一種用于耐高溫涂料的空心梯度輕質高紅外熱阻隔微球的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于耐高溫涂料的空心梯度高紅外熱阻隔微球結構及其制備方法。本發(fā)明屬于高溫隔熱材料【技術領域】。該陶瓷微球結構為空心，且陶瓷微球由MO2(M＝Ti，Zr)、SiC兩相組成，各相組分含量沿半徑方向呈連續(xù)的梯度變化。該微球采用種子沉淀與先驅體轉化法相結合，步驟為：首先磺化交聯(lián)聚苯乙烯(SPS)微球，利用沉淀法將聚碳硅烷(PCS)與金屬醇鹽混合溶液滴加到攪拌著的SPS水溶液中，經烘干及熟化后得到梯度陶瓷先驅體包覆的SPS實心微球，再將實心微球于真空爐燒結(1000-1400℃)，得到空心梯度陶瓷微球。本發(fā)明具有制備工藝簡單，性能優(yōu)異，產品紅外熱阻隔效果好，適用范圍廣等優(yōu)點。
【專利說明】一種用于耐高溫涂料的空心梯度輕質高紅外熱阻隔微球
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輕質高紅外熱阻隔微球的結構及其制備方法，更具體的說，涉及一種用于高溫隔熱涂層的反紅外輻射微球的結構及其制備方法，屬于高溫隔熱材料領域。
【背景技術】
[0002]為了保護熱端部件內部不受高溫環(huán)境的危害并延長其使用壽命，近年來各種高溫涂層的研究開發(fā)越來越受到人們的廣泛重視，尤其是在航天和航空飛行器等領域對具有超強高溫隔熱性能涂層的需求越來越迫切。近年來，人們不斷開發(fā)出新型的低導熱材料。然而在高溫環(huán)境下輻射傳熱在材料內部傳熱中占很大比例，尤其是具有一定波長范圍的紅外輻射。因此，高溫涂層中添加高性能阻隔紅外輻射材料可有效減少材料內部輻射傳熱，提高材料的耐高溫及隔熱性能。
[0003]目前在高溫隔熱涂層中常用的紅外阻隔填料有1102、21<)2、51(:、(>203等。但是這些粉體本身密度較大，形狀不規(guī)則，且在涂層中容易分散不均，增加固相傳熱，降低了高溫隔熱效果。近期部分研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)材料的阻隔紅外輻射性能與材料的形狀有關，當材料的形狀為球形時，抗紅外輻射效果最佳。另外，單一體系的阻隔輻射材料抗紅外效果有限，如果能通過成分調整獲得復相致密結構，可大大提高其抗紅外輻射性能。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于耐高溫涂料的空心梯度輕質高紅外熱阻隔微球結構及其制備方法。首先通過對阻隔紅外輻射隔熱材料的結構進行設計，其結構為空心梯度球形。并采用種子沉淀法和陶瓷先驅體法原位轉化法，利用其相分離制備空心SiC-MO2(M = Ti,Zr)梯度陶瓷微球，用于制備具有高溫熱控功能的新型抗紅外輻射材料。本發(fā)明的目的提出一種低密度、高抗紅外輻射的陶瓷微珠新型結構及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的目的通過下述技術方案予以實現(xiàn):本發(fā)明設計了一種空心梯度結構，即陶瓷微球為空心的且陶瓷微球的各組分含量沿半徑方向呈連續(xù)的梯度變化，mo2(m = Ti,Zr)的含量沿半徑方向由里到外逐漸增大，SiC的含量沿半徑方向由里到外逐漸減小。
[0006]并通過種子沉淀和先驅體轉化法制備了了空心梯度陶瓷微球，其步驟為:1.制備實心微球:(1)制作交聯(lián)聚苯乙烯(SPS)微球；(2)將得到的SPS微球進行磺化；2.制備梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球；(I)將SPS微球分散于去離子水中；(2)將聚碳硅烷(PCS)與醇鹽混合，溶于四氫呋喃(THF)中；(3)利用沉淀法將(2)的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，得到梯度陶瓷先驅體包覆的SPS實心微球；3.制備空心梯度陶瓷微球:利用先驅體轉化法將得到的梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球于真空爐燒結，得到空心梯度陶瓷微球。
