CN110106440A - 一种高温热传导材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温热传导材料及其制备方法和应用,所述高温热传导材料包括以下重量百分比的原料:碳0.11%~0.13%、锰0.24%~0.28%、硅0.62%~0.66%、铬16%~18%、镍6%~8%、铝0.2%~0.5%、磷0.02%~0.04%、硫0%~0.03%、氧化稀土组合物0.2%~0.5%、改性氧化石墨烯2.4%~3.6%、余量为铁和不可避免的杂质;所述高温热传导材料的制备方法包括以下步骤:称取原料、熔炼、扒渣、浇注、退火冷却即得高温热传导材料。本发明提出的高温热传导材料,耐高温性能优越。热传导率为143~159W/mK,能应用于焚烧炉燃烧室中。
Description
技术领域
本发明涉及热传导材料技术领域,具体是涉及一种高温热传导材料及其制备方法和在焚烧炉燃烧室中的应用。
背景技术
焚烧炉是常用于医疗及生活废品、动物无害化处理方面的一种无害化处理设备,其工作原理是利用煤、燃油、燃气等燃料的燃烧,将焚烧炉内要处理的物体进行高温焚毁碳化。根据其工作原料可知,炉体燃烧室是焚烧炉必不可少的组成部分,在物体焚毁过程中通常炉体燃烧室内会较高的温度,在焚毁过程中炉体燃烧室内会产生大量的热量,热量在炉体燃烧室内大量堆积,既对炉体燃烧室内的安全性能造成影响,同时还会造成热量的资源浪费,因此通常在实际使用过程中,将炉体燃烧室内产生的热量传送到热解室,使热量用于下步反应,提高能源的综合利用率。但目前工厂中用于焚烧炉的热传导材料的耐受温度较低,当使用温度达到1000℃以上时,综合性能明显降低,且热传导率低,导致热量的利用率达不到理想标准。基于现有技术中存在的不足,本发明提出一种高温热传导材料及其制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有焚烧炉燃烧室材料的热传导性能不理想、耐热温度低的问题,而提出的一种高温热传导材料及其制备方法和应用。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%~0.13%、锰0.24%~0.28%、硅0.62%~0.66%、铬16%~18%、镍6%~8%、铝0.2%~0.5%、磷0.02%~0.04%、硫0%~0.03%、氧化稀土组合物0.2%~0.5%、改性氧化石墨烯2.4%~3.6%、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的,所述高温热传导材料包括以下重量百分比的原料:碳0.12%、锰0.26%、硅0.64%、铬18%、镍8%、铝0.3%、磷0.03%、硫0.02%、氧化稀土组合物0.4%、改性氧化石墨烯2.8%、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的,所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.4~1.8的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为3~5μm。
优选的,所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100∶12~16∶0.1~0.3称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.2~1.4倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于40~45℃超声分散50~70min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1~1.5倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗2~3次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%~0.13%、锰0.24%~0.28%、硅0.62%~0.66%、铬16%~18%、镍6%~8%、铝0.2%~0.5%、磷0.02%~0.04%、硫0%~0.03%、氧化稀土组合物0.2%~0.5%、改性氧化石墨烯2.4%~3.6%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,继续熔炼30~60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
上述的一种高温热传导材料在焚烧炉燃烧室中的应用。
本发明提供的热传导材料,与现有技术相比优点在于:
1、本发明提出的热传导材料,配比合理,以铁为主料,通过添加廉价易得的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬和结晶硅,以保证热传导材料具有良好的机械性能,并通过添加合理比例的氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯以显著提高热传导材料的热传导率和耐高温性能,保证热传导材料在1200℃的高温环境下使用也能够具有良好的热传导率和优异的机械性能,有效解决现有炉体燃烧室材料的热传导性能不理想、耐热温度低的问题。
2、本发明中使用的改性氧化石墨烯由氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚反应而来,制备过程简单,得到的改性氧化石墨烯易于分散,并且能与氧化稀土组合物进行协效复配,以达到改善传统热传导材料耐高温不理想的问题,并能提高热传导材料的热传导率。
3、本发明还提出了一种操作简单的制备高温热传导材料的方法,该方法先将廉价易得的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行熔炼,再降温加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,以使氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯充分发挥协同作用,通过该制备方法得到的高温热传导材料的可以耐受1200℃的高温,热传导率可以达到143~159W/mK,且在制备过程中氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯易分散,有利于工业化生产,能够满足焚烧炉燃烧室的要求,可以作为制备焚烧炉燃烧室的原料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、改性氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.4的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为5μm;所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100∶12∶0.3称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.2倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于45℃超声分散50min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1.5倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗2次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、改性氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,继续熔炼60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
实施例2
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.12%、锰0.26%、硅0.64%、铬18%、镍8%、铝0.3%、磷0.03%、硫0.02%、氧化稀土组合物0.4%、改性氧化石墨烯2.8%、余量为铁和不可避免的杂质;所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.6的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为4μm;所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100∶14∶0.2称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.3倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于45℃超声分散60min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1.3倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗3次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.12%、锰0.26%、硅0.64%、铬18%、镍8%、铝0.3%、磷0.03%、硫0.02%、氧化稀土组合物0.4%、改性氧化石墨烯2.8%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,继续熔炼45min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
