CN105198468B - 在1000℃~2200℃高温下使用的真空绝热材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在1000℃~2200℃高温下使用的真空绝热材料的制备方法，先在低导热系数材料芯材的外表面缠绕碳纤维外壳形成预制件，然后将预制件放入真空化学气相沉积炉中，通过化学气相渗透法使外壳变成C/C复合材料骨架，再依次通入一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷、三氯甲基硅烷，通过化学气相渗透法把硅烷分解产生的碳、硅渗入到C/C复合材料骨架中，当外壳充分致密化之后，获得试验件，该方法制备出的材料无漏气现象，表面致密，无缺陷；在低压化学气相渗透的过程，可在致密外层结构的同时使内部达到真空，无续后期处理。

Description

在1000℃~2200℃高温下使用的真空绝热材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种绝热材料制备方法，特别是涉及在1000℃~2200℃高温下使用的真空绝热材料的制备方法。

背景技术

环境污染、能源危机已成为当今世界性的问题，节约能源在绝热技术、低温冻藏、制冷工程等领域显得尤为重要。而研发环保、节能、高效的绝热材料不失为一种有效的解决途径。真空绝热板是近年来开发和研究的一种新型绝热材料，而传统意义上的真空绝热板所用的阻隔薄膜一般为尼龙保护层、铝箔层和聚乙烯热封层叠加而成，利用真空绝热原理，所制的真空绝热板具有极低的导热系数，但是该材料只能在低温环境下使用，已不能满足在高温环境下的需求。而碳基复合材料和陶瓷基复合材料具有强度高，能够耐高温等特点，然而这些材料都具有较高的导热系数，如若用做绝热材料势必增加材料的厚度和重量。若将两者优势结合在一起，即将碳基复合材料或者陶瓷基复合材料制成真空绝热材料，则使得材料既能在高温下使用，同时也具有极低的热导系数。这将具有巨大的应用前景，特别是在国防工业、航空航天等方面。

文献“申请号为200520112605.6的中国专利”公开了一种真空绝热板。该材料包括阻隔膜层和保温板，所述的阻隔膜层的外表面有一层尼龙保护层，其内表面有一层聚乙烯热封层。文献“申请号为201010235788.6的中国专利”公开了另一种真空绝热板。在板状保温材料的中间设置贯穿保温板的空洞，在空洞的内壁覆有反射膜，并在空洞中放入吸气剂，用高阻隔膜包裹后抽真空，形成空洞式真空绝热板。以上两种真空绝热板采用真空绝热原理制成，通过最大限度提高内部真空度来隔绝热传导，具有极低的热导系数，但是该材料只能用于低温环境下，在高温情况下无法使用。文献“复合材料，尹洪峰，魏剑.冶金工业出版社”介绍了由化学液相浸渗法制备的2D C/Sic复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为14~20.6 W/m·K和5.9~7 W/m·K。文献“单向C/C复合材料导热系数的计算，陈洁，熊翔，肖鹏. 炭素技术，2008，27(2):1-4”介绍了单向C/C复合材料在平行碳纤维方向与垂直碳纤维方向的导热系数分别为40.65~51.12W/m·K和3.83~5.96W/m·K。由以上数据可知，对于一种实心的复合材料，并不能满足极低的导热系数的要求，发明一种具有极低导热系数且能耐超高温的材料则显得极为迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有真空绝热材料使用温度低的限制，提供了一种能在1000℃~2200℃高温条件下使用的真空绝热材料的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种能在高温条件下使用的真空绝热材料的制备方法，所述的真空绝热材料由内部的低导热系数材料芯材和外部包裹的SiC为基体的C/C骨架复合材料组成，其特征在于包括下述顺序的步骤：

（1）在低导热系数材料芯材的外表面缠绕碳纤维外壳形成预制件，芯材是陶瓷泡沫、陶瓷纤维毡、碳纤维毡，芯材气孔率为70%~90%，碳纤维外壳由碳纤维预浸布组成，碳纤维外壳也可以由经过编织的碳纤维而成；

（2）将预制件放入真空化学气相沉积炉中，升温到900-1200℃，通入丙烯、甲烷、氢气、氩气、氮气，通过化学气相渗透法把丙烯、甲烷分解产生的碳渗入到外壳中，使外壳变成C/C复合材料骨架，外壳的气孔率为5%~15%；