[0007]所述的陶瓷先驅體混合物包覆SPS實心微球時，將陶瓷先驅體與醇鹽的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS微球水溶液中，持續(xù)攪拌1-2h。
[0008]所述的醇鹽含量為30% -50%;醇鹽為酞酸丁酯和鋯酸丁酯，酞酸丁酯為鈦酸二丁酯或鈦酸四丁酯，鋯酸丁酯為鋯酸二丁酯或鋯酸四丁酯。
[0009]所述的通過沉淀法得到陶瓷先驅體混合物包覆的SPS實心微球后，過濾并洗滌，洗滌過的沉淀物于真空80-120°C、15-20h烘干熟化，制得梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球。
[0010]所述的梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球于真空爐中燒結時，高溫氣氛爐溫度為1000-1400°c，保溫時間為l_2h。
[0011]本發(fā)明的原理: [0012]本發(fā)明的原理是把所選定的低分子量添加物加入到能夠形成陶瓷的聚合物先驅體或其溶液中，利用種子沉淀法制得實心微球，對此混合體進行熟化熱處理，低分子量添加物便從聚合物本體相中析出(形成化學成分梯度)，然后通過先驅體原位轉化法高溫裂解、煅燒，除去SPS球心，形成穩(wěn)定成分結合緊密的空心梯度陶瓷微球。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點和特點是:
[0014]1.由于無機粉末難于設計加工，而先驅體為高分子材料，具有很好的成型性，利用先驅體的優(yōu)異的成型性通過沉淀工藝制得微球，再利用先驅體在裂解過程中析出不同的相，形成中空梯度球形結構。
[0015]2.中空梯度球形結構的具有密度低、高溫阻隔紅外輻射性能優(yōu)異的優(yōu)點。
[0016]3.采用沉淀法獲得微珠，制備方法、工藝簡單，成本低。
[0017]4.使用范圍廣，施工方法簡單，可采用噴涂或涂刷等工藝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是空心梯度陶瓷微球的SEM照片。
[0019]圖2是空心梯度陶瓷微球的TEM照片。
【具體實施方式】
[0020]為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并詳細說明如下:
[0021]實施例1
[0022]一種空心梯度陶瓷微球的制備方法，包括以下工藝步驟:將3g磺化處理后的SPS微球分散于去離子水中置于磁力攪拌器上攪拌，將3gPCS和2g鈦酸四丁酯溶于四氫呋喃中，將先驅體的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，經離心、洗滌后得到混合物微球，置于真空烘箱80°C、20h烘干、熟化，得到梯度陶瓷先驅體微球，再于真空爐中1200燒結lh，得到空心梯度陶瓷微球，并測其紅外消光系數(shù)為61.4m2/Kg。
[0023]實施例2
[0024]一種空心梯度陶瓷微球的制備方法，包括以下工藝步驟:將3g磺化處理后的SPS微球分散于去離子水中置于磁力攪拌器上攪拌，將3gPCS和3g鈦酸四丁酯溶于四氫呋喃中，將先驅體的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，經離心、洗滌后得到混合物微球，置于真空烘箱100°C、12h烘干、熟化，得到PCS/Ti02梯度陶瓷先驅體微球，再于真空爐中1300°C燒結2h，得到空心SiC/Ti02梯度陶瓷微球，并測其紅外消光系數(shù)為62.5m2/Kg。
[0025]實施例3[0026]一種空心梯度陶瓷微球的制備方法，包括以下工藝步驟:將3g磺化處理后的SPS微球分散于去離子水中置于磁力攪拌器上攪拌，將3gPCS和3g鋯酸四丁酯溶于四氫呋喃中，將先驅體的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，經離心、洗滌后得到混合物微球，置于真空烘箱110°C、15h烘干、熟化，得到PCS/Zr02梯度陶瓷先驅體微球，再于真空爐中1250°C燒結lh，得到空心SiC/Zr02梯度陶瓷微球，并測其紅外消光系數(shù)為63.1m2Ag0