实施例3
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.13%、锰0.28%、硅0.62%、铬16%%、镍8%、铝0.5%、磷0.02%、硫0%、氧化稀土组合物0.2%、改性氧化石墨烯3.6%、余量为铁和不可避免的杂质;所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.8的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为3μm;所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100∶16∶0.1称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.4倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于40℃超声分散70min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗3次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.13%、锰0.28%、硅0.62%、铬16%%、镍8%、铝0.5%、磷0.02%、硫0%、氧化稀土组合物0.2%、改性氧化石墨烯3.6%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,继续熔炼30min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
对比例1
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、改性氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100∶12∶0.3称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.2倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于45℃超声分散50min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1.5倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗2次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、改性氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入改性氧化石墨烯,继续熔炼60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
上述的一种高温热传导材料在焚烧炉燃烧室中的应用。
对比例2
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、余量为铁和不可避免的杂质;所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.4的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为5μm。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物,继续熔炼60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
上述的一种高温热传导材料在焚烧炉燃烧室中的应用。
对比例3
本发明提出的一种高温热传导材料,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.4的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为5μm。
上述的一种高温热传导材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%、锰0.24%、硅0.66%、铬18%、镍6%、铝0.2%、磷0.04%、硫0.03%、氧化稀土组合物0.5%、氧化石墨烯2.4%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和氧化石墨烯,继续熔炼60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
上述的一种高温热传导材料在焚烧炉燃烧室中的应用。
对上述实施例1~3以及对比例1~3得到的热传导材料进行性能测试,结果见下表。
测试项目 | 热传导率W/mK | 抗拉强度MPa | 1200℃热处理24h后抗拉强度MPa |
实施例1 | 143 | 610 | 604 |
实施例2 | 159 | 673 | 669 |
实施例3 | 151 | 638 | 633 |
对比例1 | 105 | 599 | 487 |
对比例2 | 94 | 586 | 453 |
对比例3 | 128 | 602 | 539 |
上表实验结果表明,本发明提出的热传导材料,热传导率相比于对比例显著提高,且经过1200℃高温处理24h后抗拉伸强度变化率小,耐高温性能优越,能够满足焚烧炉燃烧室材料的要求。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高温热传导材料,其特征在于,包括以下重量百分比的原料:碳0.11%~0.13%、锰0.24%~0.28%、硅0.62%~0.66%、铬16%~18%、镍6%~8%、铝0.2%~0.5%、磷0.02%~0.04%、硫0%~0.03%、氧化稀土组合物0.2%~0.5%、改性氧化石墨烯2.4%~3.6%、余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高温热传导材料,其特征在于,包括以下重量百分比的原料:碳0.12%、锰0.26%、硅0.64%、铬18%、镍8%、铝0.3%、磷0.03%、硫0.02%、氧化稀土组合物0.4%、改性氧化石墨烯2.8%、余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的一种高温热传导材料,其特征在于,所述氧化稀土组合物由质量比为1∶1.4~1.8的氧化镧和氧化钐球磨而得,且氧化稀土组合物的粒径为3~5μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种高温热传导材料,其特征在于,所述改性氧化石墨烯由以下方法制备而来:按照质量比为100:12~16∶0.1~0.3称取氧化石墨烯、对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,并将氧化石墨烯加入到氧化石墨烯质量1.2~1.4倍的N,N-二甲基甲酰胺中,于40~45℃超声分散50~70min,再加入称取的对苯二胺和聚氧丙烯羊毛醇醚,于110℃反应24h,得反应液I,向反应液I中加入反应液I质量1~1.5倍的无水乙醇,静置过夜,弃去上清液,沉淀物用水清洗2~3次,于50℃真空干燥,即得改性氧化石墨烯。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种高温热传导材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、对电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉进行化学分析,同时准备氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,并按照以下重量百分比配置所需原料:碳0.11%~0.13%、锰0.24%~0.28%、硅0.62%~0.66%、铬16%~18%、镍6%~8%、铝0.2%~0.5%、磷0.02%~0.04%、硫0%~0.03%、氧化稀土组合物0.2%~0.5%、改性氧化石墨烯2.4%~3.6%、余量为铁和不可避免的杂质;
S2、将步骤S1称取的电解铜、电解镍、工业纯铝、工业氧化铬、结晶硅和铁钉加入到熔炼炉中,加热熔炼,待完全熔化后,降温至1200℃,加入氧化稀土组合物和改性氧化石墨烯,继续熔炼30~60min,得熔炼液;
S3、将熔炼液倒入浇包,静置片刻后进行扒渣,并于170℃浇注,得热传导毛坯,再将热传导毛坯装入真空退火炉内,快速将温度升高到540℃保温60min,然后随炉冷却至室温,即得高温热传导材料。
6.根据权利要求1~4任意一项所述的一种高温热传导材料在焚烧炉燃烧室中的应用。
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