法。

本发明针对上述问题，首先通过对红外遮盖剂的物理性能分析，设计出了红外遮盖剂的结构。并采用陶瓷先驱体法，利用其相分离制备空心SiC@TiO₂轻质隔热颗粒，用于制备具有高温热控功能的新型抗红外辐射隔热材料。另外由于无机粉末难于设计加工，而先驱体为高分子材料，具有很好的成型性，利用先驱体的优异的成型性通过乳化工艺制得微球，再利用先驱体在裂解过程中析出不同相，形成“SiC@TiO₂核-壳”（a@b即b在a表面包覆）结构。红外光线在经过包覆涂层界面后强度不断减弱，从而提高隔热材料在高温环境中的抗辐射性能。将该核壳结构粒子为主体成分制备成复合涂层，研究涂层在高温环境下的热辐射遮盖性能和隔热性能，可为最终实现产业化规模生产、进行商业推广应用奠定必要的研究基础。

陶瓷先驱体转化法是近年来制备高温陶瓷材料的新方法，该方法打破了陶瓷是由无机非金属粉体高温烧结制备的传统，采用含有所需陶瓷元素的有机聚合物为原料，通过高温裂解除去H、CH₃等有机基团，形成无机陶瓷材料。由于该方法是从有机物出发，因此可以进行分子设计，最终能够获得一些无机反应难以获得的化合形式。该方法的另一个特点是，有机物裂解温度低，产物活性高，可在较低温度下获得高温性能优异的陶瓷材料。

本发明的空心陶瓷微球采用先驱体制得的先驱体包覆PS（聚苯乙烯）微球作为核壳结构的核不仅有特别低的体积密度而且在高温烧结后转化为高抗红外辐射的碳化硅陶瓷增强了隔热材料的力学性能解决了目前隔热材料普遍存在的力学性能差的瓶颈问题。在红外辐射涂料中，具有四方晶系的金红石型结构材料比其它晶体结构的材料红外反射率要高，而TiO₂是金红石结构典型的代表物用TiO₂作为红外遮盖剂包覆在空心微球的表面在大于1000°的高温条件下能够最大限度的抵抗红外辐射从而降低热量的传递达到隔热的效果。

本发明的目的之一是提供一种先驱体包覆PS（聚苯乙烯）微球，核壳结构的核不仅有特别低的体积密度而且在高温烧结后转化为高抗红外辐射的碳化硅陶瓷增强了隔热材料的力学性能，具有结构简单、性能良好、适用范围广等特点的空心陶瓷微球。

本发明空心陶瓷微球所采取的技术方案是：

一种空心陶瓷微球，其特点是：空心陶瓷微球为中空结构陶瓷球，空心陶瓷球为TiO₂包覆SiC的核壳结构。

本发明空心陶瓷微球还可以采用如下技术措施：

所述的空心陶瓷微球及其制备方法，其特点是：TiO₂为金红石结构。

本发明的目的之二是提供一种具有工艺简单，加工方便，性能稳定，适用范围广等特点的空心陶瓷微球的制备方法。

本发明空心陶瓷微球的制备方法所采取的技术方案是：