[0027]實施例4
[0028]一種空心梯度陶瓷微球的制備方法，包括以下工藝步驟:將3g磺化處理后的SPS微球分散于去離子水中置于磁力攪拌器上攪拌，將3gPCS和2g鋯酸四丁酯溶于四氫呋喃中，將先驅體的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，經離心、洗滌后得到混合物微球，置于真空烘箱120°C、18h烘干、熟化，得到PCS/Zr02梯度陶瓷先驅體微球，再于真空爐中1400°C燒結1.5h，得到空心SiC/Zr02梯度陶瓷微球，并測其紅外消光系數(shù)為63.6m2/Kg。
[0029]以上所舉實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作出的任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、組分替換、等同變化與修飾均屬于本發(fā)明的技術方案保護的范圍。
【權利要求】
1.一種用于耐高溫涂料的空心梯度高紅外熱阻隔微球結構及其制備方法，其特征在于:新型結構為空心梯度結構，即陶瓷微球為空心，且陶瓷微球由兩相組成，各組分含量沿半徑方向呈連續(xù)的梯度變化，其中MO2 (M = Ti，Zr)的含量沿半徑方向由里到外逐漸增大，SiC的含量沿半徑方向由里到外逐漸減小?？招奶荻忍沾晌⑶虻闹苽浞椒榉N子沉淀和先驅體轉化法。
2.根據(jù)權利要求1所述的空心梯度陶瓷微球的制備方法，其特征在于:種子為交聯(lián)聚苯乙烯(SPS)微球，先驅體為聚碳硅烷(PCS)，轉化在真空條件下進行。具體步驟如下: 1)制備實心微球 (1)制作交聯(lián)聚苯乙烯(SPS)微球； (2)將得到的SPS微球進行磺化； 2)制備梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球 (1)將SPS微球分散于去離子水中； (2)將聚碳硅烷(PCS)與醇鹽混合，溶于四氫呋喃(THF)中； (3)利用沉淀法將(2)的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS水溶液中，得到梯度陶瓷先驅體包覆的SPS實心微球； 3)制備空心梯度陶瓷微球:利用先驅體轉化法將得到的梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球于真空爐燒結，得到空心 梯度陶瓷微球。
3.根據(jù)權利要求2所述的空心梯度陶瓷微球的制備方法，其特征是:陶瓷先驅體混合物包覆SPS實心微球時，將陶瓷先驅體與醇鹽的混合溶液逐滴滴加到攪拌著的SPS微球水溶液中，持續(xù)攪拌1-2h。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的空心梯度陶瓷微球的制備方法，其特征是:醇鹽的含量為30% -50% ;醇鹽為酞酸丁酯和鋯酸丁酯，酞酸丁酯為鈦酸二丁酯或鈦酸四丁酯，鋯酸丁酯為鋯酸二丁酯或鋯酸四丁酯。
5.根據(jù)權利要求2所述的空心陶瓷微球的制備方法，其特征是:通過沉淀法得到陶瓷先驅體混合物包覆的SPS實心微球后，過濾并洗滌，洗滌過的沉淀物真空80-120°C、12-24h烘干熟化，制得梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球。
6.根據(jù)權利要求2所述的空心梯度陶瓷微球的制備方法，其特征是:梯度陶瓷先驅體包覆SPS的實心微球于真空爐中燒結時，高溫真空爐溫度為1000-1400°c，保溫時間為1-2h。
【文檔編號】C04B35/48GK103755346SQ201410029860
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】劉洪麗, 劉玉惠, 李婧, 李洪彥, 李亞靜 申請人:天津城建大學