（3）停止通入丙烯、甲烷，依次通入一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷、三氯甲基硅烷，通过化学气相渗透法把硅烷分解产生的碳、硅渗入到C/C复合材料骨架中，依次形成50%~75%碳-25%~50%碳化硅复合基体、50%碳-50%碳化硅复合基体、碳化硅涂层；碳化硅复合基体是指已经渗入到C/C复合材料骨架中的沉积物；当沉积50%碳-50%碳化硅复合基体时，沉积炉内真空度为0.1Pa~10Pa；

（4）当外壳充分致密化之后，停止所有气体，关闭沉积炉电源，冷却到室温之后取出试验件，放入水中煮沸10小时，入水后取出称重，对比试验件入水前后的重量，当重量差在0.5%~1.5%时，确定为合格件，试验件内部真空度为0.1Pa~100Pa。

本发明优点在于：1. 该方法制备出的材料无漏气现象，表面致密，无缺陷；2.在低压化学气相渗透的过程，可在致密外层结构的同时使内部达到真空，无续后期处理；3.该材料导热系数低至0.03W/m·K以下，用于超高温领域可显著降低材料厚度，起到高效隔热作用。

附图说明

图1为一种能在高温条件下使用的真空绝热材料截面图。

图示中10为以SiC为基体的C/C骨架复合材料；20为低导热系数材料芯材。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例一

制备能在1400℃以上使用的氧化铝陶瓷泡沫为芯材的真空绝热材料，方法如下：

（1）在氧化铝陶瓷泡沫的外表面缠绕碳纤维外壳形成预制件，氧化铝陶瓷泡沫的气孔率为70%，碳纤维外壳由碳纤维预浸布组成；

（2）将预制件放入真空化学气相沉积炉中，升温到1200℃，通入丙烯，通过化学气相渗透法把丙烯分解产生的碳渗入到外壳中，使外壳变成C/C复合材料骨架，外壳的气孔率为10%；

（3）停止通入丙烯，依次通入一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷、三氯甲基硅烷，通过化学气相渗透法把硅烷分解产生的碳、硅渗入到C/C复合材料骨架中，依次形成75%碳-25%碳化硅复合基体、50%碳-50%碳化硅复合基体、碳化硅涂层；碳化硅复合基体是指已经渗入到C/C复合材料骨架中的沉积物；当沉积50%碳-50%碳化硅复合基体时，沉积炉内真空度为1Pa；

（4）当外壳充分致密化之后，停止所有气体，关闭沉积炉电源，冷却到室温之后取出试验件，放入水中煮沸10小时，入水后取出称重，对比试验件入水前后的重量，重量差为1%，确定为合格件，试验件内部真空度为10Pa，导热系数为0.027W/m·K。

Claims (1)

1.在1000℃~2200℃高温条件下使用的真空绝热材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

（1）在低导热系数材料芯材的外表面缠绕碳纤维外壳形成预制件，芯材是陶瓷泡沫、陶瓷纤维毡、碳纤维毡，芯材气孔率为70%~90%，碳纤维外壳由碳纤维预浸布组成，或者碳纤维外壳由经过编织的碳纤维组成；

（2）将预制件放入真空化学气相沉积炉中，升温到900-1200℃，通入丙烯、甲烷、氢气、氩气、氮气，通过化学气相渗透法把丙烯、甲烷分解产生的碳渗入到外壳中，使外壳变成C/C复合材料骨架，外壳的气孔率为5%~15%；

（3）停止通入丙烯、甲烷，依次通入一氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷、三氯甲基硅烷，通过化学气相渗透法把硅烷分解产生的碳、硅渗入到C/C复合材料骨架中，依次形成50%~75%碳-25%~50%碳化硅复合基体、50%碳-50%碳化硅复合基体、碳化硅涂层；碳化硅复合基体是指已经渗入到C/C复合材料骨架中的沉积物；当沉积50%碳-50%碳化硅复合基体时，沉积炉内真空度为0.1Pa~10Pa；

（4）当外壳充分致密化之后，停止所有气体，关闭沉积炉电源，冷却到室温之后取出试验件，放入水中煮沸10小时，入水后取出称重，对比试验件入水前后的重量，当重量差在0.5%~1.5%时，确定为合格件，试验件内部真空度为0.1Pa~100Pa。