一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法

摘要

本发明属于隔热材料制备技术领域，特别涉及一种喷涂制备高温隔热材料的方法。该制备方法首先将碳纤维基隔热材料通过吹砂和清洗得到粗糙表面；然后对钨粉原料进行球磨处理；再通过等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面，在其表面获得钨涂层；最后将含钨涂层的碳纤维基隔热材料进行热处理，即得到含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。本发明的显著效果是利用表面粗糙化处理获得粗糙的表面，利于钨粉的喷涂，采用等离子喷涂，速度快、效率高、喷涂效果好，获得的材料其表面的钨涂层具有较强的高温反射热辐射的能力，并且钨的质地较硬，能有效解决碳纤维基隔热材料表面易侵蚀的问题。

说明书

技术领域

本发明属于隔热材料制备技术领域，特别涉及一种喷涂制备高温隔热材料的方法。

背景技术

目前，在真空热处理炉、硬质合金烧结炉、单晶硅拉晶炉、多晶硅铸锭炉中普遍采用的隔热材料是碳纤维基隔热材料，其具有导热系数小、热容量低、密度小、线膨胀系数小、耐高温、耐热冲击性强、耐化学腐蚀性强等优点。然而，随着材料使用温度的升高，炉体中热辐射效果的增强，碳纤维基隔热材料作为一种多孔体，对于热辐射的传导限制能力有限，极大的降低了能量的利用率；另外，碳纤维基隔热材料的多孔结构也导致其表面极易受到粒子的侵蚀而造成结构破坏，影响其使用效果。因此，许多科研机构及企业都开始研究相应的方法来解决上述两个问题。

（1）降低热辐射传导方面，专利CN201120097024.5提到采用钼涂层的方式来提高碳毡材料的热反射能力，降低热导率；然而，钼的熔点仅为2600℃，而碳毡的使用温度可以达到3000℃以上，钼涂层极大的降低了该材料的使用温度范围；并且，该专利并未提到钼镀层的制备方式；

（2）防止表面腐蚀方面，有较多的专利介绍，如：专利201020699285.X介绍采用硅酸铝陶瓷纤维粘结剂及炭布涂层，然而涂层一方面硅酸铝陶瓷纤维粘结剂的使用温度也不超过1600℃，也限制了碳毡材料的使用温度范围，并且，由于炭布的主要成分也是碳，颜色也为黑色，所以其高温反射热辐射的效果也不十分理想。

发明内容

本发明为克服以上不足，提供一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法，该方法采用表面粗糙化、钨粉球磨、等离子喷涂和热处理的方式，最终得到具有较强的高温反射热辐射能力的碳纤维基高温隔热材料。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法，其特征是：首先将碳纤维基隔热材料通过吹砂和清洗得到粗糙表面；然后对钨粉原料进行球磨处理；再通过等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面，在其表面获得钨涂层；最后将含钨涂层的碳纤维基隔热材料进行热处理，即得到含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。

所述方法具体步骤如下：

第一步表面粗糙化：将碳纤维基隔热材料经过吹砂处理，然后使用去离子水清洗，得到粗糙表面； 

第二步钨粉球磨：将钨粉原料进行球磨处理，其中，磨料比为：1~2.5，球磨时间为：3~5h，球磨速度为：300~500转/分钟，得到粒度为50-100μm的钨粉；

第三步等离子喷涂：将上述获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料置于等离子喷涂系统中，氩气作为保护气体，采用等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面上，其中，等离子喷涂工艺相关参数为：喷涂电弧电压80~100V，电弧电流300~500A，主气体流量30~50L/min，喷枪距离100~150mm；

第四步热处理：将含钨涂层的碳纤维基隔热材料加热到1000-1400℃，升温时间3-5h，保温1-4h进行热处理，热处理过程中通入氩气保护，流量300-500mL/min，炉内的气压为100Pa以下，得到表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。

所述碳纤维基隔热材料包括碳毡、石墨毡、硬质碳毡和硬质石墨毡。

本发明的显著效果是利用表面粗糙化处理获得粗糙的表面，利于钨粉的喷涂，采用等离子喷涂，速度快、效率高、喷涂效果好，获得的材料其表面的钨涂层具有较强的高温反射热辐射的能力，并且钨的质地较硬，能有效解决碳纤维基隔热材料表面易侵蚀的问题。

附图说明

图1 为一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法的流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1

如图1所示，一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法的简要流程为：

第一步表面粗糙化：将碳纤维基隔热材料经过吹砂处理，然后使用去离子水清洗，得到粗糙表面；

第二步钨粉球磨：将钨粉原料进行球磨处理，其中，磨料比为1，球磨时间为：3h，球磨速度为：500转/分钟，得到粒度为100μm的钨粉；

第三步等离子喷涂：将上述获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料置于等离子喷涂系统中，氩气作为保护气体，采用等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面上，其中，等离子喷涂工艺相关参数为：喷涂电弧电压80V，电弧电流300A，主气体流量30L/min，喷枪距离100mm；

第四步热处理：将含钨涂层的碳纤维基隔热材料加热到1000℃，升温时间3h，保温4h进行热处理，热处理过程中通入氩气保护，流量500mL/min，炉内的气压为92Pa，得到表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。

实施例2

如图1所示，一种表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料的制备方法的简要流程为：

第一步表面粗糙化：将碳纤维基隔热材料经过吹砂处理，然后使用去离子水清洗，得到粗糙表面；

第二步钨粉球磨：将钨粉原料进行球磨处理，其中，磨料比为1.8，球磨时间为：4h，球磨速度为：400转/分钟，得到粒度为70μm的钨粉；

第三步等离子喷涂：将上述获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料置于等离子喷涂系统中，氩气作为保护气体，采用等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面上，其中，等离子喷涂工艺相关参数为：喷涂电弧电压90V，电弧电流400A，主气体流量40L/min，喷枪距离120mm；

第四步热处理：将含钨涂层的碳纤维基隔热材料加热到1200℃，升温时间4h，保温2h进行热处理，热处理过程中通入氩气保护，流量400mL/min，炉内的气压为86Pa，得到表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。

实施例3

第一步表面粗糙化：将碳纤维基隔热材料经过吹砂处理，然后使用去离子水清洗，得到粗糙表面；

第二步钨粉球磨：将钨粉原料进行球磨处理，其中，磨料比为2.5，球磨时间为：5h，球磨速度为：300转/分钟，得到粒度为50μm的钨粉；

第三步等离子喷涂：将上述获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料置于等离子喷涂系统中，氩气作为保护气体，采用等离子喷涂将球磨后的钨粉喷涂于获得粗糙表面的碳纤维基隔热材料表面上，其中，等离子喷涂工艺相关参数为：喷涂电弧电压100V，电弧电流500A，主气体流量50L/min，喷枪距离150mm；

第四步热处理：将含钨涂层的碳纤维基隔热材料加热到1400℃，升温时间5h，保温1h进行热处理，热处理过程中通入氩气保护，流量300mL/min，炉内的气压为79Pa，得到表面含钨涂层的碳纤维基高温隔热材料。